Academic literature on the topic 'Couches semi-conductrices'

Ce travail concerne la recherche de nouvelles solutions pour l'optique non-linéaire intégrée. Les verres dopés par des nanoparticules semi-conductrices constituent un exemple de matériaux dont les potentialités en optique non-linéaIre sont depuis longtemps reconnues, quoique non encore exploitées. Les effets dus au confinement confèrent aux nanoparticules des propriétés physiques spécifiques par rapport à celles de la phase massive. Le mouvement des porteurs de charge dans une nanoparticule étant limité par le volume, l'énergie cinétique devient discrète et les niveaux s'écartent les uns des autres. C'est cette propriété de discrétisation des niveaux, associée à l'élargIssement du gap semi-conducteur, qui peut être exploitée en optique non-linéaire. Afin de conférer à ces guides d'onde des propriétés optiques non-linéaires, nous avons dopé le sol de TiO2 avec des nanoparticules de CdS ou de PbS produits par la méthode colloïdale des ligands de surface. Nous avons optimisé les paramètres de synthèse de couches minces sol-gel de TiO2 optiquement guidantes, non dopées et dopées avec des nanoparticules de CdS ou de PbS. Les films minces recuits à 100 ou 200°C sont homogènes, exempts de craquelures mais guident la lumière avec une forte atténuation (1 à 1,5 dB/cm). En solution, les nanocristaux produits par une méthode colloïdale présentent une distribution de taille étroite avec un diamètre moyen contrôlé entre 3 et 6 nm. Nous avons observé le ralentissement de leur croissance par la matrice TiO2 et une stabilisation de la solution. L'indice non-linéaire n2 des solutions, mesuré par technique Z-scan, vaut environ -2x10-18 m2/W, valeur comparable à celles reportées dans la littérature. Pour un film TiO2 dopé CdS (30%) et traité à 500°C, l'absorption induite mesurée (β = 16x10-7m/W) est de plusieurs ordres de grandeur supérieure à celle du cristal massif, ce qui est relié aux nombreux niveaux de défauts. Par la technique de pulvérisation radiofréquence, nous avons déposé des nanoparticules d'InSb dans des couches minces de silice et utilisé 2 types de protocole pour leur traitement thermique. Les mesures de non-linéarité on révélé un coefficient d'absorption induite β également bien supérieur à celui d'lnSb massif. On a mis en évidence l'influence du régime continu ou lmpulsionnel des lasers sur les propriétés du matériau.

L'extrême sensibilité et la finesse des raies de molécules uniques, à basse température, permettent d'étudier la dynamique des solides et de révéler des phénomènes physiques à l'échelle du nanomètre. Nous montrons qu'une molécule unique peut sonder localement le transport électrique dans des couches minces semi-conductrices. Deux systèmes sont étudiés des molécules de tétra-tert-butyle terrylène (TBT), déposées en faible concentration, sur des couches d'oxyde de zinc (Zn0) et d'oxyde d'indium (ITGO). Sur ZnO, la distribution statistique de la largeur des raies moléculaires en fonction de la conductivité électrique révèle un couplage important entre les électrons libres et les molécules de TBT. En régime isolant, nous montrons qu'environ 5 % des molécules sont localisées à proximité de sites de conduction par sauts tunnels. La conduction électrique en régime diffusif est fortement inhomogène, et se manifeste par la formation de points chauds localisés sur une distance inférieure à cent nanomètres. Sur ITGO métallique et granulaire, 80 % des impuretés connaissent un déplacement gigantesque de leur fréquence de transition. La réponse temporelle révèle d'une part le temps de relaxation anormalement long du déplacement en fréquence et d'autre part le couplage des impuretés à une distribution d'oscillateurs locaux. Les propriétés de ces systèmes oscillants sont surprenantes : localisation spatiale sur une distance de l'ordre de 30 nm et fréquences de résonance extrêmement basses comprises entre 10 kHz et 1 MHz.

Nous presentons une etude structurale de depots epais de gan sur alumine et d'heterostructures gan / al#xga#1#-#xn de basse dimensionnalite. Les systemes etudies ont ete elabores par epitaxie par jet moleculaire (mbe) ou par depot en phase vapeur d'organo-metalliques (mocvd). La technique d'investigation est la microscopie electronique a transmission, utilisee en modes conventionnel, haute resolution et faisceau convergent. La premiere partie de l'etude traite de la croissance optimisee de couches de gan sur substrat d'alumine. La polarite des depots est le parametre clef de cette croissance. En effet, la presence de domaines d'inversion de polarite ga dans une matrice a polarite n provoque une croissance sous forme d'ilots hexagonaux, tandis qu'une matrice a polarite ga assure une surface de croissance lisse. Les depots realises contiennent tous des dislocations en grande densite (10#+#1#0/cm#2), dont les vecteurs de burgers sont egaux a 1/3 <2,1,1,0>, 1/3 <2,1,1,3> et 0001. Des nanotubes sont formes par l'ouverture locale du coeur de dislocations 0001. Des defauts prismatiques 2,1,1,0 et 0,1,1,0 ont aussi ete observes. Les derniers forment les parois des domaines d'inversion de polarite et introduisent une translation de 1/20001 entre les cristaux de polarites opposees. Dans une seconde partie, differentes heterostructures gan / al#xga#1#-#xn (puits, super-reseaux et boites quantiques) sont etudiees a l'echelle atomique par analyse quantitative des images haute resolution. L'epitaxie de gan sur al#. #1#5ga#. #8#5n reste coherente pour 16 monocouches deposees. Par contre, une relaxation partielle apparait dans un super-reseau gan / aln dont les couches ont une epaisseur superieure a 11 monocouches. Les heterostructures aln / gan sont caracterisees par une faible miscibilite et des interfaces relativement abruptes. Selon la temperature, les couches de gan deposees sur aln adoptent un mode de croissance bidimensionnel ou de type stranski-krastanov. Ce dernier mode de croissance permet le confinement d'ilots de gan dans aln et ouvre la voie a la realisation de boites quantiques.

La premiere partie du travail est consacree a l'etude de la structure et des proprietes des films minces d'oxyde de cuivre developpes en milieu nacl 0,5m aere. L'etude du processus de corrosion, apres une heure d'immersion, par des methodes electrochimiques montre que le mecanisme anodique procede en deux etapes successives et est controle par la diffusion de cucl#-#2 a partir de l'electrode. Le mecanisme cathodique est la reduction du dioxygene dissous, reaction controlee par la cinetique. Le comportement de cu#2o est etudie par coulometrie, photoelectrochimie et diverses techniques d'analyses de surface (meb, diffraction x, infra-rouge, esca). La reaction de formation de l'oxyde suit initialement une loi d'avancement lineaire, puis l'epaisseur se stabilise a long terme, tandis qu'une couche de paratacamite se developpe a son tour. Les principales caracteristiques de cu#2o mises en evidence sont sa porosite, son caractere semi-conducteur relie au mode de formation de l'oxyde: de type n pour l'oxyde forme a l'interface metal/oxyde, de type p pour celui developpe par precipitation des ions du cuivre formes a l'interface oxyde/solution. On trouve alors une couche duale n-p qui explique l'arret de croissance lorsque les epaisseurs des deux films sont egales. Dans une deuxieme partie, le comportement du cuivre en presence de benzotriazole (bta), inhibiteur de la corrosion du cuivre, est analyse. Les processus aux electrodes sont fortement modifies: les reactions anodique et cathodique sont sous controle cinetique. La structure double p et n pour l'oxyde apparait presque instantanement. La formation d'un complexe entre les ions cuivreux et le bta, et probablement d'un complexe superoxyde entre les ions cuivrique, l'oxygene et le bta, est a l'origine du developpement d'un oxyde tres mince et tres hermetique, dont sont absents les ions chlorure. Un modele est propose pour expliquer le comportement photoelectrochimique des films superficiels

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques. Sciences des Matériaux : Lille 1 : 2005.
Mémoire de travaux. Recueil de publications en anglais non reproduit dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 453. Résumé en français. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Notes bibliogr. Liste des publications et communications.

Ces travaux concernent l'élaboration de couches minces monophasées ou nanocomposites par pulvérisation cathodique radiofréquence en vue de leur utilisation comme matériau pour capteurs de gaz. Dans un premier temps nous avons étudié l'influence des conditions de dépôt sur la microstructure des films minces d'oxydes spinelles. La microscopie électronique, l'ellipsométrie et les mesures de surface par la méthode B. E. T ont notamment permis de caractériser finement la microstructure des couches et d'établir un modèle à l'échelle nanométrique qui décrit l'arrangement des grains et la microporosité. Nous avons pu ainsi observer un fort accroissement de la porosité dans les films élaborés avec des conditions de dépôt favorisant les collisions entre particules et, en conséquence, un fort effet d'ombrage entre les grains en croissance (forte pression d'argon et grande distance cible substrat). Dans un deuxième temps, la mise en œuvre de phénomènes de réduction in-situ au cours du procédé de dépôt par pulvérisation cathodique R. F. à partir d'une cible de delafossite CuFeO2 a permis l'élaboration de couches minces nanocomposites CuO/CuxFe3-xO4. Ce type de matériau original associant des oxydes de type "n" et "p" intimement mêlés semble prometteur pour la détection du CO2 et du CO. Nous avons cherché à optimiser la sensibilité de couches minces de 50 nm d'épaisseur, sur différents substrats. Une sensibilité maximale de 97% et 60% a pu être obtenue lors des tests sous CO et CO2, à 400 et 250°C, respectivement
This work involves the deposition of single-phase or nanocomposite thin film by RF sputtering for use as materials for gas sensors. As a first step, we studied the influence of deposition conditions on the microstructure of spinel oxides thin films. Electron microscopy, ellipsometry and surface area measurements by the B. E. T. Method made it possible to characterize the films microstructure and to establish a model which describes the arrangement of grains and the microporosity at the nanometer scale. We were able to observe a strong increase of the porosity in the films prepared with deposition conditions favouring collisions between particles and, accordingly, a strong shadowing effect between the grains (high argon pressure and long target-substrate distance). In the second step, the reduction phenomena during the deposition process by RF sputtering from a delafossite CuFeO2 target led to the deposition of nanocomposite CuO/CuxFe3-xO4 thin films. This type of original material combining intimately oxides of "n" and "p" type seems promising for the detection of CO and CO2. We sought to optimize the sensitivity of thin layers of 50 nm thickness on different substrates. A maximum sensitivity of 97% and 60% could be obtained when tested in CO and CO2 at 400 and 250°C, respectively

Dans cette thèse, deux applications de nanomatériaux sont présentées : la première concerne l’utilisation de la technique LSPR pour la détection d’interactions moléculaires et la seconde est consacrée à l’utilisation de surfaces semi-conductrices de TiO2 et de ZnO pour la photo-catalyse pour la dépollution environnementale. D’abord, nous avons présenté la préparation et la caractérisation d’interfaces plasmoniques d’ITO/Au NSs/ITO. Celles-ci montrent des signaux optiques aussi bien pour des couches minces qu’épaisses d’ITO. Elles permettent une détection LSPR à courte et à longue portée. La chimie « click » a été utilisée pour greffer le CBPQT4+ fonctionnalisé alcynyl sur une interface ITO/Au NSs/ITO terminée « azide ». Les interfaces obtenues ont été utilisées pour démontrer la possibilité d’enregistrer la formation et la rupture de complexes « hôte-invité » (CBPQT+4/TTF) utilisant la technique LSPR. Dans la seconde partie, consacrée à la photocatalyse, nous nous sommes intéressés à deux types de traitements de TiO2 et de ZnO dans le but d’améliorer leur efficacité photocatalytique sous irradiation visible. Nous avons, préparé et caractérisé des lames de quartz recouvertes d’une couche mince de TiO2 de différentes épaisseurs avec et sans nanostructures d’or sous la couche mince de TiO2. La performance photocatalytique de ces interfaces n’est pas exceptionnelle pour la dégradation de la rhodamine B mais elles sont très stables. La dernière partie de la thèse concerne la préparation et la caractérisation de nanostructures de ZnO et de ZnO dopé à l’iode. La substitution des ions d’oxygène par des ions d’iode introduit des niveaux donneurs dans la bande interdite de ZnO qui sont suffisamment superficiels à température ambiante. L’activation d’une transition, dans la bande interdite dans le cas des substrats de ZnO dopé à l’iode, explique les meilleures performances photocatalytiques de ces substrats de la rhodamine B sous irradiation visible. Ces résultats sont très prometteurs pour diverses applications photocatalytiques des substrats à base de ZnO
In this thesis, two applications of nanomaterials are presented: the first concerns the use of the LSPR for the detection of molecular interactions and the second is devoted to the use of TiO2 and ZnO semi-conductive surfaces for photocatalysis in view of environmental remediation. The first part concerns the fabrication and characterization of plasmonic interfaces of ITO/Au NSs/ITO. These surfaces showed optical signals for thin as well as for thick ITO films. These interfaces allowed short and long-range LSPR sensing. The “click” chemistry was used to covalently link an alkynyl-functionalized CBPQT4+ unit to an azide-terminated LSPR interface. Tetrathiafulvalene was used as a model guest molecule to demonstrate the possibility to follow the complexation/decomplexation events by monitoring the change in the LSPR signal. The second part is devoted to photocatalysis. It is focused on the investigation of the effect of two different treatments of TiO2 and ZnO on their photocatalytic efficiency under visible light irradiation. We have first prepared and characterized quartz slides coated with a thin layer of TiO2 with different thicknesses with and without gold nanostructures under the thin layer of TiO2. The photocatalytic performance of these interfaces is not exceptional for the degradation of rhodamine B under visible light irradiation but these interfaces have the advantage of being very stable. The last part of the thesis consists on the preparation of ZnO and iodine-doped ZnO substrates by a hydrothermal chemical deposition, and evaluation of their photocatalytic performance. The substitution of oxygen ions by iodine ions introduces donor levels in the bandgap of ZnO, which are sufficiently shallow at room temperature. The activation of a sub-band gap transition in iodine-doped ZnO nanostructured substrates explains the better performance of these substrates for the photodegradation of rhodamine B under visible light irradiation. These results are very promising in view of various photocatalytic applications of the ZnO-based substrates

Ce travail concerne l'élaboration et la caractérisation de guides d'onde planaires non dopés et dopés par des nanoparticules semi-conductrices et/ou des ions de terre rare. Ce type de dispositif trouve son intérêt dans l'étude de nouveaux systèmes dans le cadre des Technologies Avancées pour les Télécommunications Optiques. Il est bien connu que les systèmes optiques nécessite l'emploi d'amplificateurs afin de compenser les pertes optiques dans les circuits. Ces amplificateurs pourraient avoir un meilleur rendement et une plus grande souplesse grâce au transfert d'énergie entre nanoparticules semi-conductrices et ions de terre rare. En effet, les nanoparticules de semi-conducteur présentent d'une part des sections efficaces d'absorption plus importantes, de plusieurs ordres de grandeur que celles des ions de terre rare, et d'autre part des bandes d'absorption plus larges permettant l'accordabilité du pompage et l'augmentation du rendement optique. Afin d'étudier le phénomène de transfert d'énergie entre les nanoparticules de semiconducteur et les ions de terre rare, nous avons préparé des guides d'onde à base de ZrO2, non dopés et dopés, par le procédé sol-gel. Leurs propriétés optogéométriques ont été déterminées en utilisant la spectroscopie «m-lines» et en mesurant leurs coefficients d'atténuation. La spectroscopie Raman en configuration guidée a été utilisée pour caractériser la structure de ces guides et pour étudier les mécanismes accompagnant leur densification. Cette étude a été complétée par le biais de différentes techniques expérimentales telle que la spectroscopie d'émission utilisant l'ion Eu3+ comme sonde structurale. La mise en évidence de l'Influence du dopage par les ions Eu3+ se traduit par un ralentissement du processus de densification du réseau de zircone. Un autre dopage a ensuite été opéré à l'aide de nanoparticules de CdS et de ZnS. Les précurseurs des métaux et du soufre ont été introduits directement dans le sol de ZrO2 amenant à la précipitation in situ des particules lors du recuit. Leur taille et leurs propriétés d'émission ont été étudiées par les spectroscopies d'absorption UV-visible, d'émission et d'excitation. Enfin, le transfert d'énergie a été caractérisé lors du co-dopage de ZrO2 par ZnS:Eu3+. La spectroscopie d'émIssion de l'ion Eu3+ par excitation dans l'UV nous a montré une exaltation de rémission d'un facteur 42 à 10 K. La spectroscopie d'excitation de l'ion Eu3+ a confirmé l'existence du transfert d'énergie par l'émergence d'une bande liée à l'absorption des particules.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Structure et dynamique des systèmes réactifs : Lille 1 : 2006.
N° d'ordre (Lille 1) : 3884. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.