Nanoscale relationships between uranium and carbonaceous material in alteration halos around unconformity-related uranium deposits of the Kiggavik camp, Paleoproterozoic Thelon Basin, Nunavut, Canada

International audienceConcentrations of 7% U and 1% Cu were identified in massive, brecciated, and amorphous carbonaceous materials (CM) characterized by strongly negative values of carbon stable isotopes (δ13C = − 39.1‰ relative to PDB). The anomalies are restricted to clay alteration halos developed in Neoarchean Woodburn Lake group metagreywacke that is the predominant host of unconformity-related uranium (U) deposits in the Kiggavik exploration camp. Petrographic and microstructural analyses by SEM, X-Ray Diffraction, HR-TEM and RAMAN spectroscopy identified carbon veils, best described as graphene-like carbon, upon which nano-scale uraninite crystals are distributed. CM are common in U systems such as the classic Cretaceous roll-front deposits and the world-class Paleoproterozoic unconformity-related deposits. However, the unusual spatial and textural association of U minerals and CM described herein raises questions on mechanisms that may have been responsible for the precipitation of the CM followed by crystallization of U oxides on its surfaces. Based on the characteristics presented herein, the CMs at Kiggavik are interpreted as hydrothermal in origin. Furthermore, the nanoscale organization and properties of these graphene-like layers that host U oxide crystallites clearly localized U oxide nucleation and growth

Influence of stoichiometry and structure on the optical properties of AlNxOy films

The AlNxOy system offers the possibility to obtain a wide range of responses, by tailoring the properties between Al, AlN and Al2O3, opening a significant number of possible applications. The aim of this work is to correlate the optical properties of AlNxOy thin films with their composition and structural features, taking as reference the binary systems AlNx and AlOy. In the AlNx system, the increase of the nitrogen content induced a wide variation in the optical properties, ranging from the typical profile of a polycrystalline Al-type film towards nearly constant reflectance values as low as 5%, as well as a smooth increase in samples transparency as the ratio N/Al approached unit. In the case of the AlOy system, the reflectance also decreased as the oxygen content increased, however the transition to transparent films (Al2O3-like) was more abrupt. The ternary system AlNxOy, revealed optical responses that ranged from a typical profile of a polycrystalline Al-type film, towards low and constant reflectance values in a wide range of x and y coefficients, ending up as semi-transparent when Al2O3-like films were formed. The unusual low optical reflectance of some films reveals some potential applications in solar power systems and sensors.This research is sponsored by FEDER funds through the program COMPETE-Programa Operacional Factores de Competitividade, by national funds through FCT,, under the projects PTDC/CTMNAN/ 112574/2009 and PEST-C-FIS/UI607/2011–2012, and Programa Pessoa 2010/2011—Cooperação Portugal/França, Proc. no 441.00, Project ‘COLOURCLUSTER’. J Borges also acknowledges FCT financial support under PhD grant no SFRH/BD/47118/200

Electrical properties of AlNxOy thin films prepared by reactive magnetron sputtering

Direct current magnetron sputtering was used to produce AlNxOy thin films, using an aluminum target, argon and a mixture of N2+O2 (17:3) as reactive gases. The partial pressure of the reactive gas mixture was increased, maintaining the discharge current constant. Within the two identified regimes of the target (metallic and compound), four different tendencies for the deposition rate were found and a morphological evolution from columnar towards cauliflower-type, ending up as dense and featureless-type films. The structure was found to be Al-type (face centered cubic) and the structural characterization carried out by X-ray 2 diffraction and transmission electron microscopy suggested the formation of an aluminumbased polycrystalline phase dispersed in an amorphous aluminum oxide/nitride (or oxynitride) matrix. This type of structure, composition, morphology and grain size, were found to be strongly correlated with the electrical response of the films, which showed a gradual transition between metallic-like responses towards semiconducting and even insulating-type behaviors. A group of films with high aluminum content revealed a sharp decrease of the temperature coefficient of resistance (TCR) as the concentration ratio of non-metallic/aluminum atomic ratio increased. Another group of samples, where the non-metallic content became more important, revealed a smooth transition between positive and negative values of TCR. In order to test whether the oxynitride films have a unique behavior or simply a transition between the typical responses of aluminum and of those of the correspondent nitride and oxide, the electrical properties of the ternary oxynitride system were compared with AlNx and AlOy systems, prepared in similar conditions.This research is sponsored by FEDER funds through the program COMPETE-Programa Operacional Factores de Competitividade, by the national funds through FCT-Fundação para a Ciência e a Tecnologia, under the project PTDC/CTM-NAN/112574/2009 and Programa Pessoa 2010/2011 Cooperação Portugal/França, Proc.º 441.00, Project“COLOURCLUSTER”. J. Borges also acknowledges FCT financial support under PhD grant no. SFRH/BD/47118/2008

Synthèse de carbure de titane par combustion auto-propagée (cinétique et mécanismes réactionnels)

L'objectif principal de ce travail consiste en une meilleure compréhension des mécanismes réactionnels intervenant lors de la formation de carbure de titane par combustion auto-propagée ou SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis) suivant la réaction (Ti+C?TiC). Ce travail peut être séparé en trois axes principaux : l'influence de la pression isostatique de gaz sur la réaction SHS, l'influence de la granulométrie des particules de carbone et enfin l'effet de l'activation mécanique (broyage préalable avant réaction). Nous avons ainsi pu identifier différents mécanismes de formation. Pour les fines particules de carbone il semblerait que la réaction soit contrôlée par un mécanisme de dissolution précipitation alors que pour des particules de carbone plus grossières un mécanisme de diffusion du carbone à travers une couche de carbure de titane semble privilégié. Enfin, dans le cas de l'activation mécanique il est possible que la réaction se déroule en phase solide.The principal objective of this work consists in a better understanding of reaction mechanisms occurring during titanium carbide formation by combustion synthesis or SHS (Self-propagating High-temperature Synthesis) according to the reaction (Ti+C?TiC). This work can be separated in three principal axes: the influence of isostatic gas pressure on SHS, the influence of carbon particles size and finally the effect of mechanical activation (preliminary milling before reaction). Thus, we identified various formation mechanisms. For fine carbon particles the reaction is certainly controlled by a mechanism of dissolution precipitation whereas for coarser carbon particles, a mechanism of diffusion of carbon through a layer of titanium carbide seems dominant. In the case of mechanical activation it is possible that the reaction proceeds in solid phase.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Defauts induits par implantation de néon dans le silicium

Ce travail porte sur les modifications structurales induites par implantation (conventionnelle et plasma immersion) de néon dans le silicium. La formation des bulles et des défauts associés ont été étudiés en fonction de différents paramètres tels que : la fluence, la température d'implantation et le recuit thermique. Les techniques de caractérisation mises en oeuvre sont la RBS, la MET, le GISAXS, l'ERD et le WDS. Les implantations réalisées à RT à hautes fluences conduisent à l'amorphisation du silicium, un modèle de recristallisation rendant compte de la morphologie observée après recuit thermique a été proposé. Pour des températures d'implantation de 250C une fluence seuil de 5 x 10[puissance 15] est nécessaire pour la formation de bulles. Pour la fluence de 5 x 10[puissance 16] Ne+/cm , l'association des différentes technique d'analyse a mis en évidence la présence de bulles tout le long du parcours des ions ainsi que la rétention du néon quelle que soit la température d'implantation (250C-900C). Le facétage des bulles n'apparaît que pour les températures d'implantation élevées, ainsi il semblerait que la présence du gaz ralentisse fortement ce mécanisme. Enfin une approche thermodynamique (équations d'état pour les gaz réels) a été réalisée dans le but de déterminer la proportion de gaz présent dans les bulles. Les valeurs obtenues ne sont toutefois pas en accord avec la fluence implantée. plusieurs hypothèses ont été formulées pour rendre compte de ce phénomène. Les differents résultats ont été comparés au cas de l'implantation d'hélium dans le silicium.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

Défauts induits par l'implantation d'hélium dans les matériaux à base silicium

Les défauts introduits par l'implantation d'hélium dans le silicium et dans le carbure de silicium ont été étudiés par MET (Microscopie Electronique en Transmission). Des techniques complémentaires comme la desorption d'hélium (THDS) et la DRX (Diffraction des Rayons-X) ont également été utilisées. Nous avons observé que dans le cas d'implantations à forte énergie (MeV), de nombreux défauts étendus de type interstitiel sont crées parallèlement à la formation des bulles. Nous avons montré que la formation des bulles dépend fortement du flux et que le taux de production des lacunes est un paramètre déterminant. Les effets du temps de recuit et de la température d'implantation ont également été étudiés. Dans le carbure de silicium, la formation de bulles se produit dans une zone amorphe et l'évolution en cavités a été étudiée en fonction de divers recuit. Une étude par THDS des précurseurs des bulles est également présentée.In this thesis TEM (Transmission Electron Microscopy) investigations of defects introduced by helium implantation in silicon and in silicon carbide are presented. Additional techniques such as THDS (Thermal Helium Desorption Spectrometry) and XRD (X-Ray Diffraction) have been also used. In case of medium dose MeV implantation in silicon, an alternative route for bubble formation is found, leading to numerous interstitial-type extended defects. We have shown that the dose-rate strongly influence the formation of bubbles and of related defects. Further studies on the effects of annealing time and implantation temperature have been performed. Implantation at room temperature of high dose helium ions into SiC leads not only to the formation of small bubbles but also to amorphization. At 1500ʿC annealing recrystallization take place leading to polytypisme and to the enlargement of the cavities. THDS studies on bubbles precursors in SiC are also presented.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceF

H-induced subcritical crack propagation and interaction phenomena in (001) Si using He-cracks templates

H and He ion implantations allow the formation of nanocracks within controlled subsurface depths in semiconducting materials. Upon annealing, crack propagation and coalescence provides a way of cutting monocrystalline thin films. Here, the mechanisms of coalescence by crack-tip interactions are depicted in 001 Si wafers. Starting from overpressurized He-cracks, subcritical propagation was activated by diffusional H. Nanocrack interaction can occur by elastic forces, causing tip folding, or by plastic deformation forming extended defects. These observations are discussed and modeled using elasticity and fracture mechanics. The model suggests that kinetic effects in the cutting process depend on the crack interplanar separations

Interaction entre les défauts et une interface cristal/amorphe dans le silicium amorphe, étude en microscopie électronique en transmission

L'endommagement induit par implantation de xénon dans le silicium a été étudié par microscopie électronique à transmission (MET). Les implantations réalisées à 350C, à une énergie de 250keV et pour des fluences supérieures à >1x1016 Xe ions/cm2 conduisent à la formation d'une couche amorphe enterrée. Les observations effectuées sur les échantillons recuits montrent la présence d'une rangée de grandes cavités allongées dans la direction perpendiculaire à l'interface. Ceci suggère que, lors de la recristallisation du silicium, le déplacement simultané des deux interfaces entraîne le déplacement du gaz jusqu'à son confinement dans de larges bulles. Afin de mieux appréhender les mécanismes qui conduisent au mouvement des bulles, de l'hélium à faible dose a été implanté dans du silicium préalablement amorphisé par implantation de Li à basse température. L'implantation d'hélium dans le silicium amorphe conduit à la formation de bulles de forme irrégulière. Ce résultat diffère du silicium cristallin où des bulles sphériques sont obtenues pour des conditions d'implantation identiques. Les expériences réalisées in situ dans le MET montrent clairement d'une part que les bulles sont poussées par l'interface, et d'autre part la nucléation de micromacles. Il a été mis en évidence au cours de cette étude que les bulles sont mobiles à plus basse température dans le silicium amorphe que dans la phase cristalline. Lors de la recristallisation, les bulles se trouvent alors confinées dans le matériel amorphe, ce qui résulte en leur coalescence et à la formation de larges bulles une fois que les deux fronts de recristallisation se sont rejoints. De plus, il a été établi que la formation de micromacles dans la région recristallisée est liée à un excès de défauts de type interstitiels dans la zone amorphe. Ce résultat est contraire aux modèles de la littérature qui suggèrent que les micromacles se forment soit sur des plans {111} soit sur les bulles.Transmission electron microscopy (TEM) has been used to investigate the damage produced following high temperature (350 C) Xe implantation into [100] Si at fluencies (>1x1016 Xe ions/cm2) and energy (250keV) which produce a buried amorphous layer; and the defect structures produced following thermal anneals of 400 C, 600 C or 800 C for 30 minutes. Analysis of these samples yielded results which suggested that the Xe gas contained within the amorphous layers was swept by the amorphous/crystalline interfaces during solid phase epitaxial re-crystallisation (SPEG) into large bubbles elongated along a direction perpendicular to the interfaces. In order to further investigate this sweeping effect, buried amorphous layers were produced in Si by implanting Li at liquid nitrogen temperature and post implanting the layers with 1x1016 He ions/cm2. Contrary to the spherical bubbles produced under similar conditions in crystalline Si, irregular shaped bubbles were formed in the amorphous layer. Results from in-situ TEM studies showed that these bubbles are mobile at temperatures lower than expected in crystalline Si. Thus, upon reaching the moving interfaces between amorphous and crystalline Si, the bubbles are forced back into the amorphous material which ultimately results in coalescence of the gas into larger bubbles once the two interfaces combine. In addition, microtwins have been shown to form in regions of the re-crystallising layer where there exists an excess of interstitial-type defects. This is contrary to previous microtwin nucleation models which suggested that microtwins are either formed on [111] planes or on bubbles.POITIERS-BU Sciences (861942102) / SudocSudocFranceUnited KingdomFRG

Orientation of H platelets under local stress in Si

Hydrogen is implanted into 001 silicon under the strain field of previously formed overpressurized helium plates. Upon thermal annealing, the hydrogen atoms precipitate into platelet structures oriented within specific 111 or 001 variant determined through the local symmetry of the strain. The behavior is understood in terms of elastic interactions and is described via energy minimization calculations, predicting the formation and distribution of each platelet orientation variant. Our results demonstrate the concept that sublocal organized arrangements of precipitates can be obtained within nanosize domains using local strain fields