Etude des défauts cristallins dans le silicium par diffusion de la lumière PDF Download
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L'étude des précipités d'oxygène et des dislocations dans le silicium représente un enjeu important pour l'amélioration de la qualité des substrats SOI ou silicium. La technique LST (« Laser Scattering Tomography »), particulièrement adaptée à la densité ou la taille relativement faibles des défauts recherchés, est basée sur la diffusion de la lumière infrarouge. Ces travaux présentent les développements nécessaires de cette technique pour la mesure puis l'étude du comportement et de l'évolution des défauts. La taille des précipités d'oxygène individuels, à présent accessible, permet d'étudier leur croissance au cours du temps pour différentes températures et morphologies. L'étude des défauts étendus en fonction de la polarisation de la lumière incidente est ensuite détaillée. Le développement de la théorie de la diffusion de la lumière par les dislocations combinée aux différents développements de la technique LST permet la détermination complète du système de glissement d'une boucle de dislocation non décorée. Enfin, les mesures LST permettent de discriminer les dislocations décorées des non décorées.
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L'étude des précipités d'oxygène et des dislocations dans le silicium représente un enjeu important pour l'amélioration de la qualité des substrats SOI ou silicium. La technique LST (« Laser Scattering Tomography »), particulièrement adaptée à la densité ou la taille relativement faibles des défauts recherchés, est basée sur la diffusion de la lumière infrarouge. Ces travaux présentent les développements nécessaires de cette technique pour la mesure puis l'étude du comportement et de l'évolution des défauts. La taille des précipités d'oxygène individuels, à présent accessible, permet d'étudier leur croissance au cours du temps pour différentes températures et morphologies. L'étude des défauts étendus en fonction de la polarisation de la lumière incidente est ensuite détaillée. Le développement de la théorie de la diffusion de la lumière par les dislocations combinée aux différents développements de la technique LST permet la détermination complète du système de glissement d'une boucle de dislocation non décorée. Enfin, les mesures LST permettent de discriminer les dislocations décorées des non décorées.
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ETUDE DE L'EVOLUTION DE L'OXYGENE INTERSTITIEL PENDANT UN TRAITEMENT THERMIQUE ET CARACTERISATION PAR TOPOGRAPHIE RX ET MICROSCOPIE ELECTRONIQUE DES DEFAUTS CRISTALLINS DUS A L'OXYGENE.
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Le silicium est reconnu comme étant un mauvais émetteur de lumière à cause de son gap indirect. Diverses stratégies ont été développées pour améliorer son rendement d'émission, le Si constituant le matériau de choix pour la photonique. Ce manuscrit présente l'élaboration et la caractérisation de matériaux originaux à base de silicium afin de proposer des solutions alternatives pour améliorer les propriétés d'émission de lumière du Si. Ce travail est divisé en 4 parties avec tout d'abord une revue de l'état de l'art de l'émission de lumière dans le Si et les bases sur les mécanismes de recombinaison dans le Si. Une seconde partie se concentre sur l'élaboration et l'étude de dispositifs électroluminescents à base de Si comportant un réseau de dislocations enterrées un niveau d'une jonction PN obtenu par collage moléculaire. L'émission de lumière située vers 1,1 et 1,5 μm (1,1 et 0,8 eV) est attribuée à la recombinaison des porteurs sur les états piège induits par des précipités de bore et d'oxyde dans le voisinage de dislocations (E^phonon_Bore vers 1.1eV et Dp~0.8eV) et des états de défauts localisés à l'intersection du réseau carré de dislocations vis (D1~0.8eV). Une troisième partie traite de l'élaboration et des propriétés optique d'ions Er3 + couplés avec des nanostructures de Si dans des films minces de SRO (Silicon-Rich Oxide) obtenus par co-évaporation de SiO et d'Er. Dans cette matrice, l'efficacité d'excitation indirecte de l'Er à 1,5 μm via les nanostructures est démontrée par la mesure de sections efficaces effectives d'excitation de l'Er entre 2x10-16 cm2 et 5x10-15 cm2 en fonction du flux d'excitation et des paramètres d'élaboration. Le principal résultat est la forte diminution avec la température de recuit de la fraction d'ions Er3+ émetteurs susceptible d'être inversée. Des expériences EXAFS révèlent que ce comportement est en corrélation avec l'évolution de l'ordre chimique local autour des atomes d'Er. Dans une dernière partie est présentée l'élaboration de nanostructures de Si de type nanofils cœur-coquille Si/SiO2. Ces structures cœur-coquille sont obtenues par trois méthodes différentes. Les structures obtenues par dépôt d'oxyde sur la surface de nanofils de silicium CVD catalysées avec de l'Au présentent une émission autour de 500 nm efficace à température ambiante due à la recombinaison des porteurs photo-générés au niveau des états de défauts dans la couche d'oxyde et à l'interface Si/SiO2. L'intensité de PL collectée est de plus d'un ordre de grandeur supérieure à celle mesurée sur des films minces de SiO2 similaires déposés sur des substrats de Si. En outre, la passivation des nanofils de Si CVD par un procédé d'oxydation thermique permet de neutraliser les états de surface qui dominent dans de telles structures. La mesure des vitesses de recombinaison de surface semble indiquer que ces nanofils ainsi passivés présentent des propriétés électroniques de volume similaires à celles du Si standard de microélectronique. Enfin, une nouvelle méthode pour l'élaboration in situ de nanofils cœur-coquille Si/SiO2 basée sur l'évaporation d'une source solide SiO avec l'Au et le Cu comme catalyseurs est détaillée. La croissance des fils catalysés par l'Au se produit dans le mode de croissance VLS (Vapor-Liquid-Solid comme en CVD) donnnat des nanofils présentant un cœur de Si cristallin et une coquille amorphe d'oxyde. En revanche, la croissance des nanofils catalysée par le Cu semble se produire préférentiellement à plus basse température en mode VSS (Vapeur-Solide-Solide) expliquant pourquoi ces NFs présentent une forte densité de défauts cristallins dans la cœur de Si contrairement aux fils catalysés Au.
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CARACTERISATION OPTIQUE DU SILICIUM POREUX ET SON APPLICATION A LA REALISATION DE STRUCTURES A MODULATION D'INDICE (SUPERRESEAUX). UNE PREMIERE ETUDE DE LA DIFFUSION OPTIQUE A MONTRE L'HOMOGENEITE DE CE MATERIAU A L'ECHELLE DE LA LUMIERE, JUSTIFIANT UNE DESCRIPTION PAR UN INDICE DE REFRACTION MOYEN. SI LA FORMATION ELECTROCHIMIQUE DU SILICIUM POREUX PERMET L'OBTENTION DE COUCHES MINCES D'EPAISSEURS PARFAITEMENT DEFINIES, EN REVANCHE DES FLUCTUATIONS DU FRONT DE DISSOLUTION ENTRAINENT UNE DIFFUSION A L'INTERFACE SILICIUM POREUX/SILICIUM CRISTALLIN. CET EFFET A NECESSITE DE DEVELOPPER UNE ANALYSE DES MESURES OPTIQUES DANS LE CAS D'INTERFACES RUGUEUSES. LA DETERMINATION DES CONSTANTES OPTIQUES A ETE REALISEE PAR UNE MESURE A BASSE TEMPERATURE DE LA TRANSMISSION PAR PHOTOCONDUCTION DANS LE SILICIUM CRISTALLIN ET PAR AJUSTEMENT DES SPECTRES DE REFLECTIVITE DES COUCHES MINCES. D'UNE MANIERE GENERALE, ALORS QUE LA DISPERSION DE L'INDICE EST ASSEZ FAIBLE, L'ABSORPTION DU SILICIUM POREUX SE CARACTERISE PAR UNE DEPENDANCE EXPONENTIELLE SUR UNE GRANDE PLAGE EN ENERGIE. CETTE ETUDE A PERMIS LA REALISATION DE STRUCTURES A MODULATION D'INDICE TELLES QUE DES REFLECTEURS DE BRAGG, DES FILTRES FABRY-PEROT OU DES MICROCAVITES LUMINESCENTES. LA MISE EN EVIDENCE DE DIFFERENCES ENTRE LA FORMATION DES COUCHES SIMPLES ET ENTERREES A COMPLIQUE LA CARACTERISATION DE CES STRUCTURES. LA TRES BONNE QUALITE OPTIQUE ET LE FORT RENDEMENT QUANTIQUE INTRINSEQUE AU SILICIUM POREUX DE TYPE P ONT PERMIS D'OBTENIR DES MICROCAVITES LUMINESCENTES TRES EFFICACES. ENFIN, EN COMBINANT L'HOLOGRAPHIE ET LA PHOTOCHIMIE, UN NOUVEAU TYPE DE GRAVURE EN PROFONDEUR A ETE DEVELOPPE PERMETTANT D'OBTENIR DES STRUCTURES A MODULATION D'INDICE LATERALE DE PERIODICITE SUBMICRONIQUE. LA PHOTODISSOLUTION LOCALISEE DU MATERIAU A ETE MISE EN EVIDENCE APRES ET PENDANT LA FORMATION DE LA COUCHE POREUSE ET CE POUR TOUT TYPE DE SILICIUM POREUX Y COMPRIS LE MACROPOREUX.
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Cette thèse est composée de trois articles scientifiques et est séparée en deux parties : «Théorie, Méthodologie et Algorithmie» et «Simulations, Analyses et Résultats». Elle présente nos travaux sur les méthodes numériques atomistiques ainsi que leur application à des systèmes à base de silicium cristallin. La première partie, composée de trois chapitres, introduit la problématique des processus activés suivis de l'utilisation de la théorie de l'état de transition permettant d'aborder cette thématique. On enchaînera sur les points clés de la méthode de Monte-Carlo cinétique, avec une revue historique des avancées qui ont été faites jusqu'à ce jour. Le second chapitre présente la Technique d'Activation-Relaxation cinétique (ARTc), un algorithme de Monte-Carlo cinétique (KMC) hors réseau avec construction \textit{à la volée} du catalogue des transitions à partir de la Technique d'Activation-Relaxation nouveau (ARTn). ARTn est une méthode de recherche de point de selle sans connaissance a priori de la destination finale. Elle capture entièrement les potentiels effets élastiques pouvant être causés par la présence de défauts ou d'impuretés dans le voisinage proche ou lointain de la région analysée. La première partie se termine par notre premier article, qui traite en détail les récentes additions algorithmiques, de ces cinq dernières années, apportées à ARTc. S'en suit la seconde partie, composée aussi de trois chapitres, dont le quatrième chapitre est une mise en contexte comportant : les propriétés de base du silicium telles que ses phases cristallines; une définition des différents types de défauts ponctuels existant dans les cristaux; une présentation des potentiels interatomiques utilisés; une introduction sur le phénomène du bruit télégraphique; les phases binaires c-LiSi; une discussion sur l'amorphisation rapide de l'anode de c-Si lors de la première lithiation. Le cinquième chapitre explique l'agrégation et détaille les chemins de diffusions des défauts intrinsèques dans le silicium cristallin. La caractérisation d'amas de défauts intrinsèques et les différentes transitions présentées dans le cinquième chapitre ainsi que les travaux de Jay \textit{et al.} ~\cite{Jay2017} ont permis d'identifier une des causes responsables du phénomène de bruit télégraphique (RTS) observé dans les semi-conducteurs fortement endommagés. En effet, le mouvement oscillatoire des états non-diffusifs de certains agrégats de défauts intrinsèques de petites tailles, dont les niveaux d'énergies sont non-dégénérés, peut être associé aux fluctuations en tension ou en courant mesurées dans ces matériaux. Le sixième chapitre caractérise les états d'énergies des différentes configurations de systèmes à faibles concentrations d'impureté de lithium dans le silicium cristallin. Nous montrons à l'aide d'ARTc que les impuretés de lithium interagissent très faiblement entre elles, les agrégats formés étant aussitôt dissociés dus à une contribution non négligeable d'entropie configurationnelle.
Author: Ahmed Belasri Publisher: Springer Nature ISBN: 9811554447 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 659
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This book highlights peer reviewed articles from the 1st International Conference on Renewable Energy and Energy Conversion, ICREEC 2019, held at Oran in Algeria. It presents recent advances, brings together researchers and professionals in the area and presents a platform to exchange ideas and establish opportunities for a sustainable future. Topics covered in this proceedings, but not limited to, are photovoltaic systems, bioenergy, laser and plasma technology, fluid and flow for energy, software for energy and impact of energy on the environment.
Author: Vanessa Monier
Author: Vanessa Monier
Author: Jean-Pierre Brevignon
Author: Pierre-Olivier Noé
Author: Gilles Lerondel
Author: Patrick Mortini
Author: Mickaël Trochet
Author: Société française de physique
Author: International Union of Pure and Applied Physics
Author: Ahmed Belasri
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