Production de defauts dans des films de fer; etude en fonction de la densite d'energie deposee dans les cascades

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Journal of Nuclear Materials 131 (1985) 11-19 North-Holland, Amsterdam

PRODU~ION DE DEFAUTS DANS DES FILMS DE FER; ETUDE EN FON~ION DENSITE D’ENERGIE DEPOSEE DANS LES CASCADES

C, JAOUEN, J.P. RIVIkRE, C. TEMPLIER

DE LA

et J. DELAFOND

Laborutoire de ~~~a~~urg~ePhyskpe, L.A. I31 du CNRS 40, auenue du Recteur Pineau, 86022 P&tiers, France

Recu le 15 mai 1984; accept& ie 22 octobre 1984

Des Chantillons de films minces de fer ont CtCirradi&s Zi77 K avec diffkents ions de masse atomique croissante: B+ , Ne’ , P+, Ar+, Fe+, Bit et d’energie incidente variant de 30 a 450 keV. L’endommagement est Ctudie en suivant in situ les variations de resistkite electrique des echantillons en fonction de la dose. Les taux de production de dCfauts sont dMuits des variations de rksistivitt en tenant compte de ~inhomog~n~it~ de la distribution d’energie deposee par collisions elastiques. Le rapport entre le nombre de dtfauts produits et celui calcule a partir du modele de Kin&in-Pease modifie permet de definir le facteur d’efficacitt de ~endommagement. Une t&s forte dtcroissance. puis une tendance asymptotique de ce demier en fonction de la densite d’dnergie croissante sont trouwks et discutkes en comparaison avec les travaux precedents. Pour les irradiations par des ions metalloides B” et PC, aucun renforcement de l’endommagement n’est observe a doses faibles; ceci sugg&e que les alhages amorphes Fe, _ xP, obtenus par impl~tation sent pit&t la consequence dune irradiation dun alhage lorsqu’une concentration critique en atomes metalldides est atteinte.

1. Introduction L’Ctude des dkfauts produits par des klectrons ou des neutrons tnergbtiques dans les mttaux et a&ages a

connu un important developpement dont l’inter& etait, a I’origine, surtout motive par les necessites de la technologie nucleaire. L’irradiation avec des ions ainsi que i’implantation ionique peuvent Qtre aussi un outil pour creer des quantites controlees de defauts dans les solides dans le but, par exemple, de faciliter I’adMsion de depots de surface ou encore de crter des altiages a partir de films de nature diffkente (mixage ionique) [l]. De nombreux travaux sur ~endommagement du fer LYont CtC effect&s par irradiation aux electrons, neutrons ou fragments de fission [2-71. 11smontrent que la nature des dommages depend fortement de l’existence ou non de cascades de d&placements. Nous avons voulu Ctudier, dans des films de fer irradies avec des ions lourds de masse croissante, l’influence de l’energie depode dans les cascades et surtout de la densite d’energie qui semble dtre le parametre determinant pour comparer les dommages trees par chaque ion. Des ttudes analogues ont CtC effect&es recemment a partir de mesures Clectriques par Averback et al. [S-lo] dans des films de metaux cfc Au, Ag, Cu et Al. Les observations

de microscopic &ectronique ont aussi permis d’etudier la fraction de defauts observables (boucles de dislocations ou petits amas) [11-E] ou bien le pourcentage de boucles lacunaires par rapport au nombre total de boucles observees lorsque les cascades deviennent plus denses [l&17]. Dans ce travail, nous avons utilise les variations de rtsistivite Clectrique comme mesure des dommages introduits. Cependant, leur repartition n’ttant pas uniforme dans le cas dune irradiation par des ions lourds qui sont arrittts dans le film, il est necessaire de prendre en compte le profil d’endommagement pour analyser les rtsultats. A densitt d’energie deposee gale, la nature des ions ne doit pas influer sur les dommages produits, les concentrations atomiques &ant inferieures a 10w4; le probleme est alors purement collisionnel. Cependant, dans le fer comme dans d’autres metaux de transition, Pavlov 1181 et Grant 119,201 ont mis en tvidence l’amorphisation du metal par implantation d’ions metallddes B+ , P+ , Ar* B des doses superieures B IOn’ ionsfcm2. On peut alors se demander si l’aptitude B la formation de la phase amorphe peut Ctre decelee a des doses t&s faibles (c’est-a-dire d&sles premiQes cascades) B partir du taux de production de defauts. La comparaison des irradiations par les ions B+ et P+ avec celle par

0022-3115/85/$03.30 0 Elsevier Science Publishers B-V. (North-Holland Physics Publishing Division)

C. .I aouen et al. / Production

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les ions Nef de reponse.

et Ar’

pourrait

alors donner

un element

de dkfuuts duns de.7films de Jeer

3. Resultats et analyse 3. I. Parumt?tres des diffkrentes rrnpluntutwn.~

2. Techniques experimentales Les mesures de resistivitt electrique sont effectuees a 77 K sur des Cprouvettes de fer (Y Cvaporees sur un support de quartz monocristallin. La pression dans la chambre au tours de l’haporation est inferieure B 10 5 Pa, le vide final &ant assure par pompage cryogenique a l’helium liquide. La geometric des Cchantillons est fixee par un masque; les dimensions laterales sont: L = 2 cm. I = 0.2 cm. L’epaisseur est mesuree par un detecteur a quartz pendant l’evaporation et controlte ensuite par pesee d’une lame temoin; la precision est alors d’environ 1 nm. Les prises de potentiel et arrivees de courant sont Cvapor6es en m&me temps que les Cprouvettes et recouvrent a leurs extremites des contacts en chrome pre-evapores sur le quartz; des fils d’or de 0.1 mm de diametre sont alors soudes sur ceux-ci par thermocompression et assurent un excellent contact Clectrique. Le rapport resistif R273 K/R77 K des films obtenus se situe toujours tres pres de 2. La resistivite Clectrique initiale des films a 77 K avant irradiation est de 14.3 pfi cm. Cette valeur tres Clevte est directement lice a l’extreme finesse des grains. Leur taille moyenne obse&e au microscope Clectronique se situe entre 10 et 30 nm. Les mesures Clectriques sont effect&es avec un voltmetre de sensibilite 1 PV. Le courant traversant les Cchantillons est de 1 mA stabilise a 10e5, ce qui nous assure une sensibilitt sur les variations de resistivite &gale a 1 nO cm. Les irradiations sont effect&es a 77 K, temperature qui se situe au tout debut des stades I,, I,, I, du fer, observes entre 70 K et 100 K par Dunlop [3] et Lorenzelli [5]. Cependant, la fraction de defauts restaures a 77 K est tout a fait negligeable, de l’ordre de 1 a 2%, ce qui justifie la temperature d’implantation. Le courant d’ions est toujours choisi tres faible, de l’ordre de 10 a 30 nA/cm* de facon a Cviter l’echauffement de l’tchantillon, ce qui est verifie en utilisant la resistance des echantillons comme sonde de temperature. Les variations de resistance sont mesurees en prenant initialement des increments de dose de 5 X 10” ions/cm2. Le libre parcours moyen des electrons dans le fer (= 70 A) est environ 8 a 10 fois plus petit que l’epaisseur des films Ctudits. Dans ces conditions, il n’est done pas ntcessaire de corriger la conductivite electrique par l’effet de collision des electrons de conduction sur les surfaces libres.

Les parametres caracteristiques des differentes implantations ont CtC calcules en employant le programme TRIM de Biersack [21]. La methode de calcul cons&e en une simulation de type Monte-Carlo qui fait comme principale hypothese cell d’une cible amorphe. 11 faut souligner que cette hypothese est generalement admise dans tous les calculs de ralentissement des ions dans la mat&e. Le nombre moyen n d’atomes deplaces par un primaire ayant recu une Cnergie de recul Test determine a partir dun modele de Kinchin- Pease modifie 191: T
0 i 1 9=

__

T>,2,5

E,

Ed

T, est la difference entre l’energie de recul T et l’energie perdue par l’ion en excitations Clectroniques. E, est l’energie seuil effective necessaire pour d&placer un atome de son site. Cette grandeur peut &tre calculee [22,23].en supposant que la fonction de probabilite de deplacement P(T) varie lineairement de P(T) = 0 pour a 1 pour T= E,: T= Ed ln,n P(T)= Ed =

ED - Ed m,n In ED/&

min

E, est Cgal a 2,6 E, min. On en deduit que pour le fer, Ed = 28,5 eV si Ton prend Ed min = 17 eV [24]. Les resultats caracteristiques des differentes irradiations sont report&s dans le tableau 1. L’energie incidente E des differents ions a CtC choisie de facon a ce que le rapport entre la largeur des profils de defauts 2(Ax~)“* et l’cpaisseur de l’echantillon e soit constant ((x~)“’ est le parcours projete moyen des ions et (Axe)“* la demi-largeur de la distribution). Nous avions choisi de telles conditions au tours d’une etude precedente [25] pour corriger l’inhomogtnbite de l’endommagement en assimilant la distribution des defauts a un profil rectangulaire de largeur 2(Ax~)“*. Le rayon de cascade statistique a ete calcule en considerant un spherdide d’axes (A.x$)‘/’ et (&)‘/‘, cette derniere quantite representant la demi-largeur de la distribution d’energie Clastique perpendiculairement a la direction du faisceau incident. En realite, le volume de cascade individuelle est bien plus petit. 11 faut tenir compte dun facteur de reduction S sur le carrC du rayon comme l’ont soulignk Sigmund et al. [26]. On ecrit alors:

oh

R, = [ (~x&)‘/~(yh)]~‘~

:rayon de cascade statistique;

13

C. Jaouen et al. / Production de dt?fautsdam des films de fer

Tableau 1 Paramttres caracttristiques des diffkrentes implantations. E: knergie des ions incidents, v(E): fraction de cette Cnergie dCpos& SOUS premier et second moments de la dist~bution des ions implant& (CC&>“’ et (Ax$)‘/~ forme (tlastique, (x~)“’ et (6~;)“~ premier et second moments de la distribution des dtfauts, ( Y;)“~ second moment de la distribution des defauts dans la direction perpendiculaire au faisceau, R, rayon de cascade individuelle et B,, tnergie Clastique deposte par atome-cible dans la cascade. Echantillon: epaisseur 980 980 980 980 770 770 1200 770

Projectile: ion

E (keYI

v(E).E WV)

($)“’ (A)

{@;)“’ (A)

($,)i’2

(Ax;)~‘~ (A)

(_I&“~ (.k

R, (A)

9, (eV/at)

IlgC

30 68 105 130 100 145 450 380

834 24 42 56 46 72 270 220

476 513 535 542 417 423 532 424

203 205 216 216 166 167 172 135

338 355 371 368 283 278 300 241

190 202 215 224 171 174 193 154

154 131 117 116 89 78 53 44

84 85 88 92 72 71 71 58

0,008 0,02 0,035 0.04 0.07 0,ll 0.43 0,65

20Ne+ 31p+

40Ar” @Ar+ 56Fe .+ 209B; + 209&C

R, = [63~2(Ax~)1~*(y~)]“3

:rayon the cascade individuelle

L’energie Clastique 6+, dtposee par atome cascade se met alors sous la forme [26]:

dam

la

ou n represente la densite atomique, E l’tnergie des ions incidents et v (E) la fraction de cette energie deposee sous forme elastique. 3.2. Rkwltats Lorsqu’on irradie avec des ions B’, Ne+, P’, A?, Fe+, Bi’ a 77 K des films de fer ty, on enregistre une augmentation continue de la resistivite electrique. Les variations mesurees Ap en fonction de la fluence 4 sont don&es sur les figs. la: et lb. Les courbes experimentales presentent une evolution tout a fait comparable a celles observees au tours de l’irradiation de metaux purs avec des electrons, neutrons ou fragments de fission [3,5,6]. Cependent I’interpretation dans leur totalite des courbes Ap =f(#) est difficile car elles resultent de plusieurs contributions. Certes, la production de defauts represente le phenomtne preponderant, mais leur repartition est inhomogene en epaisseur. Par aiileurs, d&s que la fluence augmente au-de18 de 10” ions/cm’, l’introduction d’impuretes et les interactions dtfauts-impure& ne peuvent &tre n6gligees. I1 est neanmoins possible de determiner le nombre de paires de Frenkel stables c&&es par ion incident en utilisant ies

mesures pour les tr& faibles fluences inferieures a 10” ions/cm*. Pour determiner la variation de concentration en dtfauts, nous la supposons proportionnelle a la variation de resistivite Ap. Cette hypothese semble tout Q fait justifiee, m&me dans le cas de defauts produits dans des cascades de d&placement puisque Birchter et al. [28] ont montre, dans le cuivre irradie aux fragments de fission de 235U ou r”B, que la resistivite variait lin~airement avec la concentration en defauts jusqu’8 de trds fortes valeurs. Les vitesses d’augmentation de resistivite dAp/d+ ont et& calcultes a partir des resultats precedents et leurs variations portees en fonction de Ap pour toutes les irradiations. Sur les figs. 2 et 3, nous donnons seulement les courbes obtenues pour le cas des ions B+ et Ar+. Les valeurs initiales (dAp/dgt), = Ap, extrapoks pour Ap = 0 ont CtC determinees (cf. tableau 2). Cependant, le nombre de paires de Frenkel produites par ion incident ne pe_ut Ctre directement dtduit des valeurs experimentales Ap, sans tenir compte de l’inhomogeneite de leur repartition. 3.3. Ana[yse des rhdtats L’augmentation de resistivitt Ap mesuree pendant l’irradiation est une valeur globale qui caractbise l’ensemble de l’echantillon inhomogtnement endommage, mais que l’on peut relier au profil de concentration de defauts C(x). Considerons une tranche d’echantillon d’epaisseur Ax situ&e a l’abscisse x dans la direction du faisceau. Soient p. la valeur initiale de resistivite avant irradiation, Ap(x) l’augmentation dans la tranche d’epaisseur AX et e l’kpaisseur totale de l’kchantillon. On calcule la resistance equivalente obtenue en as-

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C. Jaouen et al. / Production de dsfaauts duns des fibs

de fer

10. 0 b

B'->Fo

x

I&-- >Fe 68KaV

i- P"->Fe

30KsV

CI AF-->Fe

2

3

? 6.0 0

3 w I-

m O

+

+ x

*

l@GKeV

i30KeV

0

+ x

+ x

++ x .+

FLIJENCE

d4

ions. m-2:

Fig. la. Augmentation de la rGstivit6 Clectrique Ap de couches diffkrents ions en fonction de la fluence (Cpaisseur = 980 A).

minces

Cvapor&s

de Fe pendant

une implantation

B 77 K avec

Fe+ 145KeV-> Fe

0.8 FLUENCE Fig. lb. Augmentation A).

(1014ions.

de rCsistivitC Ap dans une couche

cm-2) mince de Fe irradi6e

g 77 K avec des ions Fe+ de 145 keV (Cpaisseur = 770

15

C. Jaouen et a/. / Production de dkfauts duns des fiims de fer

30. B‘-->Fe

3DKeV

+ h

I-

-t

+ A-

++

Fig. 2. Vitesse d’augmentation keV.

de la r&istivit6

+t

en fonction

-++t+

++++ +

de I’accroissement

de r&istiv%

pour l’implantation

d’ions B+ d’bnergie

30

80. 70._

Fig. 3. Vitesse d’augmentation 130 keV.

Art->Fe

138KeV

de la rbistivit6

en fonction

de I’accroissement

de rCsistivit6 pour l’implantation

d’ions Ar+ d’tnergie

C. Jaouen

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et al. / Production

de d&f&m

dam des films

de Jkr

Tableau 2 Facteur d’efficacite 6 de production de defauts pour les differentes implantations Dens&t?

Projectile

d’energie WeV/at) llB+

*‘Ne+ 3tp+

40Ar’ 40Ar’ 56Fe+

20 40 46

04 0.07

59 59 90

0,ll 0,43 0,65

209~i+ 209gi+

sociant paralltle

0,008 0,02 0,035

163 110

les p tranches conductrices et on obtient I’augmentation

(p

= e/Ax)

en

totale mesurte:

-I

I

-“PO.

La variation locale de rbistivite Ap(x) = p(x) - p. est, suivant la loi de Matthiessen, proportionnelle B la concentration locale C(x) et a la resistivite specifique pF des panes de Frenkel: AP(x)

= C(X)P~

En utihsant le programme de Monte-Carlo TRIM qui applique le modele de deplacement (A), nous avons calcule les concentrations locales de defauts C(X) dans les tranches d’epaisseur Ax pour une fluence + tres faible:

oh Nd(x) est le nombre de defauts c&s par ion incident dans la tranche d’epaisseur Ax, n la densite atomique de la cible. En &alite, dans le cas dun endommagement par cascades de d~placements, le nombre de defauts stables N:(x) qui restent est plus faible que le nombre d’atomes reellement deplaces Nd(x) que l’on peut calculer a partir de (A). On definit done un facteur d’efficacite [8,9] &= N$(x)/Nd(x) qui.est toujours inferieur a 1. On dcrit alors: Wx)

= K(x)PF.

La vitesse initiale de production par l’expression (C):

Facteur d’efficacrte E

par ion incident N$

0,54 0.39 0.25 0.24 0.23 0.22 0.18 0,13

67 I38 155 198 156 233 716 422

Nombre

de P.F. c&es

Nous calculons d’abord avec le programme de Monte-Carlo TRIM les repartitions thdoriques de defauts C(x) pour une dose trts faible et cherchons ensuite numCriquement pour chaque ion la valeur de 5 telle que la relation (C) soit verifiee avec ies valeurs experimentales trouv&es A&. Nous reportons sur la fig. 4 le profil de defauts obtenu pour des ions Bi+ d’energie E = 380 keV. La valeur de pr choisie pour le calcul est celle etablie par Jung [29] ,eF = 25,2 rS2 cm/at% qui est en bon accord avec les mesures de diffusion de Huang faites par Ehrhart 1301. If faut souligner aussi que peu de verifications directes des profils de repartition des defauts trees par implantation ont i?tC effecttrees. Toutefois, Seidman et al. [31,32] ont pu montrer par la

I

Od.

i

I

702

0.00

de defauts

est donnee

PENETRATION

tit,

Fig. 4. Profil th&xique de dCfauts produits par des ions Bi+ d’energie E = 380 keV dans du Fe, calcul6 Ei partir du programme TRIM [21]. Les valeurs portCes en ordonnk correspondent au nombre de dbfauts dans une tranche de 8 A d’t?paisseur.

C. Jaouen et al. / Production de dkfauts dam des films defer

11

4. Discussion

0.2 DensIt&

0.4 d’&-ergle

0.6

kV)

8D

Fig. 5. Variation du facteur d’efficacitk de production de dbfauts 5 = N$/Nd en fonction de la dens& d’hergie O,, deposee dans la cascade. N$ = nombre de defauts stables, N,, = nombre d’atomes reellement deplaces.

technique de microscopic a emission de champ, le bon accord entre les profils calcules par le programme TRIM et ceux mesures experimentalement. Les resultats obtenus sont consign& pour toutes les irradiations dans le tableau 2 ou nous avons aussi reporte le nombre total N: de paires de Frenkel stables cretes par ion incident qui est don& par Nz = 5. Nd oh Nd est le nombre total de paires de Frenkel calcule theoriquement: P

N,=c&(x) oh p est le nombre total de tranches (p = e/Ax). Enfin, nous avons report6 la densite d’energie or, deposee par atome-cible, ce parametre nous semblant le plus significatif pour caracteriser l’endommagement produit avec des ions. L’analyse des resultats met en evidence deux points importants: i) Le coefficient d’efficacite 5 decroit en fonction de le densite d’energie 0, deposee dans la cascade. ii) La nature de l’ion metalldide ne semble impliquer aucune “surefficaciu? decelable si l’on compare les valeurs obtenues pour les ions B+ et P+ avec les valeurs obtenues pour les irradiations d’ions Ne+ et Ar+ . Sur la fig. 5, nous avons trace la courbe 4 =f( 0,). Dans tout le domaine de densite d’tnergie consider& nous avons une decroissance continue de .$ lorsque 8, augmente.

Dans les metaux cfc Au, Ag, Cu et Al, Averbach et al. [9,10] ont deja observe au tours d’etudes analogues la decroissance de [ lorsque l’energie deposee dans la cascade augmente. On ne sait pas encore expliquer de facon satisfaisante pourquoi le modele de Kinchin et Pease modifie surestime notablement la production de defauts dans les cascades tres denses. On peut envisager et discuter deux facteurs possibles pour tenter d’expliquer ces resultats: soit une recombinaison accrue des defauts ponctuels de nature differente dans les cascades tres denses Ctroitement lice au mecanisme de pointe thermique, soit encore une agglomeration en amas et boucles de defauts de m&me nature. En ce qui concerne ce second facteur, les experiences de microscopic Clectronique sur des Cchantillons de fer irradies a 300 K par des ions de 80 KeV Fe+, Ge+, Kr+ , Xe+ et Wf ont CtC effectuees par Jenkins et al. [12,13]. 11s n’observent pas de defauts visibles pour des densites d’energie deposee inferieures a 0,20 eV/at. Cependant, la microscopic ne permet pas de voir les tres petits amas; d’autre part, les experiences de Jenkins et al. ont CtC realisees a 300 K, temperature ou les interstitiels sont mobiles, ce qui rend la comparaison difficile. 11s suggerent, pour expliquer l’augmentation de la sursaturation en lacunes a 300 K, que le volume des cascades diminuant, la recombinaison lacune-interstitiel est diminuee. En effet, ces demiers seraient mieux separes car le rapport entre la longueur des collisions de remplacement et le rayon des cascades augmente. Cependant, ce mecanisme parait peu vraisemblable lorsque les experiences sont effectuees dans un domaine de temperature ou les interstitiels sont mobiles. Par ailleurs, il faut souligner qu’il peut Ctre difficilement invoque dans notre etude puisque l’augmentation de 8, est realisee en augmentant l’energie des ions de masses croissantes, ce qui maintient alors approximativement constant le rayon de la cascade individuelle (cf. tableau I). Robertson et al. [14] ont recemment Ctudie en microscopie Clectronique des echantillons de fer irradies avec des ions Fe+ d’energie Cgale a 100 KeV en fonction de la fluence des ions a une temperature oh les interstitiels sont immobiles: 40 K. 11s n’observent aucun defaut visible au-dessous d’une fluence de 8 x lo’* ions/cm*; par contre, pour des valeurs superieures, ils observent une augmentation non lineaire de la densite de defauts. 11s ont ainsi mis en evidence que, dans le fer a, l’agglomeration de defauts en boucles ne semble se produire a basse temperature que lorsque la fluence est suffisamment Clevee et correspond au recouvrement de

18

C. Jaouen et al. / Production de dkfauts dans des fhs

deux ou plusieurs cascades. Cette interpretation rejoint I’hypothese avancee par Dunlop [3] pour expliquer la courbure negative des courbes de taux de production de defauts lors &irradiations aux neutrons dans le fer (Y. Les expkriences de Robertson et al. semblent ainsi Climiner l’hypothese de l’agglomeration des defauts de m&me nature eomme processus se produisant a l’interieur de la cascade. Ce facteur ne peut done &tre retenu pour expiiquer les fortes variations d’efficacitt observees. Comme cela a deja et& propose par Averbach et al. [9], une recombinaison induite par l’agitation dans la region de la cascade qui accompagne la pointe de d&placement initiale pourrait done &tre le principal mecanisme pour expliquer nos r&&tats. Quelques travaux viennent confirmer cette hypothese: dabord la trts faible amplitude du stade I de restauration dans le cuivre, laquelle decroit avee 1”energie deposee dans la cascade [8]; d’autre part, des evidences du mecanisme de pointe thermique obtenues par des simulations dynamiques par un groupe du Laboratoire de Brookhaven [9] dans le cas d’une cascade de 25 keV dans W. En ce qui concerne les irradiations avec les ions m~~allo~des B+, Pi, une efficacite suptrieure a 1 a CtC d&erminQ dans des semiconducteurs a partir de mesures de canalisation et rttrodiffusion [33,343. Ce resultat

80_

traduisait la formation d’entites amorphes des les faibles doses. Nos experiences montrent clairement qu’un tel phenomt%ne ne se produit pas dam le cas du fer. Pour les doses superieures a 10 r* ions/cm* environ et correspondant au recouvrement des cascades, now avons compare les courbes de production de defauts pour des films implands avec du phospore et avec de l’argon (fig. 6). Les valeurs de resistivite sont calculees apres correction de la variation d’epaisseur de l’~cha~tillon due a la pulverisation, c’est-h-dire avec des taux respectifs S z= 1 ,l et S = 1,5 pour P+ et Ar+ (le taux de pulverisation S represente le nombre d’atomes 6jectCs de I’echantillon par ion incident). On peut noter qu’a lOi ions/cm”, nous avons une variation brutale de rCsistivitC qui correspond a l’amorphisation ou, plus exactement, a l’obtention d’un alliage Fe, _,P, amorphe lorsque la concentration en P est x = 0.17 dans la zone implantee, sans que l’on note d’accroissement supplementaire du aux defauts avant ce seuil. Par implantation de P dans Ni ou de Si dans Pd, Traverse et al. [35-373 ont observe une valeur x du seuit d’~o~hisation comparable. II semble bien que dans ces exemples et dans notre cas en particulier. l’amorphisation ne resulte pas de l’endommagement cumule, mais plutot de l’irradiatio~ dun alliage Fe, xP, lorsque x atteint une valeur critique.

m P+ (E=fBSKev>--> Fe A Ar+ tE=100KevI--> Fe

FLUENCE

de jkr

IIID~~~

([email protected]>

Fig. 6. Accroissement de &istivitt Ap de couches minces de fer implant&s it 77 K B de tr&s fortes doses lOI ions/cm’ P+ et Ar+. Les rkwltats prksentks ont &J corrigbs de la pulvbrisation.

avec des ions

C. faouen et af. / Production de d@auts dam des films defer

5. Conclusion _ Les expkriences d’irradiation avec des ions lourds, pour des densitts d’knergie dtposke par atome-cible dans la cascade variant de 0,008 & 0,65 eV/at ont mis en Cvidence une diminution de I’efficacitk de production de dtfauts dans le fer lorsque cette den&t croh, avec une tendance B la saturation B partir de 0,03 eV/at. - Nous pensons, comme il l’a aussi Ct6 sugg& par Averbach et al. que la recombinaison induite par le ph&nom&ne de pointe thermique est un des facteurs importants pour expliquer la diminution de .$ lorsque 8, augmente. - Enfin, l’irradiation par des ions mCtalloIdes ne c&e aucune surefficacitk dans la production de dCfauts et permet ainsi d’eliminer toute amorphisation partielle B faible dose.

Remerciements Les auteurs tiennent k remercier C. Fayoux et C. Boisseaux pour feur assistance technique efficace pendant les implantations. 11s sont aussi reconnaissants B J.P. Biersack de leur avoir communiquC le programme TRIM.

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