Plasticité de micro-piliers d’InSb : effet de taille et transition fragile-ductile.
Florent MIGNEROT, Bouzid KEDJAR, Hadi BAHSOUN, Ludovic THILLY
Institut Pprime, CNRS-University of Poitiers-ENSMA, SP2MI 86962 Futuroscope, France
florent.mignerot@univ-poitiers.fr
Avec le développement des semiconducteurs et de la miniaturisation des composants de la microélectronique, la recherche concernant les matériaux aux très petites échelles s’est considérablement étendue. La réduction de la taille des échantillons a révélé de nouvelles propriétés en particulier en terme de comportement mécanique [1]. Dans le cas des semiconducteurs, notamment le silicium (Si) et les composés III-V (InSb, GaAs…), la transition fragile-ductile initialement observée dans les échantillons massifs en fonction de la température [2-4] se voit également affectée par la réduction de taille [5].
L’objectif de cette étude consiste dans la compréhension du lien entre l’effet de taille et la transition fragile-ductile des semiconducteurs. Dans ce cas on s’intéresse notamment au rôle de la nucléation des dislocations durant la déformation plastique. Pour ce faire, il est nécessaire de fabriquer des objets tels que des micro-piliers pouvant être déformés afin d’induire de la plasticité. Ces objets sont élaborés par faisceau d’ions focalisé (FIB) puis déformés in-situ. Des lames minces sont ensuite extraites par cette même technique (FIB) afin de les examiner au Microscope Electronique enTransmission (MET). Le principal inconvénient du FIB consiste dans le fait que le faisceau d’ions peut conduire à l’endommagement du matériau lors de la gravure [6-7], de ce fait un protocole très rigoureux a été développé afin de minimiser cet impact.
L’élaboration des piliers et l’extraction des lames minces a été réalisée dans un FIB Dual Beam Helios NanoLab de la société FEI. Les micro-piliers ont été déformés par micro-compression in-situ au sein du FIB à l’aide d’un nanoindenteur équipé d’un poinçon plat de la société Alemnis (figure 1. a).
Dans la micrographie de la figure 1.(b) on met en met en évidence des lignes de glissement dans un pilier d’InSb de 2 µm de diamètre et les analyses MET ont révélé une forte densité de défauts témoignant de l’activation du système de glissement primaire.
Figure 1 (a) le nanoindenteur in-situ utilisé pour les micro-compression des piliers.
(b) image SEM d’un pilier d’InSb de 2µm de diamètre déformé : les fines traces blanches visibles à la surface du pilier sont les empreintes de la déformation plastique.
Références :
[1] S. Korte-Kerzel. MRS Communications 7 (2) (2017) 109-120
[2] S. Korte, J. S. Barnard, R. J. Stearn, and W. J. Clegg. International Journal of Plasticity 27 (11) (2011) 1853-1866
[3] B. Kedjar, L. Thilly, J.-L. Demenet, and J. Rabier. Acta Materialia 58 (4) (2010) 1418-1425
[4] B. Kedjar, L. Thilly, J.-L. Demenet, and J. Rabier. Acta Materialia 58 (4) (2010) 1426-1440
[5] L. Thilly, R. Ghisleni, C. Swistak, and J. Michler. Philosophical Magazine 92 (25-27) (2012) 3315-3325
[6] D. Kiener, C. Motz, M. Rester, M. Jenko and G. Dehm. Materials Science Engineering A 459 (2009) 262 -272
[7] J. Mayer, L. A. Giannuzzi, T. Kamino and J. Michael. MRS Bulletin 32 (2007) 400-407
