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Category: Thesis defense and HDR

Jeudi 21 mars 2019 : Soutenance de thèse de Sébastien GEISKOPF : Étude de la structure et des propriétés optiques d'alliages de SiP et de films minces d'oxydes de silicium riches en phosphore

Sébastien GEISKOPF Doctorant au sein de l'équipe  "Nanomatériaux et Optique" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Étude de la structure et des propriétés optiques d'alliages de SiP et de films minces d'oxydes de silicium riches en phosphore"

 

Date et lieu :
Jeudi 21 mars 2019 à 9h30
Campus Artem, Nancy
Amphithéâtre 200

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M. Hervé Rinnert
Professeur, Institut Jean Lamour, Nancy

Co-directeur de thèse :

- M. Mathieu Stoffel
Maître de conférences, Institut Jean Lamour, Nancy

Rapporteurs :

- M. Fabrice Gourbilleau
Directeur de recherche, CIMAP - Caen

- M. Fuccio Cristiano
Directeur de recherche, LAAS - Toulouse

Examinateurs :

-Mme Caroline Bonafos
Directeur de recherche, CEMES - Toulouse

- M. Etienne Talbot
Maître de conférences, GPM - Rouen

 

Résumé :
Ce travail de thèse concerne l’étude des propriétés structurales et optiques de films minces de SiP et d’oxyde de silicium riches en phosphore. Dans les films de Si riches en phosphore recuits à 1100°C , la formation de cristallites de SiP coexistant avec des polycristaux de Si est observée. Le SiP, qui cristallise dans une structure orthorhombique, est un matériau lamellaire potentiellement intéressant pour le développement de nouveaux matériaux 2D. Les caractérisations vibrationnelles sont en bon accord avec des calculs DFT pour l’alliage SiP. Les mesures de photoluminescence suggèrent de plus que SiP est un semi-conducteur à gap indirect dont le gap est de 1,5 eV. Dans le cas des films minces d’oxyde de silicium riches en phosphore, les propriétés structurales et optiques sont étudiées dans une large gamme de concentrations en phosphore. L’intensité de photoluminescence des nanocristaux de Si suit une évolution complexe lorsque la quantité de phosphore augmente. Pour de faibles teneurs en phosphore, celle-ci augmente ce qui est interprété par une augmentation de la densité des nanocristaux et par un effet de passivation par le phosphore des états électroniques localisés à l’interface nanocristaux/matrice. Les mesures de photoluminescence à basses températures ont permis de mettre en évidence un état électronique lié au phosphore situé à 0,6 eV sous la bande de conduction des nanocristaux de Si. Ce résultat montre qu’il est possible d’incorporer des atomes de phosphore électriquement actifs dans des nanocristaux de Si. Pour des teneurs en phosphore supérieures à 0,3 at.%, l’intensité de photoluminescence des nanocristaux de Si diminue puis disparaît totalement. Cela est lié d’une part à la formation de nanocristaux de Si de tailles supérieures au rayon de Bohr de l’exciton dans le Si (i.e. 5 nm) et d’autre part à la formation de nanoparticules de SiP2 cristallisant dans une structure orthorhombique. Pour des teneurs en phosphore supérieures à 3 at.%, seules des nanoparticules de SiP2 sont observées. Les spectroscopies associées à la microscopie électronique en transmission confirment la stoechiométrie du composé SiP2 . Les propriétés vibrationnelles sont en excellent accord avec des calculs DFT pour l’alliage SiP2 .

Mots-clés :
Couches minces, évaporation, oxyde de silicium, dopage phosphore, nanocristaux de silicium, alliages SiPx.