Caractérisation par nanoindentation du GaN irradié par des ions uranium de grande énergie

¹ ENSICAEN-CRISMAT, UMR CNRS 6508, 6 Bd Maréchal Juin, 14050 Caen, France
² CIMAP, Normandie Université-CEA-CNRS-ENSICAEN, UMR CNRS 6252, 6 Bd Maréchal Juin, 14050 Caen, France
³ Normandie Université ENSICAEN-CRISMAT, UMR CNRS 6508, 6 Bd Maréchal Juin, 14050 Caen, France

^a Auteur de correspondance : sophie.eve@ensicaen.fr

Reçu : 29 Novembre 2016
Accepté : 8 Février 2017

Résumé

Le comportement mécanique de films minces de nitrure de gallium GaN irradiés par des ions uranium accélérés a été étudié par nanoindentation. Les résultats montrent une décroissance des propriétés mécaniques du matériau par irradiation, corrélée à l’augmentation de la fluence des ions U utilisés. La perturbation croissante du réseau cristallin du GaN par irradiation conduit à une modification des mécanismes de déformation du matériau, les zones fortement désordonnées gênant le mouvement des dislocations et résultant en leur accumulation au niveau de l’interface, et à une augmentation de la dureté. Au-delà d’une fluence de 10¹³ ions/cm², le recouvrement des traces latentes créées par le passage des ions lourds conduit à une chute significative des caractéristiques mécaniques des films, et une uniformisation du comportement des matériaux irradiés aux fortes fluences.

Abstract

The mechanical behavior of thin films of gallium nitride GaN, irradiated with swift heavy uranium ions, has been investigated by nanoindentation. Results show a decrease of the mechanical properties of the material due to irradiation, correlated to the increase of the fluency of the U ions. The growing disturbance of the GaN crystalline lattice caused by irradiation results in a change in the deformation mechanisms of the material. Highly disordered zones obstruct the dislocation motion, leading to the dislocations pile-up at the film/substract interface, and a consecutive increase of the hardness. Up to a fluency of 10¹³ ions/cm², the recovering of the latent tracks created along the paths of the rapidly moving ions brings a significant drop of the mechanical properties of the GaN films, correlated with a homogenization of the behavior of the materials irradiated with elevated fluencies.