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Dosage de l'hydrogène dans les couches minces par la réaction nucléaire ¹H (¹⁵ N, α γ) ¹²C
Abstract
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Nous avons présenté au cours de ce travail une méthode de dosage de l'hydrogène dans les matériaux en couches minces par la réaction nucléaire la réaction ¹H(¹⁵N, α γ)¹²C. Les caractéristiques analytiques essentielles de cette méthode sont sa sélectivité (pratiquement aucune interférence) sa sensibilité élevée en surface (<10¹⁴ atomes.cm⁻²) tout en restant intéressante en profondeur (environ 0,1 at. %). Par ailleurs les profils de concentration obtenus de manière non destructive se caractérisent par une excellente résolution en profondeur (<50 ångström à la surface du silicium ou < 20 ångström dans un matériau lourd - de l'ordre de 400 ångström à 8000 ångström de profondeur) et des épaisseurs analysables variant de un à plusieurs microns suivant l'énergie incidente disponible. Ces performances apparaissent actuellement comme les plus compétitives des méthodes utilisant les faisceaux d'ions. La mise en place de cet outil analytique a nécessité le développement d'une source d'ions multichargés et d'un système d'irradiation - détection tous deux encore perfectibles. Deux phénomènes physiques apparaissent particulièrement importants dans ce type d'analyse. Le premier concerne l'évolution de l'hydrogène de surface (adsorbé ou lié) en fonction de la dose d'ions incidents. Nous avons essayé d'interpréter cette évolution dans le cadre d'un modèle simple déjà proposé par ailleurs, mais que nous avons tenté de rendre le plus général possible. Nous en avons tiré les sections efficaces de départ et d'incorporation des deux types d'hydrogène évoqués et discutons de l'implication de ces résultats sur les conditions d'analyse et la nature des échantillons. Ce modèle nous apparaît applicable à toutes les méthodes utilisant les faisceaux d'ions. Le second phénomène a trait à la mise en évidence, pour certains échantillons d'hydrogène mobile sous le faisceau d'analyse. L'interprétation en est moins évidente mais nous présentons un certain nombre de corrélations qui soulignent le caractère ionisant des ions incidents sans cependant qu'on puisse parler de méthode destructive. Ceci nous a cependant conduit à préconiser une procédure expérimentale rigoureuse pour tenir compte de ce phénomène. Une étude détaillée de ce dernier phénomène nous apparaît une suite logique à ce travail expérimental qui montre d'ores et déjà la versatilité de la méthode, la rapidité et la simplicité de l'obtention des résultats. Les améliorations technologiques nous apparaissent surtout liées aux problèmes des échantillons (traitements thermiques in-situ grande facilité de manipulation) plus qu'à l'amélioration des performances analytiques. Pour ce dernier point, c'est surtout l'augmentation de l'épaisseur analysable avec la production d'ions N³⁺ qui nous semble importante. La méthode est appelée à constituer, en couplage avec d'autres méthodes nucléaires, l'outil de caractérisation essentiel des couches minces semiconductrices hydrogénées comme actuellement le silicium amorphe.
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