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Thèse Année : 2012

Contribution to the study of silicide (Pd, Ni) thin films

Contribution à l'étude de films ultra-minces de siliciures (Pd, Ni) : texture et propriétés mécaniques

Résumé

The solid state reaction between metallic thin films with a silicon substrate still needs to be investigated in the ultra-thin film regime. X-ray diffraction and substrate curvature measurements were combined during in situ synchrotron experiments to follow the reaction kinetics and the evolution of stresses during phase formation. Pd/Si is a model system; a unique phase forms: Pd2Si. The results show that the Zhang-d'Heurle model explains the stress evolution during annealing, which comes from the competition of two mechanisms: the development of compressive stress due to the formation of a new phase and the stress relaxation of already formed silicides. However, transmission electron microscopy and pole figures demonstrate different textures of this phase depending on the substrate orientation. On Si(111), Pd2Si is in epitaxy, whereas on Si (001), the phase has a texture that evolves during annealing. This evolution may be activated by a diffusional creep mechanism then by plastic deformation. The study of Ni ultra-thin films shows that there is a critical thickness (< 6 nm) below which the phase sequence and texture are changed. Using different techniques, it has been shown that from 200 °C, the NiSi phase grows as a homogeneous and continuous layer. Then increasing temperature, the texture and morphology of NiSi change and NiSi coexists with NiSi2. They exhibit a morphology in the form of islands that penetrate into the substrate or in the form of elongated platelets.
La réaction de films minces métalliques avec un substrat de silicium reste encore peu étudiée dans le domaine des très faibles épaisseurs. Afin de suivre les cinétiques de réaction et l'évolution des contraintes lors de la formation d'une phase, des mesures de diffraction du rayonnement X synchrotron, et de courbure de substrat ont été couplées. Le système Pd/Si constitue un système modèle ; un siliciure unique se forme : Pd2Si. Les résultats obtenus prouvent que le modèle de Zhang et d'Heurle permet d'expliquer l'évolution des contraintes résultant de la compétition de deux mécanismes : le développement de contraintes en compression dû à la formation d'une nouvelle phase et la relaxation des contraintes du siliciure déjà formé. Néanmoins, la microscopie électronique en transmission et les figures de pôle révèlent que la texture de cette phase change selon l'orientation du substrat. Sur Si(111), Pd2Si est en épitaxie alors que sur Si(001), la phase présente une texture qui évolue au cours du traitement thermique. Cette évolution serait activée par un mécanisme de fluage diffusionnel puis par de la déformation plastique. L'étude de films ultra-minces de Ni montre qu'il existe une épaisseur critique (<6 nm) en dessous de laquelle la séquence de phases et la texture des siliciures formés sont modifiées. Différentes techniques révèlent qu'à partir de 200 °C, la phase NiSi croît sous la forme d'une couche homogène et continue. En augmentant la température, les phases NiSi et NiSi2 coexistent avec différentes morphologies : îlots pénétrant dans le substrat ou bâtonnets.
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Dates et versions

tel-00921219 , version 1 (20-12-2013)
tel-00921219 , version 2 (10-02-2014)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00921219 , version 2

Citer

Julie Fouet. Contribution à l'étude de films ultra-minces de siliciures (Pd, Ni) : texture et propriétés mécaniques. Science des matériaux [cond-mat.mtrl-sci]. Aix-Marseille Université, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00921219v2⟩
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