Interaction électron matière

Interaction électron matière

Diffusion élastique

Les diffusions élastiques sont essentiellement des interactions colombiennes entre les électrons de bombardement et les noyaux des atomes de la cible. Au cours de ces collisions, l’énergie cinétique des particules et leur quantité de mouvement sont conservées. Vula grande différence entre la masse des électrons et celle des noyaux (qui induisent dans leur environnement immédiat un champ électrique très intense), ces dernier peuvent faire subir à la direction de l’électron une variation allant jusqu’ à un angle de 180. Dans le cas d’interactions proche de la surface, l’électron peut ressortir de la face avant du matériau. On dit qu’il est rétrodiffusé. La proportion et les énergies de tels électrons dépendent de leurs énergies primaires ainsi que des propriétés physiques du matériau considéré. Cependant, la majorité des électrons suivent leurs chemins sans trop s’approcher du noyau en raison de l’écrantage produit par les électrons atomiques. L’énergie perdue par l’électron incident et transférée aux noyaux au cours de ce type de collision, peut donc être considérée comme négligeable, en vertu du rapport de masse des deux partenaires en action [1].

Diffusion inélastique

Les interactions inélastiques ont lieu entre électrons incidents et électrons atomiques. Dans ce processus d’interaction, les électrons incidents perdent une partie de leur énergie et par conséquence une grande variété de signaux secondaires est générée. La figure 1.2 montre les différentes signaux générés suit au bombardement électronique d’une cible semi-conductrice.

La cellule solaire est un dispositif électronique qui permet la conversion de l’énergie lumineuse principalement celle du soleil en un courant électrique. Généralement, elle est formée d’une jonction PN. Le rendement de conversion des cellules solaire dépend de plusieurs facteurs qui ont un lien direct avec la longueur de diffusion des porteurs de charge de la cellule et de l’état de sa surface (vitesse de recombinaison surfacique). Pour déterminer la longueur de diffusion des porteurs de charge et la vitesse de recombinaison surfacique, L’EBIC est l’une des techniques la plus utilisée à ce propos. Dans ce qui ce chapitre nous allons donner une description de cette technique de caractérisation suivie par une brève description d’une cellule solaire. 2.1 La technique EBIC La microscopie EBIC (électron beam induced curent) est un mode de fonctionnement développé sur le microscope électronique à balayage (MEB), basé sur l’exploitation du courant échantillon. Ce mode, ouvre un large éventail d’application du MEB pour la caractérisation des dispositifs et matériaux semi-conducteurs, en plus des modes de fonctionnement fréquents d’imagerie à savoir les modes des électrons secondaires rétrodiffusé et des rayons X. En effet, dans le mode absorbé, le courant échantillon destiné à donner une micrographie reflétant l’état de surface de l’échantillon, peut contenir des informations sur les propriétés électroniques des échantillons semiconducteurs dans certaines conditions de travail. Ceci permet d’accéder à plusieurs types d’informations sur le matériau irradié qui peuvent être qualitatives [1] (hétérogénéité du semi-conducteur, défauts localisés, dislocations, joints de grain, agrégats, …) ou quantitatives (longueur de diffusion des porteurs minoritaires, vitesse de recombinaison, durée de vie …)[2]. Cette méthode est basée sur la mesure du courant des porteurs minoritaires dans les dispositifs semi-conducteurs, générés par injection électronique. Ces porteurs en excès (paires électrons trous) doivent être nécessairement séparés après leur génération soit par une jonction pn soit par un champ localisé dû à un défaut local. Dans le cas d’une jonction électrique, celle-ci peut être alors disposée parallèlement ou perpendiculairement ou faisceau d’électrons en fonction de la structure géométrique de l’échantillon Comme la technique cathodoluminescence, qui permet d’étudier les défauts radiatifs, la technique EBIC aussi a une résolution spatiale limitée principalement par le volume d’interaction électron-matière et par le transfert en énergie qui, lorsqu’ on travaille à une énergie incident de quelques keV et de l’ordre du micromètre [3]. Cependant elle reste une technique suffisamment résolue pour permettre des analyses localisées au niveau des circuits intégrés et dispositifs électroniques [4], cette technique permet d’étudier le processus de recombinaison des porteurs minoritaires. Le signal EBIC correspond aux flux de minoritaires qui arrivent au détecteur. Celui-ci est une jonction p-n ou un contact métal-semi-conducteur redresseur (contact Schottky) élaboré à la surface de l’échantillon