Origines thermiques et convectives des segregations solutales dans des alliages semiconducteurs solidifies directionnellement

Thermal and convective origins of solutal segregations in semiconductors alloys solidified directionnaly

• Auteur / Autrice : CATHERINE BARAT
• Direction : Yves Laurent
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1995
• Etablissement(s) : Rennes 1

Résumé

Nous avons mis en evidence les origines thermiques et convectives des segregations solutales dans des alliages semiconducteurs dilues et concentres solidifes directionnellement, par des moyens experimentaux, numeriques et analytiques. Les segregations solutales sont liees au diagramme de phase et au rejet de solute perpendiculairement a l'interface solide/liquide non plane. L'etude des transferts thermiques au niveau du front de solidification nous a permis de relier les conductivites thermiques du systeme solide/liquide/creuset et les dimensions du creuset a la deflexion de l'interface. Dans un four de tirage a gradient, les differences radiales de temperature localisees au niveau de l'interface sont a l'origine de mouvements convectifs dans le bain. Couples a la diffusion, ces mouvements generent des segregations solutales dans le cristal. Des simulations numeriques montrent que quelque soit l'intensite convective du bain, le profil axial de concentration dans le cristal est de type diffusif. Dans le cas des alliages concentres, nous avons mis en evidence l'amortissement de l'ecoulement du fluide par le gradient solutal axial en avant du front. Les segregations radiales passent par un maximum lorsque la vitesse convective du bain augmente. On distingue trois regimes: diffusif, quasi-diffusif et convectif developpe. Des experiences de solidification en apesanteur ont ete realisees. Les mouvements convectifs sont reduits mais dans le cas des alliages concentres, il faut tenir compte du couplage du gradient solutal en avant du front avec la gravite residuelle qui genere de la convection solutale