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Issue
Microsc. Microanal. Microstruct.
Volume 7, Number 3, June 1996
Page(s) 195 - 204
DOI https://doi.org/10.1051/mmm:1996115
Microsc. Microanal. Microstruct. 7, 195-204 (1996)
DOI: 10.1051/mmm:1996115

HRTEM Study of AlN Formed by Nitrogen Implantation in Al Films

Zineb Seghrouchni, Lina El Chahal, Aimé Mosser et Gabrielle Ehret

IPCMS-GSI, UMR 046 du CNRS, 23 rue du Loess, 67037 Strasbourg Cedex, France


Abstract
Aluminum thin films (70 nm thick) deposited on a copper grid and then nitrogen implanted at 20 keV with doses of $1\times
10^{17}$, $2\times 10^{17}$ and $3\times 10^{17}~{\rm N}^+/{\rm
cm}^2$ are analyzed by HRTEM techniques. At low dose $(1\times 10^{17}~{\rm N}^+/{\rm cm}^2$), it is shown that the cubic phase is preponderant, while small AlN particles with hcp wurtzite-type $(10\bar 10)$ planes are present in the vicinity of grains of more important size with cubic structure and ill-defined morphology. When increasing the dose up to $3\times 10^{17}~{\rm N}^+/{\rm
cm}^2$, AlN particles grow into faceted crystallites (15-30 nm size) with [0001], [ $\bar 1$102] and [ $\bar 1$100] preferred orientation, while the fcc structure of some ill-defined grains transforms to hcp. Besides, an EDS study, on both parallel and cross sections, was realized in order to localize nitrogen and to quantify N/Al ratios.


Résumé
On a analysé par microscopie électronique à haute résolution des films d'aluminium de 70 nm d'épaisseur déposés sur des grilles en cuivre et implantés à 20 keV avec des doses égales à $1\times
10^{17}$, $2\times 10^{17}$ et $3\times 10^{17}~{\rm N}^+/{\rm
cm}^2$. A faible dose, la phase cubique est prépondérante et se présente sous forme de grains de taille importante et de morphologie mal définie. Au voisinage de ces grains, de petits cristallites (embryons) de AlN de structure hcp sont précipités. Lorsqu'on augmente la dose jusqu'à $3\times 10^{17}~{\rm N}^+/{\rm
cm}^2$, les petits cristallites de AlN hcp croissent pour devenir des cristallites facettés ayant une taille de 15 à 30 nm et des orientations préférentielles [0001], [ $\bar 1$102] et [ $1\bar 1$00] . En même temps, la structure cubique de certains grains de morphologie mal définie se transforme en structure hcp. Par ailleurs, l'étude EDS effectuée sur les sections planes et transversales, a permis de localiser l'azote et de quantifier les rapports de concentration N/Al.

PACS
6170T - Doping and implantation of impurities.
6855 - Thin film growth, structure, and epitaxy.
0520 - Thin film growth and epitaxy.
2520D - II VI and III V semiconductors.

Key words
aluminium compounds -- III V semiconductors -- ion implantation -- semiconductor growth -- semiconductor thin films -- transmission electron microscopy -- wide band gap semiconductors -- HRTEM -- AlN -- Al films -- low dose -- cubic phase -- small AlN particles -- 20 keV -- 70 nm -- Al:N


© EDP Sciences 1996