Etude par simulations et calculs atomistiques, de la formation de dislocations aux défauts de surface dans un cristal de silicium soumis à des contraintes

Study of dislocation nucleation from a surface step of a stressed silicon crystal, by atomistic calculations

• Auteur / Autrice : Julien Godet
• Direction : Pierre Beauchamp, Laurent Pizzagalli
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et aéronautique (Poitiers1992-2008)
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université de Poitiers. UFR des sciences fondamentales et appliquées

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dynamique moléculaire

Plasticité

Défauts

Surfaces

Silicium cristallisé

Dislocations dans les semiconducteurs

Résumé

Au moyen de simulations atomistiques, un mécanisme de formation de dislocation à partir des défauts de surface a été étudié. Afin de déterminer le potentiel interatomique approprié, les potentiels de Stillinger-Weber, Tersoff et EDIP ont été comparés avec des méthodes ab initio sur des calculs de cisaillement du silicium massif. La déformation se localise dans les plans du shuffle set, les liaisons covalentes devenant momentanément métalliques. L'étude du système avec marche montre que celles-ci sont des sites privilégiés pour la nucle��ation de dislocations 60ʿ localisées dans des plans du shuffle set, que le type de dislocation nucléée dépend de la contrainte de scission résolue et de la contrainte de Peierls, et que la nucléation est facilité pour les marches hautes. Ce mécanisme a été validé par un calcul ab initio, montrant également que les liaisons pendantes de surface facilitent la rupture/recombinaison des liaisons atomiques nécessaires à la nucléation.

With atomistic calculations, a dislocation nucleation mechanism from surface defects has been investigated. In order to determine the appropriate inter-atomic potential, we have compared the potentials of Stillinger-Weber, Tersoff and EDIP with ab initio on shear calculations of bulk silicon, the later shows that the strain is localized in the shuffle set planes, the covalent bonds becoming temporarily metallic. The study of the system with surface steps shows that the steps are privileged sites for the nucleation of 60ʿ dislocation localized in the shuffle set planes, that the kind of the nucleated dislocation depends on the resolved shear stress and the Peierls stresses, and that the nucleation is facilitated by high steps. This nucleation mechanism has been confirmed by an ab initio calculation, also showing that the surface dangling bonds make easier the breaking/rebonding of the atomic bonds required for nucleation.