Mécanique de la rupture dans les cristaux fonctionnels

Résumé

Le silicium, matériau semi-conducteur, est au coeur des avancées technologiques modernes, notamment dans les domaines de l'électronique, des MEMS (systèmes microélectromécaniques) et des cellules solaires. Sa structure cristalline et ses propriétés mécaniques en font un matériau de choix pour de nombreuses applications. Cependant, sa fragilité intrinsèque et sa sensibilité à la propagation des fissures posent des défis majeurs, en particulier dans des conditions opérationnelles exigeantes où les contraintes thermiques et mécaniques peuvent compromettre la fiabilité des dispositifs. Comprendre les mécanismes de rupture du silicium, en particulier sous l'effet du dopage et de la température, est donc essentiel pour améliorer la durabilité et la performance des composants électroniques. Cette étude explore le comportement de la rupture anisotrope du silicium monocristallin dopé au bore en fonction de la température et de l’orientation cristallographique. À l’aide d’essais d’indentation Vickers réalisés entre 25°C et 90°C, nous analysons l’évolution de la ténacité à la rupture, de l’énergie de fracture et de la dureté. Les résultats mettent en évidence une forte anisotropie, avec une énergie de rupture maximale dans l’orientation [100] et minimale dans l’orientation [110], suggérant une propagation préférentielle des fissures dans cette dernière direction. Par ailleurs, l’augmentation de la température entraîne une diminution progressive des propriétés mécaniques. Dans ce travail, le silicium dopé au bore présente un comportement de fracture distinct de celui du silicium non dopé. Contrairement aux observations précédentes sur le silicium pur, où la ténacité à la fracture augmente avec la température en raison de l’activation des dislocations, nos résultats suggèrent que le dopage au bore limite la mobilité des dislocations et contribue ainsi à la réduction de l’énergie de fracture à température élevée. Ces résultats sont essentiels pour la conception et la durabilité des composants électroniques en silicium. Toutefois, des recherches complémentaires sont nécessaires pour mieux comprendre les effets des dopants sur la fracture du silicium, en intégrant autres méthodes d’analyses.

Date	13 mars 2025
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Ricardo J. Zednik (Directeur(-trice))