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Effets des rayonnements sur les semiconducteursPierre Baruch

To cite this version:Pierre Baruch. Effets des rayonnements sur les semiconducteurs. Journal de Physique, 1963, 24 (7),pp.458-464. �10.1051/jphys:01963002407045800�. �jpa-00205508�

458.

EFFETS DES RAYONNEMENTS SUR LES SEMICONDUCTEURS (1)

Par PIERRE BARUCH,École Normale Supérieure, Laboratoire de Physique.

Résumé. 2014 Cette mise au point est consacrée aux défauts créés par irradiation dans les semi-conducteurs et à leur influence sur les propriétés de ces corps. Les travaux récents ont, montrél’importance des interactions de ces défauts avec les impuretés du cristal, avec les autres défauts etavec la population électronique. Ces interactions modifient la structure, la stabilité et les effets desdéfauts d’irradiation. On montre des exemples de tels effets tirés de l’étude du germanium, dusilicium et de composés intermétalliques.

Abstract. 2014 A review is given of current knowledge about radiation induced defects in semi-conductors and about their influence on properties of these materials. Recent work has shown theimportance of interactions between these defects and impurities, other defects or electron popula-tion. Such interactions modify the structure, stability and effects of radiation defects. Specificexamples of such effects are discussed, in the case of germanium, silicon and intermetallic com-pounds.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 24, JUILLET 1963,

Il a pu paraître, voici quelques années que l’étudede l’effet des rayonnements serait plus facile à

entreprendre pour des cristaux semiconducteursque pour des métaux. Cette vue découlait de diffé-rents caractères des semiconducteurs, en particulierde la grande sensibilité de leurs propriétés électro-niques (concentration, durée de vie des porteurslibres, propriétés de transport) aux impuretés etaux défauts de structure, de la grande variété desmoyens d’étude possibles (mesures électriquesdiverses sur des cristaux ou des dispositifs tels quediodes et transistors, propriétés optiques, réso-

nance, etc...) de la possibilité de disposer avec unegrande sûreté de cristaux de perfection et de

pureté déterminées, et enfin d’une compréhensionpoussée de leurs propriétés, très étudiées actuel-lement [1].En fait, le problème de l’irradiation des semi-

conducteurs n’a pas présenté la simplicité attendue.Si tout d’abord l’accord a semblé bon entre lesrésultats expérimentaux et un modèle théorique,celui de James et Lark Horovitz [2], des étudesplus détaillées n’ont pas permis de conserver untel modèle simple, peut-être précisément en raisondu nombre et de la sensibilité des méthodes

employées.Actuellement, si l’on ne peut plus compter sur

un modèle théorique simple, applicable à unevariété de corps et de conditions d’étude, on peutchercher à dégager quelques grandes orientationsqui guident les travaux dans ce domaine.Tout d’abord, il semble prouvé que les défauts

créés par irradiation dans les semiconducteurs nesont pas en général les défauts ponctuels simples :lacunes et interstitiels. De récents travaux sur la

(1) Travail effectué avec l’aide d’une subvention de laDélégation Générale à la Recherche Scientifique et Tech-

’ nique (Comité d’Électronique).

théorie des déplacements atomiques, de nombreusesexpériences sur des cristaux intentionnellement« dopés » ont inontré l’intervention de défauts com-plexes formés par association : régions désordon-nées [3] créées dans le Germanium par les neutronsrapides, association d’une lacune avec l’oxygène [4,5], le phosphore [5], le lithium [6] ou d’autreslacunes [7] dans le silicium, association de natureencore inconnue dans le germanium, mais où inter-viennent des impuretés chimiques telles que arsenic,antimoine [8, 9], interaction avec les défauts déjàexistants (dislocations). De telles associations semanifestent dès que la diffusion permet des mouve-ments atomiques, et cela parfois à basse tempé-rature (azote liquide). Un tel phénomène, familierd’ailleurs dans l’étude des métaux irradiés, expliquela dispersion apparente des résultats expérimen-taux, quand il n’était pas tenu compte de certainesimpuretés résiduelles dans les échantillons. D’autrepart, il semble même que certains défauts com-plexes (di-lacune par exemple) puissent être créésdirectement par irradiations [7].Pour ces raisons, il semble donc que le défaut

simple, lacune ou interstitiel soit rarement observéavec une stabilité suffisante, sauf peut-être aucours d’irradiations à l’hélium liquide. Dans cesconditions, il ne semble pas urgent de résoudre leproblème théorique de la structure électronique dela lacune ou de l’interstitiel, pour améliorer ouremplacer le modèle de James et Lark Horovitz.Cependant il serait évidemment appréciable depouvoir reconnaître ces défauts simples quand ilsapparaissent, même en faible quantité.De telles remarques peuvent maintenant paraître

évidentes, surtout à qui connaît les problèmes ana-logues dans les métaux, elles ont représenté vers1959 une étape importante (1-d).

- Une autre notion est apparue comme très impor-

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphys:01963002407045800

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tante : l’influence de la charge électrique desdéfauts sur leur stabilité et leur mobilité. Ce carac-tère est plus spécifique des semiconducteurs, où,contrairement aux métaux, la densité électroniquereprésentée par le niveau de Fermi peut varierdans de grandes proportions sous l’action de fac-teurs externes.

Suivant la position du niveau de Fermi, unniveau d’énergie, dû à un défaut ponctuel seraoccupé ou non par un électron, sa stabilité aumoment même de sa création variera, donnant lieuà des taux de création de défauts différents. Or on afréquemment déterminé des positions de niveauxd’énergie dus à l’irradiation en étudiant, en fonc-tion de la position du niveau de Fermi, la variationdu taux de disparition des porteurs libres (1-b). Lacourbe ainsi tracée présente des discontinuités,dont chacune correspond à un niveau d’énergie.Une telle méthode suppose évidemment que letaux d’introduction des centres responsables de cesniveaux est indépendant de la concentration élec-tronique et que seul leur degré d’occupationchange. On conçoit que, s’il n’en est pas ainsi, cetteméthode soit en défaut et puisse même faire appa-raître des défauts inexistants.

Nous verrons plus loin d’autres exemples del’effet de la position du niveau de Fermi.

Enfin puisqu’il a été reconnu .qu’il n’existaitguère de modèle théorique sûr, il faut poursuivredes expériences qui permettront de connaître lastructure à l’échelle atomique des modificationscréées par irradiation. En plus des méthodes élec-triques « classiques » dans l’étude des semiconduc-teurs, d’autres méthodes se sont révélées pré-cieuses : la résonance paramagnétique [5] les pro-priétés optiques ou élasto-optiques [10] ont fournila composition et la géométrie de défauts dans lesilicium, mais l’outil le plus général est encorel’étude des processus de guérison, c’est-à-dire ladétermination des paramètres de diffusion et de dis-parition des défauts. Les procédés sont classiques,quoique rendus délicats par les aspects multiformesdes défauts à étudier. D’autres méthodes aident àdéterminer les structures cherchées : -. microscopieélectronique [11], études aux rayons X [12], mesurede la dilatation de l’échantillon [13], de l’énergieinterne, etc....Comme il est difficile de présenter, actuellement,

une description unifiée des phénomènes qui nousintéressent, nous allons considérer ci-après quelquescas particuliers de semiconducteurs parmi les plusimportants. ,

Reflets d’irradiation dans le silicium. - Bien queles études sur ce matériau aiént débuté à une daterelativement récente, la structure des défauts dus àl’irradiation est relativement mieux connue, carles méthodes de résonance magnétique ont pu être

appliquées à ce problème et ont fourni une imagetrès claire.

Les mesures électriques ont montré l’existencede niveaux localisés dont la position dans la bandeinterdite et le taux d’introduction dépendent de laprésence de certaines impuretés. Il est remarquablemais probablement fortuit que la position de cesniveaux soit telle que, quelle que soit la résistivitéinitiale du cristal, un bombardement à températureordinaire accroisse toujours la résistivité, qui peutdevenir très grande, signifiant que le niveau deFermi, à la fin de l’irradiation, est voisin du milieude la bande interdite.Dans le cas du bombardement par des électrons

rapides, les centres les plus importants détectéspar ces mesures électriques correspondent auxniveaux suivants : (etc bas de la bande conduction,En haut de la bande de valence).

°°

1) Ec - 0,17 eV : ce niveau n’apparaît. que dansdu silicium contenant de l’oxygène [4], avec untaux d’introduction faible à 78 oK (10"2 dans lecas d’irradiation par des électrons de 1 MeV), plusimportant (0,16 dans les mêmes conditions) àtempérature ordinaire.En outre une interaction dé ces centres avec des

atomes de lithium ajoutés intentionnellement aété récemment démontrée [6].

2) Ec - 0,40 eV (4,5) qui n’est important quesi l’échantillon est libre d’oxygène (cristal obtenupar la méthode de la zone flottante), mais dont letaux d’introduction dépend de la température de lamême f açon que le précédent.

3) Un niveau près de la bande de valence :Ev + 0,27 si l’oxygène est présent, Ev + (0,2 ± 0,1)[14] en l’absence d’oxygène. Le niveau à Ev + 0,27n’a pas le même taux de création que Ec - 0,17,ce qui indiquerait qu’il n’est pas associé au mêmecentre [15].Les centres- ci-dessus sont les plus importants, ils

sont mis en évidence par les mesures de densité deporteurs libres, on les retrouve dans d’autres expé-riences, par exemple en étudiant les effets d’irra-diation sur les caractéristiques des diodes Tun-nel [16].

D’autres niveaux apparaissent en concentrationsplus faibles, sont parfois détectables par l’absorp-tion infra-rouge [41], la photoconductivité, larecombinaison des porteurs en excès ; leurs pro-priétés sont encore mal connues. L’effet des neu-trons rapides est connu moins en détail, mais onretrouve [17] les niveaux signalés ci-dessus.

L’étude de la guérison thermique montre que lesdéfauts créés à température ordinaire sont stablesjusqu’à des températures assez élevées (environ150 oc pour Ec°- 0,4, 300 OC pour Ec - 0,17)mais les données sur la- cinétique de guérison, dansce domaine, ne sont pas très cohérentes.

Par contre, la structure de ces défauts a étéremarquablement éclairée en utilisant la résonance

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paramagnétique et accessoirement, l’effet decontraintes mécaniques sur l’absorption infra-rouge. L’une comme l’autre des techniques, entreles mains de l’équipe de General Electric, ont per-mis l’identification des défauts par l’étude de leurssymétries [5, 10, 18].Le niveau Ec - 0,17 eV est identifié à l’associa-

tion d’une lacune avec un atome d’oxygène (cen-tre A). Dans les échantillons à faible teneur enoxygène, mais dopés au phosphore, il fait place aucentre E, combinaison d’une lacune et d’un atomede phosphore substitutionnel, qui correspond auniveau Es - 0,4 eV. L’apparition de tels centrescomplexes par irradiation à la température ordi-naire suppose évidemment que la lacune est suffi-samment mobile pour pouvoir migrer vers lesatomes d’impuretés à la température d’irradiation.Ce point de vue est confirmé par une irradiation àbasse température (20 aK) au cours de laquelle lescentres A ne sont pas créés mais apparaissent parrecuit, à partir de 100 OK.

Plus récemment, d’autres centres ont été identi-fiés par les mêmes méthodes, en particulier lalacune double (centres C et J), formée directementpar irradiation [7, 19] et semble-t-il, la lacunesimple formée à 40 OK. Des énergies de liaison et demigration ont pu être mesurées : l’énergie de liaisonde la lacune double est 1,3 eV, son énergie de migra-tion 1,5 eV. La lacune simple a une énergie demigration faible : 0,33 eV dans du silicium du typep et 0,1 eV dans du silicium n, où elle est d’ailleurscréée avec un rendement plus faible [20]. On voit làun exemple net de l’influence de la position duniveau de Fermi sur la stabilité des défauts.

Ces valeurs faibles de l’énergie de migration deslacunes permettent bien de rendre compte de laformation dès la température ordinaire, des centrescomplexes du type A et E, qui, moins mobiles, nedisparaîtront qu’à plus haute température. Parcontre, ces valeurs ne s’accordent pas avec l’inter-prétation actuelle des phénomènes de diffusion parun mécanisme de lacunes ; une énergie de migra-tion de l’ordre de 1 eV est déduite de telles expé-riences ; la mesure de la mobilité du défaut quijoue un rôle dans la diffusion accélérée par irradia-tion fournit aussi une énergie de migration voisinede 1 eV [21], et, on ne voit guère comment la lacunedouble, qui a une telle énergie de migration, inter.viendrait dans la diffusion à haute température.

D’autres problèmes existent encore pour le sili-cium : nombre de centres ont été détectés mais nonidentifiés ; le rôle de l’interstitiel n’est pas encoreapparu, il semblerait soit qu’il ne soit pas actifélectriquement, soit qu’il ait, dès les très bassestempératures, une grande mobilité ; les donnéesrelatives à l’énergie de déplacement des atomes(seuil) sont encore insuffisantes pour prédire con-venablement les sections efficaces de déplace-ment.

Effet de l’irradiation sur le germanium. - C’estsur ce matériau que le plus grand nombre de don-nées a été réuni actuellement, sans que pour celaon ait des idées précises sur la nature des défauts.D’une façon générale, à température ordinaire,

par bombardement par les rayonnements les plusvariés (électrons et rayons y, neutrons rapides,deutérons, etc...) le. germanium de type n voit saconcentration en électrons libres diminuer jusqu’àcompensation, puis passe au type p, tendant versune valeur limite de la position du niveau de Fermi.Le germanium de type p suit une évolution ana-logue, le niveau de Fermi tend vers la même valeurlimite [22].

’

En même temps, la mobilité et la durée de viediminuent, en général. Ces variations s’expliquentpar l’existence de niveaux localisés, au moins deuxdans la moitié supérieure de la bande interdite, aumoins un dans la moitié inférieure. C’est l’existencede tels niveaux que le modèle de James et LarkHorovitz expliquait, en considérant les défauts

ponctuels, lacune et interstitiel, comme des centreshydrogénoïdes.Cependant une étude plus fine montre une grande

variété de comportement suivant les conditions, etil devient difficile de garder un modèle uniquecompatible avec tous les résultats.La notion même de niveaux localisés n’est plus

fondamentale dans l’hypothèse des régions désor-données qui seraient créées par irradiation par desneutrons rapides, et qui, d’après Crawford et Gos-sick [23] se comporteraient comme des ilôts isolants,immergés dans une matrice contenant des défautsponctuels.

Certaines preuves de l’existence de ces zones ontété réunies récemment par l’observation au micro-scope électronique [11] ou par certaines mesures demobilité [24].En se limitant aux irradiations à température

ordinaire par des électrons ou des rayons y, qui necréent que des défauts ponctuels, on peut observerdans le germanium n [25] un niveau à Es - 0,2 eV,efficace comme accepteur, un niveau à .EP + 0,36,efficace pour la recombinaison et, probablementcomme accepteur, et des niveaux à .E9 + 0,17 ouEy + 0,25, agissant essentiellement comme pièges,et dont la position dépend de la nature de l’impu-reté présente (arsenic ou antimoine). L’étude de lacinétique de guérison montre aussi la même

. influence des impuretés [8] ; . en particulier, uneétape vers 50 OC, sensible aux impuretés présenteune énergie de migration de l’ordre de 0,8 eV,l’étape suivante, vers 100 OC, correspondrait à uneénergie voisine de 1 eV ; il a d’ailleurs été possiblede mesurer directement la mobilité de ces

défauts [26], les valeurs sont compatibles aveccelles d’une lacune isolée.Les effets dans le germanium n après irradiation

à 78 OK ou au-dessus ne présentent pas de différence

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marquée avec ceux obtenus à température ordi-naire car il n’y a pas de guérison entre 78 oK et300 DK. Cependant, il est à noter que le germa-nium n ne se convertit pas au type p, quand il estirradié à basse température par des électrons.En effet, les résultats sur le type p sont tout à

fait différents de ceux obtenus sur le type n : leuranalyse ne fournit pas le même schéma de niveaux,les sections efficaces de création, les cinétiques deguérison sont différentes ; ceci conduit à penser queles défauts actifs ne sont pas les mêmes dans lesdeux cas ; on peut attribuer cette différence àl’influence de la position du niveau de Fermi.

Au-dessus de 78 dK, il a cependant été possibleà Ishino et ses collaborateurs [27], de présenter unschéma d’ensemble (fig. 1) où les différentes étapes

Fie. 1. 2013 Étapes de guérison dans le germaniumd’après Ishino et coll. [27].

sont décrites par des processus de migration et derecombinaison des défauts : Les étapes III-p(200 °K-400 OK) et III-n (350 oK-400 OK) intéres-seraient l’interstitiel, éventuellement en associa-tion avec les impuretés. L’étape IV-p (au-dessus de420 OK) n’est pas expliquée, l’étape IV-n" (4300-530 DK) correspondrait à une migration de lalacune libré et l’étape V-n à la dissociation depaires lacunes-donneurs.Les résultats des expériences d’irradiation effec-

tuées à très basse température (4 OK-78 DK) sontbeaucoup plus complexes :

a) La section efficace de production des défautsvarie avec la température, étant plus faible pour lestempératures les plus basses [28] et dans des pro-portions que l’agitation thermique seule ne peutpas expliquer ; un modèle, dû à Wertheim [29], dupotentiel entre la lacune et l’interstitiel rendraitcompte de cet effet : le premier maximum corres-pondant à une position de plus proche voisin seraitmoins important que les suivants ; la paire lacune-interstitiel en position de plus proches voisins

serait métastable, donnant lieu à recombinaisonimmédiate, si l’énergie d’irradiation ou les vibra-tions du réseau sont insuffisantes pour assurer la

séparation des éléments de la paire.b) La section efficace dépend du type du cristal

(n ou p) tombant à zéro pour le germanium p ;dépend de la concentration électronique elle dépendaussi de l’intensité d’irradiation (irradiation enimpulsions) [30, 31] ou de l’action d’agents ioni-sants externes (illumination). Cet ensemble de

phénomènes, étudiés récemment par Klontz et

Mac Kay [32], s’expliqueraient par le même schémaque ci-dessus, mais où la hauteur du premier maxi-mum dépendrait de la charge électronique dudéfaut (fin. 2). Des expériences sont en cours dans.divers laboratoires pour vérifier ce schéma.

Fi IG. 2. - Modèle du défaut métastable dans le germaniumd’après Klontz et MacKay [32]. La barrière à la recom-binaison de la paire lacune-interstitiel passe de ER àEn > E$ quand un électron est piégé par le défaut. Ilen résulte une plus grande stabilité du défaut.

Les étapes de guérison, dans le domaine de tem-pérature, sont aussi sensibles aux facteurs cités ci-dessus, et pour les mêmes raisons. Les processusélectroniques sont cependant ceux qui limitent lesvitesses de réactions, et donnent lieu à des faiblesénergies d’activation. Néanmoins les étapes succes-sives (I et II) peuvent être attribuées à la dispari-tion de paires lacunes-interstitiel en position depremier ou de second voisin.

Les résultats cités ci-dessus sont relatifs auxirradiations par des électrons ou des y, qui necréent que des défauts ponctuels, isolés. On peut sedemander si l’irradiation par des particules char-gées (deutérons) donnera les mêmes effets, ou serapprochera plus de l’action des neutrons. Au pointde vue électrique, les défauts semblent avoir despropriétés similaires dans.le cas des deutérons etdans celui des électrons. Cependant, les mesuresde dilatation effectuées par Vook, Simmons et

Pallium [13, 33] montrent, dans le cas des deutérons,un effet attribuable à l’existence de groupement desdéfauts, alors que l’action des électrons ne donnepas de dilatation mesurable, comme on pourrait s’y

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attendre pour des défauts isolés. Ceci pose la ques-tion intéressante de la distance d’interaction àpartir de laquelle des centres ne peuvent plus êtreconsidérés comme isolés au point de vue électro-nique.

Composés intermétalliques. - Les effets d’irra-r diation dans les semi-conducteurs composés, sontévidemment plus complexes du fait des multiplesconfigurations de défauts possibles. D’autre part,la technologie de ces matériaux n’est pas encoretrès avancée. Pour ces raisons, on ne possède encoreque peu de connaissances sur les effets des rayon-nements sur ces matériaux.

Cependant les études de seuil de déplacementont déjà fourni des résultats intéressants. Par lesméthodes électriques classiques on a pu mettre enévidence dans les composés du type III-V l’appa-rition de deux seuils successifs correspondant audéplacement de chaque type d’atome [34, 35]. Desrésultats analogues ont été obtenus dans le sulfurede cadmium par l’étude des fluorescences dues auxdifférents défauts [36].Les résultats les plus étendus sont relatifs aux

composés Sbln et AsGa, qui ont un comportementvoisin : introduction de centres accepteurs par irra-diation, étapes de recuit bien marquées, pasd’influence apparente des. impuretés.Dans InSb, la guérison procède en 5 étapes [37,

38] entre 80 oK et 320 oR, les étapes I et II étantattribuées à la recombinaison de paires de défautsvoisins. Dans AsGa, un travail analogue [39] indi-que un effet de la densité de porteurs libres sur lacinétique de guérison comme dans le germanium.

L’observation de la dilatation des composés I I I-Vaprès irradiation par des électrons a aussi conduità des résultats intéressants [13]. Contraire-ment au cas de Ge et Si, où ces effets sont inexis-tants, l’apparition de ces dilatations serait liée à lapossibilité de configurations différentes pour lesinterstitiels.

Conclusion. -- Les exemples précédents sont

typiques des problèmes qui se présentent dansl’étude de l’effet des irradiations sur les semi-conducteurs. Certains de ces problèmes, effet desimpuretés par exemple, se rencontrent aussi dansl’étude des métaux irradiés, d’autres, charge etmobilité des défauts, sont plus spécifiques dessemiconducteurs. Malheureusement les connais-sances théoriques sur la structure des défauts sontencore très insuffisantes, : on ne sait guère dans uncristal covalent comme le germanium ou le sili-cium, prévoir les énergies de liaison des défautssimples, leur mobilité, ni les énergies minimumpour créer des déplacements. La structure électronique des défauts n’est pas non plus prévisible. Ilest donc assez difficile actuellement de fournir des

justifications, sinon empiriques, pour les modèlesproposés à partir de nombreuses expériences.Ce problème prend d’ailleurs une importance

technique croissante, car des dispositifs électron-niques, employant des semiconducteurs (diodes,transistors, etc...) sont fréquemment utilisés dansdes conditions où des rayonnements intenses peu-vent altérer leur fonctionnement. Ces effets peu-vent être expliqués en général, par les modifica-tions des matériaux mais posent, par eux-mêmesdes questions délicates : pour ne prendre qu’unexemple, les piles solaires au silicium (jonctionsn-p photovoltaïques) sont moins sensibles au rayon-nement si elles sont constituées par une couchediffusée n sur un substrat de type p que si elles ontla structure opposée, p sur n [39]. Ce fait est proba-blement lié soit à l’interaction des défauts avec lesimpuretés, soit à la position du niveau de Fermi.Ces deux facteurs dont nous avons souligné ci- ,dessus l’importance, sont encore mal connus. Onvoit donc toute l’importance que l’étude de lastructure des défauts pourra avoir sur de tels pro-blèmes techniques.

’

DISCUSSION

Question posée par M. PERRIO Gaston, C. E. A.,Saclay.

Énoncé de la question :1) Y-a-t’il un effet dû à des différences d’énergie

des particules chargées ?2) Un primaire et la cascade qui le suit, peuvent-

ils se comporter différemment quand ils ont étécréés avec la même énergie, par des neutrons oudes particules chargées ?

3) Peut-on expliquer le fait que dans le cas dugermanium, les particules chargées n’ont pas lemême effet que les neutrons alors que dans le casdu silicium elles semblent avoir le même eff et a

Réponse faite par le conférencier :10 De tels effets sont visibles entre autres, à

basse température dans le cas d’irradiation par desélectrons d’énergie voisine du seuil (32) : la ciné-tique de guérison peut différer notablement suivantl’énergie indiquant l’existence de paires dont laséparation dépend de l’énergie de la particuleincidente.

2) Les effets observés dépendront, en plus del’énergie du primaire, de la distribution spatialedes chocs primaires. L’étude détaillée, au point devue expérimental n’a pas été entreprise dans lessemiconducteurs.

3) Ce fait n’est pas expliqué, il est peut-être lié(voir ci-dessus) à la possibilité de l’existence d’ilôtsisolants dans le germanium irradié par des neu-trons, ilôts qui ne pourraient être très efficaces dansle silicium.

463

Question posée par M. BERTAUT Erwin Félix,Grenoble.

Énoncé de la question : .

1) Vous avez attribué les niveaux A et E entre labande de conduction et de valence dans Si auxassociations d’impuretés 0 et P respectivementavec des lacunes. Y-a-t’il des niveaux d’impuretésanalogues dans Ge ?

2) 0 se trouve dans l’association Si 04 selonM. Balkanski. Dans Ge on pourrait imaginer Ge 04,mais aussi Ge 06. Qu’en sait-on ? z

Réponse faite par le conférencier :1) Des associations de défauts avec des impu-

retés (Arsenic, antimoine) ont été mises en évi-dence par les mesures de Curtis [9]. On n’a pasencore observé, à ma connaissance, d’associationentre lacune et oxygène consécutivement à uneirradiation du germanium.

2) Des complexes Ge 02 et Ge 04, agissant commedonneurs ont été identifiés (Fuller et Doleiden,J. Phys. Chem. Solids; 1961, 19, 251), ni Ge 03,ni Ge 0. n’ont encore été mis en évidence.

Question posée par M. QUÉRÉ Yves, C. E. N.,Fontenay-aux-Roses.

Énoncé de la question :1) Qu’entendez-vous exactement par « zone

désordonnée )) ? Met-on en évidence par rayons X,une amorphisation dans ces zones ?

. 2) Les valeurs proposées pour les énergies deformation et de mobilité des lacunes simples etdonbles dans le sicilium ont-elles été recoupéespar d’autre expériences (diffusion, trempe, etc...) ?

Réponse faite par le con f érencier : ’

1) Les zones isolantes de Gossick et Crawford [3]seraient constituées par une zone de forte densitéde , défauts (analogues au « thermal spike p dedimensions de l’ordre de 100 Á, électriquement detyp.e p, entourées par une région de charge d’espace,vide de porteurs libres, qui agit comme un ilôt iso-lant, de dimensions de l’ordre de 1000 Â. Ce sontces ilôts isolants qui modifieraient les propriétésélectriques du cristal. Ce modèle ne s’appliquequ’au germanium de type n, irradié par des neu-trons : il faut en effet qu’une grande densité dedéfauts provoque la conversion de n à p (cas dugermanium) et que les zones désordonnées aientdes dimensions suffisantes (irradiation par des neu-trons). Cependant ces zones désordonnées ont étédétectées au moyen de la diffusion X aux petitsangles, par Fujita et Gonser (J. Phys. Soc. Jap.,1958, 13, 1068), dans du germanium irradié par desdeutérons : cependant ces zones n’avaient que 30 zde rayon et n’étaient probablement pas assez

grandes pour créer des zones de charge d’espaceimportantes.

D’autre part, Parson, Balluffi et Kohler ontobservé en microscopie électronique par transmis-sion, des amas de défauts dans du germaniumirradié par des neutrons [11]. ,

2) On n’a que très peu de données sur la struc-ture des lacunes dans le silicium, en particulier pasde dpnnées obtenues par des expériences de trempeou de self-diffusion. Cependant la diffusion desimpuretés dans le cas substitutionnel, se fait avecune énergie de l’ordre de 4 eV, Si l’on admet unevaleur analogue pour la self-diffusion, il faudrait sil’énergie de migration des lacunes est de 0,3 eV,plus de 3 eV pour créer ces lacunes ; une tellevaleur serait anormalement élevée.

BIBLIOGRAPHIE

[1] Diverses mises au point ont déjà paru sur ce sujet.Nous renvoyons particulièrement à

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Rev., 1959, 113, 72.,[34] BAUERLEIN, École d’Été de Physique des Solides,

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EFFET DES NEUTRONS RAPIDES SUR LA CONDUCTIVITÉ THERMIQUEDU GERMANIUM ET DU SILICIUM

Par NGUYEN VAN DONG, M. VANDEVYVER et PHAM NGU TUNG,Service d’Électronique Physique. Centre d’Études Nucléaires de Saclay. B. P. no 2, Gif-sur-Yvette (S.-et-O.).

Résumé. 2014 Des cristaux de Ge et de Si ont été bombardés par des neutrons de fission jusqu’àdes flux intégrés de 1,2 1018 cin-2.La conductivité thermique des échantillons a été mesurée avant et après irradiation en fonction

de la température entre 80 °K et 300 oK. Dans tout le domaine de température, la conductivitéthermique décroit par rapport à celle mesurée avant irradiation. Les résultats sont interprétés àpartir de l’allure des courbes de la résistivité thermique additionnelle.

Abstraet. 2014 Germanium and silicon crystals have been irradiated with fission neutrons up tointegrated fluxes of 1.2 x 1018 cm-2. The thermal conductivity of the samples has been measured before and after irradiation as a

function of temperature between 80 °K and 300 °K. In the whole of the temperature range, thethermal conductivity decreases with respect to that measured before irradiation. The results areinterpreted from the shape of the curves of the additionnal thermal resistivity.

LE JOURNAL DE PHYSIQUE TOME 24, JUILLET 1963,

Introduction. - L’étude de la conductivitéthermique est susceptible de fournir des renseigne-ments intéressants sur la nature des défauts intro-duits dans un solide. Cela résulte du fait que lesphonons sont dispersés par les défauts et queleur mode de dispersion dépend de la nature deceux-ci.Dans le domaine des défauts créés par irradiation

le premier travail expérimental a été effectué parBerman [1] qui a bombardé des cristaux de quartzpar des neutrons rapides. En étudiant la résistivité

thermique additionnelle, Berman a trouvé que ladispersion des phonons est contrôlée aux bassestempératures par les défauts de grosses dimensionset aux hautes températures par les défauts relati-vement isolés.Dans ce travail, nous présentons les premiers

résultats obtenus sur le germanium et le siliciumirradiés par des neutrons rapides en mesurant laconductivité thermique des échantillons avant etaprès irradiation entre la température ambiante etcelle de l’azote liquide., .