Characterization by nanoindentation of GaN irradiated by high energy uranium ions

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

Sophie Eve (1) , Florent Moisy (2) , Rosine Coq Germanicus (1) , Clara Grygiel (2) , Eric Hug (1) , Isabelle Monnet (2)

1 CRISMAT - Laboratoire de cristallographie et sciences des matériaux
2 CIMAP - UMR 6252 - Centre de recherche sur les Ions, les MAtériaux et la Photonique

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 10(13) ions/cm(2), 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.

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.

Keywords: AFM; Nanoindentation; Irradiation; GaN; Mechanical characterization; Swift heavy ions

Keywords: Ions lourds rapides; AFM; Nanoindentation; GaN; Irradiation; Caractérisation mécanique

Domains: Engineering Sciences [physics]; Chemical Sciences; Cristallography; Chemical Sciences; Material chemistry; Chemical Sciences; Theoretical and/or physical chemistry

Sophie Eve, Florent Moisy, Rosine Coq Germanicus, Clara Grygiel, Eric Hug, et al.. Caractérisation par nanoindentation du GaN irradié par des ions uranium de grande énergie. Matériaux & Techniques, 2017, 105 (1), pp.108. ⟨10.1051/mattech/2017008⟩. ⟨hal-02175450⟩