Les ions émis de la surface : messagers du processus initial de la nano-structuration

Ion ejected from the surface : sputtering induced by swift heavy ion irradiation

• Auteur / Autrice : Ibrahim Alzaher
• Direction : Henning Lebius
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses, matériaux et composants
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Émission ionique secondaire

Silicium cristallisé

Graphite

Oxyde de titane

Spectrométrie de masse des ions secondaires

Microscopie tunnel à balayage

Électrons de faible énergie -- Diffraction

Ions lourds

Résumé

Lorsqu’un ion projectile interagit avec une surface, il dépose son énergie tout au long de son trajet. L’énergie déposée conduit à la création d’endommagements et à l’émission de particules secondaires, neutres et chargées. Dans cette thèse, nous avons étudié l’endommagement de surfaces cristallines induit par irradiation aux ions lents et rapides. Nous avons également étudié la pulvérisation d’ions secondaires durant l’irradiation aux ions rapides. Dans le cas d’irradiation aux ions lents multichargés, nous avons déterminé les sections efficaces d’endommagement par ion incident sur les surfaces cristallines de TiO2 et de graphite. Nous avons mis en évidence que l’énergie potentielle du projectile joue un rôle important dans l’endommagement de la surface. Par contre, l’étude d’endommagement surfacique du silicium cristallin s’est révélé insensible à l’irradiation aux ions (Xe, Ec = 0,92 MeV), où la perte d’énergie électronique est 12 keV/nm. L’efficacité maximale pour qu’un ion produise une modification à la surface est 0,3 %. Par irradiation aux ions rapides, l’émission d’ions de CaF+ par rapport à l’émission de Ca+ est plus grande dans le cas d’irradiation d’un cristal massif que dans le cas de couches minces de CaF2.

Ion irradiation of solids leads to a deposition of its energy along the ion path. The energy deposited creates damage in the target as well as leads to the sputtering of neutral and charged particles. In this work we studied the damage induced by slow and swift ions in matter. We studied also the sputtering of secondary ions induced by swift heavy ion irradiation. We have measured the damage cross section of the surface of the Titanium (Insulator surface) and of the graphite (Conductor surface) by slow highly charged ions. The potential energy stored in the projectile has an important role for creating damage at surfaces. We studied the damage creation at the surface of cristalline silicon by swift heavy ions. We revealed that the c-Si is not sensitive to the irradiation by Xe ion at Ec = 0,9 MeV/u, where the electronic stopping power is 12 keV/nm. The maximum efficiency to create a track is 0,3 %. Under swift heavy ion irradiation, the emission of the CaF+ compared to the Ca+ is higher for solid cristals than for thin films of Calcium Fluoride CaF2 on Si.