Transformation de phase dans un film de germanium amorphe induite par nano-indentation

Phase transformation in indented amorphous germanium thin film

¹  Laboratoire de Photonique et de Nanostructures, CNRS UPR 20, Route de Nozay, 91460 Marcoussis, France
²  Laboratoire de Métallurgie Physique, Université de Poitiers, UMR 6630, SP2MI, Téléport 2, Boulevard Marie et Pierre Curie, BP. 30179, 86962 Futuroscope-Chasseneuil Cedex, France
³  Cavendish Laboratory, Department of Physics, University of Cambridge, Madingley Road, Cambridge CB3 0HE, UK

Auteur de correspondance : gilles.patriarche@lpn.cnrs.fr

Reçu : 16 Mars 2005
Accepté : 30 Septembre 2005

Résumé

Depuis maintenant 15 ans, on sait que sous indentation Vickers un semiconducteur, tel que le silicium cristallisé, subit une transition semiconducteur-métal lors du chargement et que lors de la décharge une phase amorphe apparaît au niveau de l’indentation résiduelle. Nous rapportons ici un phénomène inverse : quand un film mince de Germanium amorphe est indenté par une pointe Vickers ou Berkovich, celui-ci cristallise et subit des changements de phase. Ces phénomènes sont étudiés par microscopie électronique en transmission et par spectrométrie Raman. Nous avons pu observer que le phénomène intervenait à proximité de la pointe où l’on attend le maximum de taux de déformation.

Abstract

It has been known for about 15 years that when a Vickers indenter is loaded onto a crystalline semiconductor, such as silicon, a semiconductor-metallic transition occurs during indenter loading and on removal of the indenter the material within the residual indentation becomes amorphous. Here, we report a completely opposite effect: when a Berkovich or Vickers diamond indenter is loaded onto a submicrometre thick film of amorphous germanium, it crystallizes and undergoes structural phase transitions. These observations are based on our transmission electron microscopy and Raman scattering investigations, which are described. It has also been shown that the indentation-induced crystallization and phase transitions occur close to the indenter tip, where the plastic strains are the highest.