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RÉSUMÉ
Procédé d’ingénierie des matériaux, l’implantation ionique permet de modifier non seulement les propriétés chimiques de la cible, mais également les structurelles. Il s’agit fondamentalement d’un processus hors équilibre thermodynamique, puisqu’en théorie il est possible d’introduire tout élément dans tout matériau, même non compatible chimiquement. Cet article aborde plusieurs domaines d’applications des faisceaux d’ions, certains comme outils de contrôles et de modifications des matériaux, avec ou sans analyse, et d’autres comme outils d’analyse permettant la compréhension de l’interaction ions/matière.
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Franck FORTUNA : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
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Erwan OLIVIERO : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
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Marie-Odile RUAULT : Centre de Spectrométrie Nucléaire et Spectrométrie de Masse (CSNSM), CNRS, université Paris-Sud Centre d'Orsay
INTRODUCTION
Les faisceaux d'ions peuvent être vus comme un outil polyvalent permettant d'aborder aussi bien la synthèse de nouveaux matériaux, que l'analyse structurale et chimique de systèmes complexes. Leur emploi apporte un paramètre supplémentaire à l'expérimentateur pour parcourir les diagrammes de phase : le système restant figé (à la manière d'une trempe) dès que l'on coupe le faisceau.
Après avoir décrit les mécanismes physiques impliqués (pouvoir d'arrêt, création de défauts), le formalisme mathématique et la mise en œuvre des faisceaux d'ions (production, tri en masses, dispositifs expérimentaux) dans l'article précédent [M 4 395], nous aborderons ici plusieurs domaines d'applications des faisceaux d'ions :
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vus en tant qu'outils de contrôles et de modifications des matériaux, suivis ou non d'analyses. Nous présenterons plusieurs installations qui permettent de combiner les deux modes (analyse et modification contrôlée des matériaux), donnant ainsi accès à l'étude in-situ de la synthèse de nouveaux matériaux ;
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présenter les bases nécessaires à la compréhension de l'interaction ions/matière (déjà vue dans le [M 4 395]), ainsi qu'une vue globale du domaine à travers des exemples (sans prétention à l'exhaustivité).
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- Version courante de déc. 2021 par Erwan OLIVIERO
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4. Outil de contrôle de l'ordre local
Les exemples d’application décrits dans ce paragraphe illustrent un aspect méconnu des possibilités de l’irradiation ionique, qui concerne la mise en ordre structurale de systèmes partiellement désordonnés.
Pour des conditions adaptées de densité d’énergie déposée (nature des ions, flux, énergie), le faisceau d’ions permet d’apporter l’énergie au système pour activer sa transformation.
4.1 Cristallisation par IBIEC (Ion Beam Induced Epitaxial Crystallization)
Ce mode de croissance consiste à irradier une interface amorphe/cristal avec un faisceau d'ions pour activer l'épitaxie en phase solide. Lors de cette irradiation, on choisit l’énergie des ions de telle sorte que leur parcours soit bien supérieur à l'épaisseur de la couche amorphe (jusqu’à quelques microns). Les défauts d'implantation résultant de leur arrêt sont donc situés au-delà de l'interface amorphe/cristal et ne perturbent pas le processus de croissance.
On peut ainsi, dans des conditions hors équilibre thermodynamique et à des températures où la cristallisation thermique est totalement inhibée, faire croître le cristal au dépens de l'amorphe. L'énergie transmise par les ions, lors des interactions particules/matière qui se produisent le long de leur trajet, permet d'activer, soit la cristallisation, soit l'amorphisation (figure 12).
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Les mécanismes proposés pour expliquer ce phénomène , , ...
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BIBLIOGRAPHIE
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(4) - HANSEN (M.), ELLIOT (R.P.) - Constitution of Binary Alloys : first supplement - (constitution des alliages binaires, suppléments à [81]), Schenectady, N.Y. : Genium, 874 p (1986).
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(5) - SAWADA (K.), PAI (C.S.), LAU (S.S.), POKER (D.B.), BUCHAL (CH.) - Ion mixing of Ni-Pt films on Si - Journal...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Analyse par rayon X induits par particules chargées (PIXE)
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Spectrométrie de collisions élastiques et de réactions nucléaires. Théorie et Applications
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Les mesures en radiofréquences, caractérisation des réseaux multiaccès
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