Etude des mécanismes de photoluminescence dans les nitrures et oxydes de silicium dopés aux terres rares (Er, Nd) PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Etude des mécanismes de photoluminescence dans les nitrures et oxydes de silicium dopés aux terres rares (Er, Nd) PDF full book. Access full book title Etude des mécanismes de photoluminescence dans les nitrures et oxydes de silicium dopés aux terres rares (Er, Nd) by Émilie Steveler. Download full books in PDF and EPUB format.
Book Description
Ce travail de thèse est dédié à l'étude des transitions radiatives dans les matériaux de nitrure et d'oxyde de silicium dopés aux ions de terres rares (Er3+, Nd3+). La caractérisation optique des films minces élaborés par évaporation thermique est basée sur la spectroscopie de photoluminescence. Les études menées s'inscrivent dans la recherche de processus d'excitation indirecte des ions Er3+ et Nd3+ dans des matrices à base de silicium. Dans les nitrures et oxynitrures de silicium, un processus de transfert d'énergie permettant l'excitation indirecte des ions Er3+ est mis en évidence. Pour les couches minces amorphes, le couplage est attribué à des états électroniques localisés dans la bande interdite de la matrice. Pour les films recuits à haute température, les nanocristaux de silicium (nc-Si) jouent un rôle majeur dans l'excitation indirecte de l'erbium. Dans les matrices d'oxyde de silicium, l'existence de processus d'excitations directe et indirecte des ions Nd3+ est démontrée. Pour les films amorphes, l'excitation indirecte du Nd se fait via des états électroniques localisés dans la bande interdite de la matrice. Pour les films recuits au-delà de 1000 °C, les nc-Si jouent le rôle de sensibilisateurs pour les ions Nd3+. Les résultats suggèrent que l'excitation indirecte des ions Nd3+ grâce aux états localisés dans la bande interdite de la matrice pourrait être plus efficace que l'excitation via les nc-Si.
Book Description
Ce travail de thèse est dédié à l'étude des transitions radiatives dans les matériaux de nitrure et d'oxyde de silicium dopés aux ions de terres rares (Er3+, Nd3+). La caractérisation optique des films minces élaborés par évaporation thermique est basée sur la spectroscopie de photoluminescence. Les études menées s'inscrivent dans la recherche de processus d'excitation indirecte des ions Er3+ et Nd3+ dans des matrices à base de silicium. Dans les nitrures et oxynitrures de silicium, un processus de transfert d'énergie permettant l'excitation indirecte des ions Er3+ est mis en évidence. Pour les couches minces amorphes, le couplage est attribué à des états électroniques localisés dans la bande interdite de la matrice. Pour les films recuits à haute température, les nanocristaux de silicium (nc-Si) jouent un rôle majeur dans l'excitation indirecte de l'erbium. Dans les matrices d'oxyde de silicium, l'existence de processus d'excitations directe et indirecte des ions Nd3+ est démontrée. Pour les films amorphes, l'excitation indirecte du Nd se fait via des états électroniques localisés dans la bande interdite de la matrice. Pour les films recuits au-delà de 1000 °C, les nc-Si jouent le rôle de sensibilisateurs pour les ions Nd3+. Les résultats suggèrent que l'excitation indirecte des ions Nd3+ grâce aux états localisés dans la bande interdite de la matrice pourrait être plus efficace que l'excitation via les nc-Si.
Author: Mohammad Ahmadi Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
Le silicium est le fondement de la microélectronique, pour laquelle des milliards de dollars et des décennies de recherche ont été consacrés au développement de l'industrie de la fabrication. Après avoir surmonté un certain nombre d'obstacles techniques difficiles, cette technologie a atteint une maturité, une rentabilité et un processus robuste. La photonique à base de silicium a récemment fait l'objet d'une grande attention en raison de la demande mondiale croissante de données issues des télécommunications. Le silicium, matériau transparent dans les spectres du proche et du moyen infrarouge, permet de concevoir des circuits optiques basés sur cette plate-forme. Tirant parti de l'infrastructure et de l'expertise de la fabrication microélectronique moderne, la photonique de silicium offre de nombreux avantages attrayants en réduisant la taille, la consommation d'énergie et le coût de fabrication, ainsi qu'un grand potentiel de production de masse. Les progrès récents de la photonique de silicium ont permis aux concepteurs d'avoir accès à des librairies de blocs de construction passifs et actifs tels que des multiplexeurs, des résonateurs en anneau, des modulateurs, des photodétecteurs, etc. Ces avancées ont incité les chercheurs à exploiter cette plateforme dans divers domaines allant de la détection à la médecine. L'un des défis de la recherche sur la photonique du silicium est de développer une source de lumière et un amplificateur compatible avec le silicium en raison des bandes interdites indirectes du silicium et du germanium. Plusieurs solutions sont actuellement à l'étude pour fournir des sources de lumière sur puce, qui sont réalisées comme suit : lasers à commande électrique par manipulation de la bande interdite et méthodes de co-intégration ou lasers à commande optique par co-intégration de matériaux de gain, dopage d'un matériau de revêtement avec des ions de terres rares, ou utilisation d'effets non linéaires pour convertir la fréquence. La manipulation de la bande interdite implique l'ingénierie de la bande interdite des matériaux du groupe IV avec des souches ou des alliages pour améliorer l'émission directe de la bande interdite. Les techniques de co-intégration comprennent la croissance épitaxiale hétérogène ou le collage de matériaux du groupe III-V sur le guide d'ondes en silicium pour concevoir un laser ou tirer parti de caractéristiques à gain élevé. Le dopage d'une gaine de verre avec des éléments de terres rares comme le thulium, l'holmium, l'erbium avec des guides d'ondes spécialement conçus pour former une cavité laser a également été proposé comme solution. La conversion de fréquence par des effets non linéaires dans les guides d'ondes en silicium est une autre approche de la génération de lumière sur puce qui peut être réalisée sans aucun post-traitement des puces en silicium sur isolant (SOI). Par exemple, dans le silicium, la non-linéarité du troisième ordre permet la génération de peignes, la génération de supercontinuum, l'oscillation paramétrique optique et l'émission Raman. Parmi celles-ci, la diffusion Raman-Stokes stimulée (SRSS) peut être avantageusement utilisée pour la conversion et l'amplification des longueurs d'onde, car elle ne nécessite pas d'ingénierie de dispersion. Le gain Raman du silicium a donc été exploité dans la conception de divers lasers et amplificateurs sur puce. Les lasers et amplificateurs Raman sur puce utilisent des conceptions simples et ont jusqu'à présent été réalisés principalement avec des tranches de silicium relativement épaisses. Dans ce travail, nous profitons du gain Raman pour étudier, modéliser, concevoir et démontrer expérimentalement un laser et un amplificateur Raman. Nos recherches s'appuient sur une fonderie à accès libre offrant des plaquettes SOI standard avec une épaisseur de silicium de 220 nm. Dans notre première contribution, nous présentons un modèle complet pour un laser Raman CW dans une plateforme SOI. Nous concevons ensuite un laser Raman de 2,232 μm avec une cavité résonante en anneau sur puce. Les valeurs optimisées pour la longueur de la cavité et les rapports de couplage de puissance sont déterminés par la simulation numérique des performances du laser en tenant compte des variations de fabrication. Enfin, en concevant un coupleur directionnel (DC) accordable pour la cavité laser, une conception robuste du laser Raman est présentée. Nous montrons que la réduction des pertes de propagation et l'élimination des porteurs libres, par l'utilisation d'une jonction p-i-n, amélioreront de manière significative les performances du laser Raman en termes de réduction de la puissance de seuil et d'augmentation de l'efficacité de la pente. Dans notre deuxième contribution, nous démontrons un laser Raman accordable de haute performance qui convertit la gamme de longueur d'onde de pompe de 1530 nm - 1600 nm à la gamme de signal de 1662 nm- 1745 nm avec une puissance de sortie moyenne de 3 mW à ~50 mW de puissance de pompe avec un seul dispositif. La caractéristique principale de ce laser est l'utilisation d'un mécanisme de couplage accordable pour ajuster les coefficients de couplage de la pompe et du signal dans la cavité en anneau et compenser les erreurs de fabrication. Nos résultats sont très prometteurs pour l'augmentation substantielle des ressources spectrales optiques disponibles sur une puce de silicium. Nous démontrons également, pour la première fois, un laser Raman dans l'infrarouge moyen générant un signal à 2,231 μm avec une pompe à 2 μm et étudions les défis d'obtenir une émission cette bande. Notre dernière contribution est dédiée à l'amplificateur Raman, nous discutons et validons expérimentalement l'importance de considérer le gain Raman non-réciproque en utilisant une pompe et une sonde contre-propagatives ou co-propagatives, différentes longueurs d'amplificateur, puissances de pompe d'entrée et valeurs de perte non-linéaire. Nous démontrons un circuit optique sans perte assisté par Raman dans un guide d'ondes de 1,2 cm de longueur qui atteint un gain net nul avec seulement 60 mW de pompage en puissance continue. Nous examinons les pertes non linéaires des guides d'ondes en silicium pour estimer la durée de vie des porteurs libres (FCL), puis nous extrayons le coefficient de gain Raman du guide d'ondes photonique en silicium. Nous utilisons ensuite ces paramètres clés comme entrée d'un modèle d'amplificateur Raman photonique au silicium pour trouver la performance optimale en fonction de l'encombrement et de la puissance de pompage disponibles.
Author: Jennifer Weimmerskirch Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
Book Description
Ce travail de thèse concerne l'élaboration et la caractérisation chimique et structurale de couches minces d'oxyde de silicium dopées avec des terres rares ainsi que l'étude de leurs propriétés de photoluminescence. Les films sont dopées avec du cérium. Le co-dopage cérium et ytterbium est également étudié dans le cas des couches de SiO2. Il est montré que dans les oxydes de composition SiO1, le cérium joue un rôle important dans la structure et l'organisation chimique de l'oxyde, notamment en favorisant la démixtion de l'oxyde. L'exposition à un faisceau laser focalisé engendre une démixtion locale favorisée par le cérium. Pour les films minces de SiO1,5 contenant à la fois du cérium et des nanocristaux de silicium, les différentes étapes de la séparation de phase entre nanocristaux de Si et agrégats riches en Ce ont été mises en évidence, notamment par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à balayage en transmission. Les propriétés de luminescence des dopants sont discutées en lien avec la microstructure de la matrice hôte. Pour tous ces systèmes, la formation d'un silicate de cérium de composition Ce2Si2O7 à haute température (> 1100°C) a été mise en évidence. Le cérium présent sous forme d'ions isolés ou dans un silicate émet intensément dans le bleu (400 nm) à température ambiante ce qui pourrait être intéressant pour le développement de diodes bleues en filière Si. Enfin, un transfert d'énergie des ions Ce3+ vers les ions Yb3+ a été mis en évidence dans les films minces de SiO2 ouvrant ainsi la voie à de possibles applications dans le domaine du solaire photovoltaïque.
Author: Cédric Robert Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 206
Book Description
Ce travail de thèse porte sur l’étude de nanostructures semi- conductrices III-V pour le développement d’émetteurs laser sur silicium dans une approche pseudomorphique. Une croissance en accord de maille d’alliages à base de GaP ou plus précisément de nitrures dilués GaPN doit garantir une faible densité de défauts cristallins. Le modèle des liaisons fortes à base étendue est tout d’abord présenté afin de simuler les propriétés électroniques et optiques de structures semi-conductrices sur substrats de GaP ou Si. Les propriétés des alliages massifs GaPN et GaAsPN sont étudiées par des expériences de photoluminescence continue en fonction de la température et de photoluminescence résolue en temps. Les potentialités des puits quantiques GaAsPN/GaP en tant que zone active sont étudiées théoriquement par le modèle des liaisons fortes et expérimentalement en spectroscopie de photoluminescence en température et résolue en temps. Les effets de désordre engendrés par l’incorporation d’azote sont notamment mis en évidence. L’alliage AlGaP est ensuite proposé pour les couches de confinement optique des structures laser. Un contraste d’indice optique entre AlGaP et GaP est mesuré par ellipsométrie spectroscopique. Ce contraste doit permettre un confinement efficace du mode optique. Le problème de l’alignement des bandes en présence d’aluminium est ensuite évoqué. L’utilisation de l’alliage quaternaire GaAsPN est proposée pour résoudre ce problème. Enfin, les boites quantiques InGaAs/GaP sont étudiées en tant qu’alternative aux puits quantiques GaAsPN/GaP dans la zone active. Une forte densité de boites quantiques et une émission de photoluminescence à température ambiante sont ainsi obtenues pour ce système. Les états électroniques des boîtes quantiques sont simulés par la technique des liaisons fortes et la méthode k.p. La photoluminescence résolue en temps couplée à des expériences de photoluminescence continue sous pression hydrostatique, permet de montrer que la transition fondamentale de ces boîtes implique majoritairement des états de conduction de type X.
Book Description
Ce manuscrit, divisé en cinq chapitres, présente les différents aspects de ce travail. Le premier chapitre décrit le silicium poreux et sa réalisation, les différents paramètres de formation, ses propriétés structurales. Les propriétés de luminescence des ces ions (Erbium et Ytterbium) sont exposées par la suite. Enfin, un état de l’art est détaillé sur les amplificateurs optiques dopés Erbium déjà réalisés à partir de silicium poreux ainsi qu’à partir d’autres matériaux. Le deuxième chapitre présente les conditions expérimentales d’élaboration des guides plans et canaux en silicium poreux et les conditions de dopage et/ou codopage ainsi que les traitements thermiques. Les méthodes de mesures de l’indice de réfraction, la photoluminescence et la photoluminescence résolue en temps sont présentées. Les observations en champ proche et les mesures des pertes ainsi que les mesures de gain optique sont également exposées. Dans le troisième chapitre, les profils de concentration des ions terres rares pour les guides plans et canaux sont présentés et discutés. Dans ce chapitre, un accent particulier est mis sur la variation de l’indice de réfraction en fonction des conditions d’anodisation de dopage et des traitements thermiques. Le quatrième chapitre est consacré à l’étude des guides dopés et codopés par photoluminescence et photoluminescence résolue en temps pour montrer l’activation des ions Erbium ainsi que la détermination de la durée de vie du niveau métastable 4/ 113/2. Ces résultats vont nous permettre d’optimiser la meilleure concentration d’Ytterbium pour le codopage ainsi que d’expliquer les mécanismes d’excitation des ions Erbium. La concentration des ions Erbium actifs dans les guides sera déterminée. Le dernier chapitre décrit les observations en champ proche et les mesures des pertes pour les guides ainsi réalisés. Le gain on/off dans les guides, défini comme étant le rapport de l’intensité lumineuse d’sortie avec pompage à 980 nm sur la puissance du signal de sortie sans pompage, a été mesuré et exploité pour les guides codopés avec différentes concentrations d’Ytterbium. Les variations du gain en fonction de la longueur d’onde sont présentées.
Book Description
Ces dernières décennies, les couches minces de semiconducteurs nitrures III-V dopés avec des terres rares ont fait l'objet d'un intérêt grandissant et ont donné lieu à de nombreuses études. En raison de leur bande interdite directe, les nitrures III-V constituent des matrices hôtes adéquates permettant la luminescence des terres rares (TR). Ainsi, en combinant les propriétés des III-V et des TR, il est possible d'envisager des applications prometteuses dans le domaine optoélectronique. Dans cette étude, l'erbium (Er) a été choisi en raison de son émission de photons à la fois dans le visible et dans l'infrarouge. Dans ce travail, les films minces d'AlN dopé à l'Er ont été élaborés avec un réacteur expérimental de pulvérisation cathodique réactive magnétron radiofréquence. Pendant le dépôt, une polarisation négative appliquée sur le substrat a permis d'obtenir des films présentant différents types de morphologies cristallines, qui ont été étudiés par diverses techniques de caractérisation telles que l'AFM, les DRX, l'ellipsométrie, le MEB, le MET. Les propriétés de luminescence des films ont été examinées expérimentalement et à l'aide d'un modèle de simulation optique par spectroscopie de photoluminescence (excitation lumineuse). Des mesures expérimentales par spectroscopie de cathodoluminescence (excitation électronique) ont également été réalisées. Le but de cette thèse était d'optimiser le procédé d'élaboration et le matériau et de mieux comprendre l'influence de la morphologie cristalline de la matrice AlN sur l'efficacité de luminescence de l'erbium. L'AlN-Er représente un système modèle et les résultats obtenus pourront être étendus aux autres TR.
Book Description
Ce memoire traite de l'etude de la photosensibilite de verres ou de fibres silices ou fluores dopes par des ions de terre rare ou par de l'oxyde de germanium. On definit la photosensibilite d'un verre comme etant la variation permanente de son indice de refraction lorsque celui-ci est insole par un rayonnement ultraviolet de longueur d'onde convenablement choisie. Nous presentons dans ce memoire la premiere mise en evidence d'une photosensibilite dans des verres fluorozirconates. Le procede utilise pour rendre ces verres photosensible a consiste a les doper par des ions cerium. Ces premiers resultats ont ete utilises pour realiser une cavite laser photoinscrite dans une fibre fluorozirconate codopee a l'erbium emettant a 1.56 m. La methode de photosensibilisation des verres et fibres germanosilicates par un chargement en hydrogene moleculaire au prealable de l'insolation ultraviolette a ete etendue au cas des verres aluminosilicates dopes par des ions de terre rare. Nous montrons dans ce memoire que ce procede permet d'augmenter la photosensibilite de ces verres d'un ordre de grandeur au minimum. Dans ce memoire nous avons presente des experiences destinees a determiner les mecanismes a l'origine de la photosensibilite de type iia dans les fibres germanosilicates fortement dopees a l'oxyde de germanium. Cette etude nous a permis de montrer que l'etat de contraintes dans lequel se trouve la fibre constitue un parametre essentiel dans l'apparition d'une photosensibilite de type iia. Dans ce memoire, nous avons cherche a preciser les mecanismes microscopiques a l'origine de la photosensibilite de verres dopes par des ions de terre rare. Nous avons etudie les contributions respectives du modele des centres colores et du modele de densification photoelastique. Nous presentons dans le memoire les resultats d'une serie d'experiences de mise a l'epreuve du modele des centres colores. Nous avons ainsi pu etablir que le photochromisme observe ne constitue qu'un phenomene precurseur de la photosensibilite dans ces verres.
Book Description
LE TRAVAIL PRESENTE CONCERNE LA LUMINESCENCE DE L'OXYDE DE ZINC SEMI-CONDUCTEUR DANS LEQUEL DES IONS TERRE RARE SONT INTRODUITS DELIBEREMENT. LES ETUDES STRUCTURALES REVELENT QUE LE TAUX DE DOPAGE DE LA TERRE RARE A UNE INFLUENCE IMPORTANTE SUR LA MICROSTRUCTURE DE L'OXYDE DE ZINC. LA PRESENCE DES IONS TERRE RARE CREEE DEUX TYPES DE CENTRES DE LUMINESCENCE QUI ONT ETE CHACUN MIS EN EVIDENCE GRACE A DIFFERENTS MODES D'EXCITATION. EN PHOTOLUMINESCENCE AINSI QUE SOUS POLARISATION DIRECTE, LA LUMINESCENCE RESULTE DE LA RECOMBINAISON DES PORTEURS SUR DES CENTRES PROPRES A ZNO: LA RECOMBINAISON BANDE A BANDE SOUS POLARISATION DIRECTE ET LA RECOMBINAISON SUR LES CENTRES AUTO-ACTIVES SOUS LES DEUX MODES D'EXCITATION. LE SPECTRE DE LA LUMINESCENCE ISSUE DE CES DERNIERS CENTRES PRESENTE DES STRUCTURES QUI ONT PU ETRE ATTRIBUEES A LA REABSORPTION PAR LA TERRE RARE DE LA LUMIERE EMISE PAR ZNO. EN ELECTROLUMINESCENCE SOUS POLARISATION ANODIQUE, L'EMISSION EST ISSUE DES NIVEAUX 4F DES IONS TERRE RARE EN RESULTAT D'UN MECANISME D'IMPACT-EXCITATION ELECTRONIQUE DE CES CENTRES. L'INTENSITE DE CETTE EMISSION SUIT BIEN UNE LOI D'ALFREY-TAYLOR ET ELLE EST FONCTION DE LA CONCENTRATION DE LA TERRE RARE, SA VALEUR ETANT MAXIMALE POUR ENVIRON 6 ATOMES POUR MILLE. L'APPROCHE CINETIQUE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE UNE REACTION DE TRANSFERT D'ENERGIE ENTRE CENTRES RADIATIFS D'IONS DE MEME NATURE OU DE NATURES DIFFERENTES
Author: Agnes Buka Publisher: World Scientific ISBN: 1848167997 Category : Science Languages : en Pages : 299
Book Description
The book intends to give a state-of-the-art overview of flexoelectricity, a linear physical coupling between mechanical (orientational) deformations and electric polarization, which is specific to systems with orientational order, such as liquid crystals. Chapters written by experts in the field shed light on theoretical as well as experimental aspects of research carried out since the discovery of flexoelectricity. Besides a common macroscopic (continuum) description the microscopic theory of flexoelectricity is also addressed. Electro-optic effects due to or modified by flexoelectricity as well as various (direct and indirect) measurement methods are discussed. Special emphasis is given to the role of flexoelectricity in pattern-forming instabilities. While the main focus of the book lies in flexoelectricity in nematic liquid crystals, peculiarities of other mesophases (bent-core systems, cholesterics, and smectics) are also reviewed. Flexoelectricity has relevance to biological (living) systems and can also offer possibilities for technical applications. The basics of these two interdisciplinary fields are also summarized.
Author: Émilie Steveler
Author: Émilie Steveler
Author: Mohammad Ahmadi
Author: Jennifer Weimmerskirch
Author: Cédric Robert
Author: Adel Najar
Author: Thierry Taunay
Author: Jérémy Legrand
Author: Thierry Taunay
Author: DJAKARIDIA.. KOUYATE
Author: Agnes Buka