FR2834654A1 - Procede de traitement d'une piece en vue de modifier au moins une de ses proprietes - Google Patents
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Abstract
Procédé de traitement d'une pièce dont au moins une propriété d'au moins une zone à traiter située en profondeur, à distance d'une surface de cette pièce, est susceptible d'être modifiée lorsque cette zone est soumise à une densité d'énergie thermique supérieure à un niveau déterminé de traitement, consistant : à placer la pièce à traiter (1) à un niveau d'énergie thermique inférieur audit niveau déterminé (7); et à soumettre, au travers de sa surface précitée, pendant une durée déterminée et sous la forme d'au moins une impulsion, ladite pièce à un flux de puissance (4) généré par un moyen d'émission (3) de particules, ce moyen d'émission étant réglé de façon à produire une densité d'énergie thermique (S) concentrée ou présentant un maximum localisé dans ladite zone à traiter et atteignant, dans au moins une partie de cette zone, un niveau supérieur audit niveau déterminé de traitement.
Description
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Procédé de traitement d'une pièce en vue de modifier au moins une de ses propriétés.
L'invention se rapporte au domaine technique général du traitement de matériau.
Etat de la technique
Dans l'état de la technique, il existe divers types de procédés de traitement de surface de pièces dont l'objet est de transformer les propriétés physiques et/ou physico-chimiques et/ou la composition et/ou le relief d'une couche de surface du matériau. Dans ces procédés, le traitement affecte la surface et éventuellement une épaisseur du matériau comprise entre la surface et une certaine profondeur.
Dans l'état de la technique, il existe divers types de procédés de traitement de surface de pièces dont l'objet est de transformer les propriétés physiques et/ou physico-chimiques et/ou la composition et/ou le relief d'une couche de surface du matériau. Dans ces procédés, le traitement affecte la surface et éventuellement une épaisseur du matériau comprise entre la surface et une certaine profondeur.
Parmi ces procédés de traitement de surface, on trouve par exemple des procédés utilisant les dépôts de couches minces, les traitements chimiques ou mécaniques, les traitements thermiques localisés à la surface, les bombardements par des particules ou des photons et les traitements qui combinent l'un ou l'autre de ces procédés. Quel que soit le type de traitement utilisé, l'objectif est d'affecter le matériau à sa surface et dans une couche affleurant la surface.
Certains de ces procédés font appel au moins partiellement à une élévation de l'énergie thermique (c'est-à-dire l'énergie associée à l'élévation de la température et/ou l'énergie associée aux changements de phases et/ou aux réactions chimiques ) localisée à la surface et dans une couche comprenant la surface, comme force motrice de la transformation des propriétés du matériau en surface. Ainsi pour réaliser de telles élévations d'énergie thermique, on fait appel à des dépôts d'énergie localisés dans la couche de surface, au moyen de faisceaux laser, de faisceaux d'électrons ou d'ions. le brevet américain US-RE-036760 décrit un procédé de traitement de surface dans lequel on utilise de façon répétitive un faisceau d'ions pour traiter la surface d'un matériau.
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Le brevet US-A-06086726 décrit un procédé de modification de surface et comporte un dépôt de couche à la surface d'un matériau. Cette surface ainsi recouverte est ensuite soumise à un faisceau d'ions caractérisé par un nombre d'impulsions, un type d'ions et un niveau de fluence.
Le brevet US-A-06049162 décrit un modèle de source pulsée d'électrons et son utilisation au traitement de surface.
Le brevet US-A-4 927 992 décrit une méthode de fabrication d'objets à partir de poudre métallique grâce à un faisceau focalisé de particules présentant une densité d'énergie suffisante pour fondre la poudre. Ce faisceau construit couche par couche l'objet en question en faisant fondre une couche de poudre et la partie supérieure du substrat dessous, aux points de passage du faisceau. Après refroidissement, la couche de poudre fondue devient le nouveau substrat. On alimente en poudre de façon à ce que le faisceau voit toujours une couche de poudre d'épaisseur adaptée. On construit ainsi l'objet couche par couche.
Le brevet US-A-4370175 décrit une méthode de fabrication de cellules photovoltaïques dans laquelle on crée par implantation une jonction p/n et on recuit le matériau de la croûte superficielle au moyen d'un faisceau laser pulsé dont la longueur d'onde est dans l'ultra violet, avec une énergie par impulsion d'au moins deux joules.
Le brevet US-A-4370176 décrit un procédé dans lequel un substrat est bombardé avec des particules de matériau dopant de façon à pouvoir liquéfier localement et superficiellement le substrat afin qu'après resolidification, les défauts créés dans la croûte superficielle par les bombardements soient supprimés et que les particules puissent se retrouver dans des sites substitutionnels parfaitement intégrés au réseau cristallin du substrat.
Le brevet US-A-5918140 décrit un procédé dans lequel une mince couche d'atomes dopants est déposée et ensuite fondue jusqu'à une profondeur désirée au moyen d'une impulsion de laser ou d'un faisceau d'ions.
Le brevet US-A-5445689 décrit un procédé dans lequel un faisceau d'ions est utilisé pour fondre la surface d'un matériau afin de changer
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sa structure et ainsi renforcer sa résistance à la corrosion. De façon optionnelle, le matériau est recouvert avant le traitement par faisceau d'ions d'une couche susceptible de former un alliage avec le matériau.
Dans l'état de la technique, il existe également des procédés qui ont pour objet de modifier un matériau dans une couche située en profondeur sous la surface, dans lesquels le mécanisme de transformation des propriétés physiques est lié essentiellement à l'introduction de particules au sein du matériau.
C'est le cas par exemple de la technologie dite SIMOX pour la réalisation de substrats silicium sur isolant, où l'introduction d'atomes d'oxygène dans un matériau silicium permet de réaliser par combinaison de l'oxygène et du silicium une couche de Si02 enterrée. Ce procédé est décrit dans la référence suivante : Silicon-on Insulator Technology , MRS BULLETIN, December 1998, Volume 23, N 12, A publication of the Materials research Society .
Dans cette référence, on trouve aussi une description du procédé dit
SMART-CUT utilisant des particules afin de créer une fragilisation du matériau du fait des défauts créés par la pénétration de ces particules dans le matériau et/ou du fait de l'interaction de ces défauts avec les atomes issus des particules implantées.
SMART-CUT utilisant des particules afin de créer une fragilisation du matériau du fait des défauts créés par la pénétration de ces particules dans le matériau et/ou du fait de l'interaction de ces défauts avec les atomes issus des particules implantées.
Les brevets français FR-A-9111491, FR-A-9315563, FR-A-9600852 et FR-A-9606086 décrivent divers procédés de fragilisation de matériau en profondeur conduisant à une découpe possible de couches minces dudit matériau. Ces procédés utilisent l'implantation ionique d'hydrogène ou de gaz rares associés ou non à un ou des traitements thermiques postérieurs pour fragiliser le matériau à une profondeur voisine de celle de la pénétration des ions.
Dans les procédés ci-dessus, on cherche, pendant la phase d'implantation ionique qui nécessite une plage de température déterminée, à éviter que la température ne monte au-dessus d'une valeur de l'ordre de 400 C afin que les espèces implantées ne s'échappent du matériau. Dans ces procédés pouvant permettant la réalisation de couches dont l'épaisseur est de l'ordre de 1 à 2 microns dans le silicium, même si la quantité d'énergie utilisée est élevée (de l'ordre de
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1500 à 2000 Joules par centimètres carré (J/Cm2), cette énergie est appliquée pendant des durées longues (se mesurant en minutes), de telle sorte que la puissance moyenne est suffisamment faible pour qu'il n'existe pas de zone de haute densité d'énergie thermique et que, par les moyens naturels de refroidissement ou avec les moyens classiques de refroidissement sur les machines d'implantation, la température du matériau implanté reste modérée.
Du fait de cette quantité d'énergie très élevée, le coût du procédé est élevé. Ces techniques sont en fait adaptées à la réalisation de couches fines (environ jusqu'à 2 microns) pour des applications à très forte valeur ajoutée. Elles ne sont cependant pas adaptées pour la réalisation des couches plus épaisses car la quantité d'énergie nécessaire augmente avec l'épaisseur et atteint par exemple de 10 000 à 20 000 J/Cm2 pour une épaisseur de 10 microns, ce qui augmente très fortement le coût du procédé.
Il existe par ailleurs dans l'état de la technique des procédés dans lesquels on réalise des matériaux présentant en profondeur une zone sélectivement absorbante par rapport au flux de puissance utilisé. Par exemple dans le cas d'un faisceau laser, on construit une structure présentant en profondeur une couche absorbante à la longueur d'onde du laser alors que la partie supérieure est sensiblement transparente ou peu absorbante à cette longueur d'onde.
Plus particulièrement, le brevet européen EP-A-0924769 décrit un procédé dans lequel on fabrique des structures par empilement successif de plusieurs couches dont une est susceptible de permettre une séparation du matériau au niveau de cette couche. Un exemple particulier de structure est indiqué dans lequel une couche riche en hydrogène a de plus la propriété d'être sélectivement absorbante par rapport au reste du matériau de telle sorte qu'un faisceau laser puisse venir déposer son énergie dans cette couche sans déposer d'énergie de façon significative dans les autres couches.
Cette façon de faire présente l'inconvénient et la limitation de nécessiter de fabriquer des matériaux structurés par empilement de
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couches avec une couche sélectivement absorbante par rapport au flux de puissance située à la profondeur requise.
Exposé de l'invention.
La présente invention se rapporte à un procédé de traitement d'une pièce en vue de modifier au moins une de ses propriétés, ce procédé étant tel que l'invention est totalement différente de l'art antérieur décrit ci-dessus, aussi bien en ce qui concerne les problèmes techniques qu'elle pose, qu'en ce qui concerne les moyens qu'elle met en #uvre et les résultats qu'elle permet d'obtenir.
Un objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement permettant de modifier au moins une propriété de la pièce dans au moins une zone à traiter située en profondeur, c' est-à-dire distante d'une surface de cette pièce, sans altérer ou affecter les propriétés de la pièce dans l'espace séparant cette surface et la zone à traiter et plus en profondeur au-delà de cette zone à traiter. ,
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement qui en particulier n'impose de contraintes ni sur la nature ni sur la structure du ou des matériaux constituant la pièce à traiter.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement qui en particulier n'impose de contraintes ni sur la nature ni sur la structure du ou des matériaux constituant la pièce à traiter.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement dont en particulier le coût de mise en #uvre est relativement faible.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement permettant en particulier de faire des économies en ce qui concerne le ou les matériaux constituant la pièce à traiter.
Un autre objectif de la présente invention est de proposer un procédé de traitement susceptible d'être appliqué notamment dans le domaine des membranes, des couches minces notamment de semi- conducteurs, dans le domaine de la réalisation de plaquettes ou lames de matériau, dans le domaine de la réalisation de plaquettes ou lamelles de semi-conducteurs notamment de silicium, de semi-conducteurs de type
IV, de type IV-IV, de type III-V et de type II-VI pour obtenir des
IV, de type IV-IV, de type III-V et de type II-VI pour obtenir des
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composants électroniques ou opto-électroniques tels que des éléments ou cellules photovoltaïques et dans le domaine du soudage ou du brasage de parties d'une pièce.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement d'une pièce dont au moins une propriété d'au moins une zone à traiter située en profondeur, à distance d'une surface de cette pièce, est susceptible d'être modifiée lorsque cette zone est soumise à une densité d'énergie thermique supérieure à un niveau déterminé de traitement.
Selon l'invention, ce procédé consiste à placer la pièce à traiter à un niveau d'énergie thermique inférieur audit niveau déterminé ; et à soumettre, au travers de sa surface précitée, pendant une durée déterminée et sous la forme d'au moins une impulsion, ladite pièce à un flux de puissance généré par un moyen d'émission de particules, ce moyen d'émission étant réglé de façon à produire une densité d'énergie thermique concentrée ou présentant un maximum localisé dans ladite zone à traiter et atteignant, dans au moins une partie de cette zone, un niveau supérieur audit niveau déterminé de traitement.
Le procédé selon l'invention consiste, de préférence à choisir un flux de puissance exclusivement adapté pour produire ladite densité d'énergie thermique.
Selon l'invention, ledit niveau d'énergie thermique déterminé peut avantageusement correspondre à une température déterminée.
Selon l'invention, ladite pièce peut avantageusement être constituée en un matériau unique ou en plusieurs parties de matériaux différents.
Selon l'invention, ladite pièce peut avantageusement présenter une structure en surface et/ou en volume.
Selon l'invention, ledit flux de puissance est de préférence constitué par un flux de particules telles que des électrons et/ou des protons et/ou des ions et/ou des atomes et/ou des molécules.
Selon l'invention, ledit flux de puissance peut avantageusement être constitué par un flux de particules constituées ou composées d'éléments de numéro atomique Z inférieur ou égal à six qui ne sont pas des dopants du ou des matériaux constituant ladite pièce, sous l'une quelconque de leurs espèces isotopiques, sous l'une quelconque de leurs
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formes moléculaires et sous l'un quelconque état d'ionisation y compris l'état neutre.
Selon l'invention, lesdites particules peuvent avantageusement être, pour l'essentiel, monocinétiques.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à choisir une pièce dont la zone à traiter comporte des impuretés.
Selon l'invention, lesdites impuretés présentent de préférence un coefficient de ségrégation, par rapport au matériau constituant au moins ladite partie à traiter, inférieur à un.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement comprendre une étape antérieure d'introduction desdites impuretés dans le matériau.
Selon l'invention, ladite étape d'introduction desdites impuretés comporte de préférence au moins une épitaxie
Selon l'invention, lesdites impuretés peuvent avantageusement être introduites au moins partiellement pendant l'application dudit flux de puissance.
Selon l'invention, lesdites impuretés peuvent avantageusement être introduites au moins partiellement pendant l'application dudit flux de puissance.
Selon l'invention, le matériau constituant au moins ladite zone à traiter peut avantageusement comprendre du silicium et qu'au moins ladite zone à traiter contient des impuretés choisies parmi l'aluminium et/ou le bismuth et/ou le gallium et/ou l'indium et/ou l'antimoine et/ou l'étain.
Selon l'invention, le matériau constituant au moins ladite zone à traiter peut avantageusement comprendre du silicium-germanium.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à soumettre ladite pièce à un flux de puissance temporellement stationnaire.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à faire varier l'intensité du flux de puissance.
Selon l'invention, le procédé peut avantageusement consister à faire varier la position de la partie concentrée dudit flux de puissance par rapport à ladite zone à traiter.
Selon une variante de l'invention, ledit flux de puissance est de préférence choisi de façon à produire la liquéfaction du matériau constituant ladite zone à traiter.
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Selon une autre variante de l'invention, ledit flux de puissance est de préférence choisi de façon à produire des inclusions dans le matériau constituant ladite zone à traiter.
Selon l'invention, lesdites inclusions peuvent avantageusement être des précipités et/ou des bulles et/ou des microbulles et/ou des défauts et/ou des changements de phase et/ou de composition chimique et/ou des fractures et/ou des cavités.
Selon une autre variante de l'invention, ledit flux de puissance est de préférence choisi de façon à produire une fragilisation de ladite zone à traiter.
Selon une autre variante de l'invention, ledit flux de puissance est de préférence choisi de façon à produire une soudure ou un brasage de deux parties de ladite pièce en contact dans ladite zone à traiter.
La présente invention sera mieux comprise grâce aux explications non limitatives suivantes en ce qui concerne la pièce à traiter.
La pièce à traiter peut se présenter sous une forme massive ou sous forme d'une ou plusieurs couches minces, sous une forme homogène ou hétérogène, et/ou présenter une structure en surface et/ou en volume. Un exemple particulier est un bloc de silicium monocristallin issu de la découpe longitudinale d'un lingot cylindrique. Un autre exemple est une plaquette de silicium sur laquelle on a fait croître une couche de
Silicium-Germanium ou de Silicium-Germanium-Carbone de 500 angstrôm d'épaisseur sur laquelle on a fait croître une couche de
Silicium de cinq microns.
Silicium-Germanium ou de Silicium-Germanium-Carbone de 500 angstrôm d'épaisseur sur laquelle on a fait croître une couche de
Silicium de cinq microns.
La pièce peut être constituée d'au moins deux parties, en un matériau ou de matériaux différents, en simple contact au niveau d'une surface commune qui constitue de ce fait une interface à l'intérieur de ce matériau. Le flux de puissance, utilisé dans l'invention, peut être appliqué au travers de l'une des surfaces du matériau de façon à créer une zone de haute énergie thermique au niveau de cette interface, pour par exemple réaliser une soudure, ou une brasure.
Le matériau peut aussi comporter des impuretés, définies comme des atomes ou molécules ou particules, se trouvant dans un état stable ou
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métastable, c'est-à-dire non susceptible d'évolution discernable, dans des conditions de température habituelle. Dans un mode particulier de réalisation le traitement du matériau comportant ces impuretés a pour effet de générer des inclusions. Les inclusions peuvent être des agglomérats de particules, des bulles aussi bien de forme sensiblement sphérique que de forme aplatie, résultant par exemple de la vaporisation du matériau ou du passage en phase gazeuse d'impuretés, des précipités d'atomes ou molécules, des précipités de défauts, des cavités, des défauts de structure, des fractures, de nouveaux composés chimiques, de nouvelles phases, ou toute combinaison de ces éléments. Les impuretés peuvent se trouver partout dans le matériau mais doivent se trouver au moins partiellement dans ou au voisinage de la zone de traitement.
Une étape d'introduction desdites impuretés dans le matériau peut être prévue antérieurement et/ou pendant le traitement. Par exemple, si l'impureté désirée contient de l'hydrogène, elle peut être éventuellement introduite partiellement pendant l'application du flux de puissance si celui-ci est constitué d'un flux de particules à base d'hydrogène. Cette étape d'introduction peut être réalisée pendant la fabrication du matériau ou postérieurement. En particulier, on peut utiliser les techniques de dopage in-situ, de diffusion, d'implantation ionique, de dépôts de couches, de croissance épitaxiale.
La présente invention sera également mieux comprise grâce aux explications non limitatives suivantes en ce qui concerne le flux de puissance mis en #uvre.
Quand on dirige un flux de puissance P sur un matériau susceptible d'absorber cette puissance, pendant une durée #t, le matériau absorbe une énergie Ea égale à P*#t. Si l'intensité du flux de puissance n'est pas constante pendant la durée At, l'énergie Ea absorbée peut être calculée en décomposant la durée At en intervalles de temps #t où le flux de puissance puisse être considéré comme constant et faire la somme des contributions correspondant à chaque intervalle de temps ôt.
Le profil de densité d'énergie absorbée Ea, c'est-à-dire la courbe représentant en fonction de la profondeur p la quantité d'énergie absorbée par unité de volume, dépend des paramètres du flux de
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puissance c'est-à-dire des conditions expérimentales et en particulier de la nature du flux de puissance et de ses caractéristiques, ainsi que du matériau lui-même.
Si les paramètres du flux de puissance varient au cours du temps, la forme du profil de densité d'énergie absorbée varie au cours du temps. A un instant donné, le profil de densité d'énergie absorbée, s'obtient en prenant en compte les contributions relatives à chacun des intervalles ôt.
Dans le cas d'un flux de particules, l'énergie cinétique de chaque particule ou énergie particulaire # est liée à sa masse et à sa vitesse et cette énergie cinétique # est mesurée en général en électron-volt ou multiple de cette unité. Dans le cas de particules monocinétiques totalement absorbées dans un matériau, l'énergie Ea est égale à N*s, la puissance P est égale à N*# /At = Ea /At où N est le nombre de particules qui ont été dirigées vers le matériau pendant l'intervalle de temps At. On voit donc de façon évidente que la puissance est très fortement dépendante de la durée At, pour une même valeur de l'énergie absorbée Ea.
Lors de la pénétration des particules dans le matériau, l'énergie cinétique de ces particules se transforme extrêmement rapidement dans le matériau au travers de différents mécanismes physiques tels que excitation électronique (transfert d'énergie aux électrons ), créations de phonons, ionisation ou déplacements d'atomes, bris de liaisons chimiques pour aboutir pour l'essentiel en énergie thermique, c'est-à- dire en chaleur. L'augmentation de la densité d'énergie thermique se traduit de façon générale par une augmentation de la température et/ou un apport d'énergie pour activer les réactions physiques et/ou chimiques telles que par exemple changement de phases ou réactions chimiques.
L'effet du flux de puissance est donc la création d'une ou plusieurs sources d'énergie thermique. La chaleur ou énergie thermique dans un matériau évolue suivant des lois connues en physique dites équations de la chaleur qui prennent en compte les paramètres thermiques du matériau, les conditions thermiques aux interfaces et aux surfaces, les conditions initiales et les sources d'énergie thermique qui représentent
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en chaque point du matériau l'amplitude en fonction du temps de la densité d'énergie thermique apportée au matériau.
On trouvera dans la référence CONDUCTION OF HEAT IN SOLIDS , second edition, par H.S. CARSLAW and J.C. JAEGER, Oxford University Press, Walton Street, Oxford OX2 6DP., par exemple, les bases de la thermique dans les solides. La résolution de ces équations permet de connaître le profil de densité d'énergie thermique dans le matériau en fonction du temps c'est-à-dire la température et l'état des diverses phases. La résolution de cette équation dans le cas général doit faire appel à des méthodes numériques sur ordinateur, connues en soi, en utilisant la méthode des différences finies ou des éléments finis.
De façon générale, le profil de densité d'énergie thermique résultant d'un flux de puissance impulsionnel dirigé sur le matériau est nonstationnaire, c'est-à-dire qu'il évolue en fonction du temps, pendant et après la durée At, et sa tendance naturelle est de s'élargir.
Pour une quantité d'énergie thermique donnée, l'élargissement se fait au détriment du niveau de la densité d'énergie thermique. Or pour réaliser le traitement d'un matériau dans une zone déterminée il est nécessaire que l'énergie thermique atteigne dans la zone de traitement un niveau suffisant apte à activer le processus recherché. Il est donc indispensable que l'énergie thermique résultant du flux de puissance soit concentrée dans la zone de traitement.
Pour réaliser cela, la solution est que d'une part l'énergie soit absorbée de façon concentrée en profondeur dans et/ou au voisinage de la zone de traitement et que d'autre part la durée du flux de puissance soit suffisamment courte et l'intensité du flux de puissance soit suffisamment élevée pour que le profil d'énergie thermique reste suffisamment concentré et pour que son niveau soit suffisant pour le traitement du matériau considéré.
Plus précisément selon l'invention, on utilise de préférence un flux de particules légères choisies, éventuellement en combinaison, parmi les électrons ou les ions ou les atomes ou les molécules constitués ou composés d'éléments de numéro atomique Z peu élevé, sous l'une
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quelconque de leurs espèces isotopiques, sous l'une quelconque de leur forme moléculaire et sous l'un quelconque état d'ionisation y compris l'état neutre. Par éléments de numéro atomique Z peu élevé, on entend Z, c'est-à-dire le nombre de protons du noyau, inférieur ou égal à 6. On choisira notamment un Z inférieur à 3 et de préférence un Z égal à 1 correspondant à l'hydrogène. En effet, pour lesdites particules légères, il est possible de trouver des conditions telles que, lors de leur pénétration dans un matériau, ces particules transfèrent de l'énergie au matériau sous la forme d'un profil concentré à une certaine profondeur.
Ces conditions correspondent à des particules d'énergie particulaire d'autant plus élevée que leur Z est élevé. Par exemple,on peut obtenir un profil d'énergie déposée présentant un pic à une profondeur de 20 microns environ, avec des protons de 1,2 MeV, ou des ions hélium de 5 MeV, ou des ions lithium de 10 MeV ou des ions carbone de 25 MeV. Ces profils sont en général d'autant plus fins pour une profondeur maximum donnée que le numéro atomique Z de la particule est faible.
Pour éviter un éventuel problème de dopage indésiré dans le cas où le matériau est un semi-conducteur, ces particules sont choisies parmi celles qui ne sont pas des dopants pour ledit matériau. Par exemple, dans le cas où le matériau est du silicium, si l'on ne veut pas créer un dopage de type p, on exlut le bore.
Dans le cas des électrons, on peut calculer à partir des logiciels adaptés, la répartition de la densité d'énergie en fonction de la profondeur dans un matériau soumis à un flux d'électrons mono- énergétiques. Cette répartition peut aussi être trouvée directement dans des bases de données telles que l'EMID (Electron Matérial Interaction
Database) éditée par l'Institute for Data Evaluation (IDEA) et le Radiation Dynamics Groupe (RDG) de Kharkov National University d'Ukraine . On obtient un profil avec une forme de courbe en cloche présentant un maximum à une profondeur dépendant de l'énergie des électrons. La figure 2a donne le profil de dépôt d'énergie par des électrons de 40 keV dans du silicium. Ce calcul est effectué dans l'hypothèse où les dimensions du flux d'électrons selon la surface sont largement supérieures à la dispersion latérale des trajectoires des
Database) éditée par l'Institute for Data Evaluation (IDEA) et le Radiation Dynamics Groupe (RDG) de Kharkov National University d'Ukraine . On obtient un profil avec une forme de courbe en cloche présentant un maximum à une profondeur dépendant de l'énergie des électrons. La figure 2a donne le profil de dépôt d'énergie par des électrons de 40 keV dans du silicium. Ce calcul est effectué dans l'hypothèse où les dimensions du flux d'électrons selon la surface sont largement supérieures à la dispersion latérale des trajectoires des
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électrons dans le matériau. Dans cet exemple, cette hypothèse est vérifiée dès lors que les dimensions du flux d'électrons selon la surface du matériau sont nettement supérieures à 10 microns. Dans le cas contraire, la forme de la courbe dépend des dimensions du flux, mais le même type de calcul peut-être fait et donne une courbe de forme similaire.
Le tableau ci-après donne une valeur calculée approximative de la profondeur du maximum du profil de dépôt d'énergie dans le cas du silicium.
<tb>
<tb>
<tb>
Energie <SEP> (en <SEP> keV) <SEP> 5 <SEP> 10 <SEP> 20 <SEP> 40 <SEP> 60 <SEP> 100
<tb> Profondeur <SEP> (en <SEP> microns) <SEP> 0,11 <SEP> 0,33 <SEP> 1, <SEP> 2 <SEP> 4 <SEP> 8 <SEP> 20
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Le procédé peut être réalisé avec des protons, c'est-à-dire des ions hydrogène. D'autres types de particules légères peuvent être utilisées, bien que la mise en #uvre de la méthode soit plus favorable lorsque l'on souhaite un profil de dépôt d'énergie étroit avec des particules de Z le plus faible possible.
La pénétration d'ions dans un matériau s'accompagne pour l'essentiel de deux mécanismes de freinage : le freinage dit électronique et le freinage dit nucléaire. De façon simplifiée, le freinage nucléaire contribue pour l'essentiel au transfert d'énergie aux atomes du matériau et le freinage électronique contribue pour l'essentiel à un transfert d'énergie aux électrons du matériau. En utilisant les logiciels de simulation tels que TRIM ou SRIM, on peut calculer, la répartition de la densité d'énergie absorbée en fonction de la profondeur dans un matériau soumis à un flux de particules mono-énergétiques. On obtient un profil avec une forme de courbe en cloche présentant un maximum à une profondeur dépendant de l'énergie des particules. Il est important de noter que ce profil de dépôt d'énergie absorbée est en général différent de celui du profil de concentration des espèces, qui représente
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la densité des espèces implantées en fonction de la profondeur, et est différent aussi du profil de densité des défauts créés.
On peut observer que, plus le flux de particules est monocinétique, plus le pic de dépôt d'énergie sera étroit et plus l'énergie sera concentrée. Si l'on souhaite réaliser un dépôt d'énergie présentant un pic plus large, voire plusieurs pics, il est possible d'utiliser des particules avec des énergies différentes, voire des particules différentes.
Pour obtenir une zone de haute densité d'énergie thermique dans la zone de traitement, il faut donc : - choisir des paramètres du flux de particules tels que l'essentiel de cette puissance soit déposé dans et/ou au voisinage de la zone de traitement, - choisir une durée At pendant laquelle le flux de puissance est dirigé sur le matériau, suffisamment courte pour que l'énergie thermique issue de l'énergie primaire puisse s'accumuler dans et au voisinage de la zone de traitement avant qu'elle ne diffuse hors de cette zone.
- et choisir l'intensité du flux de particules pour que, pendant la durée At, l'énergie apportée par les particules soit suffisante pour que ledit niveau de densité d'énergie thermique soit atteint dans la zone de traitement.
La durée At peut être calculée par simulation au moyen des logiciels adaptés connus, utilisant généralement des méthodes dites des différences finies ou des méthodes dites d'éléments finis.
Une autre façon de déterminer cette durée est une méthode plus simple à mettre en #uvre. Elle consiste à déterminer d'abord grossièrement la valeur de la durée maximum et ensuite de l'ajuster au moyen de quelques expérimentations. Pour une détermination grossière, on considère l'écart quadratique op du profil de dépôt d'énergie résultant de l'interaction du flux de particules avec le matériau, l'écart quadratique #5 du profil d'énergie thermique souhaité (at est nécessairement au moins égal à op ).
Alors, l'estimation de la durée At est déduite par l'inéquation suivante :
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2*Lt2= 2*D*At < #t2 - #p2, dans laquelle Lt est la longueur de diffusion thermique et D est la diffusivité thermique à la température considérée. Ce calcul donne approximation d'autant meilleure que at est plus grand que #p.
Par exemple dans du silicium où la diffusivité thermique à haute température est de l'ordre de 0,1 Cm2/S, pour un profil d'énergie thermique souhaité d'écart quadratique #t de 3 microns et un écart quadratique du profil d'énergie absorbée #p de l'ordre de 1 micron, ceci correspond à une durée maximum At de l'ordre de 0,4 microsecondes.
Quand At est déterminé, il est alors possible d'évaluer précisément la forme du profil de densité d'énergie thermique dans le matériau, et comme l'on connaît le niveau à atteindre dans la zone de traitement, il est possible par une intégration numérique d'en déduire la quantité totale d'énergie thermique et donc ainsi évaluer le niveau de l'intensité de puissance nécessaire pendant la durée At.
Le flux doit donc se présenter sous la forme d'une impulsion de forte puissance et de durée brève pour que le niveau d'énergie thermique requis soit atteint dans la couche à traiter. Si le traitement du matériau nécessite une durée plus longue que celle qui est permise par une seule impulsion, il est possible d'appliquer plusieurs impulsions de façon à ce que la durée cumulée soit adaptée au traitement.
De façon complémentaire et non obligatoire, il peut être intéressant pour certains types de procédés, non seulement de contrôler la durée du niveau de haute énergie thermique, mais aussi de contrôler la montée et/ou la re-descente du niveau d'énergie thermique. Pour cela, il est possible de moduler l'amplitude de l'impulsion en fonction du temps.
Pour réaliser un flux de puissance sous la forme d'une impulsion, plusieurs méthodes de réalisation sont possibles : - utilisation d'un flux de puissance stationnaire spatialement par rapport au matériau à traiter, et dont l'intensité en fonction du temps se présente sous la forme d'une ou plusieurs impulsions.
- utilisation d'un flux de puissance dont l'intensité en fonction du temps est stationnaire, mais dont la position varie par rapport au matériau de façon à ce que une région donnée du matériau ne voit le
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flux que pendant un ou plusieurs intervalles de temps correspondant à la durée de l'impulsion recherchée (ou des impulsions recherchées).
- combinaison des deux méthodes de réalisation précédentes.
Pour réaliser un flux de puissance dont la position varie par rapport au matériau, c'est-à-dire par rapport à la zone de traitement et sensiblement perpendiculairement à cette dernière, il est possible par exemple de réaliser les flux de particules sous forme de faisceaux concentrés (grâce à un système de focalisation par lentilles quadrupolaires par exemple) et au moyen d'un système utilisant des forces électromagnétiques dépendant du temps (au moyen de bobines par exemple), déplacer le faisceau par rapport au matériau (balayage), c'est-à-dire par rapport à la zone de traitement et perpendiculairement à cette dernière. Dans la référence Focused Mev Ion Beams for Materials Analysis and Microfabrication , MRS BULLETIN, February 2000, Volume 25, N .2, A publication of the Materials research Society. page 33 à 37, on donne page 34 sur la figure 2 un exemple d'équipement permettant de réaliser des faisceaux de protons focalisés et balayés.
Bien que l'application décrite dans cet exemple n'ait pas de rapport avec la présente invention, les principes utilisés pour la génération du faisceau de protons et son déplacement par rapport au matériau peuvent être utilisés pour notre invention.
On notera cependant que, pour réaliser des faisceaux permettant d'obtenir la densité de courant souhaitée, il est nécessaire que l'énergie des protons présente peu de dispersion. Dans le cas contraire, les aberrations chromatiques (liées à la dispersion d'énergie des protons et donc à la dispersion de leur vitesse), induiraient un élargissement de la tâche de focalisation. Il est donc recommandé de faire appel à un accélérateur d'ions capable d'une faible dispersion d'énergie. Les accélérateurs électrostatiques classiques du type Van De Graaff, à transport de charges électriques par courroies ou chaînes, sont très limités dans ce domaine. Un accélérateur électrostatique du type
Singletron vendu par la société H. V.E.E. (High Voltage Engineering
Europa B. V.), répond mieux aux besoins car il permet des dispersions
Singletron vendu par la société H. V.E.E. (High Voltage Engineering
Europa B. V.), répond mieux aux besoins car il permet des dispersions
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d'énergie dans la gamme des 10-5. On trouvera plus de détails dans la référence ci-après : The novel ultrastable HVEE 3. 5 MeV Singletron accelerator for nanoprobe applications , D. J.W. Mous, R. G. Haitsma, T. Butz, R. -H.Flagmeyer, D.Lehmann, J. Vogt dans Nuclear Instruments and Methods in Physics research B 130 (1997) 31-36.
Il est possible aussi de laisser le faisceau fixe dans l'espace et déplacer la pièce par rapport au faisceau par exemple en fixant cette pièce sur une roue tournant à grande vitesse. Dans un exemple de réalisation non limitatif, un faisceau de protons de 1 MeV est formé avec un diamètre de 100 microns environ et une intensité de 2,6 mA environ. Ce faisceau est dirigé sur des plaquettes de silicium fixées sur la partie périphérique à la surface d'un disque de diamètre 2m environ tournant à la vitesse de 3200 tours /minute environ (fig 4). Dans ces conditions, au passage sous le faisceau, un point quelconque d'une plaquette reçoit une impulsion de flux de puissance de durée 0,3 microsecondes environ. Cette impulsion est apte à ce que la densité d'énergie thermique atteinte entre la profondeur 12 microns et la profondeur 17 microns soit de l'ordre de 7000J/Cm3. Le mouvement de rotation du disque peut être combiné avec un mouvement de déplacement de l'axe du disque parallélement à lui-même de façon à ce que le traitement par le flux de protons puisse être appliqué par exemple en chaque point des plaquettes.
Pour réaliser un flux de puissance dont l'intensité en fonction du temps se présente sous la forme d'une ou plusieurs impulsions, on peut utiliser, par exemple dans le cas de protons, une machine fonctionnant selon les principes de certaines machines utilisées dans le chauffage des plasmas par injection de faisceau pulsé intense de particules. Ces machines comportent en général, des moyens pour produire un plasma très dense, des moyens d'extraction et d'accélération des ions sous très fort champ électrique ainsi que, de façon optionnelle, des moyens pour prévenir le claquage (formation d'arcs) dans les espaces extracteurs et accélérateurs, par exemple par utilisation de champs magnétiques judicieusement positionnés (isolation magnétique des gaps accélérateurs). Un exemple d'un tel équipement est décrit dans le brevet
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US- RE- 37,100 de John B. GRENLY. Dans le cas d'électrons, on peut utiliser une machine du type de celle qui est décrite dans la référence Principles of high current électron beam accélération , Stanley HUMPHRIES Jr., Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A258 (1987) 548-565.
Alternativement, le faisceau d'électrons peut être généré au moyen d'un canon à électrons comportant une cathode à émission froide du type micropointes avec la ou les électrodes associées, analogue à celles utilisées dans les écrans plats à micropointes (Field emission Display).
L'exemple suivant montre, à titre non limitatif, comment réaliser les principes de l'invention. Le matériau est une plaquette de silicium monocristallin de diamètre 200mm et d'épaisseur 750 microns environ.
La surface est éventuellement recouverte ou non de couches minces. Ce matériau contient des atomes d'antimoine à une concentration par exemple de l'ordre de 1016 Cm-3à 2*1019 Cm-3. Avec un flux de puissance transporté par un faisceau de protons de 1 MeV, on irradie la surface avec une densité de courant de 50 A*Cm-2pendant une durée de 0,2 microseconde.
On dépose ainsi une énergie de l'ordre de 10 J*Cm-2. On crée ainsi une zone entre environ la profondeur 12 microns et environ la profondeur 17 microns où le niveau de densité d'énergie thermique atteinte est supérieur ou égal à environ 7000 J*Cm-3. Ces valeurs sont données à titre de point de départ. Un ajustage fin peut être réalisé pour tenir compte de l'évolution en fonction du temps de l'impulsion du flux de puissance et des conditions thermiques du matériau en particulier au niveau de sa surface.
Ce niveau de densité d'énergie thermique est suffisant pour activer le traitement de matériau recherché et décrit ci-après.
Le niveau de densité d'énergie thermique atteint permet d'obtenir la liquéfaction du matériau dans une zone de traitement comprise entre environ une profondeur de 12 microns et environ une profondeur de 17 microns et dont l'extension selon un plan parallèle à la surface d'introduction du flux de puissance est définie par les dimensions latérales de ce flux, définissant ainsi une zone liquide limitée par une
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interface solide-liquide supérieure à la profondeur de 12 microns environ et une interface solide-liquide inférieure à la profondeur de 17 microns.
L'essentiel des atomes d'antimoine pré-existant dans la phase solide dans cette zone et au voisinage de celle-ci, se retrouvent dans la phase liquide. Lors de la re-solidification intervenant lors du refroidissement, les deux interfaces solide-liquide progressent chacune à leur vitesse propre l'un vers l'autre (fig 6), faisant ainsi diminuer la largeur de la zone liquide.
Du fait de la faible valeur du coefficient de ségrégation (parfois appelé coefficient de distribution) de l'antimoine dans le silicium, c'est-à-dire du fait de la tendance des atomes d'antimoine à rester dans la phase liquide plutôt que de passer dans la phase solide, la progression des deux interfaces solide-liquide se traduit par un effet de poussée devant eux dans la phase liquide des atomes d'antimoine, conduisant ainsi à une augmentation de plus en plus élevée de la concentration des atomes d'antimoine dans la phase liquide.
Quand la phase liquide a disparu, tous les atomes d'antimoine se retrouvent nécessairement dans le matériau à l'état solide. Ceci conduit localement à une concentration très élevée d'impuretés dans une zone étroite au voisinage de la profondeur, dite profondeur de rencontre, à laquelle les deux interfaces solide-liquide se sont rejointes et donc à laquelle la phase liquide a disparu totalement.
Pour des conditions expérimentales judicieusement choisies, on peut se trouver alors dans des conditions où les atomes d'antimoine se retrouvent à une concentration telles que ces atomes ne peuvent plus s'incorporer normalement dans la phase solide, donnant ainsi lieu à des précipités, des défauts de structure, l'obtention de mélanges hétérogènes, etc... Il est ainsi possible de fragiliser le matériau au travers de ce mécanisme et de rendre possible une séparation entre la partie du matériau comprise entre la surface et la zone fragilisée et le reste du matériau.
Il convient de noter qu'après le traitement, la partie dite superficielle du matériau comprise entre la surface et la zone de haute
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énergie thermique est restée à l'état solide et cristallin conformément aux principes de base de l'invention et que la partie du matériau située entre la zone superficielle et le voisinage du front de rencontre peut conserver ses propriétés cristallines, car le matériau peut se réépitaxier pendant la phase de re-solidification à partir du matériau solide et cristallin de la zone superficielle.
Le phénomène de re-solidification peut-être plus complexe que celui qui est décrit précédemment. En effet, la progression des deux interfaces supérieures et inférieures peut être combinée avec une progression des interfaces latérales, et même avec la formation de zones liquides discontinues séparées par des zones re-solidifiées. Cependant, quelle que soit la complexité des mécanismes qui interviennent, cela aboutit toujours à la concentration des impuretés dans un très faible volume de matière.
Dans cet exemple, les atomes d'antimoine peuvent avoir été introduits pendant la croissance du lingot dont est issue la plaquette, ce qui donne une concentration sensiblement homogène dans tout le volume. Les atomes d'antimoine peuvent se trouver dans une autre façon de réaliser, par exemple, dans une couche superficielle d'épaisseur d'une vingtaine de microns. Dans ce dernier cas, cette couche de forte concentration en antimoine peut être obtenue en faisant croître une couche dopée en antimoine de vingt microns d'épaisseur par épitaxie sur un substrat de silicium peu ou pas dopé.
On peut aussi, de façon différente, opérer avec une plaquette de silicium fortement dopée en antimoine sur laquelle on fait croître par épitaxie une couche mono-cristalline de silicium peu ou faiblement dopée, dans le cas où l'on veut conserver une couche de faible dopage en surface pour la réalisation de dispositifs. L'épaisseur de cette couche peu dopée dans le cas particulier indiqué ci-dessus (protons de 1 MeV) peut présenter une épaisseur jusqu'à environ une douzaine de microns.
Tout en gardant une couche de faible dopage en surface, il est aussi possible d'avoir un dopage en antimoine localisé à l'intérieur d'une couche profonde. Ceci est obtenu par exemple par réalisation à la surface d'une plaquette, d'une couche dopée en antimoine (par
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exemple : par implantation ionique 10 15 Cm-2 à 150 keV, suivie d'un traitement thermique de diffusion de 6 heures à 1150 C), suivie d'une croissance épitaxiale de silicium peu ou pas dopé d'une douzaine de microns d'épaisseur.
Dans l'exemple précédent, on utilise l'atome d'antimoine. Le principe fonctionne aussi avec d'autres atomes présentant un faible coefficient de ségrégation par rapport au silicium tels que par exemple à titre non limitatifs : l'aluminium, le bismuth, le gallium, l'indium, l'étain.
Le choix d'autres impuretés ou atomes est possible. Ce choix est à faire en fonction des contraintes de l'application visée. On choisira par exemple un atome tel que l'antimoine si l'on souhaite que le dopage résiduel de la zone traité soit de type n, on choisira un atome tel que l'aluminium si l'on souhaite que le dopage résiduel de la zone traitée soit de type p.
Dans tous ces exemples où l'on utilise la croissance épitaxiale, le procédé d'épitaxie peut-être aussi bien un procédé de type CVD, qu'un procédé de type épitaxie en phase liquide ; en particulier l'épitaxie en phase liquide de silicium à partir d'un bain d'étain ou d'aluminium ou d'indium fondu dans lequel on a dissout du silicium peut être une des voies préférentielles pour la réalisation de cellules photovoltaïques.
Pour illustrer d'une manière générale et schématiquement la présente invention et en particulier les exemples et explications ci- dessus, on peut se reporter à la figure 1 annexée sur laquelle on a représenté, en coupe, une pièce 1 de forme parallèlépipédique, qui présente une surface plate 2 devant et à distance de laquelle est installé un appareil 3 d'émission d'un flux 4 de particules.
Ce flux de puissance 4 s'introduit dans la pièce 1 perpendiculairement à sa surface 2 et produit dans la pièce 1 une densité d'énergie thermique dont on a représenté le profil ou la courbe 5 à la fin de l'impulsion du flux de puissance . Le profil 5 se présente, parallèlement à la surface 2, approximativement sous la forme d'une cloche ou d'un pic et le maximum de ce profil 5 se situe dans une zone
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à traiter 6 localisée en profondeur, à distance de la surface 2 de la pièce 1. Bien entendu, le flux de puissance 4 pourrait être introduit dans la pièce 1 sous un autre angle d'incidence que celui qui correspond à une introduction perpendiculaire.
La pièce 1 étant placée à un niveau d'énergie thermique inférieur à un niveau déterminé 7 de traitement, en particulier à une température inférieure à une valeur déterminée de traitement, la densité d'énergie thermique 5 produite par le flux de puissance 4 présente un sommet 5a qui atteint le niveau déterminé 7 de traitement et dépasse ce niveau sur une épaisseur e tel qu'au moins une propriété du matériau constituant la zone à traiter 6 est modifiée dans cette épaisseur e et sur la surface correspondant sensiblement à la section du flux de puissance 4. Il s'ensuit que les propriétés du reste de la pièce 1, en particulier sa partie 8 s'étendant entre la surface 2 et la zone 6 et sa partie 9 s'étendant audelà de cette zone 6, ne sont pas altérées ou modifiées.
En se reportant à la figure 2a, on peut voir qu'une courbe 10 représente le profil sensiblement en cloche de la densité d'énergie déposée en fonction de la profondeur, produite dans une plaquette de silicium par un flux d'électrons et, en se reportant à la figure 2b, on peut voir qu'une courbe 11 représente approximativement la profondeur du maximum de la densité d'énergie déposée par un flux ou faisceau d'électrons dans une plaquette de silicium.
En se reportant à la figure 3, on peut voir qu'une courbe 12 représente le profil, en forme de pic bien marqué, de la densité d'énergie déposée en fonction de la profondeur, produite dans une plaquette de silicium par un flux de protons.
En se reportant à la figure 4, on peut voir qu'on a représenté, en vue de profil et de dessus, un appareillage de traitement 13 qui comprend un plateau tournant 14 sur lequel est disposée une pièce 1 à traiter, entre son centre et son bord. La pièce 1 passe devant un flux de puissance 4 de telle sorte que cette pièce 1 est soumise, à chaque tour du plateau 14, à une impulsion du flux de puissance 4. Le nombre de tours que le plateau 14 doit effectuer est fonction des traitements à obtenir décrits plus haut.
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En se reportant à la figure 5, on voit qu'on a représenté, en coupe, une pièce à traiter 1 constituée par une plaquette de laquelle on souhaite extraire des lamelles 15.
Pour cela, on applique un flux de particules 4 générant une fragilisation du matériau dans une zone à traiter 6 à une profondeur séparée de sa surface 2 correspondant à l'épaisseur de la lamelle souhaitée, de telle sorte que cette lamelle 15 est ainsi séparable.
Dans un exemple, cette disposition est particulièrement avantageuse d'un point de vue technique et d'un point de vue coût pour réaliser des cellules photovoltaïques de faibles épaisseurs en silicium, en particulier de l'ordre de 10 à 100 microns.
En se reportant à la figure 6, on voit qu'on a représenté une pièce à traiter 1 constituée par deux parties 16 et 17 en contact par une interface 18 et que l'on souhaite souder ou braser.
Pour cela, on applique un flux de particules 4 générant une élévation de température et/ou une fusion dans une zone à traiter 6 incluant l'interface 18, adaptée pour provoquer la soudure ou la brasure des deux parties 16 et 17 l'une sur l'autre.
En se reportant à la figure 7, on voit qu'on a représenté, en coupe, une pièce 19 par exemple en silicium contenant des impuretés présentant un coefficient de ségrégation inférieur à 1 par rapport au silicium, telles que de l'antimoine, de l'aluminium, du bismuth, du gallium, de l'indium, de l'étain.
Comme décrit en référence à la figure 1, on applique un flux impulsionnel 4 de protons qui s'introduit dans la pièce 19 au travers de sa surface 20, la densité d'énergie déposée présentant un profil correspondant à celui de la figure 3.
Les conditions d'application du flux 4 de protons étant adaptées à cet effet, il se produit une liquéfaction du silicium dans une zone à traiter 21 située en profondeur et localisée dans la zone du pic du profil d'énergie déposée.
La phase liquide 21a du silicium, contenue approximativement entre deux interfaces solide-liquide 22 et 23 sensiblement parallèles à la surface 20, croît progressivement en épaisseur au cours de l'application
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du flux 4 de protons comme le montre les flèches 24 et 25 attachées aux interfaces, pour atteindre un maximum.
Compte tenu de la diffusion thermique dans le reste de la pièce 19, la phase de liquéfaction est suivie d'une phase de re-solidification du silicium qui engendre une réduction progressive de l'écart entre les interfaces 22 et 23 comme le montrent les flèches 26 et 27 attachées à ces interfaces. Cette phase de re-solidification se produit en général et pour l'essentiel après l'application de l'impulsion du flux 4 de protons.
Lors de la phase précitée de liquéfaction du silicium, les impuretés passent en solution dans la phase liquide 21a.
Lors de la phase précitée de re-solidification du silicium, les impuretés ont tendance à rester dans la phase liquide 21a de telle sorte qu'à la fin de la phase de re-solidification du silicium, ces impuretés se retrouvent concentrées dans la partie 21b de la zone à traiter 21 se resolidifiant en dernier, c'est-à-dire dans un volume de silicium dont l'épaisseur est beaucoup plus faible que l'épaisseur maximum précitée de la phase liquide 2 la.
Ces impuretées peuvent alors se retrouver dans la partie 21b à des niveaux de concentration bien supérieurs à celui de la solubilité limite en phase solide, générant ainsi la formation de précipités et/ou de défauts cristallins fragilisant le silicium dans zone de concentration. La partie fragilisée 21b peut alors constituer une zone de séparation ou de rupture de la pièce 19 en deux parties.
La présente invention ne se limite pas aux exemples ci-dessus décrits. Bien de variantes sont possibles sans sortir du cadre des revendications annexées.
Claims (23)
1. Procédé de traitement d'une pièce dont au moins une propriété d'au moins une zone à traiter située en profondeur, à distance d'une surface de cette pièce, est susceptible d'être modifiée lorsque cette zone est soumise à une densité d'énergie thermique supérieure à un niveau déterminé de traitement, caractérisé par le fait qu'il consiste : à placer la pièce à traiter (1) à un niveau d'énergie thermique inférieur audit niveau déterminé (7) ; et à soumettre, au travers de sa surface précitée, pendant une durée déterminée et sous la forme d'au moins une impulsion, ladite pièce à un flux de puissance (4) généré par un moyen d'émission (3) de particules, ce moyen d'émission étant réglé de façon à produire une densité d'énergie thermique (5) concentrée ou présentant un maximum localisé dans ladite zone à traiter et atteignant, dans au moins une partie de cette zone, un niveau supérieur audit niveau déterminé de traitement.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il consiste à choisir un flux de puissance exclusivement adapté pour produire ladite densité d'énergie thermique.
3. Procédé selon l'une revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit niveau d'énergie thermique déterminé correspond à une température déterminée.
4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pièce est constituée en un matériau unique ou en plusieurs parties de matériaux différents.
5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite pièce présente une structure en surface et/ou en volume.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est constitué par un flux de particules telles que des électrons et/ou des protons et/ou des ions et/ou des atomes et/ou des molécules.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est constitué par un flux de particules constituées ou composées d'éléments de numéro atomique Z
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inférieur ou égal à six qui ne sont pas des dopants du ou des matériaux constituant ladite pièce, sous l'une quelconque de leurs espèces isotopiques, sous l'une quelconque de leurs formes moléculaires et sous l'un quelconque état d'ionisation y compris l'état neutre.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites particules sont pour l'essentiel monocinétiques.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir une pièce dont la zone à traiter comporte des impuretés.
10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que lesdites impuretés présentent un coefficient de ségrégation, par rapport au matériau constituant au moins ladite partie à traiter, inférieur à un.
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 10, caractérisé en ce qu'il comprend une étape antérieure d'introduction desdites impuretés dans le matériau.
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, caractérisé en ce que ladite étape d'introduction desdites impuretés comporte au moins une épitaxie
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que lesdites impuretés sont introduites au moins partiellement pendant l'application dudit flux de puissance.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau constituant au moins ladite zone à traiter comprend du silicium et qu'au moins ladite zone à traiter contient des impuretés choisies parmi l'aluminium et/ou le bismuth et/ou le gallium et/ou l'indium et/ou l'antimoine et/ou l'étain.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau constituant au moins ladite zone à traiter comprend du silicium-germanium.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes,, caractérisé en ce qu'il consiste à soumettre ladite pièce à un flux de puissance temporellement stationnaire.
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17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier l'intensité du flux de pui ssance.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il consiste à faire varier la position de la partie concentrée dudit flux de puissance par rapport à ladite zone à traiter.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est choisi de façon à produire la liquéfaction du matériau constituant ladite zone à traiter.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est choisi de façon à produire des inclusions dans le matériau constituant ladite zone à traiter.
21. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que lesdites inclusions sont des précipités et/ou des bulles et/ou des microbulles et/ou des défauts et/ou des changements de phase et/ou de composition chimique et/ou des fractures et/ou des cavités.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est choisi de façon à produire une fragilisation de ladite zone à traiter.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit flux de puissance est choisi de façon à produire une soudure ou un brasage de deux parties de ladite pièce en contact dans ladite zone à traiter.
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Legal Events
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