Dissertations / Theses: 'Couches minces d’oxydes'

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Tchiffo, Tameko Cyril. "Croissance et propriétés de couches minces d’oxydes pour microsources d’énergie." Thesis, Orléans, 2016. http://www.theses.fr/2016ORLE2068/document.

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Abstract:

Cette thèse concerne la réalisation des films minces d’oxydes et l’étude de leurs propriétés physiques pour les cellules photovoltaïques (PV) et les modules thermoélectriques. Dans une première partie, les propriétés de l’oxyde de titane TiOx (1,45
This thesis concerns the realization of oxide thin films and the study of their properties for photovoltaic or thermoelectric devices. In the first part, the TiOx properties are studied for use as an optically active transparent conductive oxide to put in front of the PV cells or, as optical coupling layer to interpose between the metal reflector and the absorbent layer of a PV cell. The layers are deposited by pulsed laser deposition (PLD). This method allows to get stoichiometric or oxygen deficient layers by controlling the oxygen partial pressure during the growth. The layers are doped with Nb to enhance electrical conductivity and/or with Nd for the conversion of Ultra-Violet photons to Near Infra-Red photons. Insulating and transparent layers, luminescent layers or conducting and absorbent layers are obtained. The TiO₁,₄₅₋₁,₆₀ films show polaronic or bipolaronic conductivity and exhibited the jump of electrical conductivity with jump height and temperature depending on the nature of the dopants. A second part of the manuscript concerns thermoelectricity in which the properties of cobalt calcium oxide are modulated for an efficient conversion of low temperature gradients centered at 300-365K. The control of the oxygen concentration of films allows to obtain the polymorphic phases CaxCoO₂,Ca₃Co₄O₉ and Ca₃Co₄O₆,₄₋₆,₈ having metallic or semiconducting behavior depending on the deposition temperature. The Ca₃Co₄O₆,₄₋₆,₈ films show high Seebeck coefficients (S) ≥ 1 000 μV/K and low electrical resistivity (3.8 to 6 mΩ.cm). Such interesting values have to be confirmed by additional experiments in order to be used as thermoelectric films

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Harada, Nao. "Élaboration de couches minces d’oxydes dopées terres rares par CVD pour les technologies quantiques." Electronic Thesis or Diss., Université Paris sciences et lettres, 2021. http://www.theses.fr/2021UPSLC029.

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Abstract:

Ce travail a été mené dans le cadre du projet européen SQUARE qui vise à démontrer des fonctionnalités dans le domaine des technologies quantiques au moyen de matériaux oxydes dopés terre-rare. L’ambition de cette thèse est d'établir les premières briques élémentaires permettant d'envisager le développement futur d'ordinateurs et de mémoires quantiques ainsi que la mise à l'échelle de ces composants. Dans ce cadre, des temps de cohérence optique, c’est-à-dire des durées pendant lesquelles l’information quantique est maintenue, les plus longs possibles sont visés. En particulier, je me suis intéressé à une matrice d’oxyde d’yttrium (Y2O3) dopée par des ions europium (Eu3+) sous forme de couches minces sur silicium. La technique de synthèse qui a été développée est le dépôt chimique en phase vapeur avec injection liquide directe (DLI-CVD) qui autorise une grande souplesse dans la composition et la mise en œuvre. Les conditions de dépôt ont été optimisées afin de permettre la production de couches minces polycristallines de très bonne pureté et qualité cristalline, conduisant à des solutions solides d’(Y(1-x)Eux)2 dans une large gamme de dopage. Les propriétés optiques des ions de terre rare dans cette matrice ont été étudiées par spectroscopie à haute résolution. Pour des dopages de 2 % en Eu, des largeurs inhomogènes de près de 20 GHz et des largeurs homogènes mesurées par la technique de creusement de trou spectral de 10 MHz, ont pu être démontrées ce qui est à notre connaissance les plus faibles obtenues pour des couches minces sub-micrométriques. Ces valeurs restent néanmoins supérieures à celles rapportées pour des matériaux de composition équivalente sous forme de cristaux massifs ou de nanoparticules. Malgré les bénéfices apportés par cette plateforme en couche mince, des défauts spécifiques induisant de la décohérence existent donc et il sera nécessaire de les identifier et de réduire leur présence. Ce travail a permis d’ouvrir des perspectives très intéressantes en vue de l’utilisation de ces matériaux pour la réalisation de structures hybrides ou de résonateurs optiques pour les communications ou le traitement de l’information quantique
This work was carried out within the framework of the European SQUARE project, which aims to demonstrate functionalities in the field of quantum technologies using doped earth-rare oxide materials. The ambition of this thesis is to establish the first building blocks for the future development of quantum computers and memories as well as the scaling up of these components. In this context, the longest possible optical coherence times, i.e. the time during which quantum information is maintained, are targeted. I worked more specifically on the yttrium oxide (Y2O3) matrix doped with europium ions (Eu3+) in the form of thin filmson silicon. The synthesis technique developed is direct liquid injection chemical vapour deposition (DLI-CVD), which allows great flexibility in composition and processing. The deposition conditions have been optimised to allow the production of polycrystalline thin films of very good purity and crystal quality, leading to solid solutions of (Y(1-x)Eux)2 in a wide range of doping. The optical properties of the rare earth ions in this matrix were studied by high resolution spectroscopy. For doping of 2% Eu, inhomogeneous linewidths of nearly 20 GHz and homogeneous linewidths, measured by the spectral hole burning technique, of 10 MHz, could be demonstrated, which are to our knowledge the lowest obtained for sub-micrometer thin films. These values are nevertheless higher than those reported for materials of equivalent composition in the form of bulk crystals or nanoparticles. Despite the benefits of this thin film platform, specific decoherence-inducing defects exist, and it will be necessary to identify and reduce their presence. This work paves the wayfor very interesting prospects for the use of these materials in hybrid structures or optical resonators for communications or quantum information processing

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Peng, Weiwei. "Etude de la dynamique et de la structure de couches minces d’oxydes fonctionnels : srTiO3, VO2 et Al2O3." Thesis, Paris 11, 2011. http://www.theses.fr/2011PA112035.

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Abstract:

Afin de développer de nouvelles applications aux couches minces d’oxydes fonctionnels, il est nécessaire de comprendre les corrélations entre leurs modes de croissance, leur microstructure, leur structure à l’interface avec le substrat, et leurs contraintes et propriétés physiques. Pour cela, une étude par spectroscopie infrarouge et THz des systèmes modèles films/substrats a été exécutée, et confrontée à des calculs théoriques, en particulier sur des couches épitaxiales de SrTiO3/Si(001), VO2/Gd2O3/Si(111) et des couches d’alumine sur alliage d’aluminium. Les caractéristiques vibrationnelles des couches minces sont ici étudiées dans l’infrarouge moyen et lointain sur la ligne AILES du Synchrotron SOLEIL, et simulées à l’aide de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT), permettant ainsi la première détermination de la structure cristalline de ces couches. Ainsi, une comparaison entre la structure bidimensionnelle et tridimensionnelle des matériaux est effectuée. L’effet des contraintes dans les couches est évalué grâce aux variations des énergies de vibration par rapport au matériau massif. L’influence des conditions expérimentales de l’épitaxie dans la structure locale interatomique de couches minces de SrTiO3/Si(001) est évaluée. D’autre part, la nature de l’interface STO-Si peut être caractérisée par les modes de vibration du réseau cristallin. Enfin, la transition métal-isolant (MIT) des couches minces de VO2 sur des substrats de Gd2O3/Si(111) est étudié par spectroscopie IR ; les variations de propriétés optiques et diélectriques pendant la transition, ainsi que les changements d’intensité des modes de vibration, indiquent que la transition est entraînée par une corrélation électronique et une basse température. La phase monoclinique M1 de VO2 est un isolant de Mott. Ce résultat peut aider à un meilleur contrôle des MIT de couches minces de VO2 pour de futures applications
In order to understand the relations between growth, microstructure, interface structure, strain, and physical properties in functional oxide thin films for further applications, a study of infrared and THz spectroscopy combined with theoretical calculation has been performed on the films/substrates model systems, in particular epitaxial SrTiO3/Si(001), VO2/Gd2O3/Si(111) films and alumina/alloy films. The vibrational characteristics of the crystal structure of films have been investigated in the mid and far infrared ranges on the AILES beamline at Synchrotron SOLEIL. This experimental vibrational study has been combined with Density Functional Theory (DFT) simulation to allow for the first measure of the crystalline structure of these thin films. The 2-dimensional lattice modification compared with the bulk materials has been discussed. The strain effect in the films can be evaluated on the phonon shifts compared with the crystal spectrum. The influences of epitaxial conditions on the local interatomic structure of SrTiO3/Si(001) thin films have been estimated. The nature of STO-Si interface can be characterized by the phonon modes. The metal–insulator transition (MIT) of VO2 thin films on Gd2O3/Si(111) substrate have been studied by IR spectroscopy. The variations of optical and dielectric properties during the MIT, as well as the phonon intensities, indicate that the MIT is driven by electron correlation and the low temperature M1 monoclinic phase of VO2 is a Mott insulator. This result may help to better understand and control the MITs of VO2 thin films in the device applications

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Ardyanian, Mahdi. "Structure et propriétés optiques d’oxydes de germanium contenant des nanostructures de germanium et influence de leur dopage à l’erbium." Nancy 1, 2007. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/SCD_T_2007_0050_ARDYANIAN.pdf.

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Abstract:

Ce travail porte sur la caractérisation structurale et optique de couches minces d’oxyde de germanium GeOx, de multicouches GeOx/SiO2 et de l’influence du dopage à l’erbium dans des couches minces GeOx:Er. Les films ont été préparés par évaporation d’une poudre de GeO2 et dépôt sur des substrats maintenus à 100°C. Les films sont sous-stœchiométriques avec une composition égale à GeO1,5. Sous l’effet de recuits thermiques, il se produit une démixtion des films selon la réaction GeOx => GeO2 + Ge, ce qui a pour effet de générer des agrégats amorphes de germanium dans une matrice de GeO2. Les films de GeOx et les multicouches montrent, pour les températures de recuit inférieures à 400°C, une bande de photoluminescence large à 800 nm attribuée aux défauts de GeOx. Cette bande disparaît après un recuit à 400°C et une nouvelle bande attribuée aux agrégats amorphes de germanium confinés dans la matrice d’oxyde de germanium apparaît à plus basse énergie. Le dopage des films d’alliages GeOx par de l’erbium permet d’observer un signal de photoluminescence à 1,54 μm caractéristique de la transition 4I13/2 => 4I15/2 dans les ions Er3+. Il est possible de corréler l’intensité de cette bande à la présence de la bande à 800 nm dans les films dopés, ce qui suggère qu’il existe un mécanisme de transfert d’énergie entre la bande de défauts et le niveau 4I9/2 des ions erbium. Les expériences de passivation à l’hydrogène confirment cette hypothèse puisque les films passivés non dopés, qui ne présentent pas de bande à 800 nm, ne montrent pas non plus de bande à 1,54 μm lorsqu’ils sont dopés
This thesis is reporting on the structural and optical characterization of GeOx germanium oxide thin films, of GeOx/SiO2 multilayers, and of the influence of erbium doping in the GeOx:Er thin films. The samples were prepared by evaporation of GeO2 powder and deposition on substrates maintained at 100°C. The films are substoichiometric with the GeO1,5 composition. With annealing treatments, a demixtion phenomenon occurs in the films, according to the reaction GeOx => GeO2 + Ge, which corresponds to the appearance of amorphous germanium aggregates in a GeO2 matrix. For annealing temperatures less than 400°C, the GeOx thin films and the multilayers show a broad band at 800 nm attributed to defects in the GeOx film. This band disappears after a thermal treatment at 400°C and a new band appears at lower energy. This band is attributed to amorphous germanium aggregates confined in the germanium dioxide matrix. The doping of the GeOx films with erbium allows us to observe a photoluminescence signal at 1. 54 μm characteristic of the 4I13/2 => 4I15/2 transition in the Er3+ ions. It is possible to correlate the intensity of this band to the presence of the band at 800 nm in the doped films, which suggests that an energy transfer mechanism between the band of defects and the level 4I9/2 of the erbium ions. The experiments of passivation with hydrogen confirm this assumption since the passivated undoped films, which do not present any band at 800 nm, do not show either any band at 1. 54 μm when they are doped

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Garnier, Jérôme. "Elaboration de couches minces d’oxydes transparents et conducteurs par spray cvd assiste par radiation infrarouge pour applications photovoltaÏques." Paris, ENSAM, 2009. http://www.theses.fr/2009ENAM0030.

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Abstract:

Les oxydes métalliques sont des matériaux pouvant présenter la double propriété d’avoir une haute conductivité électrique et une bonne transparence dans le domaine du visible. Ils sont appelés « oxydes transparents et conducteurs », TCO. Le plus utilisé de ces matériaux est l’oxyde d’indium dopé étain (ITO). L’indium est un élément rare et cher qui avec la demande croissante de l’industrie des écrans plats en ITO, a vu son prix s’envoler. De nombreuses recherches sont basées sur le besoin de trouver un challenger. Des candidats tels que l’oxyde de zinc ou l’oxyde d’étain s'avèrent prometteurs. Pour déposer ces matériaux en couches minces, différentes techniques peuvent être utilisées. Nous avons choisi une technique appelée Spray-CVD car elle présente l’avantage d’avoir des dépôts de qualités avec la réaction de CVD et la facilité de manipulation des précurseurs avec le spray. Pour résumer, c’est une technique simple et économique. La particularité de cette étude est l’utilisation de lampes infrarouges comme chauffage de notre système. L’association de la technique de Spray-CVD et des lampes infrarouges est unique à notre connaissance. Nous avons appelé l’ensemble : IRASCVD (InfraRed Assisted Spray Chemical Vapor Deposition). Afin de déposer des couches compétitives de TCO avec notre technique, deux stratégies ont été déployées. La première consiste à la réalisation d’un réacteur expérimental de Spray-CVD au sein de notre laboratoire. Des films minces d’oxyde d’étain non dopé et dopé au fluor ont été étudiés ainsi que l’optimisation des paramètres de dépôts. Ces couches ont enfin été utilisées en tant qu’électrodes transparentes pour cellules solaires organiques. L’ensemble de cette étude a permis de valider les dépôts de TCO par IRASCVD. La deuxième partie de l’étude consiste à l’utilisation d’un réacteur R&D basé sur le même principe de Spray-CVD. Ce réacteur a permis le dépôt de films minces d’oxyde de zinc non dopé et dopé aluminium. Une attention particulière a été portée à l’influence des infrarouges sur les propriétés des TCO. Ces dépôts ont été comparés avec ceux réalisés avec un chauffage classique. Cette étude souligne l’impact des infrarouges sur les films minces de TCO
Materials like metallic oxides are both properties of electrical conductivity and good transparency in the visible range. They are called "Transparent Conductive Oxides", TCO. Nowadays, the most used of this material is the indium oxide doped with tin (ITO). Indium is scarce and expensive since the huge fiat screen industries demand on ITO, his priee is thus increasing a lot. Research is looking for a challenger like tin oxide or zinc oxide which are promising materials. Different techniques can be used to deposit such materials in thin films. We chose the method called Spray-CVD because association of good quality deposition from CVD reaction and facility to handle precursors by spray is advantageous. Thus, this technique is simple and economic. The special feature of this deposition method is used infrared lamps as heating mode. Association of Spray-CVD technique and infrared heating is unique as far as we know. We called this entire system: IRASCVD (InfraRed Assisted Spray Chemical Vapour Deposition). Two strategies are developed to deposit competitive TCO thin films with our technique. The first one consists in building an experimental reactor of Spray-CVD in our laboratory. Fluorine doped and undoped tin oxide thin films have been studied and parameters of IRASCVD reactor have been optimized. These films have been used as transparent electrodes for organic solar cells. This allows us to validate the technique of TCO deposition. The second strategy consists in using a R&D reactor based on the same principle. We deposited aluminum doped and undoped zinc oxide in this reactor. We focused our work on infrared influence on thin films properties. A comparison with films deposited with classical heating such as hot plate has been done. This study highlights infrared impact on TCO thin films

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Mejai, Najah. "Évolution microstructurale et transition de phase induites par faisceaux d’ions dans des couches minces épitaxiées d’oxydes de terres rares." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS468/document.

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Abstract:

Après dopage, les oxydes de terres rares peuvent acquérir des propriétés optiques intéressantes pour les dispositifs d’optoélectronique du futur. Ces matériaux peuvent aussi être utilisés comme absorbant neutronique dans les réacteurs nucléaires. Que ce soit pendant le processus de dopage ou en réacteur, ces oxydes sont soumis à des conditions d’irradiation aux ions intenses. Il est alors important de comprendre leur comportement dans cet environnement extrême. C’est l’objectif de cette thèse durant laquelle a été menée une étude fondamentale de matériaux modèles (couches épitaxiées assimilables à des monocristaux) sous irradiation ionique. Les principaux résultats montrent qu’un changement de phase, de cubique à monoclinique, se produit sous irradiation. Cette transition, qui n’est pas directement pilotée par l’énergie déposée par les ions, a lieu en plusieurs étapes liées à des évolutions microstructurales distinctes. Enfin, la composition joue un rôle sur le changement de structure, l’oxyde de Gadolinium étant plus rapidement transformé que l’oxyde d’Erbium
After doping, the rare earth oxides can acquire interesting optical properties for the optoelectronic devices of the future. These materials can also be used as neutron absorbers in nuclear reactors. Whether during the doping process or in the reactor, these oxides are subjected to irradiation conditions with intense ions. It is important to understand their behavior in this extreme environment. This is the objective of this thesis during which a fundamental study of model materials(epitaxial layers assimilable to single crystals)under ionic irradiation was conducted. The main results show that a phase change, from cubic to monoclinic, occurs under irradiation. This transition, which is not directly driven by the energy deposited by the ions, takes place in several stages linked to distinct microstructural evolutions. Finally, the composition plays a role in the change of structure, gadolinium oxide being more rapidly transformed than Erbium oxide

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Le, Tulzo Harold. "Exploration de procédés tout-ALD via la synthèse de couches minces à base de sulfures et d’oxydes pour l’élaboration de cellules photovoltaïques de type CIGS." Electronic Thesis or Diss., Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018PSLEC011.

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Abstract:

Ce projet s’inscrit dans le champ thématique «Production durable et énergies renouvelables » de l’ADEME et plus particulièrement dans l’axe « Production, gestion et stockage de vecteurs énergétiques issus de sources renouvelables ». Il est proposé d’utiliser les atouts de la technique de dépôt chimique en phase vapeur par flux alternés (ALD) pour la synthèse de matériaux de haute qualité pour initier des transferts vers des procédés ALD optimisés pour l’industrialisation ainsi que permettre l’élaboration de cellules tout-ALD. Soucieux de comprendre les mécanismes de croissance impliqués, faire avancer les connaissances fondamentales liées à l’ALD et afin d’optimiser au mieux le matériau au dispositif, ce projet possède également un fort caractère exploratoire. Il s’inscrit dans les grands projets de recherches communs de l’IPVF (projet II.B en particulier), et profitera directement des ressources et compétences de l’IRDEP. L’objectif de cette thèse est d’utiliser les atouts de la technique ALD pour la synthèse de matériaux pour applications dans les futures générations de cellules solaires en couches minces CIGS. Cette technique permet le dépôt de films uniformes, couvrants et d’épaisseur contrôlée à l’échelle de la monocouche dans des conditions douces. Grâce à ses caractéristiques, elle connaît un développement spectaculaire dans le domaine industriel pour la microélectronique. Dans le domaine du photovoltaïque, le contrôle à une échelle de plus en plus précise des épaisseurs et des interfaces va également dans le sens d’une utilisation accrue de l’ALD dans les années à venir. Le cœur du projet portera sur la synthèse de matériaux et l’ingénierie fine des interfaces pour à la fois l’intégration dans des dispositifs CIGS, mais aussi l’élaboration de cellules tout-ALD. Le doctorant devra non seulement prendre en main un réacteur de dépôt ALD nouveau au laboratoire, mais surtout mettre à profit ses fonctionnalités pour la synthèse de matériaux par l’utilisation de précurseurs chimiques innovants. En parallèle, il utilisera un autre réacteur ALD équipé d’une assistance plasma qui permettra de diversifier les réactivités et le travail d’optimisation des interfaces. La compréhension des mécanismes réactionnels mises en jeu via des études in-situ (dont deux outils seront implémentés par le doctorant durant ce projet) et les caractérisations des matériaux synthétisés (DRX, MEB/EDX, transmission optique, ...) sera primordiale. En effet, cette dernière combinée à une stratégie adaptée de design des molécules permettront la synthèse de nouveaux matériaux de compositions et structures bien définies et des ingénieries d’interface à l’échelle de la monocouche atomique. Enfin, ces matériaux seront directement intégrés aux cellules CIGS, et testés pour valider les concepts et permettre le développement de dispositifs photovoltaïques plus performants et plus économes en matériau. Ils seront par ailleurs les composants fondamentaux d’une première cellule CIGS tout-ALD
The goal of this doctoral research project is to use the advantages of the ALD (Atomic Layer Deposition) technique for the synthesis of innovative materials to be used in the future generations of CIGS thin film solar cells. ALD technique allows the deposition in smooth conditions (low temperature, mbar pressure level) of conformal and uniform films, with a high control of the thickness at the atomic layer scale. Due its unique features, it is now widely applied in the field of microelectronics. In photovoltaics, the need to control at smaller scale and more accurately the thickness and the interfaces of the films implies a wide development of ALD in the next years. The main focus of this project is the synthesis of new materials with a fine interface engineering that will be integrated in CIGS devices and allows the elaboration of all-ALD solar cell. The doctoral candidate will pilot a new ALD reactor, and use its new functionalities to synthesize materials from innovative chemical precursors. In parallel, a second ALD reactor equipped with a plasma module will give access to other reactivities and allow further optimization of the interfaces. Understanding the reaction mechanisms involved via in-situ studies (for which two new analytical tools will be implemented by the student during the project) and materials characterization (XRD, SEM/EDX, optical transmission ...) will be compulsory for the success of this project. Finally, those materials will be integrated in CIGS devices, and tested to validate new concepts and allow the development of more efficient photovoltaic devices with reduced cost of atoms. In addition to this, they will be the building blocks of a first all-ALD solar cell

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Duchatelet, Aurélien. "Synthèse de couches minces de Cu(In,Ga)Se2 pour cellules solaires par électrodépôt d’oxydes mixtes de cuivre-indium-gallium." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10163/document.

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Abstract:

Les cellules solaires en couches minces à base de Cu(In,Ga)Se2 peuvent atteindre des rendements de conversion supérieurs à 20 % par un procédé de dépôt sous vide. Afin de diminuer les coûts de production, d’autres méthodes de dépôts sont envisagées. L’une d’elle, déjà développée à l’échelle industrielle, consiste à électrodéposer Cu, In et Ga successivement sur un substrat de molybdène, puis à sélénier la couche par traitement thermique réactif. L’alternative étudiée dans ce travail consiste à tirer partie de l’affinité de l’indium et du gallium pour l’oxygène en électrodéposant les trois éléments simultanément sous forme d’oxydes, puis à les réduire par recuit. Le mécanisme de dépôt est étudié par voltampérométrie et chronoampérométrie. Celui-ci est basé sur une augmentation locale du pH par réduction d’ions nitrates, permettant la précipitation des oxydes/hydroxydes de Cu, In et Ga. Les conditions d’électrodépôt sont optimisées et les dépôts sont caractérisés. La réduction des dépôts d’oxydes par recuit est ensuite étudiée sous atmosphère d’hydrogène dilué dans un gaz inerte. La cinétique de réduction de l’oxyde de Ga est très lente et les conditions de recuit mises au point conduisent à la formation de la phase GaMo3, en plus des phases Cu-In-Ga attendues. La sélénisation à 550°C conduit à la formation de CuInSe2 et à la ségrégation de Ga vers la face arrière de la cellule. Les premiers résultats de cellules obtenues par ce procédé ont donné un rendement de conversion maximal de 9,4 %. Un procédé de sélénisation en plusieurs étapes est développé et permet une meilleure homogénéisation du Ga dans la couche
Thin film solar cells based on Cu(In,Ga)Se2 can reach conversion efficiency higher than 20 % by vacuum deposition techniques. In order to decrease the production costs, other techniques are considered. One of them, already developed at the industrial level, consists in the electrodeposition of Cu, In and Ga by stacks on a molybdenum substrate, and then to selenize the layer by reactive thermal treatment. The alternative way developed in this work consists in taking advantage of the strong affinity of indium and gallium for oxygen by electrodeposition of the three elements as oxides, then to reduce the layer by reactive annealing. The electrodeposition mechanism is studied by voltamperometry and chronoamperometry. It is based on a local pH increase at the electrode surface by nitrate reduction that enables copper, indium and gallium oxides/hydroxides precipitation. Electrodeposition conditions are optimized and deposits are characterized. The reduction of the oxide layer by annealing is then studied under hydrogen atmosphere diluted in an inert gas. The reduction kinetic of gallium oxide is very slow and the optimized annealing conditions lead to the formation of GaMo3 phase in addition to the expected Cu-In-Ga alloys. The selenization at 550°C leads to the formation of CuInSe2 and the segregation of Ga near the cell back contact. First cell results obtained by this process show conversion efficiency up to 9.4%. A multi-step selenization process is developed and enables a better Ga homogeneity in the layer

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Peperstraete, Yoann. "Etude par spectroscopie infrarouge de films minces d’oxydes fonctionnels intégrés sur silicium : apport des modélisations ab initio." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLS148/document.

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Abstract:

Le PbZr₁₋ₓTiₓO₃ (PZT) est une pérovskite mixte possédant de nombreuses propriétés, dont certaines sont déjà utilisées dans l’industrie, ce qui en fait un matériau encore très étudié à l’heure actuelle, malgré la toxicité du plomb et de ses oxydes. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la spectroscopie d’absorption IR de ce composé, tant au niveau expérimental que théorique. Nous avons donc réalisé des modélisations, via le code de calcul CRYSTAL basé sur les méthodes de Combinaison Linéaire d’Orbitales Atomiques et de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (LCAO-DFT) périodique, afin d’aider à l’interprétation des spectres expérimentaux réalisés sur la ligne AILES du synchrotron SOLEIL. Dans ce but, nous avons commencé par modéliser les composés de base du PZT : le PbTiO₃ (PT) et le PbZrO₃ (PZ). Nos résultats reproduisant très bien les données de la littérature sur ces deux composés, nous avons pu faire une analyse fine de leur spectre d’absorption IR. D’autre part, leur modélisation nous a permis de déterminer des paramètres de calcul transférables (base et fonctionnelle notamment) et de les appliquer sur le PZT en utilisant la méthode de la supermaille, couplée à une analyse statistique. Les résultats obtenus sont prometteurs pour l’interprétation, car tout à fait comparables aux spectres expérimentaux. Afin de nous rapprocher au mieux du cristal réel de PT, nous nous sommes intéressés à la modélisation de couches ultraminces et de lacunes d’oxygène, dans le but de voir leur effet sur le spectre d’absorption IR du PT
PbZr₁₋ₓTiₓO₃ (PZT) is a complex perovskite that has many properties, some of which are already used industrially. Thus, in spite of the toxicity of lead and its oxides, this material is still under extensive investigation. In this thesis, we are interested of both experimental and theoretical IR absorption spectroscopy of this compound. To do so, we used the CRYSTAL code, based on the Linear Combination of Atomic Orbitals method and periodic Density Functional Theory (LCAO-DFT) in order to facilitate the interpretation of experimental spectra, recorded on the AILES beamline of synchrotron SOLEIL. In this goal, we first studied the two building blocks of PZT: PbTiO₃ (PT) and PbZrO₃ (PZ). Our results are in very good agreement with what has already been done in the literature. We, thus, could carry out a precise interpretation of their absorbance spectra. Moreover, transferable parameters (in particular the basis set and the functional) have been determined and used to study PZT. The supercell method, coupled with a statistical analysis, provided promising results, comparable with experimental data and, thus, helpful for their interpretation. In order to make a step towards the real PT crystal, we started the simulation of ultrathin films and oxygen vacancies to investigate their effects on the IR absorption spectrum

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Hild, Florent. "Étude de la structure et des propriétés optiques de couches minces d’oxydes d’étain dopés avec des terres rares (Ce, Tb, Yb)." Thesis, Université de Lorraine, 2016. http://www.theses.fr/2016LORR0294/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne l’élaboration et la caractérisation structurale de couches minces d’oxyde d’étain dopées avec des terres rares ainsi que l’étude de leurs propriétés de photoluminescence. Les couches sont dopées avec du cérium, du terbium ou de l’ytterbium. Les films sont élaborés par évaporation sous vide d’une poudre de SnO2 sur un substrat de silicium monocristallin, et nécessitent un recuit post-dépôt à 600°C à l’air pour cristalliser en phase SnO2 de type rutile. Dans une première partie du travail a consisté caractériser le matériau non dopé. La caractérisation microstructurale a révélé qu’une oxydation du substrat conduisant à une réaction entre l’oxyde d’étain et le silicium avait lieu, conduisant à une microstructure complexe. Afin de limiter les interactions chimiques, des substrats recouverts de silice thermique ont également été utilisées. Les films non dopés présentent des propriétés de luminescence, mise en évidence et discutées en lien avec la microstructure. Pour les films dopés, l’étude structurale a mis en évidence la cristallisation d’une seconde phase de SnO2 de type orthorhombique. Une étude approfondie en STEM-EELS a permis de localiser les ions de terre rare dans la couche. Enfin les propriétés de luminescence des terres rares ont été étudiées en fonction de leur concentration dans le film et de la température de recuit. Après des recuits à 700°C, les couches dopées au Tb émettent intensément dans le vert à température ambiante, ce qui pourrait être intéressant pour le développement de diodes vertes à base de SnO2
This thesis concerns the structural characterization and the photoluminescence properties of tin oxide thin films doped with rare earths. The films are doped with cerium, terbium and ytterbium. The films were obtained by evaporation of SnO2 on silicon substrates. The as-deposited films were sub-stoichiometric and the films were then annealed in air at 600°C to reach rutile phase. The microstructural study reveals a substrate oxidation leading to a chemical reaction between tin oxide and silicon, and a complex microstructure. To limit the chemical interaction during annealing, silicon substrate coated with thermal silica were used. Undoped films show a broad luminescent band, which is discussed and linked with the microstructure. On the other hand, the structural study of doped films demonstrated the crystallization of a second phase of SnO2, which is orthorhombic. A STEM-EELS study allow to localize the rare earths ions in the films. Finally, the luminescence properties of the rare earths were study with respect to their concentration and the temperature of annealing. After annealing at 700°C, the Tb-doped films emit intensively in the green region, which might be of interest for the development of SnO2-based green light emitting diodes

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Li, Qiran. "Développement de matériaux d’électrodes à base d’oxydes complexes pour des dispositifs de fortes capacitances." Caen, 2013. http://www.theses.fr/2013CAEN2019.

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Abstract:

Le projet du développement de matériaux d’électrodes pour des dispositifs de fortes capacitances a pour but de trouver des possibilités pour renforcer la capacitance géométrique des condensateurs afin de minimiser la taille des dispositifs passifs dans la microélectronique. Actuellement, le développement industriel pour l’augmentation de la capacitance surfacique est focalisé sur le matériau diélectrique ou la forme du condensateur. Cependant, il existe une solution alternative d’utiliser des propriétés électroniques spécifiques du matériau d’électrode : des gaz d’électrons bidimensionnelles ou encore les systèmes fortement corrélés peuvent également jouer un rôle très important sur la capacitance. Premièrement, la synthèse et la caractérisation d’une couche ultramince de SrVO3 entre deux couches de LaVO3 sont décrites. Les couches minces confinées de SrVO3 ont présenté des propriétés de transport d’un bon conducteur avec des corrélations électron-électron et des caractéristiques d’une dimension réduite en dessous d’une épaisseur de quelques mailles. La réalisation et caractérisation des condensateurs à base de LaVO3/ SrVO3 sont également présentées. Une deuxième partie s’est focalisée d’abord sur l’étude de couche mince de LaNiO3, un système fortement corrélé, pour optimiser leur comportement résistive. Des condensateurs à base de LaAlO3/LaNiO3 ont montré des capacitances plus élevés (2 à 2. 5 fois) ou encore plus faibles par rapport la capacitance géométrique en fonction des électrodes utilisées. Cette modification de la capacitance à base des matériaux d’électrodes n’a pas été encore démontrée dans d’autres systèmes similaires
The aim of the project of the development of electrode materials for devices of high capacitance is to enhance the geometric capacitance of a capacitor by the careful choice of electrode materials and thus to minimize the size of the passive devices in microelectronics. Nowadays, most of the efforts have been made on the development of the dielectric material and the structure of the capacitors to improve the performance of the latter. However, an alternative method for capacitance enhancement is to choose a specific electrode material, such as a 2D electron gas or a strongly correlated system. In this thesis, firstly the synthesis and characterization of an ultrathin film of SrVO3 buried between two LaVO3 films are described. The buried SrVO3 films show good conducting properties with strong electron-electron correlations and, for a thickness of only some unit cells, the characteristics of reduced dimensions. The study of capacitors based on LaVO3/SrVO3 is also presented. The second part is firstly devoted to the study of LaNiO3 thin films, a strongly correlated system, optimizing their conduction performance. Capacitors based on LaAlO3/LaNiO3 presented both enhanced (2 to 2. 5 times) and reduced capacitance values compared to the geometric ones, depending on the types of applied electrodes. These effects have not been identified yet in other similar systems, and demonstrate the importance of the electrode properties on the capacitance

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Hamze, Hassan. "Dépôt d’oxydes métalliques sur verre par plasma froid à pression atmosphérique." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10027.

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Abstract:

L'objectif de cette thèse est de développer et étudier des dépôts d’oxydes métalliques minces à base de Silicium et d’Etain par un plasma froid à pression atmosphérique, afin de conférer des propriétés spécifiques à des substrats en verre et afin de trouver des alternatives écologiques à certains procédés actuellement utilisés par les verriers. Cette recherche se divise en trois parties: la première partie consiste à déposer à partir d’Hexaméthyldisilane et d’Hexaméthyldisiloxane des couches minces de SiO2/SiOxCy sur du verre sodocalcique afin d’améliorer sa résistance à la rupture. La seconde partie consiste à déposer une couche mince de SnO2 sur du verre fluorosilicate à partir de Tetrabutylétain et d’Oxyde de Tributylétain pour trouver une alternative écologique au dépôt à chaud actuellement utilisé. Enfin, ces dépôts à base de silicium et d’étain seront utilisés dans la troisième partie afin de lutter contre le phénomène de sudation de surface des verres fluorosilicates. En parallèle, les propriétés physicochimiques de ces couches minces seront caractérisées avec des technologies avancées afin de les optimiser
The objective of this thesis is to develop and characterize the deposition of thin metal oxides based on silicon and tin by an atmospheric pressure cold plasma to improve properties of glass materials and find an ecological alternative to existing processes. This research is divided into three main parts: the first part consists in depositing from Hexamethyldisilan and Hexamethyldisiloxan thin films of SiO2/SiOxCy on soda-lime glass to improve its mechanical strength. The second part consists in depositing a thin layer of SnO2 on fluorosilicate glass from Tetrabutyltin and Tributyltin Oxide to develop an environmental friendly alternative to the current chemical vapor deposition process used in glass industry. Finally, the silicium and tin based deposits obtained are used in the third part to stop corrosion surface of fluorosilicate glasses. In parallel, the physicochemical properties of these thin films will be characterized with advanced technologies in order to optimize the deposits

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Jullien, Maud. "Synthèse et caractérisation de films minces d’oxydes pour le développement d’un système électrochrome "tout céramique"." Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2011. http://www.theses.fr/2011INPL069N/document.

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Abstract:

Les systèmes électrochromes suscitent un intérêt croissant dû au fait qu’ils permettent un contrôle des propriétés optiques dans le domaine du visible et du proche infrarouge.Lors d’une précédente étude, la synthèse d’électrolytes NaSICon (Na+ SuperIonicConductor) a été réalisée. Il est alors possible de développer des systèmes électrochromes « tout céramique » à mouvement de sodium par pulvérisation cathodique. Ce travail de thèse, s’articule autour de deux axes :Le premier concerne le développement de la contre-électrode du dispositif. Des films minces ont été synthétisés dans le système Na-W-O par pulvérisation de cibles Na2WO4. Le réglage de la pression de travail permet un contrôle du rapport Na/W. Il est alors possible de synthétiser des films nanocristallisés de NaxWO3+. Des caractérisations électrochimiques par voltampérométrie cyclique ont démontré la possibilité d’y insérer réversiblement du sodium. Il est alors envisageable d’utiliser ces composés comme couche électrochrome, et d’utiliser des films de WO3 épais comme contre-électrode.Le deuxième volet est l’étude d’électrodes conductrices transparentes d’oxyde de zinc dopé à l’aluminium (ZnO:Al). De fortes variations des propriétés de conduction électronique ont été observées. Les films les plus résistifs présentent une augmentation du paramètre c de la maille, et une faible mobilité des porteurs de charges en cohérence avec la présence de lacunes de zinc et une sur-stoechiométrie en oxygène. De plus, la structure électronique des films montre l’existence de deux coordinations différentes des atomes d’aluminium vis-à-vis de l’oxygène. Ces analyses suggèrent la formation d’une structure homologue (ZnO)mAl2O3
Electrochromic systems are currently attracting increasing interest because they allow control of optical properties in the visible and near infrared. In a previous study, NaSICon (Na+ Super Ionic Conductor) electrolytes were synthesized as thin films by physical vapour deposition. It is therefore possible to develop an “all-ceramic” electrochromic system with sodium movement synthesized by magnetron sputtering. This work focuses on two resaerch areas:The first part concerns the development of the device’s counter electrode. Thin films were synthesized in the Na-W-O system by sputtering Na2WO4 targets. Adjustment of the work pressure allows the control of the Na/W ratio. Indeed, it is possible to synthesize nanocrystallized films of NaxWO3+ with x<1Electrochemical characterizations by voltamperometry showed the possibility to insert reversibly sodium. It is possible to use these compounds as electrochromic layer, and to use thick films of WO3 as counter electrode. The second part is the study of transparent conductive electrodes of aluminium doped zinc oxide (ZnO : Al). Strong variations of electronic conduction were observed. The most resistive films show on one hand an increase of the parameter c of the cell, and also a low mobility of charge carriers (optical measurements) consistent with the presence of zinc vacancies and oxygen over-stoichiometry. In addition the electronic structure of films, probed by XANES spectroscopy, shows the existence of two different coordinations of the aluminum atoms with oxygen. These observations suggest deterioration in the conductivity by the formation of a homologous structure (ZnO) mAl2O3

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Elisabeth, Stéphane. "Élaboration de couches minces diélectriques d’oxydes de titane et de silicium à forte permittivité et indice optique par procédé plasma PECVD basse pression." Nantes, 2015. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=7e02e9c6-eea3-4b64-aeda-81caa1c7c185.

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Abstract:

Cette thèse est consacrée à l’élaboration de matériaux diélectriques à basse pression (0,4 mbar) et basse température (<100 °C), sur silicium, par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma RF (PECVD) à couplage inductif (ICP) en modes continu, puissance plasma pulsée et injection pulsée des précurseurs. Les diélectriques étudiés sont des oxydes à base de titane et de silicium (TiO2 et TiSiO) déposés dans des plasmas O2 à forte dilution des précurseurs de titane (TiPT, tetraisopropoxyde de titane) et/ou de silicium (HMDSO, hexaméthyldisiloxane). Une première partie est dédiée à l’étude des couches minces d’oxyde mixte de TixSi1-xO2 aux propriétés modulables. En fonction du débit de précurseurs, une large gamme d’oxydes (x=0,1 à 0,82) est accessible, d’indice optique ajustable de 1,45 (SiO2) à 2,5 (TiO2). La composition des films, la morphologie et les propriétés optiques ont été déterminées respectivement par analyses XPS, microscopies (MEB et MET) et ellipsométrie. Les couches de TiO2 sont fortement cristallisées alors que celles de TiSiO sont amorphes et non colonnaires pour x < 0,53. Les propriétés électriques des couches TixSi1-xO2, évaluées par C(V) et I(V) à 1MHz, semblent intéressantes pour la réalisation de capacité MIM : permittivité, k=7 ; courant de fuite <10-6 A. Cm-2 @2,5MV. Cm-1) pour x=0,33. La deuxième partie explore deux nouveaux modes de dépôt : puissance RF pulsée et injection pulsée des précurseurs. Le premier mode permet de réduire la température de dépôt à 50°C tout en conservant de l’anatase à forte activité photocatalytique dans le TiO2. Le second mode permet de créer des nanoempilements d’oxydes de composition différente
This work is devoted to the synthesis of dielectrics material at low pressure (0. 4 mbar) and low temperature (<100°C), on silicon substrate, by inductively coupled plasma enhanced chemical vapour deposition (ICPPECVD) in continuous, pulsed power and pulsed precursor injection mode. The studied dielectrics are silicon and titanium based oxides (TiO2 and TiSiO) deposited by O2 plasma with high diluted rate precursor for titanium (TTIP, titanium tetraisopropoxide) and/or silicon (HMDSO, hexamethyldisiloxane). The first part is mainly focused on the study of mixed oxide thin films TixSi1-xO2 with adjustable properties. Versus precursor flow rate, a wide range of oxide TixSi1-xO2 (x=0. 1 à 0. 82) is reachable with variable optical index from 1. 45 (SiO2) to 2. 5 (TiO2). The composition of the films, the morphology and the optical properties was determined respectively from XPS analysis, microscopy (SEM and TEM) and ellipsometry. TiO2 thin films are highly crystallised whereas TiSiO thin films are amorphous and non-columnar for x<0. 53. Electrical properties of TixSi1-xO2 thin films, evaluated by C(V) and I(V), seems to be interested for MIM capacitor fabrication : high permittivity, k=7 with low leakage current <10-6 A. Cm-2 @2. 5MV. Cm-1. The second part explore two new deposition mode: pulsed RF power and pulsed precursor injection. The first mode allows us to reduce the deposition temperature at 50 °C while keeping anatase phase with high photocatalysis activity. The second mode allows us to create nanostacked oxide with different composition

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Geiskopf, Sébastien. "Étude de la structure et des propriétés optiques d’alliages de SiP et de films minces d’oxydes de silicium riches en phosphore." Thesis, Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0024/document.

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Abstract:

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 stœchiométrie du composé SiP2. Les propriétés vibrationnelles sont en excellent accord avec des calculs DFT pour l’alliage SiP2
This thesis concerns the study of the structural and optical properties of SiP and phosphorus rich silicon oxide thin films. In phosphorus rich Si films annealed at 1100˚C, the formation of SiP crystallites coexisting with Si polycrystals is observed. SiP, which crystallizes in an orthorhombic structure, is a lamellar material which is of potential interest for the development of new 2D materials. The vibrational characterizations are in good agreement with DFT calculations for the SiP alloy. Photoluminescence measurements further suggest that SiP is an indirect bandgap semiconductor with a gap of 1.5 eV. In the case of phosphorus-rich silicon oxide thin films, the structural and optical properties are studied over a wide range of phosphorus concentrations. The photoluminescence intensity of Si nanocrystals follows a complex evolution as the amount of phosphorus increases. For low phosphorus contents, the photoluminescence intensity increases which is interpreted by an increase in the density of nanocrystals and by a passivation effect by phosphorus of the electronic states located at the nanocrystal/matrix interface. Photoluminescence measurements at low temperatures revealed a phosphor-related electronic state located at 0.6 eV below the Si nanocrystal conduction band. This result shows the possibility to incorporate electrically active phosphorus atoms into Si nanocrystals. For phosphorus contents higher than 0.3 at.%, the photoluminescence intensity of Si nanocrystals decreases and then disappears completely. This is related on the one hand to the formation of Si nanocrystals having sizes larger than the exciton Bohr radius in Si (i.e. 5 nm) and on the other hand to the formation of SiP2 nanoparticles crystallizing in an orthorhombic structure. For phosphorus contents above 3 at.%, only SiP2 nanoparticles are observed in the films. The spectroscopies associated with transmission electron microscopy confirm the stoichiometry of the SiP2 compound. The vibrational properties are in excellent agreement with DFT calculations for the SiP2 alloy

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Guillaumont, Marc. "Variantes d’oxydes de métaux de transition : relations entre structure, transport et performances bolométriques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAI022.

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Abstract:

La détection infrarouge, autrefois réservée aux applications militaires et spatiales, connait depuis une dizaine d’années une mutation importante et s’ouvre de plus en plus vers des marchés "grand public". Cette démocratisation est principalement liée aux développements rapides que connaissent les technologies utilisant des bolomètres "non refroidis", qui profitent de leurs compatibilités avec les filières de la microélectronique.La technologie utilisée au CEA/LETI repose sur l’utilisation d’un matériau thermomètre à base de silicium amorphe (également noté "a-Si"). Ce dernier comporte de nombreux avantages dont, principalement, son excellente compatibilité avec les outils "classiques" de la microélectronique. Cependant, l’intégration d’un matériau thermomètre plus performant que le a-Si est nécessaire pour répondre aux défis à venir.Conscient de l’importance de cette problématique "matériau" le laboratoire CEA/LETI développe depuis plusieurs années des matériaux à base d’oxydes de métaux de transition déposés en couches minces.Cette étude s’appuie sur l’ensemble des variantes d’oxydes de métaux de transition étudié dans ce cadre. Cette palette de matériaux, qui se sont révélés très différents dans leur structure et, corrélativement, les mesures de transport dans chacun de ces types, nous ont permis de relier structure et mécanismes de conduction spécifiques à chacun. Une attention particulière a été portée aux mesures de TCR, ou « Temperature Coefficient of Resistance », (facteur à maximiser) et de bruit en 1/f (source de bruit à minimiser), les deux paramètres de choix pour le matériau thermistor.Des grandes tendances qui pilotent la performance d’un matériau thermistor pour la bolométrie ont pu être déduites de ces investigations. Les travaux présentés dans cette thèse permettent d’évaluer le potentiel de tel ou tel compétiteur avant d’en entreprendre le développement
InfraRed detection, formerly reserved to defense and spatial applications, is currently undergoing deep changes which open new opportunities. Uncooled microbolometer technologies, compatible with classical semiconductors processes, are now able to produce low cost thermal imagers and this will open the door to customer markets in a close future.The technology developed in the CEA/LETI laboratory use the amorphous silicon (noted "a-Si") as the thermistor material. This material has many advantages, in particular, its excellent compatibility with the classical tools used in microelectronic industry. However, better performance in the thermistor material is still needed to address future applications.To handle this challenge, CEA/LETI laboratory is currently developing thermistors made of transition metal oxides thin films. The study presented hereby is based on various transition metal oxides samples deposited in the CEA/LETI Laboratory.Characterization of the structure and the electronic transport for each of these samples allowed us to put in evidence correlations between microscopic structure and conduction mechanisms. Two main figures of merit impacting the overall material performance were investigated : the TCR, Temperature Coefficient of Resistance (which must be maximized) and the 1/f noise (which must be minimized).Finally we conclude this work by highlighting majors outlines governing the performance of a thermistor

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Sun, Hui. "Synthèse par co-pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive et caractérisation de revêtements d’oxydes conducteurs transparents à base de CuCrO2 de structure délafossite." Thesis, Belfort-Montbéliard, 2016. http://www.theses.fr/2016BELF0292/document.

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Abstract:

Les TCOs (Transparent Conductive Oxide) trouvent des applications dans de nombreux domaines s'étendant del'électrochromie au photovoltaique en passant par l'opto-électronique. Parmi les matériaux historiques, les TCOs detype n font l'objet d'une littérature abondante tandis que les TCO de type p sont quant à eux étudiés de façon plusconfidentielle mais commencent à susciter un engouement, notamment dans l'objectif de jonctions p-ntransparentes.Sur la base de la théorie de la méthode de modulation chimique de bande de valence, le composé CuCrO2 destructure délafossite est considéré comme un candidat intéressant de TCO de type p. L'objectif de ces travaux estd'élaborer des films minces à base de CuCrO2 avec une transmittance optique acceptable et une conductivitéélectrique de type p élevée afin de envisager la possibilité de fabrication des jonctions p-n transparents pourdiverses applications.Dans ce travail, les films CuCrO2 ont été déposés par co pulvérisation cathodique magnétron en condition réactiveà partir de cibles métalliques. Une substitution partielle de Cr par Mg a ensuite été effectuée et l'influence del'épaisseur du film CuCrO2 :Mg sur ses propriétés optoélectroniques a été étudiée. Enfin, des revêtementsd'architecture sandwich CuCrO2 :Mg/Ag/CuCrO2 :Mg ont été élaborés en faisant varier le temps de dépôt de lacouche intermédiaire d'argent afin d'améliorer les performances optoélectroniques des films
Transparent conductive oxides (TCOs) can be widely used in various domains from electrochromics to photovoltaicsowing to their unique optoelectronic properties. During the history of the development of TCOs, most attention hasbeen focused on n-type TCOs, while p-type TCOs have made slow progress. Recently, the studies on p-type TCOsraised many interest especially due to their potential application in the fabrication of transparent p-n junctions.Based on the theory of chemical method of valance band, CuCrO2 compound with delafossite structure isconsidered as an interesting candidate for p-type TCOs. The objective of this work is to synthesize CuCrO2-basedthin films with acceptable optical transmittance and high p-type electrical conductivity in order to explore thepossibility of fabrication of transparent p-n junctions for various applications.In this work, CuCrO2 films were deposited by reactive sputtering from metallic targets. Then, partial Cr substitutionby Mg was performed into CuCrO2 films and the influence of the films thickness on its optoelectronic properties wasstudied. Finally, sandwich architectural coatings of CuCrO2 :Mg/Ag/CuCrO2 :Mg were designed in order to improvethe films optoelectronic performances

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Xia, Bingbing. "The growth and application of thin films grown by Atomic Layer Deposition (ALD)." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS576.

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Abstract:

Nous avons étudié les mécanismes de croissance du dépôt atomique couche par couche (ALD) de films minces de ZnO, TiO2, Al2O3 et HfO2, en particulier en utilisant le traçage isotopique stable en conjonction avec les techniques d'analyse par faisceau d'ions isotopiquement sensibles, à savoir, la Spectrométrie de rétrodiffusion de Rutherford (RBS), l’analyse de détection de recul élastique (ERDA) et l’analyse de réaction nucléaire (NRA). En utilisant des précurseurs ALD marqués au deutérium, isotope rare, nous distinguons l'origine des éléments bruts et des impuretés dans chacun des films - de l'un ou l'autre des précurseurs, ou des gaz résiduels dans la chambre de réaction. Les contributions relatives sont suivies en fonction de la température de dépôt, du bas vers le haut de la fenêtre de température ALD. Nous avons constaté que la structure de surface du film pouvait être lisse ou rugueuse selon les matériaux déposés. En faisant croître différents couples de films A-sur-B ou B-sur-A, dans des précurseurs différemment marqués, nous avons mis en évidence le rôle de la molécule d'eau dans le mécanisme de croissance multicouche, et avons pu observer la diffusion atomique de H et D dans le système multicouche. Dans un système multicouche, nous avons développé un prototype de structure sandwich qui facilite le transport des ions protons lorsque le film multicouche est polarisé électriquement dans un électrolyte acide également enrichi en deutérium ou utilisant des acides marqués au deutérium, dans des conditions pertinentes pour le fonctionnement des batteries proton-ion (PIB)
We have studied the Atomic Layer Deposition (ALD) growth mechanisms of ZnO, TiO2, Al2O3 and HfO2 thin films, in particular using stable isotopic tracing in conjunction with the isotopically sensitive ion beam analysis techniques Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) and Nuclear Reaction Analysis (NRA). By using ALD precursors labelled in rare isotope deuterium we distinguish the origin of the bulk and impurity elements in each of the films - from one or other of the precursors, or from residual gases in the reaction chamber. The relative contributions are followed as a function of deposition temperature, from below to above the ALD temperature window. We show by NRA determination of carbon in the films that there is a narrower temperature range, within the ALD window, for which residual contaminants are minimized. We found that the film surface structure could be smooth or rough depending on the grown materials. By growing different couples of films A-on-B or B-on-A, in differently labelled precursors, we highlight the role of the water molecule in the multilayer growth mechanism, and could observe the H and D atomic diffusion in the multilayer system. In the TiO2/ZnO multilayer system, we developed a prototype sandwich structure that facilitates proton ion transport when the multilayer film is electrically polarized in an acid electrolyte also enriched in deuterium or using deuterium labelled acids, under conditions relevant to the operation of proton ion batteries (PIB). The depth distributions of H and D established in this system by ERDA showed fast galvanostatic proton insertion and extraction. We have studied the Atomic Layer Deposition (ALD) growth mechanisms of ZnO, TiO2, Al2O3 and HfO2 thin films, in particular using stable isotopic tracing in conjunction with the isotopically sensitive ion beam analysis techniques Rutherford Backscattering Spectrometry (RBS), Elastic Recoil Detection Analysis (ERDA) and Nuclear Reaction Analysis (NRA). By using ALD precursors labelled in rare isotope deuterium we distinguish the origin of the bulk and impurity elements in each of the films - from one or other of the precursors, or from residual gases in the reaction chamber. The relative contributions are followed as a function of deposition temperature, from below to above the ALD temperature window. We show by NRA determination of carbon in the films that there is a narrower temperature range, within the ALD window, for which residual contaminants are minimized. We found that the film surface structure could be smooth or rough depending on the grown materials. By growing different couples of films A-on-B or B-on-A, in differently labelled precursors, we highlight the role of the water molecule in the multilayer growth mechanism, and could observe the H and D atomic diffusion in the multilayer system. In the TiO2/ZnO multilayer system, we developed a prototype sandwich structure that facilitates proton ion transport when the multilayer film is electrically polarized in an acid electrolyte also enriched in deuterium or using deuterium labelled acids, under conditions relevant to the operation of proton ion batteries (PIB). The depth distributions of H and D established in this system by ERDA showed fast galvanostatic proton insertion and extraction

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Bouhani, Hamza. "Couches minces à base d’oxyde multiferroïque appliquées à la réfrigération magnétique." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0131.

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Abstract:

L’énergie est indispensable pour l’homme dans la vie quotidienne et essentielle à la croissance économique et au progrès du développement dans les secteurs industriels. Les sources d’énergie mondiales proviennent principalement de ressources fossiles (pétrole, charbons, gaz) qui sont la principale source de pollution atmosphérique locale et l’émetteur des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone (CO2), responsable en grande partie de l’appauvrissement de la couche d’ozone. Dans le contexte de la pénurie actuelle de ces ressources en raison de l’augmentation continue de la demande d’énergie et alors que les réserves fossiles finiront par s’épuiser, la découverte et le développement d’une technologie à faible émission de carbone deviennent critiques avec la nécessité de décarboniser et réduire notre dépendance aux combustibles fossiles. Une de ces technologies est la réfrigération magnétique basée sur l’effet magnétocalorique (MCE). Au cours de cette thèse, nous avons étudié les propriétés magnétiques et magnétocaloriques des films minces d’oxydes fortement corrélés à structure pérovskite déposés par ablation laser pour les applications de la réfrigération magnétique. Les résultats obtenus montrent que les propriétés magnétiques et magnétocaloriques de composés PrVO3 peuvent être facilement modulées en utilisant l’approche des couches minces. En particulier, le champ magnétique coercitif a considérablement diminué faisant à partir du composé PVO un aimant presque doux dans la région où l’entropie magnétique est libérée ainsi qu’une augmentation considérable de l’aimantation de saturation. En conséquence, un effet magnétocalorique géant est présentée par les films minces de PVO déposés sur un substrat de LSAT à basse température montrant l’impact de l’effet des contraintes épitaxiales. D’autre part, les calculs DFT ont confirmé l’état fondamental et la compétition entre les interactions magnétiques sous contraintes de compression dans PVO films minces. Notre résultat suggère non seulement que les couches minces épitaxiales de PVO sont potentielles pour la réfrigération aux températures cryogéniques mais peuvent également ouvrir la voie à créer de nombreuses nouvelles fonctionnalités dans les oxydes perovskite par le contrôle des aspects structurels. Les mécanismes menant à l’effet magnétocalorique anisotropique géant observé dans les monocristaux du HoMn2O5 sont également étudiés. Les calculs DFT et la simulation de Monte Carlo nous ont permis d’explorer le rôle des ions d’Holmium en tant que principal contributeur au MCE ainsi que l’importance des propriétés anisotropes intrinsèques comme moyen prometteur d’optimiser l’EMC pour l’application de la réfrigération magnétique à basse température ainsi que la mise en œuvre de réfrigérateurs magnétiques rotatifs compacts et efficaces
Energy is essential for humans in everyday life and critical to economic growth and developement progress in industrial sectors. The global energy sources are mostly from fossil resources (e.g oil, coals, gas) being dominant source of local air pollution and emitter of the most dangerous green house gases such as carbon dioxide (CO2), largely responsible for the ozone layer depletion. In the context of the current shortage of those ressources due to the continuously increase in demands in energy and while fossil reserves will eventually run out, the discovery and development of a low-carbon technologies become critical with the need to decarbonise and reduce our dependency to fossil fuels. One of theses technologies is the magnetic refrigeration based on the magnetocaloric effect (MCE). In this thesis, we have investigated the magnetic and magnetocaloric properties of strongly correlated oxides thin films grown by pulsed laser deposition in view of their portential application in magnetic cooling. The obtained results reveal that the magnetic and magnetocaloric properties of PrVO3 (PVO) compounds can be easy tailored by using the thin films approach. Particularly, the coercive magnetic field was dramatically decreased making from the PVO compound a nearly soft magnet in the region where the magnetic entropy change is released as well as a considerable increase in saturation magnetization. Accordingly, a giant magnetocaloric effect is exhibited by PVO thin films grown on LSAT substrate at low temperatures showing the great impact of strain effects. This finding opens the way for the implementations of PVO thin films in some specific applications such as on-chip magnetic cooling of a nanoelectronic device and sensor technology. On the other hand, the DFT calculations have confirmed the ground state and the competition between magnetic interactions under compressive strains in PVO thin films. Our result not only suggests that epitaxial PVO thin films is potential for refrigeration at cryogenic temperatures but may also pave the way to create many novel functionalities in perovskite-type transition metal oxides by control of structural aspects.The mechanisms leading to the giant anisotropic magnetocaloric effect observed in HoMn2O5 single crystals are also studied. Both DFT calculations and Monte Carlo simulation allowed us to explore the role of Holmium ions as the main contributor to the MCE as well as the of the importance of the intrinsic anisotropic properties as a promising way to optimize the MCE for magnetic refrigeration application at low temperature regime as well as the implementation of compact and efficient rotary magnetic refrigerators

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Da, rocha Mathias. "Influence de la non-stoechiométrie sur le comportement électrochrome de couches minces d’oxyde de nickel : de la couche unitaire au dispositif." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0565/document.

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Abstract:

L’électrochromisme se définit par la capacité d’un système à modifier ses propriétés optiques en réponse à une tension électrique. Aujourd’hui, les vitrages intelligents sont une des applications phare. Ce manuscrit contribue à une meilleure compréhension du mécanisme responsable de la commutation optique du matériau à coloration anodique NiO. Des films de stoechiométrie contrôlée, de formule Ni1-xO, ont été déposés par pulvérisation cathodique à température ambiante sous différentes pressions partielles d’oxygène. De nature faiblement cristallisés, la caractérisation des films par diverses techniques telles que la spectroscopie de photoélectrons X, ou la spectroscopie de pertes d’énergie des électrons a permis d’estimer que la stoechiométrie variait de Ni0,96O à Ni0,81O lorsque la P(O2) augmentait de 2% à 10%. L’étude électrochimique couplée aux mesures optiques, du film Ni0,96O dans divers électrolytes lithié et non-lithié, a montré que la différence de couleur entre l’état décoloré et coloré (marron) était comparable (42%<ΔT=Tdec-Tcol<55%) quel que soit le milieu. Ces résultats ont conduit à la mise en évidence d’un mécanisme régi simultanément par un comportement faradique et capacitif. L’intégration des films dans des dispositifs Ni1-xO/WO3 est associée à une coloration neutre quelles que soient les épaisseurs des couches unitaires ou la température de cyclage. Toutefois, des températures de cyclage supérieures à 45°C ont conduit à des dégradations irréversibles des propriétés électrochromes tandis que des températures de cyclage négatives ont entrainé une diminution voire une disparition des propriétés électrochromes. La conception de dispositifs plus originaux, double face, conclut ce manuscrit
Electrochromism is defined by the ability of a system to modify its optical properties in response to an electrical voltage and today, its flagship application is the smart windows. This manuscript contributes to a better understanding of the mechanism responsible of the coloration of the anodically colored oxide NiO. Non-stoichiometric films, Ni1-xO, were deposited by sputtering at room temperature under different partial pressures of oxygen. The characterization of the films by various techniques, including X-ray photoelectron spectroscopy or energy loss spectroscopy, has led to the conclusion that the stoichiometry varied from Ni0.96O to Ni0,81O when P(O2) increased from 2% to 10%. The electrochemical study coupled with the optical measurements of Ni0,96O film in various lithiated and non-lithiated electrolytes showed that the color difference between the bleached and colored (brownish) state was comparable (42%<ΔT=Tbl-Tcol<55%) regardless of the electrolyte nature. These results led to the identification of a mechanism simultaneously governed by a faradaic and capacitive behavior. The integration of the films in Ni1-xO/WO3 devices is associated to neutral colored ECDs regardless of the thickness of the individual layers or the cycling temperature. However, cycling temperatures above 45°C has led to irreversible degradations of the electrochromic properties while negative cycling temperatures has shown a decrease or even disappearance of the electrochromic properties. The design of original devices concludes this manuscript

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Toloshniak, Tetiana. "Développement de microcapteurs d’humidité à base d’oxyde de cérium." Caen, 2015. http://www.theses.fr/2015CAEN2023.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse avaient pour but la réalisation de capteurs d'humidité à base d’oxyde de cérium (CeO2) en utilisant trois procédés technologiques différents. Le premier procédé technologique a consisté à fabriquer un capteur à partir d'une pastille céramique de CeO2. Afin d’améliorer la sensibilité des capteurs d'oxyde de cérium vis-à-vis de l’humidité, nous avons ajouté du LiF (entre 1 et 5% massique) et avons montré que la meilleure sensibilité est obtenue pour une quantité de LiF de 5%. Le deuxième procédé technologique nous a permis de réaliser des capteurs en déposant une couche épaisse de CeO2 (> 1 µm) sur un substrat de silicium. La méthode a consisté à déposer par spin coating une suspension constituée de poudre de CeO2 et d’un polymère (carbopol). Ensuite, un recuit post-dépôt a été réalisé afin de densifier la couche épaisse obtenue. Afin d’obtenir une couche uniforme, le comportement rhéologique des suspensions a été étudié. Les couches épaisses de CeO2 ont été caractérisées par microscopie électronique à balayage et spectroscopie Raman. Ensuite, nous avons étudié la sensibilité de ces dernières vis-à-vis de l'humidité. Le troisième procédé technologique a permis la fabrication de capteurs d'humidité sur des couches minces de CeO2 (< 1 µm). Les couches minces ont été déposées sur un substrat de silicium par pulvérisation cathodique RF magnétron. L'influence des différents paramètres de dépôt de CeO2 (traitement de surface du silicium, débit d’argon, pression de travail, etc…) et de recuits post-dépôt (RTA, micro-ondes, conventionnel) sur la cristallinité et les propriétés électriques des couches ont été étudiées. En effet, toutes les couches déposées et recuites ont été caractérisées par spectroscopie Raman et leurs propriétés électriques ont été étudiées à partir de mesures capacité-tension. La sensibilité vis-à-vis de l'humidité des capteurs réalisés en couches minces a également été étudiée. Une analyse comparative des performances des différents capteurs a été effectuée à l'issue de ce travail : il est possible d’augmenter la sensibilité à l’humidité, de diminuer le temps de réponse et l’effet d’hystérésis de capteurs en les miniaturisant du capteur massif au capteur en couche épaisse ou mince
The work scope of this thesis is within the context of realization of moisture sensor-based cerium oxide (CeO2) using three different technological processes. The first technological process is to produce a sensor from a ceramic pellet CeO2. In order to improve the sensitivity of cerium oxide sensors towards moisture, we added LiF to CeO2 (between 1 and 5% by weight) and have shown that the best sensitivity is obtained for a LiF amount of 5%. The second technological process has enabled us to realize sensors by depositing a thick layer CeO2 (> 1 µm) on a silicon substrate. This last one consisted of dropping off made suspension of CeO2 powder and a polymer (carbopol) by spin-coating to cover the Si substrate. Then, a post-deposition annealing was done to densify the thick layer obtained. In order to obtain a uniform layer, the rheological behavior of suspensions was studied. The thick layers of CeO2 were characterized by electron microscopy scanning, and Raman spectroscopy. After that we studied the sensitivity of this last to the moisture. The third technology method has enabled the manufacture of moisture sensors on CeO2 thin layers (< 1 µm). The thin films were deposited on a silicon substrate by r. F. Sputtering magnetron. The influence of various parameters to deposit thin layers of CeO2 (silicon surface treatment, argon flow rate, working pressure, etc…) and post-deposition annealing (RTA, microwaves, conventional) on the crystallinity and electrical properties of layers were studied. Indeed, all the layers deposited and annealed were characterized by Raman spectroscopy and their electrical properties were studied from capacity-voltage measurements. The sensitivity vis-a-vis the realized moisture sensors thin films has also been studied. A comparative analysis of the performance of different sensors should be effected at the conclusion of this study : it is possible to increase the moisture sensitivity by reducing the response time and hysteresis effect by miniaturizing the solid sensor to thick film and thin film sensor

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Limam, Emna. "Étude des mécanismes de dégradation de couches minces d'argent protégées par un revêtement d’oxyde." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066757.

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Abstract:

L’argent est utilisé pour fonctionnaliser les miroirs des satellites, notamment pour les missions d’observation de la terre. Malgré l’utilisation d’une couche de protection, des points de sulfuration, observées lors des qualifications et des phases de stockage, soulèvent la question de la durabilité de ces miroirs qui sont souvent stockés jusqu’à 15 ans avant lancement. Notre étude a porté sur les dégradations de miroirs spatiaux, et plus spécifiquement sur la dégradation de couches minces d’argent protégées par un film d’oxyde (SiO2) en présence d'espèces soufrées. Les résultats montrent que le vieillissement accéléré en présence de soufre (H2S gazeux ou ions HS-) se manifeste par des points de sulfuration qui croissent à travers la couche de protection en partant de la couche d’argent, formant des colonnes de sulfure d'argent. La température et la pression accélèrent la sulfuration. La dégradation en solution est nettement plus rapide que sous gaz. La stabilité des miroirs est fortement influencée par les défauts de surface du substrat. La sulfuration impacte fortement le comportement optique des miroirs. Les dégradations subies par les miroirs ont été corrélées aux pertes de performance optique. L’étude du vieillissement non accéléré a mis en évidence le rôle majeur de l’humidité dans la dégradation de la couche d’argent, entraînant la décohésion des couches et la fissuration de la couche de protection. La sulfuration des miroirs est, de ce fait, accélérée. Un mécanisme de dégradation des miroirs a été proposé à la lumière des différents résultats obtenus. Enfin, un test de qualification de la stabilité des miroirs vis-à-vis de la sulfuration a été proposé
Because of his unique optical properties, silver is more and more used in satellite mirrors, in particular for earth observation missions. Because of silver instability, a protective layer is necessary. Nevertheless, major defects (sulfidation points) observed during qualification and storage phases still raise the question of mirrors durability, particularly given that they are often stored for 10 to 15 years after satellite assembly. Our study focused on the space mirrors degradation, more specifically on the degradation of silver layers protected by oxide films () in the presence of sulfur components. Accelerated ageing in the presence of sulfur (gaseous or ions) manifests itself by sulfidation points growing from the silver layer through the protective layer defects, thus forming silver sulfide columns. The growth rate of these sulfide columns is fast at the beginning then slower and is accelerated by temperature and pressure. Degradation in solution () is markedly faster than in gas (). Moreover, the substrate surface morphology influences strongly the stability. Mirrors optical performances are markedly impacted by sulfidation. Mirror degradations were correlated to optical performances losses. The study of the non-accelerated ageing highlighted the major role of humidity in the silver layer degradation, involving layers delamination and protective layer cracking. As a consequence, the silver layer sulfidation is accelerated. On the basis of our results, a mirror degradation mechanism is proposed. Finally, a qualification test of the stability of mirrors against sulfidation was proposed

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Beaurepaire, Sylvain. "Effet de recuits thermiques sur des diélectriques à faible permittivité pour des applications Back-End-of-Line intermédiaire en vue d'une intégration 3D séquentielle." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT085.

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Abstract:

L’utilisation de diélectriques à faible permittivité (low-k) devient nécessaire pour les intégrations de type 3D monolithiques, notamment comme couche diélectrique d’isolation susceptibles de tenir des budgets thermiques élevés (traitement à des températures > à 500°C). Les matériaux low-K «classiques » ne remplissent à priori pas ces spécifications. L’objectif principal de la thèse est de développer et d’étudier de nouveaux matériaux low-k possédant de meilleures stabilités en température. En parallèle, une étude approfondie sera conduite sur l’évolution de défauts (liaisons pendantes, liaisons fortement polarisables, …) suite au traitement thermique. En effet, ces défauts jouent un rôle important dans les caractéristiques électriques du matériau (courant de fuite, fiabilité). Des techniques d’élaboration de matériaux seront mises en œuvre ainsi qu’un ensemble de moyens d’analyses physico-chimiques (ellipsométrie, XRR, FTIR)
3D monolithic integration is becoming a new challenge towards developing advanced integrated electronic devices. One of the main key process is to obtain low dielectric constant materials (low-k) able to ensure the classical role of electrical insulator between different stacked conducting layers, but that can withstand high processing temperatures (> 500°C). The “classical” low-K materials cannot fulfill these requirements. The main aim of this thesis is to develop such materials by using appropriate doping of classical low-k materials that can show enhanced thermal stability. In particular, a study will be conducted on the evolution, after thermal processing, of point defects density such as dangling bonds and highly polarizable bonds. Indeed, these defects play a major role in determining the electrical characteristics of the low-k material (leakage current, reliability,…). Chemical vapor deposition techniques will be used to grow the low-k material, and a number of structural and compositional analysis techniques will be used to get access to the material characteristics (elliprometry, XRR, FTIR)

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Lecerf, Céline. "Elaboration et caractérisations de films d’oxyde de gallium dopés terres rares." Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2056.

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Abstract:

Parmi les oxydes transparent conducteurs (Transparent Conductive Oxides, TCO), l’oxyde de gallium Ga2O3 possède une large bande interdite (environ 4,9 eV) ce qui en fait un matériau transparent dans un domaine spectral allant de l’infra-rouge à l’ultraviolet. Ga2O3 apparaît donc comme une matrice hôte appropriée pour mettre en évidence la luminescence d’ions terres rares. Des films d’oxyde de gallium dopés au néodyme, puis à l’europium ont été déposés sur des substrats de silicium et de saphir par pulvérisation magnétron radiofréquence. Ces films ont ensuite subi un traitement thermique approprié afin d’obtenir la phase β-monoclinique. Les caractérisations optiques ont prouvé que les films sont bien transparents. En outre, les films dopés au néodyme émettent autour de 900 nm et 1070 nm, ce qui correspond aux transitions 4F3/2 → 4I9/2 et 4F3/2 → 4I11/2 des ions Nd3+. Les films dopés à l’europium luminescent quant à eux dans le domaine du visible, l’émission la plus intense se situant autour de 615 nm, ce qui correspond à la transition 5D0 → 7F2 des ions Eu3+. Les propriétés structurales et de photoluminescence des films ont été étudiés en fonction de la quantité de terre rare introduite dans la matrice. De plus, les mécanismes optiques impliqués dans les phénomènes d’excitation-émission de la luminescence ont été exposés. Les films d’oxyde de gallium dopés avec des terres rares appropriées pourraient être intégrés dans des dispositifs optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes blanches
Among transparent conductive oxides, gallium oxide is of particular interest because of its singular wide band gap (around 4. 9 eV) which makes it optically transparent from infrared until ultraviolet light. Gallium oxide is also a good host matrix to exhibit the luminescence of rare earth ions. Neodymium and then europium doped gallium oxide thin films have been deposited on silicon and sapphire substrates by radiofrequency magnetron sputtering and submitted to an appropriate thermal treatment in order to obtain the stable monoclinic -phase. Transparent properties have been demonstrated. Neodymium doped films have shown an efficient luminescence activity at ~900 nm and ~1070 nm, corresponding to the 4F3/2 → 4I9/2 and 4F3/2 → 4I11/2 transitions of the Nd3+ ions, respectively. Europium doped films have exhibited a luminescence activity in the visible spectral range, the most intense emission being at about 615 nm, corresponding to the 5D0 → 7F2 transition of the Eu3+ ions. The dependence of the neodymium and europium contents in the films on the structural and photoluminescence properties have been studied. Moreover, the optical mechanisms involved have been investigated to be explain in the neodymium as well as in the europium doped films. Gallium oxide films doped with the suitable rare earths could be used to fabricate optoelectronics devices such as white light emitting diodes (LED)

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Wora, Adeola Ganye. "Propriétés de luminescence de films d’oxyde de silcium dopés à l’erbium." Thesis, Nancy 1, 2007. http://www.theses.fr/2007NAN10132/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur la photoluminescence (PL) de l’erbium à 1,54 µm dans deux systèmes contenant des particules de silicium. Le premier système contient des nanoristaux de silicium de taille contrôlée obtenus dans des multicouches SiO/SiO2 recuites à haute température. Un phénomème de couplage est mis en évidence entre les nc-Si et les ions Er3+. La PL à 1,54 µm a été étudiée en fonction de la taille des nc-Si. Le second système est constitué par des couches minces SiOx (x _ 2). Ces films ne contenant pas de nc-Si présentent un signal de PL intense à 1,54 µm avec un maximum pour l’échantillon SiO1 recuit à 700°C. L’origine de cette PL est corrélée à la structure des films. Des mesures de PL résolue en temps à 300 K et à 4 K ont permis d’étudier les mécanismes de luminescence à 1,54 µm
Photoluminescence (PL) at 1.54 µm from erbium is studied in two systems containing silicon clusters. The first one consists of size-controlled silicon nanoclusters (Si-nc) obtained by annealing SiO/SiO2 multilayers. A coupling effect between Si-nc and Er3+ ions has been proved. The Si-nc size effect on PL at 1.54 µm has been also studied. The second system consists of SiOx (x _ 2) films. These films which not contain Si-nc show intense PL at 1.54 µm and the maximum is obtained for the SiO1 sample annealed at 700°C. The origin of this PL is correlated to the structure of the films. Time-resolved PL measurements at room-temperature and at helium temperature have been performed to study the luminescence mechanisms at 1.54 µm

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Gaudy, Thomas. "Etude d’un jet plasma à la pression atmosphérique pour le dépôt d’oxyde de silicium." Perpignan, 2012. http://www.theses.fr/2012PERP0002.

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Abstract:

L’objectif de la thèse est d’étudier le fonctionnement d’un double jet plasma d’hélium à pression atmosphérique, et de l’optimiser pour le dépôt de films d’oxyde de silicium denses inorganiques à partir d’un précurseur liquide organosilicié. La décharge est réalisée entre 2 pointes et un plan isolé par un diélectrique sur lequel se trouve le substrat. Entre pointes et plan, les jets sont confinés dans un tube de 1,8cm de diamètre séparé de la surface par un espace millimétrique. Plusieurs régimes de décharge sont observés et caractérisés par des mesures de courant et de tension, de l’imagerie rapide, de la spectroscopie optique d’émission. La simulation numérique de l'écoulement a permis d'expliquer les résultats expérimentaux. La décharge diffuse remplissant le tube de confinement a été corrélé à un écoulement turbulent, la décharge localisée à un écoulement laminaire, induisant un gainage de l'hélium par l'air qui remonte dans le tube de confinement, limitant la zone de développement de la décharge, et faisant apparaître un "plasma bullet" en pointe positive. La configuration permet d’obtenir un régime d’écoulement turbulent pour de faibles flux (<2slpm). Les films d’oxyde de silicium ont été optimisés. La formation de poudres systématique a été éliminée en ajustant le rapport des débits de gaz précurseur et vecteur. Des dépôts denses ont été obtenus à partir de tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) et de hexamethyldisiloxane (HMDSO). La quantité de carbone des films est sensiblement réduite par l’accroissement de l’énergie par molécule de précurseur et l’ajout d’oxygène dans le plasma
The objective of this thesis is to study the operation of a double helium plasma jet at atmospheric pressure, and to optimize the film deposition of dense inorganic silicon oxide from a liquid precursor organosilicon. The discharge is performed between two needles and a single plane by a dielectric which is on the substrate. Between needles and plan, the jets are confined in a tube 1. 8 cm in diameter separated from the surface by a millimeter. Several discharge regimes are observed and characterized by current and voltage measurement, fast imaging, optical emission spectroscopy. Numerical simulation of gas flow has helped explaining the experimental results. The diffused discharge filling the confinement tube was correlated with turbulent gas flow, the discharge localized to laminar gas flow, inducing a sheath of helium by air inside the confinement tube, limiting the development of discharge, and showing a "plasma bullet" on the positive peak. The configuration provides a turbulent mode for low gas flow (<2slpm). The silicon oxide films have been optimized. The formation of powders was systematically eliminated by adjusting the flow ratio of precursor gas and vector. Dense deposits were obtained from tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) and hexamethyldisiloxane (HMDSO). The amount of carbon in the films is substantially reduced by increasing the energy per molecule of the precursor and with the addition of oxygen in the plasma

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Steciuk, Gwladys. "Application de la précession des électrons en mode tomographie à l’étude de phases apériodiques et de films minces d’oxyde." Caen, 2016. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01676934.

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Abstract:

L’avancement des techniques de cristallographie aux électrons permet aujourd’hui de relever de nouveaux défis en termes d’analyses structurales. Ce travail de thèse utilise en particulier la diffraction par précession des électrons en mode tomographie (PEDT) qui est une procédure s’apparentant à celle du cristal tournant en diffraction des rayons X mais applicable à des cristaux de quelques dizaines de nanomètres. La première partie concerne l’étude des caractéristiques structurales et des propriétés diélectriques (ferroélectriques de type relaxeurs) d’une nouvelle famille constituée de phases modulées incommensurables dérivées des phases d’Aurivillius. Un modèle structural a pu être établi par PEDT et confirmé par diffraction de neutrons sur poudre pour la série de composés ABi7Nb5O24 (A=Ba, Sr, Ca, Pb). L’analyse cristallochimique de ces nouveaux matériaux a ensuite permis d’étendre la famille à d’autres compositions dans les systèmes BiO1,5-NbO2,5-BaO et BiO1,5-NbO2,5-WO3. Si cette première partie démontre que l’analyse des données PEDT permet de résoudre des structures complexes dans le cadre de l’approximation cinématique, l’affinement de façon fiable du modèle obtenu reste problématique. Dans la seconde partie de cette thèse, une nouvelle procédure d’affinement des données PEDT faisant intervenir la théorie dynamique de la diffraction est présentée. Tout d’abord testée sur des perovskite CaTiO3 et PrVO3 (poudre), cette approche s’est révélée particulièrement prometteuse. Le challenge a alors été d’utiliser la nouvelle approche pour décrire finement les faibles variations structurales de ces mêmes composés déposés sous forme de films minces épitaxiés
The advancement in electron crystallography techniques allows today to face new challenges in terms of structural analyzes. Particularly, this work uses the precession electron diffraction tomography method (PEDT) which is a procedure similar to that of the rotating crystal X-ray diffraction and consistent with crystals of a few tens of nanometers. The first part concerns the study of structural and dielectric properties (ferroelectric relaxor type) of a new family of modulated incommensurate phases derived to Aurivillius phases. A structural model could be established by PEDT and confirmed by neutron powder diffraction to the series of ABi7Nb5O24 compounds (A = Ba, Sr, Ca, Pb). The crystallochemical analysis of these new materials was then used to extend the family to other compositions in both BiO1,5-NbO2,5-BaO and BiO1,5-NbO2,5-WO3 systems. If the first part attests the power of PEDT data analysis to solve complex structures within the kinematic approximation, reliable refinement of the resulting model is problematic. In the second part of this thesis, a new refinement procedure from PEDT data involving the dynamic theory of diffraction is presented. First thoroughly testing on CaTiO3 and PrVO3 perovskite compounds (powder), this approach has proved particularly promising. The challenge was then to use the new approach in order to describe the slight structural variations of these compounds deposited as epitaxial thin films

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Park, Dae Hoon. "Optimisation de films minces électrochromes à base d’oxyde de nickel." Thesis, Bordeaux 1, 2010. http://www.theses.fr/2010BOR14031/document.

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Abstract:

Dans la perspective du développement de vitrages électrochromes « en milieu protonique », des films minces électrochromes à coloration anodique, à base d’oxyde de nickel, ont été synthétisés et caractérisés. Afin d’améliorer la durabilité des films minces à base de NiO, trois approches ont été envisagées. (i)Des films d’oxyde de nickel et d’oxyde mixte nickel/lithium, déposés par PLD (Pulsed Laser Deposition). Nous avons étudié l’influence du lithium sur les propriétés physico-chimiques (‘amorphisation..), et les caractéristiques électrochromes (électrochimique-optique) en milieu aqueux KOH 1M. (ii) Des films composites, préparés par voie chimique (solution), constitués d’une phase amorphe (en diffraction des Rayons X), de composition Ti1-xZnxO2-x?x, englobant des cristallites de NiO de ~ 5 nm de diamètre. Les courbes voltampérométriques révèlent que seule la phase NiO est électrochimiquement active, mais la phase amorphe, grâce aux lacunes anioniques neutres, ?x, renforce la tenue mécanique des films déposés sur les substrats FTO/verre. Il s’ensuit que ces films composites sont plus stables au cyclage, en milieu aqueux KOH 1M, que leurs homologues TiO2/NiO. (iii) Des films minces d’oxyde de nickel dopés par du carbone, préparés par une voie sol-gel originale, présentant une remarquable tenue en cyclage (> 25000 cycles en milieu aqueux KOH 1M), jamais observée jusqu’ici pour NiO
Aiming at enhancing the electrochromic properties of NiO thin films, deposited on FTO substrates, we have employed three different approaches. They deal with: 1) lithium doping of NiO, the corresponding thin film-deposition method is PLD (Pulsed Laser Deposition); 2) NiO nanoparticles embedded into zinc doped amorphous titanium oxide matrix, a solution method is used to deposit the corresponding thin films ; 3) Carbon-doped NiO thin films deposited using, a specific sol-gel method. Owing to lithium doping of NiO, we could induce film amorphization, thereby enhancing the film electrochemical-capacity. Most importantly, the adhesion between the film and the FTO substrate was improved leading to enhanced electrochemical cyclability in aqueous KOH electrolyte. We could enhance the electrochromic performances of TiO2/NiO composite thin films by doping TiO2 with Zn2+, forming to a new composite thin film Ti1-xZnxO2-x?x-NiO. Finally we have successfully stabilized the electrochromic properties (durability and optical property) of NiO thin films in aqueous KOH electrolyte, owing to the development of a specific sol-gel method leading to carbon-doped NiO nanoparticles. For the first time 25000 cycles were successfully achieved without significant decrease of the electrochromic performances

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Ramírez, Botero Asdrúbal Antonio. "Modélisation, simulation, optimisation et commande d’un procédé d’évaporation réactive assistée par plasma pour la production de couches minces d’oxyde de zinc." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2019. http://www.theses.fr/2019LORR0348.

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Abstract:

Dans ce travail, la modélisation, la simulation, l'optimisation dynamique et le contrôle d'un processus d'évaporation réactif assisté par plasma (PARE) pour le dépôt de couches minces d'oxyde de zinc (ZnO) sont proposés. Initialement, un modèle dimensionnel à l’état instable a été développé pour le processus. Ce modèle applique des équilibres dynamiques des matériaux au processus et tient compte du transfert de masse par diffusion et convection, ainsi que des réactions en masse et en surface, afin de déterminer l’évolution temporelle de la concentration de l'espèce (O_2(g) , O_((g))^., O_((g))^-, 〖Zn〗_((g)), 〖Zn〗_((g))^+ and 〖ZnO〗_((g))) présente dans l’ensemble du réacteur et calcule l’épaisseur finale du film. Le cas d'étude correspond à un réacteur pilote exploité par le groupe de recherche sur les matériaux semi-conducteurs et l'énergie solaire (SM & SE) de l'Université nationale de Colombie, où les couches minces de ZnO sont utilisées pour la fabrication de différents types de cellules solaires (cellules solaires inorganiques inversées, cellules solaires organiques et cellules solaires à base de pérovskite). Les équations sont discrétisées spatialement en utilisant des méthodes de différences finies, puis mises en œuvre et résolues dans le temps en utilisant Matlab®. Les résultats de la simulation sont validés au moyen de COMSOL MULTIPHYSICS® qui calcule les mêmes résultats. Cependant, pour compléter les autres objectifs du projet, il continuera à utiliser la méthode des différences finies sous Matlab® car elle offre plus de flexibilité dans la perspective de l'optimisation dynamique et du contrôle du processus PARE. Pour corroborer le modèle, des mesures expérimentales de l'épaisseur du film de ZnO ont été effectuées à l'aide d'un moniteur d'épaisseur sur un réacteur pilote conçu et mis en œuvre par le groupe de recherche sur les matériaux semi-conducteurs et l'énergie solaire (SM & SE) de l'Université nationale de Colombie. Après 90 minutes de temps de dépôt, les résultats simulés et les mesures expérimentales montrent un très bon accord : une différence d'environ 20 nm autour de l'épaisseur finale du film mince, montrant ainsi la grande précision du modèle développé. Le problème d'optimisation dynamique est transformé en un problème de programmation non linéaire (PNL) à l'aide du procédé CVP, c'est-à-dire que les variables de contrôle sont approximées à l'aide de fonctions constantes par morceaux. Il est ensuite implémenté dans Matlab et résolu à l’aide de fmincon optimizer. Deux problèmes d’optimisation différents sont proposés. Dans le premier problème, le débit de Zn (V_(w,Zn)) est considéré comme une variable de contrôle ou manipulée u(t) et dans le deuxième problème, le débit de Zn (V_(w,Zn)) et le débit d'oxygène 〖(V〗_(w,O_2 )) sont considérés comme des variables manipulées. Les contraintes de qualité sont établies en fonction des études expérimentales réalisées afin de déterminer les propriétés du produit final telles que la transmittance, la résistivité, l’épaisseur du film et les paramètres du réacteur. Deux problèmes d’optimisation sont résolus en prenant comme variable de contrôle le débit de Zn et le débit d’oxygène afin de minimiser le temps de traitement par lot, tandis que certaines propriétés souhaitées du film mince (transmittance, résistivité et épaisseur) satisfont aux contraintes définies. Le temps de traitement par lot a été réduit de 15% par rapport aux conditions de fonctionnement actuelles du groupe de recherche sur les matériaux semi-conducteurs et l’énergie solaire. Enfin, les profils optimaux du débit de Zn et du débit d'oxygène obtenus dans la partie optimisation ont été utilisés pour développer et simuler un algorithme de contrôle réglementaire à l'aide de la boîte à outils Simulink de Matlab®. [...]
In this work the modeling, simulation, dynamic optimization and control of a Plasma Assisted Reactive Evaporation process (PARE) for the deposition of Zinc Oxide (ZnO) thin films are proposed. Initially, a dimensional unsteady-state model was developed for the process, this model apply dynamic material balances to the process and accounting for diffusive and convective mass transfer, and bulk and surface reactions in order to establish the space-time evolution of the concentration of the species (O_2(g) , O_((g))^., O_((g))^-, 〖Zn〗_((g)), 〖Zn〗_((g))^+ and 〖ZnO〗_((g))) present throughout the reactor and compute the final film thickness. The case of study corresponds to a pilot reactor operated by the Semiconductor Materials and Solar Energy Research Group (SM&SE) of the Universidad Nacional de Colombia where the ZnO thin films are used for the fabrication of different kind of solar cells (inverted inorganic solar cells, organic solar cells and perovskite based solar cells). The equations are spatially discretized using finite difference methods and then implemented and solved in time using Matlab®. The simulation results are validated by means of COMSOL MULTIPHYSICS® which computes the same results; However, to complete the others objectives of the project it will keep using the finite difference method under Matlab® because it offers more flexibility in the perspective of dynamic optimization and control of PARE process. To corroborate the model, experimental measurements of ZnO film thickness were carried out using a thickness monitor on a pilot reactor designed and implemented by the Semiconductor Materials and Solar-Energy (SM&SE) Research Group at Universidad Nacional de Colombia. After 90 min of deposition time the simulated results and the experimental measurements exhibit a very good agreement, just around 20 nm discrepancy in the final thin film thickness hence showing the high accuracy of the developed model. The dynamic optimization problem is transformed into a non-linear programming (NLP) problem using the CVP method, i.e. the control variables are approximated by means of piecewise constant functions. It is then implemented within Matlab and solved using fmincon optimizer. Two different optimization problems are proposed., in the first problem Zn flow rate (V_(w,Zn)) is considered as control or manipulated variables u(t) and in the second problem both Zn flow rate (V_(w,Zn)) and Oxygen flow rate 〖(V〗_(w,O_2 )) are considered as manipulated variables. Quality constraints are established according to experimental studies that were performed in order to determinate the final product properties such as Transmittance, Resistivity, Film thickness and reactor parameters. Two optimization problems are solved taking as control variable the Zn flow rate and Oxygen flow rate in order to minimize batch time while some thin film desired properties (transmittance, resistivity and thickness) satisfy the defined constraints. The batch time was reduced in a 15% with respect to the current operating conditions used by the Semiconductor Materials and Solar Energy research Group. Finally, the optimal profiles of the Zn flow rate and Oxygen flow rate that were obtained in the optimization part were used to develop and simulated a regulatory control algorithm using the Simulink toolbox of Matlab®. The results obtained in the simulation of the control algorithm show that the designed controller has an appropriate performance by following the optimal flow trajectories and the ideal ratio of Oxygen and Zinc

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Bejaoui, Amina. "Capteurs à base des couches minces d’oxyde de cuivre (II) (CuO) : Optimisation et modélisation en vue de la détection de gaz." Thesis, Aix-Marseille, 2013. http://www.theses.fr/2013AIXM4316/document.

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Abstract:

L’objectif de ce travail est l’étude et la modélisation d’un capteur de gaz à base d’oxyde métallique semiconducteur de type p (cas de CuO). Pour cela, des couches minces de CuO ont été élaborées dans l‘équipe microcapteurs de IM2NP à partir de deux techniques différentes : la pulvérisation cathodique réactive magnétron radio-fréquence et l’oxydation thermique des couches minces de cuivre déposées par évaporation thermique sous vide. Différentes techniques de caractérisation ont été mises en oeuvre pour évaluer les propriétés des couches minces obtenues en vue de les optimiser pour l’application capteur. La microscopie à force atomique (AFM) et la microscopie électronique à balayage (MEB) ont révélé une nanostructure homogène dont la morphologie présente la porosité désirée. Les analyses par diffraction de rayons X (DRX) ont montré que ces couches minces présentent une monophase de CuO avec une orientation préférentielle (111), les études optiques par ellipsométrie dans le domaine visible ont permis d’estimer les pourcentages de porosité dans chaque couche. Ces couches possèdent la cristallinité et la pureté requises pour l'utilisation en capteurs de gaz. Les performances de ces couches minces de CuO ont été évaluées pour la détection de l’ozone et de l’éthanol. Sur la base de ces résultats, un modèle dynamique a été développé simulant la réaction entre les espèces oxygénées ionisées adsorbées à la surface d'un semiconducteur de type p avec un gaz, qui permet d’évaluer l’influence des paramètres de fonctionnement (Température de fonctionnement, pression d’oxygène et concentration de gaz)
The objective of this work is to study and model a gas sensor based on a p-type metal oxide semiconductor (case of CuO). For this, thin layers of CuO have been developed in the microsensor team at the IM2NP laboratory from two different techniques: radio frequency reactive magnetron sputtering and thermal oxidation of thin copper films deposited by thermal evaporation under vacuum. Different characterization techniques have been implemented to evaluate the properties of the thin films obtained in order to optimize them for sensor applications. Atomic force microscopy (AFM) and scanning electron microscopy (SEM) revealed a homogeneous nanostructured morphology which has the desired porosity. Diffraction analysis (XRD) showed that these thin films have a single phase of CuO with a preferred orientation (111). Optical studies by ellipsometry in the visible spectral region were used to estimate the percentage of porosity in each layer. These layers have the crystallinity and purity required for use in gas sensors. The performances of these thin layers of CuO were evaluated for the detection of ozone and ethanol. Based on these results, a dynamic model was developed to simulate the reaction between the ionized oxygen species adsorbed on the surface of a p-type semiconductor with a gas, which is used to evaluate the influence of operating parameters (working temperature, oxygen concentration and gas pressure)

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Houdé, Richard Solène. "Multifissuration de couches d’oxyde thermique sous chargement statique instrumenté par émission acoustique : application aux systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2." Thesis, Compiègne, 2021. http://www.theses.fr/2021COMP2617.

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Abstract:

Cette thèse est un travail sur la caractérisation de l’endommagement des couches d’oxydes thermiques et notamment sur les systèmes métal/oxyde Ni/NiO et Zr/ZrO2. Pour étudier cet endommagement un essai de multifissuration sous MEB a été réalisée en couplant une micromachine de traction avec un suivi par émission acoustique à l’intérieur de la chambre du microscope électronique à balayage. Différents essais ont été réalisés afin de paramétrer le système d’émission acoustique pour s’assurer que les signaux enregistrés proviennent bien des éprouvettes de traction testées. Ce travail a permis de disposer d’un essai permettant d’acquérir les salves d’émission acoustique propres aux endommagements des systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 en conditions in-situ. Grâce à ce développement technique, il a été possible de proposer des scénarii d’endommagement des systèmes Ni/NiO et Zr/ZrO2 pour deux épaisseurs de couches d’oxyde différentes (1 μm et 5 μm environ) en couplant les informations obtenues par les observations MEB (en surface des éprouvettes au cours des essais de traction, et en coupe transverse après rupture des éprouvettes) et l’analyse des signaux acoustiques enregistrés au cours des essais. L’analyse des scénarii d’endommagement a mis en évidence des différences notables entre les deux systèmes étudiés, mais également des différences au sein d’un même système selon les conditions d’oxydation utilisées pour obtenir les épaisseurs de couches désirées. Au-delà de permettre des propositions de scenarii d’endommagement, l’analyse des salves d’émission acoustique a permis de qualifier des signatures différentes pour les propagations des fissures en mode I et en mode II
This thesis is a work on the characterization of the damage of thermal oxide scales and in particular on the metal/oxide systems Ni/NiO and Zr/ZrO2. To study this damage, a multi-cracking test under SEM was carried out by coupling a traction micromachine with monitoring by acoustic emission inside the chamber of the scanning electron microscope. Various tests were carried out in order to configure the acoustic emission system to ensure that the recorded signals indeed come from the tensile specimens tested. This work made it possible to have a test making it possible to acquire the acoustic emission bursts specific to damage to Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems under in-situ conditions. Thanks to this technical development, it was possible to propose damage scenarios for Ni/NiO and Zr/ZrO2 systems for two different oxide scale thicknesses (1 μm and 5 μm approximately) by coupling the information obtained by the SEM observations (on the surface of the specimens during tensile tests, and in cross section after rupture of the specimens) and analysis of the acoustic signals recorded during the tests. The analysis of the damage scenarios revealed notable differences between the two systems studied, but also differences within the same system depending on the oxidation conditions used to obtain the desired scale thicknesses. Beyond allowing proposals for damage scenarios, the analysis of the acoustic emission bursts made it possible to qualify different signatures for the propagation of cracks in mode I and in mode II

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Ntomprougkidis, Vitalios. "Étude de l'interaction micro-décharges / surfaces métalliques pour une meilleure compréhension des mécanismes de croissance lors du procédé PEO." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2020. http://www.theses.fr/2020LORR0077.

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Abstract:

Le procédé d’oxydation par plasma électrolytique (PEO) un procédé électrochimique de traitement de surface permettant d’élaborer des couches d’oxydes protectrices à la surface d’alliages métalliques légers (Al, Ti, Mg). Contrairement aux procédés d’anodisation, le procédé PEO utilise une densité de courant et une tension élevées qui donnent lieu au développement de micro-décharges (MDs) sur la surface traitée. L’objectif de cette étude était d’étudier les caractéristiques de ces MDs sous différentes conditions opératoires et de les corréler avec la microstructure des couches d’oxyde élaborées, pour in fine mieux comprendre les mécanismes de croissance. Tout d’abord, des traitements PEO séquencés ont été menés en changeant certains paramètres électriques en cours de traitement. Les résultats ont révélé un comportement particulier des MDs qui dépend non seulement des conditions électriques appliquées mais aussi de la morphologie de la couche en croissance. Les résultats ont également mis en évidence une transition anticipée vers le régime bénéfique de décharges « soft » contribuant ainsi à une amélioration significative des microstructures de la couche d’oxyde et de la consommation énergétique du procédé PEO. Des mesures optiques résolues en temps ont permis d’établir une corrélation entre le développement des MDs et la dynamique des bulles de gaz à l’interface oxyde / électrolyte. Particulièrement, les résultats ont prouvé l’existence de MDs internes à la couche lors du régime de croissance « soft ». De plus, une caractérisation multi-échelle de la structure dite en « pancake », structure typique du régime «soft », a révélé la formation d’une structure lamellaire nanocomposite. Elle consiste en une alternance de lamelles d’alumine pure avec des lamelles de mullite 1:1 métastable. Enfin, deux études prospectives ont été conduites autour du procédé PEO. La faisabilité de réaliser des traitements duplex combinant les procédés cold spray et PEO a été démontrée ainsi que la possibilité de produire des (nano-) particules d’oxyde métallique via le procédé PEO
Plasma electrolytic oxidation (PEO) is an electrochemical surface processing technique that allows the growth of protective oxide films on lightweight metals (Al, Ti, Mg). Contrary to conventional anodising, PEO operates at high current density and voltage which results in the ignition of micro-discharges (MDs) over the processed surface The aim of this work was to investigate the characteristics of the MDs under different processing parameters and to correlate these characteristics with the microstructure of the produced oxide layers in order to better understand the oxide growth mechanisms. Firstly, PEO sequenced treatments were conducted by changing the electrical parameters in the course of a treatment. Results revealed a particular behaviour of the MDs which depends not only on the applied electrical parameters but also on the morphology of the growing layer. Results also evidenced an earlier transition to the beneficial “soft” sparking regime, contributing to a significant improvement of the microstructure of the oxide layer as well as process energy consumption. Time-resolved optical characterizations of the PEO process pointed out a correlation between ignition of MDs and the dynamic of the surrounding gas bubbles at the oxide / electrolyte interface. Particularly, results proved the existence of inner MDs during the “soft” sparking regime. Secondly, a multi-scale characterization of the typical “pancake” structure formed during the transition to the “soft” regime revealed the formation of a lamellar nanocomposite structure consisting of periodical alternations of alumina and metastable 1:1 mullite lamellae. Finally, two new opportunities for the PEO process were explored. The feasibility of duplex treatment involving cold-spray and PEO technologies was demonstrated and the possibility to produce metallic oxide (nano-) particles was proposed

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Ghalgaoui, Ahmed. "Adsorption et dynamique femtoseconde de molécules de CO adsorbées sur des nanoparticules épitaxiées : sonde optique non linéaire, effet de taille et de support." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00692450.

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Abstract:

Nous avons étudié la spectroscopie et la dynamique d'excitation d'un système hybride constitué de molécules et de nanoparticules (NP) sur couche isolante, qui est aussi un catalyseur modèle (NP de Pd épitaxiées sur une couche mince de MgO sur Ag(100)). Nous avons mis en évidence le rôle de la forme et de la taille des NP ainsi que de l'épaisseur de la couche d'oxyde sur l'interaction entre NP et molécule de CO, par des expériences fondamentales capables de différentier les sites d'adsorption (spectroscopie laser vibrationnelle par somme de fréquences (SFG)). De plus, des expériences pompe-sonde nous ont permis de sonder la dynamique d'interaction des électrons excités dans les NP avec les molécules. Une analyse combinée par LEED et STM nous a permis de déterminer les meilleures conditions de croissance du film de MgO. Par la suite des NP de palladium ont été épitaxiées sur ce film avec une densité et une distribution de taille satisfaisantes. Les spectres SFG montre une forte dépendance de la fréquence de vibration avec la taille des NP et le taux de couverture en CO. Le modèle d'interaction dipolaire que nous avons développé met en évidence le fait que le déplacement de la fréquence de CO avec le taux de couverture et la taille des NP a deux causes : l'interaction dipolaire entre molécules d'une part, qui est modélisable, et d'autre part la variation de la liaison chimique molécule-substrat quand la couverture en adsorbats varie. Le modèle nous a permis de montrer que la polarisabilité vibrationnelle de CO varie d'environ 40 % dans notre gamme de taille de nanoparticule. La diminution de la force de la liaison chimique se traduit par la décroissance de la fréquence à couverture nulle avec la taille des NP. Ces variations vont dans le sens de la littérature : quand la taille des NP diminue, la densité d'états électroniques diminue, les liaisons Pd-Pd se contractent et l'énergie d'adsorption des molécules de CO diminue. L'excitation des électrons des NP et du substrat d'Ag se manifeste par une réponse spectroscopique et par la photodésorption de CO. On observe le découplage de l'excitation produite dans l'argent quand l'épaisseur de la couche d'oxyde dépasse quelques plans atomiques. On observe clairement un effet de taille sur l'efficacité de l'excitation électronique des NP sur les molécules de CO, qui diminue avec la taille des NP. Ceci montre que le confinement des électrons dans la particule a davantage pour effet d'augmenter la vitesse de relaxation électronique vers les phonons, que d'exciter plus efficacement les molécules adsorbées. Un modèle optique de double couche (NP/oxyde) sur un substrat d'argent et un modèle à trois températures (électrons, phonons et adsorbats) ont été développés dans le but d'interpréter quantitativement ces observations. Le modèle optique fait apparaître des variations très fortes de l'absorption par la couche de nanoparticules avec son épaisseur équivalente : les variations du coefficient de réflexion et l'effet des interférences multiples ne sont pas négligeables. Les résultats du modèle à trois températures montrent que la température électronique d'une couche continue est deux fois plus importante que celle des NP de taille finie.

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Chawich, Juliana. "ZnO/GaAs-based acoustic waves microsensor for the detection of bacteria in complex liquid media." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2019. http://www.theses.fr/2019UBFCD012/document.

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Abstract:

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une cotutelle internationale entre l’Université de Bourgogne Franche-Comté en France et l’Université de Sherbrooke au Canada. Elle porte sur le développement d'un biocapteur miniature pour la détection et la quantification de bactéries dans des milieux liquides complexes. La bactérie visée est l’Escherichia coli (E. coli), régulièrement mise en cause dans des épidémies d'infections alimentaires, et parfois meurtrière.La géométrie du biocapteur consiste en une membrane en arséniure de gallium (GaAs) sur laquelle est déposé un film mince piézoélectrique d’oxyde de zinc (ZnO). L'apport du ZnO structuré en couche mince constitue un réel atout pour atteindre de meilleures performances du transducteur piézoélectrique et consécutivement une meilleure sensibilité de détection. Une paire d'électrodes déposée sur le film de ZnO permet de générer sous une tension sinusoïdale une onde acoustique se propageant dans le GaAs, à une fréquence donnée. La face arrière de la membrane, quant à elle, est fonctionnalisée avec une monocouche auto-assemblée (SAM) d'alkanethiols et des anticorps anti-E. coli, conférant la spécificité de la détection. Ainsi, le biocapteur bénéficie à la fois des technologies de microfabrication et de bio-fonctionnalisation du GaAs, déjà validées au sein de l’équipe de recherche, et des propriétés piézoélectriques prometteuses du ZnO, afin d’atteindre potentiellement une détection hautement sensible et spécifique de la bactérie d’intérêt. Le défi consiste à pouvoir détecter et quantifier cette bactérie à de très faibles concentrations dans un échantillon liquide et/ou biologique complexe.Les travaux de recherche ont en partie porté sur les dépôts et caractérisations de couches minces piézoélectriques de ZnO sur des substrats de GaAs. L’effet de l’orientation cristalline du GaAs ainsi que l’utilisation d’une couche intermédiaire de Platine entre le ZnO et le GaAs ont été étudiés par différentes techniques de caractérisation structurale (diffraction des rayons X, spectroscopie Raman, spectrométrie de masse à ionisation secondaire), topographique (microscopie à force atomique), optique (ellipsométrie) et électrique. Après la réalisation des contacts électriques, la membrane en GaAs a été usinée par gravure humide. Une fois fabriqué, le transducteur a été testé en air et en milieu liquide par des mesures électriques, afin de déterminer les fréquences de résonance pour les modes de cisaillement d’épaisseur. Un protocole de bio-fonctionnalisation de surface, validé au sein du laboratoire, a été appliqué à la face arrière du biocapteur pour l’ancrage des SAMs et des anticorps, tout en protégeant la face avant. De plus, les conditions de greffage d’anticorps en termes de concentration utilisée, pH et durée d’incubation, ont été étudiées, afin d’optimiser la capture de bactérie. Par ailleurs, l’impact du pH et de la conductivité de l’échantillon à tester sur la réponse du biocapteur a été déterminé. Les performances du biocapteur ont été évaluées par des tests de détection de la bactérie cible, E. coli, tout en corrélant les mesures électriques avec celles de fluorescence. Des tests de détection ont été réalisés en variant la concentration d’E. coli dans des milieux de complexité croissante. Différents types de contrôles ont été réalisés pour valider les critères de spécificité. En raison de sa petite taille, de son faible coût de fabrication et de sa réponse rapide, le biocapteur proposé pourrait être potentiellement utilisé dans les laboratoires de diagnostic clinique pour la détection d’E. coli
This thesis was conducted in the frame of an international collaboration between Université de Bourgogne Franche-Comté in France and Université de Sherbrooke in Canada. It addresses the development of a miniaturized biosensor for the detection and quantification of bacteria in complex liquid media. The targeted bacteria is Escherichia coli (E. coli), regularly implicated in outbreaks of foodborne infections, and sometimes fatal.The adopted geometry of the biosensor consists of a gallium arsenide (GaAs) membrane with a thin layer of piezoelectric zinc oxide (ZnO) on its front side. The contribution of ZnO structured in a thin film is a real asset to achieve better performances of the piezoelectric transducer and consecutively a better sensitivity of detection. A pair of electrodes deposited on the ZnO film allows the generation of an acoustic wave propagating in GaAs under a sinusoidal voltage, at a given frequency. The backside of the membrane is functionalized with a self-assembled monolayer (SAM) of alkanethiols and antibodies anti-E. coli, providing the specificity of detection. Thus, the biosensor benefits from the microfabrication and bio-functionalization technologies of GaAs, validated within the research team, and the promising piezoelectric properties of ZnO, to potentially achieve a highly sensitive and specific detection of the bacteria of interest. The challenge is to be able to detect and quantify these bacteria at very low concentrations in a complex liquid and/or biological sample.The research work partly focused on the deposition and characterization of piezoelectric ZnO thin films on GaAs substrates. The effect of the crystalline orientation of GaAs and the use of a titanium / platinum buffer layer between ZnO and GaAs were studied using different structural (X-ray diffraction, Raman spectroscopy, secondary ionization mass spectrometry), topographic (atomic force microscopy), optical (ellipsometry) and electrical characterizations. After the realization of the electrical contacts on top of the ZnO film, the GaAs membrane was micromachined using chemical wet etching. Once fabricated, the transducer was tested in air and liquid medium by electrical measurements, in order to determine the resonance frequencies for thickness shear mode. A protocol for surface bio-functionalization, validated in the laboratory, was applied to the back of the biosensor for anchoring SAMs and antibodies, while protecting the top side. Furthermore, different conditions of antibody grafting such as the concentration, pH and incubation time, were tested to optimize the immunocapture of bacteria. In addition, the impact of the pH and the conductivity of the solution to be tested on the response of the biosensor has been determined. The performances of the biosensor were evaluated by detection tests of the targeted bacteria, E. coli, while correlating electrical measurements with fluorescence microscopy. Detection tests were completed by varying the concentration of E. coli in environments of increasing complexity. Various types of controls were performed to validate the specificity criteria. Thanks to its small size, low cost of fabrication and rapid response, the proposed biosensor has the potential of being applied in clinical diagnostic laboratories for the detection of E. coli

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Wang, Bin. "Comportement à l'oxydation des verres métalliques massifs à base de zirconium." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00769926.

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Abstract:

Les verres métalliques massifs à base de zirconium, développés depuis la fin des années 80, présentent des propriétés mécaniques très intéressantes. Ils peuvent être envisagés pour de multiples applications y compris à des températures élevées et il est donc intéressant d'étudier leur résistance à l'oxydation dans de telles conditions. L'objectif fondamental de cette étude consiste à mieux comprendre le rôle de divers paramètre thermodynamiques et chimiques sur le comportement à l'oxydation des verres métalliques à base de zirconium à des températures intermédiaires sous air sec, à déterminer les contraintes résiduelles au sein de la couche d'oxyde formée, en comparaison avec des alliages amorphe cristallisés après un traitement de recuit. La cinétique d'oxydation de ces verres et la structure cristalline de la couche d'oxyde ZrO2 dépend de la température et de la durée d'oxydation : pour des durées courtes d'oxydation et pour une température légèrement inférieure à Tg, la cinétique d'évolution est parabolique alors que si l'échantillon est oxydé à T > Tg, la loi cinétique peut être décomposée en deux parties. Les mêmes alliages cristallisés après un traitement de recuit, s'oxydent selon une loi parabolique quelque soit la température. Pour des durées d'oxydation longues à une température proche de Tg, les lois cinétiques deviennent plus complexes et la cristallisation du verre métallique pouvant avoir lieu au cours des essais d'oxydation. De même la structure cristalline des couches d'oxyde dépend de la température d'oxydation. Ainsi, pour T < Tg, la couche d'oxyde des alliages amorphes est uniquement constituée de la zircone tétragonale alors que pour ces mêmes alliages portés à une température T > Tg et pour les alliages cristallisés, on observe de la zircone monoclinique. Les mécanismes d'oxydation dépendent de la température d'oxydation. Pour les températures où les alliages restent vitreux, la formation de l'oxyde est due à la fois à la diffusion des ions d'oxygène vers l'intérieur mais également à la diffusion des ions de zirconium vers l'extérieur de la couche. En revanche, pour les alliages en cours de cristallisation, la diffusion des ions de zirconium est progressivement freinée jusqu'à devenue nulle lorsque la cristallisation est totale, l'oxydation étant alors uniquement contrôlée par la diffusion interne des ions d'oxygène.Les contraintes résiduelles correspondantes au sein de couches d'oxyde sont de compression, aussi bien pour les alliages amorphes que pour les alliages cristallisés, et qu'elles augmentent linéairement avec l'épaisseur de la couche. Les contraintes de croissance lors de l'oxydation et résiduelle après l'oxydation sont fortement influencées par le changement de phase de la zircone.

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Leontyev, Anton. "Laser decontamination and cleaning of metal surfaces : modelling and experimental studies." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00661695.

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Abstract:

Metal surface cleaning is highly required in different fields of modern industry. Nuclear industry seeks for new methods for oxidized surface decontamination, and thermonuclear installations require the cleaning of plasma facing components from tritium-containing deposited layer. The laser ablation is proposed as an effective and safe method for metal surface cleaning and decontamination. The important factor influencing the laser heating and ablation is the in-depth distribution of laser radiation. The model of light propagation in a scattering layer on a metal substrate is developed and applied to analyse the features of light distribution. To simulate the contaminated surfaces, the stainless steel AISI 304L was oxidized by laser and in a furnace. Radioactive contamination of the oxide layer was simulated by introducing europium and/or sodium. The decontamination factor of more than 300 was demonstrated with found optimal cleaning regime. The decreasing of the corrosion resistance was found after laser cleaning. The ablation thresholds of ITER-like surfaces were measured. The cleaning productivity of 0.07 m2/hour∙W was found. For mirror surfaces, the damage thresholds were determined to avoid damage during laser cleaning. The possibility to restore reflectivity after thin carbon layer deposition was demonstrated. The perspectives of further development of laser cleaning are discussed.

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Maaloul, Lanoir. "Dynamique de croissance par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/12351.

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Abstract:

Le but de cette thèse était d’étudier la dynamique de croissance par pulvérisation par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc destinées à des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe. Dans ce contexte, nous avons mis au point plusieurs diagnostics permettant de caractériser les espèces neutres et chargées dans ce type de plasmas, notamment la sonde électrostatique, la spectroscopie optique d’émission et d’absorption, ainsi que la spectrométrie de masse. Par la suite, nous avons tenté de corréler certaines caractéristiques physiques de croissance des couches de ZnO, en particulier la vitesse de dépôt, aux propriétés fondamentales du plasma. Nos résultats ont montré que l’éjection d’atomes de Zn, In et O au cours de la pulvérisation RF magnétron de cibles de Zn, ZnO et In2O3 n’influence que très peu la densité d’ions positifs (et donc la densité d’électrons en supposant la quasi-neutralité) ainsi que la fonction de distribution en énergie des électrons (populations de basse et haute énergie). Cependant, le rapport entre la densité d’atomes d’argon métastables (3P2) sur la densité électronique décroît lorsque la densité d’atomes de Zn augmente, un effet pouvant être attribué à l’ionisation des atomes de Zn par effet Penning. De plus, dans les conditions opératoires étudiées (plasmas de basse pression, < 100 mTorr), la thermalisation des atomes pulvérisés par collisions avec les atomes en phase gazeuse demeure incomplète. Nous avons montré que l’une des conséquences de ce résultat est la présence d’ions Zn+ suprathermiques près du substrat. Finalement, nous avons corrélé la quantité d’atomes de Zn pulvérisés déterminée par spectroscopie d’émission avec la vitesse de dépôt d’une couche mince de ZnO mesurée par ellipsométrie spectroscopique. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que ce sont majoritairement les atomes de Zn (et non les espèces excitées et/ou ioniques) qui gouvernent la dynamique de croissance par pulvérisation RF magnétron des couches minces de ZnO.
The goal of this thesis was to study the growth dynamics of zinc oxide based thin films by RF magnetron sputtering plasmas for advanced electronic, optoelectronic, and photonic applications. In this context, we have developed several diagnostics to characterize neutral and charged species in such plasmas, in particular electrostatic probe, optical emission and absorption spectroscopy, as well as plasma sampling mass spectrometry. Afterward, we have tried to correlate specific physical characteristics of as-grown ZnO thin films, in particular the deposition rate, to fundamental plasma properties. Our results have shown that the ejection of Zn, In and O atoms during the RF magnetron sputtering of Zn, ZnO and In2O3 targets does not significantly influence the number density of positive ions (and thus the electron density assuming quasi-neutrality) as well as the electron energy distribution function (populations of low and high energy). However, the ratio of the number density of metastable argon atoms (3P2) to the electron density decreases with increasing concentration Zn atoms; a feature that can be ascribed to Penning ionization of RF sputtered Zn atoms. Furthermore, over the range operating conditions examined in this study (low-pressure plasmas), the thermalization of sputtered atoms by collisions with atoms in the gas phase remains incomplete. We have shown that one of the consequences of this result is the presence of suprathermic Zn+ ions near the target. Finally, we have correlated the quantity of sputtered Zn atoms determined by optical emission spectroscopy with the deposition rate of ZnO thin films measured by spectroscopic ellipsometry. This set of data lead us to the conclusion that mainly Zn atoms (and not excited and/or ionic Zn species) govern the growth dynamic of ZnO-based thin films during magnetron sputtering in argon RF plasmas.

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Dissertations / Theses on the topic 'Couches minces d’oxydes'

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