Etude structurale et optique de la précipitation des ions de terres-rares et des nanoparticules de silicium dans la silice pour des applications optiques

Autor: Beainy, Georges
Přispěvatelé: Groupe de physique des matériaux (GPM), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN), Normandie Université (NU), Normandie Université, France, Philippe Pareige (Pr.), Beainy, Georges
Jazyk: francouzština
Rok vydání: 2016
Předmět:
Zdroj: Physique [physics]. Normandie Université, France, 2016. Français
Popis: As a material of choice in the modern microelectronics, silicon has attracted increasingattention in the last decade with the aim to integrate both optoelectronic and microelectronicfunctionalities on a same silicon chip. Due to its physical properties, bulk silicon is a poorlight emitter. The development of an efficient silicon based light emitter is therefore achallenging issue. Rare earth ions incorporated silicon nanoparticles in silica thin films haveemerged as promising route to obtain light from Si-based materials. However, the lightemission in such system is strongly dependent on the microstructure (nature and content ofthe dopant, localizations in the host matrix, nature of the matrix, etc.). In order to understandall the structural mechanisms controlling the nanostructure, in this work, we used atom probetomography. Two different rare earths elements were studied (cerium and erbium). We havebeen able to demonstrate a complex precipitation mechanism of rare earth ions and excesssilicon depending strongly on the elaboration parameters. This precipitation mechanismsometimes leads to the formation of snowman-like nanoparticles. An analytical model, basedon surface energies, has been developed to justify this particular configuration. These resultsallowed us to explain the atypical evolution of the optical properties studied byphotoluminescence.
Le silicium, brique élémentaire de la microélectronique grâce à la bonnemaîtrise de sa technologie, ne peut pas être utilisé directement pour toutes les applicationsoptoélectroniques et photoniques en raison des ses propriétés physiques. L’enjeutechnologique est de développer une optoélectronique et une photonique « tout silicium ».Dans le cadre de cette thèse, nous étudions une approche prometteuse permettant decontourner le problème via le dopage du matériau par des ions de terres-rares, optiquementactifs. En effet, plusieurs études ont montré que les ions de terres rares dilués dans unematrice de silice contenant des nanoparticules de silicium est un système d’intérêt particulierpouvant mener à des nouveaux dispositifs optiques. Cependant les propriétés optiques desterres rares dépendent fortement de la microstructure du matériau (nature et concentration dudopant, localisations dans la matrice hôte, nature de la matrice, …). Afin d’appréhenderl’ensemble des mécanismes structuraux contrôlant la nanostructure, nous avons utilisé lasonde atomique tomographique. Deux terres rares différentes ont été étudiées (cérium eterbium). Nous avons pu mettre en évidence un mécanisme complexe de précipitation des ionsde terres rares et du silicium en excès dépendant fortement des paramètres d’élaboration. Cemécanisme de précipitation conduit parfois à la formation des nanoparticules de type« snowman ». Un modèle analytique, basé sur un bilan des énergies de surface, a étédéveloppé afin de justifier cette configuration particulière. Ces résultats nous ont permisd’expliquer l’évolution atypique des propriétés optiques obtenues par la photoluminescence.
Databáze: OpenAIRE
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