Soutenance de thèse de Amina Merabet - 18/12/2018 - Etude par microscopie électronique du silicium aux petites échelles : comportement mécanique et structure atomique des défauts.

Mme Marie-France BEAUFORT 

Institut Pprime-Poitiers 

Rapporteur

M. Marc LEGROS 

CEMES-Toulouse 

Rapporteur

Mme Suzanne GIORGIO 

CiNaM-Aix Marseille Université 

Examinateur

M. Jacques RABIER 

Institut Pprime-Poitiers 

Examinateur

M. Olivier THOMAS 

IM2NP-Aix Marseille Université 

Directeur de thèse

M. Michaël TEXIER 

IM2NP-Aix Marseille Université 

Directeur de thèse

Mots-clés :

Deformation plastique,Dislocations,Transition fragile-ductile,Effet de taille,Défauts étendus,Microstructure

Résumé :  

Différents travaux récents consacrés à l’étude des propriétés des matériaux aux petites échelles ont souligné des différences exceptionnelles dans le comportement mécanique des nano-objets par rapport aux matériaux massifs. Dans le cas du silicium, qui est considéré comme un semi-conducteur modèle, une transition fragile-ductile à température ambiante a été observée lorsque la taille des échantillons est inférieure à quelques centaines de nanomètres. Cependant, les défauts et les mécanismes à l’origine de ce changement de comportement n’ont pas été clairement identifiés. Dans ce contexte, le projet de recherche « BiDuL : "BrIttle to DUctile transition in silicon at Low dimensions" dans lequel s’inscrit cette étude, visait à caractériser en détail le comportement mécanique de nanopiliers de silicium en combinant des techniques expérimentales et des simulations en dynamique moléculaire. Ce travail repose sur l’étude post mortem de nanopiliers déformés, en utilisant différentes techniques de microscopie électronique (SEM, FIB, HRTEM). Les nanopiliers étudiés de 100 nm de diamètre ont été préparés par gravure plasma (RIE) et déformés en compression à température ambiante. Les résultats obtenus durant cette thèse, confirment la différence de comportement des nano-objets par rapport au matériau massif. Par ailleurs, une grande variété de défauts produits lors de la déformation plastique a été observée. L’orientation cristallographique de l’axe de sollicitation semble avoir un impact important sur les mécanismes à l’origine du comportement ductile observé. La comparaison entre images HRTEM expérimentales et simulées témoigne de la propagation simultanée de dislocations partielles et parfaites dans les plans {111}. De plus, des événements plastiques inattendus ont également été observés dans des plans {115}. Divers mécanismes de déformation possibles impliqués lors de la nano-compression des piliers sont décrits à partir des observations microscopiques. Un modèle tenant compte de l’influence sur la mobilité des dislocations des interactions entre systèmes de glissement est proposé afin d’expliquer la transition fragile-ductile observé aux petites échelles dans le silicium.