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Dissertations / Theses on the topic 'Dislocations in semiconductors'
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Bigger, James R. K. "Dislocations in semiconductors." Thesis, University of Oxford, 1992. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:2be9288d-caee-4070-b535-b8fc6406b4d1.
Full textAbstract:
A set of codes with 3D periodic boundary conditions has been developed to model dislocations in semiconductors. Several schemes have been used to investigate the atomic structure of dislocations; classical potentials incorporated in a Molecular Dynamics framework, a tightbinding k-space scheme and ab initio pseudopotential codes developed at Cambridge and Edinburgh. An error has been detected in previous work that modelled dislocations using periodic boundary conditions. It is demonstrated, for the 90° and 30° Shockley partials, that a mismatch at the periodic boundaries leads to erroneous atomic and particularly electronic structures. A new approach is proposed which through its geometry obviates this problem. The Stillinger Weber potential has been found to predict a completely new type of reconstruction for the 90° partial. Recent work by other authors confirms this and predicts significantly different results to earlier work. A thorough investigation has been made into the bonding processes involved in the core of the 90° partial. This study has involved reproducing much of the earlier work to understand why there has been such poor agreement between various authors. The reconstruction of the 90° partial is found to involve a symmetry lowering displacement intimately connected to its electronic structure. The band-gap is predicted to be clear of states, except for the possibility of shallow states at both band edges, which contradicts the findings of the most recent work on this partial by other authors. The interaction of phosphorous with the 90° partial has been studied using the tightbinding model. The Hamiltonian has been parameterised by comparing the predictions to an earlier ab initio cluster method study. Good qualitative agreement with the ab initio work is obtained, including the prediction of a strong dislocation locking effect by phosphorous. Preliminary studies on the unreconstructed 30° partial show that phosphorous is strongly bound to the three-fold coordinated sites resulting in no states in the indirect band-gap. The modelling of interstitial copper at the core of the 90° partial has been initiated. The ab initio codes have been used and new silicon and copper pseudopotentials tested. The first attempt to model copper located interstitially in the core was not successful and the reasons for this have been identified. However, it is evident from this investigation that the neutral copper strongly repels and does not form bonds with the surrounding silicon atoms. A review is given of two techniques that have been developed to obtain the thermally averaged structure and concentration of vacancies at dislocations, together with a preliminary investigation on the Frank partial.
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Ren, Qiang. "Dislocations in monolayers and semiconductors." Thesis, University of Ottawa (Canada), 1995. http://hdl.handle.net/10393/10014.
Full textAbstract:
Four different aspects of the properties of dislocations in monolayer and semiconductors have been investigated: (i) Using atomic relaxation techniques, dislocation dipoles of various sizes and orientations have been studied for monolayers with the Lennard-Jones potential (LJP) and the nearest-neighbour piecewise linear force (PLF) interactions. In the WP system the lower energy vacancy dipoles have over a wide range of angles an energy which is mainly a function of the vacancy content of the dipole. There is a competition between the elastic forces and the topological constraints which favour a five-fold coordinate vacancy (FCV) at the centre of each core. For the short range PLF system the lattice usually compresses upon the introduction of a dislocation, a consequence of the soft core of the interaction potential, and interstitial dipoles are lower in energy. For the long range LJP system the dislocations are mobile whereas for the PLF system they are pinned. The relevance of these results to existing theories of melting are discussed. (ii) Using generalized stacking-fault (GSF) energies obtained from first-principles density-functional calculations, a zero-temperature model for dislocations in silicon is constructed within the framework of a Peierls-Nabarro (PN) model. Core widths, core energies, PN pinning energies, and stresses are calculated for various possible perfect and imperfect dislocations. Both shuffle and glide sets are considered. 90$\sp\circ$ partials are shown to have a lower Peierls stress (PS) than 30$\sp\circ$ partials in accord with experiment. (iii) We have also studied by atomic relaxation techniques the properties of dislocations in silicon, modelled by the empirical potential of Stillinger and Weber. In order to compare with the preceding calculation no reconstruction is allowed. We find no evidence of dissociation in the shuffle dislocations. Within this model shuffle dislocations glide along their slipping planes. On the other hand, glide sets are shown to glide only in dissociated form. The dislocation displacement fields are essentially planar. The PS is found to be isotropic within the (111) plane. In other words the minimum stress at 0K required to move the dislocation in any direction with in that plane has the same projection unto the Burgers vector, the PS of the dislocation. Our PS are in good agreement with those from (ii). (iv) Using a simple two dimensional UP model, relaxation mechanisms of the epitaxial strain layers (ESL) have been simulated for various misfits and layer thickness. In this model, the relationship of two competing relaxation mechanisms is found. At small misfit, strain is released by nucleating misfit dislocations from the edges of system. This process is more favourable for the thicker layer. At large misfit, stress is relaxed through surface instability, allowing easy generation of misfit dislocations from the surface. Those results are qualitatively in agreement with experiments.
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Galloway, Simon A. "The electrical properties of dislocations in GaAs." Thesis, University of Oxford, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.386991.
Full text
4
Warren, P. D. "The relation between electronic and mechanical properties of non-metals." Thesis, University of Oxford, 1987. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.379900.
Full text
5
Fell, Timothy S. "A quantitative EBIC study of dislocations and their interaction with impurities in silicon." Thesis, University of Oxford, 1992. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.305415.
Full text
6
Baghani, Erfan. "Electrical properties of dislocations within the nitride based semiconductors gallium nitride and indium nitride." Thesis, University of British Columbia, 2012. http://hdl.handle.net/2429/43581.
Full textAbstract:
Dislocation lines affect the electrical and optical
properties of semiconductors. In this research, the effect that the threading dislocation lines have on the free electron concentration and the electron mobility within gallium nitride and indium nitride is investigated. A formulation is developed for
obtaining the screening space charge concentration
and the corresponding electrostatic potential profile surrounding the dislocation lines. The resultant electrostatic potential profile has
then been used to compute the associated electron mobility, limited by scattering from the charged
dislocation lines. As part of this research, a Gibbs factor formalism is also developed that can readily obtain the occupation statistics of the defect sites associated with the threading dislocation lines.
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MacPherson, Glyn. "Distribution and control of misfit dislocations in indium gallium arsenide layers grown on gallium arsenide substrates." Thesis, University of Liverpool, 1995. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.318239.
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Lei, Haile. "Effect of point defects and dislocations on electrical and optical properties of III-V semiconductors." [S.l. : s.n.], 2003. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=969927231.
Full text
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Giannattasio, Armando. "Interaction of oxygen and nitrogen impurities with dislocations in silicon single-crystals." Thesis, University of Oxford, 2004. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:41cf8568-8411-4a85-8788-7d390307c7c3.
Full textAbstract:
An experimental technique based on the immobilisation of dislocations by segregation of impurity atoms to the dislocation core (dislocation locking) has been developed and used to investigate the critical conditions for slip occurrence in Czochralski-grown and nitrogen-doped floating-zone-grown silicon crystals. The accumulation of nitrogen and oxygen impurities along a dislocation and the resulting dislocation locking effect has been investigated in silicon samples subjected to different annealing conditions. In particular, the stress needed to unlock the dislocations after their decoration by impurities has been measured as a function of annealing duration and temperature. The approach used in this study has allowed the determination of new diffusivity data for oxygen and nitrogen in silicon in the technologically important range of temperatures 350-850°C. No other data covering such wide temperature range are available in the literature. In addition to transport properties, the binding energy of an impurity atom to a dislocation in silicon has been deduced from the experimental data in the case of oxygen and nitrogen impurities. A discussion in terms of the impurity species responsible for transport (monomers or dimers) and dislocation locking is also presented. The role of oxide precipitates in the generation of glide dislocation loops and the parameters affecting the occurrence of slip have been investigated in silicon samples containing precipitates of different sizes and different morphologies. The fundamental parameters deduced in this work have been used to develop a numerical model to investigate the effect of different heat treatments on the mechanical properties of silicon wafers containing a controlled distribution of impurities. This model has then been used to simulate real wafer processing conditions during device fabrication to show how they may be modified to increase dislocation locking. It is hoped that these results will have relevance to how wafers are processed in order to minimise or eliminate dislocation multiplication and consequent warpage.
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Lohonka, Radek. "Plasticity of the compound semiconductors at low temperatures : modelling of the uniaxial compression and indentation tests." Toulouse, INSA, 2002. http://www.theses.fr/2002ISAT0013.
Full textAbstract:
Ce travail est une contribution à l'étude de la plasticité des semi-conducteurs composés dans le domaine basse température--forte contrainte. La compression uniaxiale est simulée à partir des formalismes de Haasen-Alexander ou de Schoeck, adaptés pour des dislocations de mobilité différente, en glissement simple ou multiple. Il est impossible de décrire la plasticité en deçà d'une température critique à l'aide des lois de vitesses de dislocations disponibles, ce qui suggère un changement de mécanisme microscopique. L'effet photoplastique négatif est également abordé. La zone plastique autour d'une indentation Vickers est modélisée en considérant les expressions analytiques du tenseur des contraintes élastiques: un champ de contrainte sphérique constitue une bonne approximation. Les premiers stades de la formation de cette zone sont calculés par la méthode des éléments finis en introduisant les lois constitutives de la plasticitéThis thesis deals with the plastic behaviour of compound semiconductors in the low temperature--high stress regime. Compressive stress-strain curves are calculated with models based on the formalisms of Alexander-Haasen or Schoeck extended to include simple glide/multiglide and one/three types of perfect dislocations with different mobilities. The impossibility to describe the crystal plasticity below some temperature with the available dislocation velocities data suggests a change in the controlling microscopic mechanisms. The negative photoplastic effect in GaAs is simulated. Modelling the response of the crystal to Vickers indentation is performed using elastic analytical expressions for the stress tensor: the stress distribution can be considered as nearly spherical although the plastic zone is far from it. Early stages of the formation of the plastic zone are described with the continuum crystal plasticity theory implementing the constitutive laws into the finite element method
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Ye, Wei. "Nano-epitaxy modeling and design: from atomistic simulations to continuum methods." Diss., Georgia Institute of Technology, 2013. http://hdl.handle.net/1853/50304.
Full textAbstract:
The dissertation starts from the understanding of dislocation dissipation mechanism due to the image force acting on the dislocation. This work implements a screw dislocation in solids with free surfaces by a novel finite element model, and then image forces of dislocations embedded in various shaped GaN nanorods are calculated. As surface stress could dramatically influence the behavior of nanostructures, this work has developed a novel analytical framework to solve the stress field of solids with dislocations and surface stress. It is successfully implemented in this framework for the case of isotropic circular nanowires (2D) and the analytical result of the image force has been derived afterwards. Based on the finite element analysis and the analytical framework, this work has a semi-analytical solution to the image force of isotropic nanorods (3D) with surface stress. The influences of the geometrical parameter and surface stress are illustrated and compared with the original finite element result. In continuation, this work has extended the semi-analytical approach to the case of anisotropic GaN nanorods. It is used to analyze image forces on different dislocations in GaN nanorods oriented along polar (c-axis) and non-polar (a, m-axis) directions. This work could contribute to a wide range of nanostructure design and fabrication for dislocation-free devices.
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Lotharukpong, Chalothorn. "Defect characterisation in multi-crystalline silicon." Thesis, University of Oxford, 2015. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:a803fada-2296-41c3-9d96-864c186957a2.
Full textAbstract:
Electron beam induced current (EBIC) and atom probe tomography (APT) were used in this study to determine electrical activities and impurity compositions at extended defects in multicrystalline silicon (mc-Si) samples. The results provide, for the first time, information regarding the chemical species present at defects whose electrical activity has previously been measured. A new APT specimen fabrication process was developed with the ability to select a specific defect for APT analysis. Development of the APT specimen fabrication process proceeded by first selecting and optimising the preferential etching for nano-scale defect delineation. Three etchants were evaluated, namely Secco, Sirtl and Dash, from which the Secco etch was selected. Three parameters were optimised to produce etch pits with geometries that meet the requirements imposed by APT specimen fabrication methods. The optimum parameters were 0.05M potassium dichromate concentration, 20°C etch temperature, and 30sec etch time. In the second stage, marking techniques were developed in order for the defects to be located throughout the APT specimen fabrication process. However, it became apparent that the conventional APT specimen fabrication method could not be used to fabricate APT specimens containing selected defects in a mc-Si sample. This led to the development of a novel APT specimen fabrication approach which allowed APT specimens to be fabricated, reproducibly, containing grain boundaries and isolated dislocations. In order to evaluate accurately iron contamination in mc-Si, four atom probe parameters were optimised to maximise detection sensitivity: the evaporation rate, the laser beam energy, the pulse repetition rate and the specimen temperature. The optimisation process can be divided in to two parts. In the first part, a matrix of pre-sharpened single-crystal silicon specimens was subjected to a variety of experimental parameters. The optimised parameters were determined to be 0.3% evaporation rate, 0.5nJ beam energy, 160kHz repetition rate and 55K specimen temperature. The second part was to determine the iron detection efficiency –the percentage of detected Fe ions that can be correctly identified as Fe– and sensitivity using these parameters to analyse a specially prepared iron calibration specimen. The values were determined to be a detection efficiency of about 35% and sensitivity of 54ppm or 2.70x1018 atom/cm3. The APT specimen fabrication process and the optimised APT analysis parameters were used to analyse four extended defects in mc-Si samples subjected to three different processing conditions, namely gold-contaminated, as-grown and phosphorus diffusion gettering (PDG). The important aspects of the analysis are listed below: • Gold was not detected at the grain boundary and its associated dislocations in the gold-contaminated specimen. The binding enthalpy of gold to such defects is thus less than 0.63eV. • Iron was not detected in any specimen. • Copper was observed at the grain boundary in the as-grown specimen in the form of individual atoms as well as clusters with diameters ranging between 4nm and 9nm. The electrical activity of the grain boundary was about 58%. • Nickel and carbon were detected at the grain boundary in the post-PDG specimen with the former having platelet structures with diameters and thicknesses ranging between 4nm-7nm and 2nm-4nm, respectively. The recombination strength of the defect was about 22%. • Two nickel clusters were found at the isolated dislocation in the post-PDG specimen. The clusters were spherical with an average diameter of 10nm. The distance between the two clusters was 35nm. The recombination strength of the defect was about 4%.
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Guénolé, Julien. "Étude par simulations à l'échelle atomique de la déformation de nanofils de silicium." Thesis, Poitiers, 2012. http://www.theses.fr/2012POIT2321/document.
Full textAbstract:
L'étude des nano-objets en matériau semi-conducteur a révélé des propriétés mécaniques exceptionnelles, différentes de celles observées dans le massif. Outre l'intérêt technologique majeur qu'ils représentent à travers la miniaturisation toujours plus poussée des systèmes électroniques, leurs caractéristiques intrinsèques en font des objets particulièrement bien adaptés pour des études fondamentales. Dans ce contexte, nous avons étudié le déclenchement de la plasticité dans les nano-fils de silicium, les premiers stades de la plasticité étant en effet déterminants pour l'évolution ultérieure du système. Le silicium est ici considéré comme un semi-conducteur modèle. Pour cette étude, nous avons utilisé des simulations atomistiques qui sont parfaitement appropriées à l'analyse détaillée de la structure atomique des nano-objets. Après avoir contextualisé notre étude tant du point de vue de l'expérience que de celui des simulations, nous présentons les techniques numériques que nous avons utilisées. Nous décrivons ensuite l'étude de la déformation de nano-fils monocristallins, révélant notamment le rôle majeur des surfaces et l'activation d'un système de glissement jamais observé dans le silicium massif. Ce système de glissement est analysé en détail, et son activation est expliquée notamment au moyen de calculs ab initio. Enfin, nous avons considéré la déformation de nano-fils coeur-coquille cristal-amorphe et mis en évidence un comportement différent de celui observé pour les nano-fils monocristallins. Ainsi, des défauts natifs à l'interface cristal-amorphe semblent agir comme des germes favorisant la nucléation de la première dislocation qui va initier la plasticitéThe study of semiconductor nano-objets has revealed amazing mechanical properties, different from what is commonly observed in bulk. Besides the technological interest of these objects, due to the ever more pronounced miniaturization of electronic devices, their intrinsic specificities make them particularly well suited for fundamental studies. During this thesis, we have thus studied the onset of plasticity in silicon nanowires, the first stages of plasticity being indeed deciding for the subsequent evolution of the system. Silicon is here considered as a model semiconductor. For that study, we have used atomistic simulations, which are well appropriate for the detailed analysis of the nano-objects atomic structure. We first recall the context of that study, both from the experiments and simulations points of view. We then present the numerical methods used. Thestudy of the deformation of monocrystalline nanowires is then described; it reveals in particular the deciding role of surfaces, and the activation of one slip system never observed in bulk silicon. This slip system is analyzed in details, and its activation is explained notably thanks to ab initio calculations. Finally, crystalline-amorphous core-shell silicon nanowires are considered; and shownto exhibit a different behavior from that of monocrystalline nanowires. Indeed, native defects at the crystalline/amorphous interface seem to act as seeds, favoring the nucleation of the first dislocation which gives rise to the plasticity
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Liu, Xian Wei. "Dislocations in strained-layer semiconductor heterostructures." Thesis, Open University, 1999. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.299912.
Full text
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Blumenau, Alexander Thorsten. "The modelling of dislocations in semiconductor crystals." [S.l. : s.n.], 2002. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=967384788.
Full text
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Mohamad, Ranim. "Relaxation de la contrainte dans les hétérostructures Al(Ga)InN/GaN pour applications électroniques : modélisation des propriétés physiques et rôle de l'indium dans la dégradation des couches épitaxiales." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMC229/document.
Full textAbstract:
Pour la fabrication des transistors hyperfréquences de puissance à base de nitrures, l’alliage InAlN est considéré comme une meilleure barrière qu’AlGaN grâce à l’accord de maille pour une composition en indium voisine de 18 %. Ainsi le gaz d'électrons à deux dimensions (2DEG) est-il généré seulement par la polarisation spontanée dans une hétérointerface InAlN/GaN sans contrainte résiduelle pour une fabrication de transistors aux performances optimales. Cependant, durant sa croissance sur GaN, sa qualité cristalline se dégrade avec l’épaisseur et il se forme des défauts V au niveau de l’interface. Afin de déterminer les sources de ce comportement, nous avons mené une étude théorique par dynamique moléculaire et techniques ab initio pour analyser la stabilité et les propriétés des alliages des composés nitrures en nous focalisant particulièrement sur InAlN. L’analyse des diagrammes de phase a permis de montrer que cet alliage présente une large gamme d’instabilité en composition d’indium et un comportement différent d’InGaN sous compression avec une instabilité amplifiée sous forte pression. En déterminant la stabilité énergétique de la lacune d’azote en interaction avec l’indium, nous avons montré que ce défaut ponctuel autour duquel des atomes d’indium tendent à retrouver une longueur de liaison voisine de celle dans InN pouvait être un catalyseur pour la formation de clusters dans cet alliage. Ces clusters d’InN introduisent des niveaux donneurs profonds dans la bande interdite. En ce qui concerne les dislocations traversantes, nos résultats montrent qu’elles auront aussi tendance à capturer des atomes d’indium dans leur cœur pour minimiser leur énergie. Ainsi nous avons pu apporter les bases théoriques qui montrent que la lacune d’azote participe à la dégradation spontanée des couches d’InAlN et que les dislocations traversantes sont amenées à y participer en attirant les atomes d’indium et donc en renforçant la séparation de phase en leur voisinageFor the fabrication of nitride-based power microwave transistors, the InAlN alloy is considered to be a better barrier than AlGaN thanks to the lattice match with GaN for an indium composition around 18%. Thus the two-dimensional electron gas (2DEG) is generated only by the spontaneous polarization at the AlInN/GaN heterointerface for a production of highest performance transistors. However, during its growth on GaN, its crystalline quality deteriorates with the thickness and V-defects are formed at the layer surface. To determine the sources of this behavior, we carried out a theoretical study by molecular dynamics and ab initio techniques to analyze the stability and the properties of alloys of nitride compounds, focusing particularly on InAlN. The analysis of the phase diagrams showed that this alloy has a wide zone of instability versus the indium composition and a different behavior with InGaN with amplified instability under high compressive strain. By determining the energetic stability of the nitrogen vacancy could be catalyst for forming clusters in this alloy. These InN clusters introduce deep donor levels inside the band gap. With regard to treading dislocations, our results show that they will also tend to capture indium atoms in their cores in order to minimize their energy. Thus, we have been able to provide a theoretical basis that show that the nitrogen vacancy participates in the spontaneous degradation of the AlInN layers and that the threading dislocations participate by attracting the indium atoms and thus reinforcing the separation of phase in their vicinity
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Dobrilla, Paolo. "Infrared transmittance study of GaAs : Mapping stress, dislocation, and EL2 distributions /." Full text open access at:, 1986. http://content.ohsu.edu/u?/etd,100.
Full text
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Boyer, Jacob Tyler. "Epitaxy and Characterization of Metamorphic Semiconductorsfor III-V/Si Multijunction Photovoltaics." The Ohio State University, 2020. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1607042647720476.
Full text
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Sitch, Paul Kirst. "Ab-initio calculations of dislocation related properties in semiconductors." Thesis, University of Exeter, 1994. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.240399.
Full text
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Mylonas, Stamatis. "TEM studies of nucleation of misfit dislocations in semiconductor heterostructures." Thesis, University of Bristol, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.319014.
Full text
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Portelette, Luc. "Analyse des mécanismes de glissement des dislocations dans l'UO2 à l'aide de la modélisation multi-échelles comparée à l'expérience." Thesis, Aix-Marseille, 2018. http://www.theses.fr/2018AIXM0406/document.
Full textAbstract:
Dans l'étude des éléments combustibles des réacteurs à eau pressurisée, cette thèse s'inscrit dans la compréhension et la modélisation du comportement viscoplastique du dioxyde d'uranium (UO2) à l'échelle du polycristal. Lors de fonctionnement de type incidentel du réacteur, le combustible subit une forte élévation de la température avec un gradient thermique de la pastille engendrant des déformations viscoplastiques contrôlées par des mouvements de dislocations. D'abord, un modèle de plasticité cristalline a été développé de manière à décrire l’anisotropie viscoplastique du matériau en fonction de la température et de la vitesse de sollicitation. Des simulations par éléments finis (EF) sur monocristaux ont permis d’identifier que les trois modes de glissement généralement observés dans l'UO2 sont importants pour décrire le comportement anisotrope du matériau. Dans un second temps, les coefficients de la matrice d'interactions entre dislocations ont été déterminés spécifiquement pour l’UO2 afin d’améliorer la modélisation des polycristaux. En effet, en calculant par EF les dislocations géométriquement nécessaires, qui sont responsables d’une forte augmentation de la densité de dislocations stockées dans les polycristaux, les interactions entre dislocations permettent de simuler l’effet dé taille de grain et l’écrouissage des pastilles. Finalement, le modèle, adapté pour les polycristaux, a été validé par comparaison avec les essais expérimentaux sur pastille et par comparaison du comportement intra-granulaire simulé avec des mesures EBSD. Grâce à cette dernière comparaison, il est possible de remonter indirectement aux hétérogénéités de déformation dans les grainsThis thesis is part of the study of fuel elements of pressurized water reactors and, more specifically, focus on the understanding and modelling of the viscoplastic behavior of uranium dioxide (UO$_2$) at polycrystalline scale. During the incidental operation of the reactor, the fuel undergoes a strong increase of temperature and thermal gradient between the center and the periphery of the pellet leading to viscoplastic strains due to dislocation movement mechanisms. First, a crystal plasticity model was developed in order to describe the viscoplastic anisotropy of the material considering the temperature and the loading rate. Finite element (FE) simulations on single crystals enabled to highlight that the three slip modes generally observed in UO$_2$ are crucial to describe the anisotropic behavior of the material. Secondly, coefficients of the interaction matrix have been identified specifically for UO$_2$ in order to improve the polycrystal modelling. Indeed, by calculating geometrically necessary dislocations (GNDs), which are responsible of the great increase of the stored dislocation density in polycrystals, the interactions between dislocations enable to simulate de grain size sensitivity and hardening of the fuel pellet. Finally, the model adapted for polycrystals, have been validated by comparing FE simulations with pellet compression tests and by comparing the simulated intra-granular behavior with EBSD measurements. Thanks to the latter comparison, it is possible to indirectly compare the strain heterogeneities in the grains
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Carton, Patrick. "Caractérisation de GaAs massif et contraste EBIC des dislocations." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10052.
Full textAbstract:
Nous nous sommes intéressés au cours de cette étude aux propriétés de recombinaison des porteurs minoritaires sur les dislocations. L'étude du contraste EBIC de dislocations perpendiculaires à la surface, de caractère et de dislocations de croissance a été effectuée sur des échantillons massifs d'arséniure de gallium de type n (n6. 1016 cm3). Nous avons utilisé pour cela, des diodes de Schottky perpendiculaires au faisceau d'électrons. Le contraste EBIC a été mesuré à forte tension d'accélération en fonction du courant de faisceau des électrons incidents à 300 k et pour une valeur du courant de faisceau a 77 k. Les paramètres physiques du matériau tels la longueur de diffusion l des porteurs minoritaires et le niveau de dopage influencant la valeur du contraste de la dislocation, une caractérisation préalable de l'échantillon dans des zones proches des dislocations a été nécessaire. L'étude de l a 300 k et a 77 k a permis de montrer que celle-ci est contrôlée par les niveaux légers à basse température et par les niveaux profonds à température ambiante. Une variation de la largeur de la zone de charge d'espace a pu être détectée à basse température et est sans doute due à l'ionisation d'un centre profond qui pourrait être el2. Les résultats expérimentaux de contraste EBIC des dislocations sont du même ordre de grandeur que ceux calculés à partir d'un modèle physique faisant l'hypothèse d'une recombinaison intrinsèque. Les valeurs expérimentales sont environ deux fois plus faibles que les valeurs calculées; ceci nous conduit à introduire un rayon de recombinaison effectif inférieur au rayon d'écran de read utilise dans les calculs. Nous avons également pu mettre en évidence que les niveaux associés aux dislocations sont plus éloignés du niveau de fermi que les niveaux associés aux dislocations
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Gosling, T. J. "Strain relaxation via dislocation formation in strained semiconductor structures." Thesis, University of Bath, 1994. https://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.387390.
Full text
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Ferré, Denise. "Influence de la déformation plastique sur les propriétés galvanomagnétiques de InSb et GaAs." Lille 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LIL10036.
Full textAbstract:
Essai de compréhension des mécanismes par lesquels les dislocations limitent les performances des dispositifs à semiconducteurs par introduction dans le cristal de défauts de nature et de densité contrôlées. Dans le cas des composés III-V, il a été mis en évidence à partir d'essais de déformation en compression uniaxe que la plasticité provient de sources de surface. L'analyse du comportement plastique est complétée par une étude de l'activation thermique de glissement. Les propriétés galvanomagnétiques des échantillons déformés ont été ensuite étudiées. On a pu conclure à l'existence d'une bande extrinsèque associée aux dislocations située près de la bande de valence ; à un effet de piégeage du aux défauts ponctuels crées par le glissement des dislocations
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Pizzagalli, Laurent. "Contribution à l'étude par simulation atomistique des dislocations dans les semiconducteurs." Habilitation à diriger des recherches, Université de Poitiers, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00170884.
Full textAbstract:
Ce document décrit les résultats de plusieurs études des dislocations dans les semiconducteurs, effectuées au cours de la période 2000-2005. Le premier chapitre se rapporte à la nucléation des dislocations à partir de défauts de surface, le second chapitre à la détermination de diverses propriétés des dislocations en massif. Enfin, le dernier chapitre concerne les dislocations de misfit à l'interface entre Si(001) et SiC.
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Miri, Adel. "Mécanismes de recombinaison des paires électron-trou associés aux dislocations dans les semiconducteurs III-V." Lille 1, 1995. http://www.theses.fr/1995LIL10172.
Full textAbstract:
Depuis plusieurs années, le contraste E. B. I. C ou CL effectué sur des dislocations [Alpha] et [Béta] , a fait l'objet de plusieurs études en fonction de l'injection et de la température. L'interprétation de ces résultats expérimentaux nécessite un support théorique ; pour cela plusieurs modèles physiques du contraste E. B. I. C ont été développé. Malheureusement aucun de ces modèles ne permet de déterminer quantitativement et de manière auto-cohérente, l'efficacité de recombinaison des dislocations. Dans ce mémoire, nous citons d'abord les propriétés les plus importantes des différents champs électriques associés aux dislocations, ensuite, nous introduisons les concepts physiques concernant la recombinaison non radiative en présence d'un champ électrique, clairement établis par Abakumov et al. Ces travaux nous ont permis de proposer un modèle physique, conduisant à déterminer de manière auto-cohérente, l'efficacité de recombinaison des porteurs minoritaires d'une dislocation due à l'existence d'un champ électrique entourant la ligne de la dislocation. En reliant le coefficient de capture auto-cohérent à la force du défaut établie par Donolato, nous obtenons les valeurs quantitatives du contraste E. B. I. C des dislocations. Dans le cas de GaAs, l'interprétation des résultats expérimentaux de contraste E. B. I. C des dislocations à l'aide de ce modèle, constitue une des rares vérifications des calculs ab-initio de structures de bande des dislocations de Jones et al. De plus, nous montrons théoriquement, pour la première fois, que l'augmentation du contraste E. B. I. C des dislocations décorées, peut être simplement interprétée par une réduction de la densité de donneurs au voisinage de la dislocation. En se fondant sur le nouveau modèle de la structure de bande des dislocations [Alpha] et [Béta] et , et compte tenu de la physique des dislocations de désadaptation de réseau situées à l'interface d'un puits quantique (InGaAs/GAs), nous montrons que les mécanismes de recombinaison des porteurs minoritaires sont de nature extrinsèque.
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Meerschman, Christian de. "Caractérisation par cathodoluminescence de couches GaAs épitaxiées et de leurs dislocations." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10076.
Full textAbstract:
Dans une première partie, nous avons utilisé la cathodoluminescence comme méthode locale de caractérisation de couches épitaxiées. Nous discutons de l'influence, sur cette intensité, des longueurs de diffusion dans les différentes couches ainsi que des vitesses de recombinaison en surface et aux interfaces. Les expériences ont été réalisées à 300 K et à 77 K sur des structures à deux couches déposées sur un substrat; les échantillons sont des homojonctions GaAs obtenues par MBE (Molecular Beam Epitaxy), ainsi qu'une hétérostructure InP/GalnAs/InP obtenue par MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition). Nous avons étudié l'influence de la température de croissance et du dopage en silicium sur les paramètres. Dans une seconde partie, un modèle physique de contraste de cathodoluminescence de dislocations perpendiculaires à la surface est proposé. Nous avons étudié le contraste de cathodoluminescence de dislocations de croissance et de dislocations fraîches introduites par microindentations dans des couches épitaxiées de dopages différents (4. 1017 et 2. 1018 cm3). Pour la première fois, les champs électriques associés au champ de déformation de la dislocation sont envisagés comme étant à l'origine de la recombinaison aux dislocations. L'augmentation de l'efficacité de recombinaison de la dislocation avec le dopage et des portées de capture de l'ordre de 2000 A expliquent les fortes valeurs de contraste obtenues expérimentalement
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Zafrany, Michael. "Contribution à l'étude des dislocations dans InP dopé et non dopé." Toulouse, INSA, 1989. http://www.theses.fr/1989ISAT0024.
Full textAbstract:
La plasticite d'inp non dope, dope soufre et arsenic est etudiee par une nouvelle technique de fluage, le fluage elementaire, dans un domaine de temperature 423-1023 k. La deformation d'inp et inp:s est observee en microscopie electronique in situ; le fonctionnement des sources de dislocations est examine. L'ensemble des resultats est exploite a l'aide des divers modeles de plasticite. La perturbation des proprietes electroniques par les dislocations est mise en evidence par photoluminescence locale
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Idrissi, Hosni. "Etude et production de dislocations et de fautes d’empilements dans le SiC-4H dopé n par microscopie électronique en transmission." Aix-Marseille 3, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX30031.
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Garcia, Victoria. "Effect of dislocation density on residual stress in polycrystalline silicon wafers." Thesis, Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2008. http://hdl.handle.net/1853/22621.
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Moulin, Antoine. "Etude de la plasticité du silicium à une échelle mésoscopique par simulation numérique 3D." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1997. http://www.theses.fr/1997ECAP0542.
Full textAbstract:
Une simulation des sources de fuel-Read dans le silicium a été mise au point en vue d'examiner la relation entre la dynamique des dislocations et leur multiplication d'une part et les stades initiaux de la déformation plastique dans ce matériau d'autre part, dans les cristaux cubiques diamant. Une description complète des configurations émises par une source de fuel-Read est présentée, et les mécanismes d'émission identifiés. Cette étude est appliquée au modèle de Pirenz pour le maclage mécanique. Le pic de limite d'élasticité est étudié en détail dans les conditions de glissement simple grâce à la simulation. Les données simulées sont comparées au modèle d'Alexander & Haasen. Une estimation de l'efficacité de certains mécanismes en volume pour expliquer l'épaississement des bandes de glissement est présentée.
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Kearns, Joel K. "Origin Of Growth Twins During Czochralski Growth Of Heavily Doped, Dislocation-Free Single Crystal Silicon." Digital WPI, 2019. https://digitalcommons.wpi.edu/etd-dissertations/514.
Full textAbstract:
Low voltage power electronics are made from dislocation free silicon heavily doped with arsenic or antimony to provide low electrical resistivity. Attempts to grow crystals with decreased resistivity have led to a higher probability of twinning during growth, so that the crystal no longer possesses the required crystallographic orientation for device fabrication. The source of the twins must be identified so that crystal growth process conditions can be designed to eliminate this defect mechanism, allowing lower resistivity crystals to be grown reliably. In lightly doped crystals, twinning was ascribed to presence of carbon impurity or a low probability atomic stacking accident, neither of which should be affected by increased concentration of arsenic or antimony. Crystals that twinned during growth were characterized by resistivity, Laue back-reflection x-ray diffraction, optical and scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray spectroscopy, spreading resistance, x-ray computed tomography and electron backscatter diffraction. The twin nucleation site of silicon crystals that were grown heavily doped with arsenic or antimony were compared to lightly doped crystals which twinned, and crystals that exhibited other defects. The initial twinning in the <100> orientation heavily doped crystals occurred from small gas bubbles bursting at a {111} facet at the three phase boundary, and forming a twin orientation domain on that facet. The gas bubbles likely consist of argon, the process gas used during solidification to remove silicon monoxide gas from the growth system. The higher levels of arsenic or antimony dopant may have changed the silicon surface tension, or provided additional impurities into the liquid silicon. Either effect may have changed the number or size of argon bubbles in the liquid silicon, leading to a higher incidence of gas bubbles near the {111} facet during solidification. Similar but smaller crater features were observed on two lightly boron-doped silicon crystals that twinned. Two other lightly doped crystals formed twins from carbon inclusions, consistent with carbon as a cause. Some heavily-doped twinned samples also show high concentrations of metals at the twin nucleation site, which could affect surface energy. Measurement of the geometry of crystal surface-to-facet radius eliminated a recently-proposed twin nucleation theory from consideration. Constitutional supercooling was demonstrated to not be a major contributing factor to twin nucleation. It was shown that deliberately introducing additional arsenic dopant during solidification would nucleate twins, but twins did not occur if only elemental carbon was introduced.
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Rakotobe, Arilanto. "Le rôle du dopage indium sur la nucléation et la propagation des dislocations des GaAs." Aix-Marseille 3, 1994. http://www.theses.fr/1994AIX30011.
Full textAbstract:
Cette these a ete consacree a l'etude de l'influence du dopage indium sur les proprietes mecaniques des dislocations dans l'arseniure de gallium. Deux aspects particuliers ont ete traites : d'une part, des recuits de vieillissements sur les sources de dislocations a 773 k ont permis de constater un blocage des sources quand la duree du recuit est suffisante. Des resultats s'interpretent par des ancrages sur les sources dues a des incorporations d'indium sur les segments alpha et vis aussi bien pendant le recuit que pendant la rotation de la source. D'autre part, a basse contrainte (inferieur a 12 mpa) et a haute temperature (superieure a 673 k), nous avons observe un ralentissement progressif des dislocations alpha du a une accumulation d'indium. Nous developpons un modele base sur l'incorporation d'indium dans les decrochements provoquant une augmentation de leur energie de migration. Nos resultats dont en accord avec l'hypothese d'interaction particuliere indium interstitiel - coeur alpha
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Davies, Matthew John. "Optical studies of InGaN/GaN quantum well structures." Thesis, University of Manchester, 2014. https://www.research.manchester.ac.uk/portal/en/theses/optical-studies-of-ingangan-quantum-well-structures(f6c6e59b-8366-44aa-b149-9338d3f03dc0).html.
Full textAbstract:
In this thesis I present and discuss the results of optical spectroscopy performed on InGaN/GaN single and multiple quantum well (QW) structures. I report on the optical properties of InGaN/GaN single and multiple QW structures, measured at high excitation power densities. I show a correlation exists between the reduction in PL efficiency at high excitation power densities, the phenomenon so-called ``efficiency-droop'', and a broadening of the PL spectra. I also show a distinct change in recombination dynamics, measured by time-resolved photoluminescence (PL), which occurs at the excitation power densities for which efficiency droop is measured. The broadening of the PL spectra at high excitation power densities is shown to occur due to a rapidly redshifting, short-lived high energy emission band. The high energy emission band is proposed to be due to the recombination of weakly localised/delocalised carriers occurring as a consequence of the progressive saturation of the local potential fluctuations responsible for carrier localisation, at high excitation power densities. I report on the effects of varying threading dislocation (TD) density on the optical properties of InGaN/GaN multiple QW structures. No systematic relationship exists between the room temperature internal quantum efficiency (IQE) and the TD density, in a series of nominally identical InGaN/GaN multiple QWs deposited on GaN templates of varying TD density. I also show the excitation power density dependence of the PL efficiency, at room temperatures, is unaffected for variation in the TD density between 2 x107 and 5 x109 cm-2. The independence of the optical properties to TD density is proposed to be a consequence of the strong carrier localisation, and hence short carrier diffusion lengths. I report on the effects of including an InGaN underlayer on the optical and microstructural properties of InGaN/GaN multiple QW structures. I show an increase in the room temperature IQE occurs for the structure containing the InGaN underlayer, compared to the reference. I show using PL excitation spectroscopy that an additional carrier transfer and recombination process occurs on the high energy side of the PL spectrum associated with the InGaN underlayer. Using PL decay time measurements I show the additional recombination process for carriers excited in the underlayer occurs on a faster timescale than the recombination at the peak of the PL spectrum. The additional contribution to the spectrum from the faster recombination process is proposed as responsible for the increase in room temperature IQE.
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Delineau, Cécile. "Réalisation et mise au point d'un dispositif expérimental de frottement intérieur pour l'étude de la photoplasticité dans Si [le silicium] et GaAs [l'arséniure de gallium]." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2254.
Full textAbstract:
Les mesures isothermes de frottement interieur connaissent un developpement certain en raison des avantages lies a la large gamme de frequence disponible. En ce qui concerne les solides cristallins ou plus generalement les materiaux presentant de fortes rigidites et de faibles niveaux d'amortissement, les dispositifs les plus performants sont actuellement les pendules forces de torsion. Ces dispositifs presentent cependant un certain nombre d'inconvenients et notamment: - une certaine complexite mecanique entrainant un encombrement important, - une grande sensibilite aux perturbations exterieures, - des difficultes pour l'etude d'echantillons de petites dimensions ou tres fragiles. Le but de notre travail etait de realiser et de mettre au point un dispositif original pour l'etude de la photoplasticite dans les semi-conducteurs. Il s'agit d'un dispositif de frottement interieur de type lame vibrante en oscillations forcees. Les mesures peuvent se faire soit en balayage de temperature (de l'ambiante a 1000c), soit en balayage de frequence (de 10#-#3 a quelques centaines de hertz) pour permettre la determination des energies d'activation des mecanismes elementaires responsables de la mobilite des dislocations. La theorie relative a la mobilite des dislocations dans le silicium et l'arseniure de gallium est exposee dans le premier chapitre. Dans le second sont presentes quelques rappels sur le frottement interieur. Apres une revue critique des differentes methodes de mesure du frottement interieur, nous presentons notre dispositif. Enfin, les resultats obtenus par ces methodes et par les methodes plus classiques (microscopie electronique, figures d'attaque,) sont exposes dans le dernier chapitre et serviront de reference pour les etudes ulterieures
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Verdu, Catherine. "Origines microstructurales et modélisation de l’Amorçage des fissures inter granulaires d'un alliage Al-Li-Cu-Mg-(Zr)." Lyon, INSA, 1991. http://www.theses.fr/1991ISAL0012.
Full textAbstract:
Le travail réalisé porte sur l'analyse des mécanismes microscopiques de la rupture inter granulaire des alliages Al. Li. Cu. Mg. (Zr). Par une méthodologie expérimentale originale, nous avons montré que la rupture dans ces alliages est liée à leur mode de déformation plastique particulier. En effet, on observe qu'une seule famille de plans. De glissement est principalement activée, en raison d'une texture cristallographique marquée, et du cisaillement des précipités Al Li. Il s'en suit des incompatibilités de déformation entre les grains qui entraînent une localisation de la déformation près des joints de grains et l'apparition d'un glissement sinueux très grossier. Les ruptures inter granulaires sont dues principalement à l'effet de l'interaction avec les joints de grains, des glissements rectilignes et sinueux. D'autre part la précipitation inter granulaire de la phase quasi-crystalline T et de la présence d'une zone dénudée en précipités Al Li, favorisent l'amorçage inter granulaire des fissures en raison des incompatibilités de déformation plastique entre la phase T2 et la matrice. Dans la dernière partie, nous développons un modèle d'amorçage pour les fissures inter granulaires à partir d'un empilement de dislocations contre les joints de grains. Ce modèle appliqué au cas des états revenus conduit à une vision assez claire de la rupture inter granulaire dans les alliages Al. Li. Cu. Mg. (Zr)This work is concerned with the microscopic mechanisms of inter granular fracture in an Al. Li. Cu. Mg. (Zr) alloy. By means of an original approach, it has been shown that the fracture of this alloy is due to his specific plastic deformation mode. Indeed, only a one single slip system is mainly activated due to a very pronounced crystallographic texture and the shearing of Al Li precipitates. Therefore incompatible deformation occurs between contiguous grains. It induces a localisation of the plastic deformation near the grain boundaries and the initiation of a very coarsened and sinuous slip. Inter granular granular cracks are mainly due to the interaction of slips with grain boundaries. The crack initiation is also enhanced because of the plastically interaction stress field induced by incompatibility problems between: the T2 phase and the precipitate free zone. In the last part of this work an inter granular crack initiation model is proposed from the formation of dislocations pile ups against the grain boundaries. This model leads to à clear understanding of the inter granular fracture in the againg Al. Li. Cu. Mg. (Zr) alloys
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Roqueta, Fabrice. "Piégeage d'impuretés métalliques par implantation d'hélium : applications aux composants intégrés de puissance." Tours, 2000. http://www.theses.fr/2000TOUR4032.
Full textAbstract:
Dans l'industrie du semi-conducteur, la contamination du silicium par des impuretés métalliques, comme le fer, notamment lors de traitements thermiques à haute température, entraîne une dégradation des caractéristiques électriques ainsi que des problèmes de fiabilité. Jusqu'à présent, l'étape de piégeage était remplie par une étape de diffusion de phosphore après un dépôt de POCI3. Cependant cette technique n'est toujours pas suffisante ou même possible sur certains types de composants. Une alternative prometteuse est le piégeage par implantation d'hélium. Le but de ce travail a été d'étudier l'évolution des défauts créés par implantation d'hélium, ainsi que la cinétique de piégeage d'une impureté métallique, le fer. L'influence de ce piégeage a été observée à travers l'évolution de grandeurs électriques, mesurées sur les diodes Schottky et bipolaires. En effet, en utilisant cette technique, on note une diminutioni de la concentration de fer libre, ce qui s'accompagne par une diminution des courants de fuite. Dans certains composants, il devient inévitable d'effectuer un piégeage latéral. Dans ce cadre, nous avons étudié le piégeage latéral utilisant l'implantation d'hélium ; cet élément étant implanté en périphérie des dispositifs. Les résultats obtenus confirment la capacité de piégeage latéral des impuretés métalliques par ce type d'implantation. L'extension latérale utilisant ce type de piégeage peut atteindre plusieurs millimètres, ce phénomène étant limité par la diffusion de l'impureté à piéger. Des essais d'implantation d'hélium sur une diode de protection produite par STMicroelectronics se sont traduits par une amélioration conséquente des rendements de fabricationIn the industry of the semiconductor, the contamination of silicon by metal impurities, like iron, in particular during thermal treatments at high temperatures, involves a degradation of the electrical characteristics as well as some reliability problems. Until now, the gettering stage was filled by a phosporus diffusion step after a POCI3 deposition. However this technique is not always sufficient or even possible on several types of components. A promising alternative is the use of helium implantation as gettering stage. The aim of this work was to study the evolution of the defects created by helium implantation, as well as the kinetics of trapping of metal impurity, iron. The influence of this trapping stage was observed through the evolution of electrical quantities, measured on Schottky and bipolar diodes. Using this technique, we have observed a reduction of the free iron concentration is observed and accompanied by a reduction of the leakage currents. In some components, it becomes inevitable to carry out a lateral gettering. Within this framework, we studied the lateral gettering using helium implantation, this element being implanted in periphery of the devices. The obtained results confirm the capacity of lateral gettering of the metal impurities by helium implantation. The lateral extension, using this type of gettering, can reach several millimeters, phenomenon being limited by the diffusion of the impurity to trap. The tests of this helium implantation step on a protection diode (produced by STMicroelectronics) have shown a great improvement of the fabrication yields
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Alpass, Charles Rowland. "The properties of nitrogen in silicon." Thesis, University of Oxford, 2008. http://ora.ox.ac.uk/objects/uuid:db25d0a2-c3ca-432b-86be-f2c5ff1daf6f.
Full textAbstract:
The behaviour of nitrogen in silicon is investigated using the dislocation unlocking technique. Specimens containing well-ordered arrays of dislocations are isothermally annealed for a controlled duration, during which nitrogen segregates to and pins the dislocations. The stress required to unlock the dislocations is then measured by three-point bending at elevated temperature. By analysing the dependence of this unlocking stress on anneal duration and temperature, information about nitrogen's transport and interaction with dislocations can be deduced. Experiments are performed at anneal temperatures of 500 - 1050C using float-zone silicon with [N] = 2x10^15 cm^-3. The results are analysed to give an expression for nitrogen's effective diffusivity of D = 173,000 exp(-3.24eV/kT)cm^2 s^-1 in the 500 - 750C range, showing for the first time that nitrogen transport at low temperatures behaves in the same way as measured at higher temperatures by other groups using secondary ion mass spectrometry. If analysed in terms of monomer-dimer dissociative transport, the results give a nitrogen monomer diffusivity of D_1 = 28 exp(-(1.1 to 1.4 eV)/kT) cm^2 s^-1, which is similar to that found by another analysis in the literature. The measurements also show that nitrogen's dislocation locking strength measured at 550C is dependent on anneal temperature, peaking at 600 - 700C and falling towards zero above 1000C. The dislocation unlocking technique itself is also investigated and characterized. It is found that the measured unlocking stress is dependent on the three-point bend duration, falling with increasing duration. Analysis of these results in terms of the theory of release of dislocations from pinning points indicates that nitrogen dislocation locking is likely to be by an atomic species. This effect also has implications for the results of previous nitrogen dislocation unlocking experiments, and the technique has been modified so that a standardised set of conditions is used for every test. Other measurements show that nitrogen's dislocation locking effect is lessened by the presence of transition metal contamination, and that dislocation velocity in silicon may be affected by the nitrogen present in the material. A modified dislocation unlocking technique is developed to measure dislocation locking from near-surface ion-implanted impurities. Results from heavily N-implanted silicon show that nitrogen implantation can provide additional dislocation locking strength to that already given by the oxygen in the material. The scale of the dislocation locking effect in these experiments may provide evidence that nitrogen's effective diffusivity is reduced at high concentrations, indicating that nitrogen transport may be by a dissociative mechanism.
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Herbeaux, Christian. "Étude par microscopie électronique en transmission des défauts structuraux induits par les contraintes dans les hétérostructures Ga1-xInxAs/InP et Ga1-xInxAs/GaAs." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10043.
Full textAbstract:
Cette étude est centrée sur une analyse par microscopie électronique en transmission des défauts structuraux associés à la croissance épitaxiale du matériau semiconducteur GA1-xInxAs sur substrat InP ou sur substrat GaAq, ces deux types de supports correspondants aux deux filières classiques de croissance de cet alliage ternaire. L'objectif principal a été l'étude des propriétés structurales des dislocations de désadaptation de réseau et des mécanismes par lesquels ces dislocations relâchent tout ou partie des contraintes générées lors de l'épitaxie. Ces mécanismes concernent à la fois la génération et la multiplication de ces dislocations. Dans le cas du matériau GA1-xInxAs pratiquement adapté au matériau InP, le critère de pseudomorphisme est presque toujours satisfait, même pour des épaisseurs importantes de la couche épitaxiée. La densité de dislocations de désadaptation de réseau restant faible, on peut alors mettre en évidence des effets plus fins liés à la présence de fluctuations de composition au niveau des interfaces. Les structures Ga1-xInxAs/GaAs contraintes, choisies comme modèles d'étude, nous ont permis de mettre en évidence et d'interpréter la nature des dislocations et de leurs interactions, tout en tenant compte de leur caractère dissocié. Nous montrons que les modèles habituellement invoqués pour interpréter la multiplication des dislocations aux interfaces ne peuvent pas rendre compte de nos observations. Enfin, l'analyse des micrographies électroniques permet de proposer un mécanisme de source de type Frank-Read basé sur le glissement dévié des segments vis, mécanisme qui pourrait être à l'origine de la multiplication des dislocations de désadaptation dans ce type d'hétérostructure
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Belabbas, Imad. "Simulation à l’échelle atomique des cœurs de dislocations dans le nitrure de gallium." Caen, 2007. http://www.theses.fr/2007CAEN2009.
Full textAbstract:
Dans le cadre de la simulation atomistique nous avons étudié les structures atomique et électronique ainsi que la stabilité relative de différentes configurations du cœur des dislocations (prismatiques et basales) dans le GaN wurtzite. Pour ce faire, nous avons utilisé trois classes de méthodes : ab-initio DFT (AIMPRO), liaisons fortes (SCC-DFTB) et un potentiel empirique (Stillinger-Weber modifié). Dans le cas des dislocations prismatiques, nous avons fourni les premiers modèles atomistiques du cœur de la dislocation mixte , dont la configuration avec un double cycle à 5/6 atomes correspond à la structure du cœur observée par imagerie Z-contraste. Par ailleurs, nous proposons une nouvelle configuration du cœur de la dislocation vis (double cycle à 6 atomes) qui est plus énergétiquement favorable que la configuration (cycle à 6 atomes) connue jusqu’à présent. Pour cette même dislocation, nous avons mis en évidence la présence de canaux de conduction qui peuvent être à l’origine des courants de fuite observés dans les dispositifs électroniques à base de GaN. Pour les dislocations basales, nous avons montré dans le cas de la dislocation vis que la configuration de type shuffle est la plus énergétiquement favorable alors qu’une reconstruction totale des liaisons pendantes ne conduit pas nécessairement à un abaissement de l’énergie des configurations de type glide. Dans le cas de la dislocation mixte à 60°, la configuration du cœur de type glide avec une polarité azote s’est révélée la plus énergétiquement favorable. Dans le cas de la dislocation coin , la configuration shuffle, contenant des mauvaises liaisons, avec un cycle à 5/8/5 atomes est la plus énergétiquement favorable. Cette configuration est prédite pour être le résultat de la courbure à 90° d’une dislocation vis avec un cœur à double cycle à 6 atomes, lors de la croissance ELO. Nous avons montré que les cœurs de la dislocation coin sont caractérisés par la présence d’un fort champ de contrainte ce qui peut favoriser la contamination des couches de GaN par les atomes Si et O constituant le masqueIn the state of art of atomistic simulations, we have investigated energetics, atomic and electronic structures of different core configurations of prismatic and basal dislocations in wurtzite GaN. For that purpose, we have used three different methods: ab-initio DFT, tight-binding (SCC-DFTB) and an empirical potential (Modified Stillinger-Weber). We have provided the first atomistic models for the mixed dislocation core, where the configuration with a double 5/6-atoms ring corresponds to the structure already observed by Z-contrast imaging. We have also proposed, for the screw dislocation, a new core configuration, with a double 6-atoms ring, which is more energetically favourable than the configuration, with a single 6-atoms ring, known up to now. For this dislocation, we have, moreover, shown the presence of extended channels running along the core that may be at the origin of leakage currents, usually observed in GaN based devices. In case of basal dislocations, we have demonstrated for screw dislocations that the most energetically favourable core configuration belongs to the shuffle set, while a complete reconstruction of dangling bonds at the core of glide configurations do not lead necessarily to a lowering in core energy. For the mixed 60° dislocation, we have shown that the most energetically favourable core belongs to the glide set and possesses nitrogen polarity. A shuffle configuration with a complex 5/8/5-atoms ring structure, that contains wrong bonds, was found to be energetically favourable for the edge dislocation. This configuration is expected to result from a 90° bending of a screw dislocation with a double 6-atoms ring core during an ELO growth. All the core configurations of the edge dislocation were found to exhibit a large stress field. This may be a driving force for contamination of GaN layers grown by ELO with Si and O atoms which form the mask
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Xin, Yan. "Transmission electron microscopy study of novel semiconductor heterostructures and high Tc superconductors." Thesis, University of Cambridge, 1996. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.313899.
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Tillay, Vanemany. "Influence des dislocations sur les propriétés électroniques de 6H-SiC de type n." Poitiers, 1999. http://www.theses.fr/1999POIT2268.
Full textAbstract:
La these est consacree a l'etude de l'influence des dislocations sur les proprietes electroniques de 6h-sic de type n. Les dislocations sont introduites volontairement par rayure des faces 0001 a temperature ambiante suivie d'un recuit (1000c, 3 hrs). Les observations par met ont montre que les dislocations ainsi introduites sont majoritairement des partielles de shockley glissant dans le plan basal. De plus, la nature du cur des partielles, determine par la technique lacbed, a montre que les dislocations d'aspect zigzagge ont un cur carbone alors que celles d'aspect lisse ont un cur silicium. Apres rayure et recuit de la face carbone on observe sensiblement autant de dislocations a cur carbone que de dislocations a cur silicium, mais leur repartition est differente suivant leur distance par rapport a la rayure. Par contre, sur la face silicium on observe principalement des dislocations a cur silicium. L'effet de l'introduction volontaire de defauts sur les proprietes electroniques a ete etudie sur des diodes schottky fabriquees par pulverisation de ti/al (50 nm/80 nm). Quelle que soit la face rayee on observe une modification des caracteristiques electriques des diodes. Cependant la densite de dislocations est insuffisante pour expliquer le fort effet de compensation observe, il faut donc tenir compte de la presence des defauts ponctuels. Par ailleurs, en depit des differences observees par met, les niveaux profonds se situent dans la meme region d'energie de la bande interdite. Enfin, nous presentons un modele qui pourrait expliquer le role des dislocations dans les mesures i-v.
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Branchu, Samuel. "Plasticité de InSb [antimoniure d'indium] à basse température : analyse des microstructures par microscopie électronique en transmission." Poitiers, 1997. http://www.theses.fr/1997POIT2283.
Full textAbstract:
La plasticite sous forte contrainte de l'antimoniure d'indium a ete etudiee dans le domaine de temperature de 20c - 200c au moyen d'un appreillage de deformation sous pression de confinement solide. L'analyse des sous-structures de dislocations par microscopie electronique en transmission nous a permis de mettre en evidence qu'un abaissement de la temperature d'essai, et l'augmentation de la contrainte qui en resulte, modifient le mecanisme de deformation. Pour t 100c, la deformation procede par glissement de dislocations parfaites alors que pour t 50c on passe a un mecanisme par glissement de dislocations parfaites et de dislocations partielles, ce dernier devenant preponderant a l'ambiante. Le caractere vis des dislocations parfaites est de plus en plus marque a mesure que la temperature diminue, ce qui temoigne de la faible mobilite de ces segments. D'une maniere generale les dislocations apparaissent dissociees. La faute d'empilement creee est toujours de nature intrinseque. Des fautes d'empilement etendues sur des fronts a 60 montrent la plus grande mobilite des dislocations partielles a 90 par rapport aux dislocations partielles a 30. Aucun evenement semblable n'a ete observe sur des fronts a 60. Ceci suggere une mobilite identique des dislocations partielles a 90 et 30. D'autre part, des observations par la technique de diffraction electronique en faisceau convergent a grand angle (lacbed) revelent une faible difference de mobilite entre les dislocations partielles a 30 et a 30. Par ailleurs, l'observation de dislocations appartenant a la fois au plan de glissement primaire et au plan de glissement devie montre l'activite du glissement devie. Enfin, a la temperature ambiante, nous avons mis en evidence que sous l'action de la contrainte deux segments vis appartenant au plan de deviation se dissocient pour emettre dans le plan de glissement primaire l'un des dislocations partielles a 30 et l'autre des dislocations partielles a 30.
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Lei, Huaping. "Dislocations et puits quantiques dans les nitrures semiconducteurs III-V par des méthodes de dynamique moléculaire et du premier principe." Caen, 2009. http://www.theses.fr/2009CAEN2023.
Full textAbstract:
En utilisant un empirique potentiel modifié du type Stillinger-Weber (SW) et une méthode du premier principe à base de DFT (SIESTA code), les propriétés des dislocations et leur possible interaction avec les puits quantiques InGaN ont été étudiées. Avec SW, différents types de dislocations, coin-a, vis-c, vis-a et coin-c ont été traités systématiquement dans InN et AlN et comparer avec GaN. Un nouveau cœur de dislocation vis-c a été mis en évidence pour InN, AlN et également GaN avec une mauvaise liaison située dans le plan. Avec SIESTA, les énergies des dislocations coin-a ont été calculées au moyen d’une supercellule de quadrupôle pour AlN, GaN et InN. La condition périodique crée des images dont les effets sont corrigés par deux méthodes : la sommation quadrupolaire et les dislocations « fantômes ». Le résultat montre que les coeurs à 8 atomes sont plus stables que ceux à 5/7 et 4 atomes et valide le potentiel SW pour les grandes distorsions. Avec SW, la distribution des atomes d'indium dans InGaN a été systématiquement étudiée ainsi que l'effet des contraintes sur la stabilité du système et le rôle de la dislocation vis-c dans la séparation de phases. Les clusters d’indium ne sont pas favorables énergétiquement mais peuvent être formés dans le coeur de la dislocation vis-c. Les distorsions réduisent la stabilité énergétique des héterostructures InGaN/GaN et compresse les liaisons N-Ga et N-In. Un phénomène anormal de la liaison N-Ga est observé dans le puits quantique InGaN/GaN : sa longueur est réduite en fonction de la concentration d’indium lorsque la deformation atteint une valeur critique. Cet effet peut être expliqué en considérant la balance des forcesThe properties of the threading dislocations and their possible interactions with the InGaN quantum wells are theoretically investigated by using a modified empirical Stillinger-Weber potential (SW) and the first principle calculations (SIESTA package). All types of pure threading dislocations: a-edge, c-screw, a-screw and c-edge in InN and AlN have been systematically studied by using SW in comparison with GaN. The new core structures of c-screw dislocations in AlN and InN are found as same in GaN with the wrong bonds located in a plane. With SIESTA, the a-edge dislocations were treated by using the quadrupolar supercells in AlN, GaN and InN. The image effect due to the periodic boundary condition has been considered by the quadrupole summation and ghost dislocation methods. The corrected core energies have indicated that 8-atom core is more energetically feasible than 4- or 5/7-atom cores. The transferability of the Stillinger-Weber potential to the large distortion system has been validated. The strain effect reduces the energetic stability of systems, and the role of c-screw dislocation on the phase separation is studied. The formation of In-rich clusters is not energetically feasible, but would be possible in the core of c-screw dislocation. The strain in InGaN/GaN heterostructures further reduces the energetic stability. Suffering from the strain, N-Ga and N-In bonds are compressed, and an abnormal behavior of N-Ga bonds takes place: N-Ga bond length is reduced as a function of indium concentration when the strain is larger than the critical value. A force balance model has been proposed to explain the abnormality of N-Ga bonds in the strained InGaN quantum wells
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Zongo, Innocent. "Contribution à l'étude de l'influence du dopage électronique sur la plasticité de l'arséniure de gallium." Lille 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LIL10147.
Full textAbstract:
Ce travail a eu pour objectif l'étude de l'influence de la température et du dopage sur le comportement plastique de l'arséniure de gallium GaAs dans le domaine des moyennes températures (0,25 Tf < T < 0,65 Tf). Les résultats concernant plus spécifiquement le dopage isoélectronique à l'indium sont présentes et comparés au cas semi-isolant choisi comme référence. Ils montrent que la réponse plastique des deux matériaux est essentiellement comparable. La faible différence qui s'apparente à un effet de solution solide ne peut en aucun cas rendre compte de la forte réduction de la densité de dislocations de croissance dans le matériau dopé isoélectroniquement. Les comportements plastiques différent au contraire fortement dans le cas de dopants électriquement actifs comme le sélénium (n) ou comme le zinc (cas d'un codopage ln-Zn de type p étudié dans ce travail). L'analyse des résultats expérimentaux a utilisé l'approche phénoménologique traditionnelle de la déformation plastique. Les résultats obtenus paraissent en bon accord avec ce qui a déjà été publié sur le sujet. L'originalité de ce travail réside toutefois dans l'analyse thermodynamique approfondie utilisée, qui a permis pour la première fois d'interpréter l'inadéquation, rapportée par de nombreux auteurs, des formalismes classiques de l'activation thermique à rendre compte pleinement des expériences, malgré la bonne cohérence apparente de ces résultats. Le rôle critique joué par la densité de dislocations mobiles dans l'évaluation de certains paramètres expérimentaux et l'existence de plusieurs mécanismes élémentaires de plasticité simultanément activés dans le domaine thermique exploré sont clairement démontrés.
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Audurier, Valérie. "Plasticité du nitrure d'aluminium sous forte contrainte : sous-structures de déformation." Poitiers, 1994. http://www.theses.fr/1994POIT2263.
Full textAbstract:
La plasticite sous forte contrainte du nitrure d'aluminium a ete etudiee dans le domaine de temperature 20c-800c au moyen d'un appareillage de deformation sous pression de confinement. L'analyse des sous-structures de dislocations par met nous a permis de mettre en evidence l'activation des systemes de glissement basal et prismatiques de premiere espece, 1/3<1120>(0001) et 1/3<1120>1100. Le plan basal se caracterise par des configurations de dislocations dominees par des forces de peierls dans l'orientation vis. L'etude de nuds de dislocations a permis de montrer qu'il est plus facile de faire devier une dislocation dans le plan prismatique que de lui faire adopter une orientation autre que vis dans le plan basal. Aussi bien dans le plan basal que dans le plan prismatique, aucune dissociation n'a pu etre resolue par la technique des faisceaux faibles. Les nombreux ancrages presents sur les dislocations vis, favorisant la deviation des dislocations, conduisent au trainage de dipoles. De 20c a 500c, la deformation de aln peut etre analysee par le glissement de dislocations dans les plans basal et prismatique et la deviation frequente d'un plan vers l'autre, facilitee vraisemblablement par la structure de cur des dislocations vis. A plus haute temperature (800), on a pu mettre en evidence un changement de la mobilite des dislocations coins de vecteur de burgers 1/3<1120> dans le plan prismatique. Ceci a ete interprete par une dissociation eventuelle des dislocations hors du plan prismatique assistee par la diffusion
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Chauveau, Jean-Michel. "Influence des conditions de croissance sur la qualité structurale et la morphologie de surface de rampes à composition graduelle InAlAs sur GaAs : application aux HEMTs métamorphiques." Lille 1, 2001. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/2001/50376-2001-297.pdf.
Full textAbstract:
Les hétérostructures InAlAs/InGaAs métamorphiques présentent un intérêt fondamental dans les applications électroniques hyperfréquences de par la grande mobilité des électrons dans le canal InGaAs pour des compositions élevées en Indium (>30%). Pour atteindre ce but, il est nécessaire que les couches soient non contraintes (métamorphiques) et exemptes de dislocations. Ces deux conditions sont incompatibles avec une croissance directe sur un substrat GaAs. Une solution consiste à insérer entre le substrat et les couches actives une couche tampon (buffer) constituée de rampes graduelles de composition. La croissance des couches a été réalisée à l'IEMN par épitaxie par jets moléculaires. Au cours de cette étude, nous avons analysé l'influence de la forme de la rampe (linéaire, sublinéaire, gradient de composition, composition au démarrage) et des conditions de croissance (température, rapport V/III,) sur le niveau de contrainte résiduelle dans la couche active et sur la rugosité de surface ou d'interface. La caractérisation des couches a fait appel à la cartographie X de réseau réciproque, à la microscopie électronique en transmission et à la microscopie à force atomique. Dans une première partie, nous abordons l'étude des buffers graduels simples, sans plateau de couches actives [. . . ].
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Vialta, Clemente Arantxa. "Structure des Couches d’InN et d’alliages (In,Al)N." Caen, 2012. http://www.theses.fr/2012CAEN2014.
Full textAbstract:
En raison de leurs applications prometteuses dans les domaines de l’optoélectronique et de l’électronique, les semiconducteurs III-V à base d’azote: les nitrures (AlN, GaN, InN) et leurs alliages (InAlN, InGaN, AlGaN), font l’objet, depuis les années 1990, d’une activité intense en recherche et développement. Dans ce travail, nous avons étudié les propriétés structurales des couches d'InN et de l'alliage InAlN dans les hétérostructures InAlN/AlN/GaN et InAlN/GaN en combinant les techniques AFM, IBA, DRXHR, Raman et MET. L’étude des couches d’InN a été menée par DRX afin de déterminer la contrainte résiduelle, et on a cherché à faire une corrélation avec la morphologie des surfaces par AFM. Les contraintes résiduelles obtenues par DRX ont été comparées aux résultats de spectroscopie Raman, et on a pu montrer que toutes les couches avaient une contrainte résiduelle qui n'est pas purement bi-axiale. Les hétérostructures InAlN pour transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) sont des couches ultraminces de quelques monocouches atomiques à plusieurs dizaines de nanomètres d'épaisseur. De plus, leur structure peut être assez complexe dans le but d’optimiser le gaz d’électrons généré dans le canal du transistor. Dans l’idéal, on utilise une concentration en indium autour de 17%, qui est celle de l'accord de paramètres cristallins avec le GaN. Nos travaux ont mis en évidence qu’il n’est pas facile de contrôler la composition locale; en effet la structure et morphologie des couches sont très sensibles aux conditions de croissanceDue to their promising optoelectronic and electronic applications, nitrogen based III-V compound semiconductors (AlN, GaN, InN) and their alloys (InAlN, InGaN, AlGaN) have received a large research interest since the early 90’s. In this work, we have investigated the structural behaviour of InN layers and InAlN alloys in InAlN/AlN/GaN and InAlN/GaN heterostructures using complementary techniques: AFM, IBA, HRXRD, Raman and TEM. The study of InN layers has been carried out by HRXRD in order to determine the residual stress and the results were correlated with the morphology as investigated by AFM. The residual stress obtained by HRXRD has been compared with the Raman results, showing that all the layers were characterized by a non pure biaxial stress. The InAlN heterostructures for high electron mobility transistors (HEMTs) are ultra thin layers ranging from a few atomic monolayers to dozens of nanometers. Moreover, their structure can be quite complex in order to optimize the electron gas (2DEG) generated in the transistor channel. We have investigated InAlN layers with In content around 17 % which corresponds to the lattice-match to GaN. In this work, we have shown that it is not easy to control the local composition together with the structure and morphology, meaning that the InAlN layers quality is very sensitive to the growth conditions
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Wang, Yi. "Dislocation et relaxation des contraintes aux interfaces entre semiconducteurs III-V à large différence de paramètres de maille." Caen, 2012. http://www.theses.fr/2012CAEN2008.
Full textAbstract:
Au cours de ce travail, nous avons procédé à une analyse extensive des dislocations d’interface et de la relaxation des contraintes dans les couches épitaxiales de GaSb sur GaAs (ou GaP) par microscopie électronique en transmission. Sur le substrat de GaAs, nous avons étudié le rôle de l’épaisseur de couches intermédiaires AlSb et le traitement de surface du substrat sur la relaxation des contraintes et la densité de dislocations émergeantes de la couche GaSb. Pareillement, nous avons étudié les effets des paramètres de croissance, tels que, le traitement de surface du substrat, la vitesse et la température de croissance sur la relaxation des contraintes des premières monocouches de GaSb sur la GaP. Avec ces paramètres de croissance optimisés, nous avons pu réaliser une couche de GaSb tampon (600 nm) et des hétéro-structures AlSb/InAs avec une mobilité température ambiante de 30000 cm2V-1s-1 et 25500 cm2V-1s-1 sur la GaAs et GaP, respectivement. De plus nous avons mis en évidence, une dépendance du type de dislocation d'interface au mode de croissance: une croissance 2D de GaSb favorise la génération de dislocations de Lomer; alors que des dislocations 60o et des paires de 60o sont principalement générées en mode de croissance 3D. Nous avons aussi déterminé de façon quantitative le mécanisme général de formation des dislocations d'interface: l'interaction d'une dislocation 60o qui se forme en surface et glisse sous interaction avec celle qui se trouve déjà dans l'interface, mais aussi la tension de surface, permettent de déterminer la direction de son vecteur de Burger et donc la configuration de la dislocation résultante à l'interface. Les structures des dislocations et leur stabilité ont été étudiées par HAADF avec résolution atomique et modélisation par dynamique moléculaire. L’étude quantitative des vecteurs de Burger par analyse fine des images a confirmé le mécanisme de formation des dislocations d'interface en accord avec notre modèleIn this work, we have carried out an extensive TEM investigation of misfit dislocations and strain relaxation in Sb-based III-V epitaxial layers on the GaAs and GaP substrates. On GaAs, we have investigated the influence of AlSb interlayer thickness and substrate surface treatment on the strain relaxation and threading dislocation density inside GaSb layers. Similarly, we studied the growth parameters, such as substrate surface treatment, growth rate, and growth temperature on the strain relaxation of 10 MLs GaSb on GaP. With the optimized GaSb buffer layers (600 nm), high mobility AlSb/InAs hetero-structures with room temperature mobility of 30000 cm2V-1s-1 (25500 cm2V-1s-1) on GaAs (GaP) substrates have been achieved. A growth mode dependence of the misfit dislocation has been observed: a 2D growth of GaSb promotes the generation of Lomer dislocations; in contrast 60o dislocations and closely spaced 60o pairs are predominantly generated in 3D growth mode. Consequently, a 60° dislocation glide model in combination with surface effects is able to account for the formation of Lomer, 60o, and 60o dislocation pairs at these hetero-interfaces. The core structures of the misfit dislocations and their stability have been investigated by atomic resolution HAADF and molecular dynamic simulation. The dislocation density tensor analysis was next used to quantify the burgers vector of the misfit dislocations. This precise measurement revealed the misfit dislocation formation mechanism in agreement with our proposed model
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Tondellier, Thibaut. "Mise au point d'un dispositif expérimental de frottement intérieur pour l'étude de la mobilité des dislocations dans les semi-conducteurs." Poitiers, 2002. http://www.theses.fr/2002POIT2266.
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