Rev. Phys. Appl. (Paris) 22, 569-577 (1987)
DOI: 10.1051/rphysap:01987002207056900

Deformation mechanisms of Σ = 9 bicrystals of silicon

M. El Kajbaji¹, J. Thibault-Desseaux¹, M. Martinez-Hernandez^{2, 3}, A. Jacques^{2, 3} et A. George<sup>2, 3

1</sup>  Centre d'Etudes Nucléaires de Grenoble, Département de Recherche Fondamentale, Service de Physique, Groupe Structures, 85 X, 38041 Grenoble, France
²  Laboratoire de Physique du Solide, Unité Associée au CNRS n° 155, E.N.S.M.N., Institut National Polytechnique de Lorraine, Parc de Saurupt, 54042 Nancy, France
³  LURE, Laboratoire du CNRS conventionné à l'Université de Paris-Sud, 91405 Orsay, France

Abstract
Interactions between dislocations and Σ = 9 grain boundaries were studied in slightly deformed silicon bicrystals by several imaging techniques. A very complex dislocation arrangement in the grains close to the grain boundary was revealed by TEM : pile-ups, networks with Lomer-Cottrell barriers, profuse cross-slip, local stress reversals. In situ observations by synchrotron X-ray topography suggest the possibility of dislocation transmission by Σ = 9 grain boundaries. Except for dislocations with the a/2 [011 Burgers vector, common to both grains, the reality of a direct transmission mechanism at the atomic scale was not confirmed by HREM investigations which proved that lattice dislocations dissociate in the grain boundary into DSC dislocations. These apparently contradictory results are discussed in terms of deformation conditions and core structures of dislocations.

Résumé
Les interactions entre dislocations et joint de grains Σ = 9 ont été étudiées à l'aide de plusieurs techniques dans des bicristaux de silicium légèrement déformés. La microscopie électronique par transmission révèle des arrangements très complexes au voisinage du joint de grains : empilements, réseaux avec barrières de Lomer-Cottrell, nombreux glissements déviés, inversions locales du signe de la contrainte. Des observations in situ par topographie aux rayons X avec faisceau synchrotron suggèrent que les dislocations peuvent dans certains cas traverser le joint Σ = 9. Sauf pour les dislocations de vecteur de Burgers a/2 [011], commun aux deux grains, la réalité d'un mécanisme de transmission directe, à l'échelle atomique, n'est pas confirmée par les observations en MEHR qui montrent que les dislocations se dissocient dans le joint en dislocations du réseau DSC. Ces résultats apparemment contradictoires sont discutés en fonction des conditions de déformation et de la structure de coeur des dislocations.

PACS
6170J - Etch pits, decoration, transmission electron microscopy and other direct observations of dislocations.
6170L - Slip, creep, internal friction and other indirect evidence of dislocations.
6170N - Grain and twin boundaries.
6220F - Deformation and plasticity.
6848 - Solid solid interfaces.

Key words
bicrystals -- dislocation interactions -- dislocation pile ups -- elemental semiconductors -- silicon -- slip -- transmission electron microscope examination of materials -- X ray diffraction examination of materials -- semiconductor -- deformation mechanisms -- Sigma =9 bicrystals -- dislocations -- grain boundaries -- imaging techniques -- dislocation arrangement -- grains -- TEM -- pile ups -- networks -- Lomer Cottrell barriers -- profuse cross slip -- local stress reversals -- synchrotron X ray topography -- dislocation transmission -- Burgers vector -- HREM investigations -- lattice dislocations -- DSC dislocations -- core structures -- Si