Dissertations / Theses: 'Déposition de couches atomiques'

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Valero, Anthony. "Fonctionnalisation d’électrodes de silicium nanostructuré par couches nanométriques de diélectrique par ALD : une protection active versatile pour des micro-supercondensateurs ultra-stables en milieux aqueux." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. https://thares.univ-grenoble-alpes.fr/2020GREAI006.pdf.

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Abstract:

Ces dernières années, l’électronique portable connait un véritable essor, et envahit notre environnement. Le progrès technologique dans le domaine de la microélectronique a permis la réduction conséquente des dimensions des composants électroniques et ouvert des possibilités de mise en réseau et de contrôle jusqu’alors impossible. La question de l’alimentation en énergie est primordiale pour ces réseaux et leur déploiement n’est possible à condition de garantir leur autonomie énergétique. La production autonome d’énergie est souvent privilégiée pour que les microsystèmes soient capables de s’alimenter librement en énergie d’origine mécanique, thermique ou solaire. De telles sources de production restent intermittentes et c’est en miniaturisant les dispositifs de stockage que leur autonomie réelle leur sera envisageable. Pour répondre à ces besoins en sources d’énergie stables et miniaturisables, des micro-batteries ont été développées en parallèle des progrès conséquents du domaine des accumulateurs électrochimiques secondaires. Les micro-batteries souffrent néanmoins de limitations intrinsèques qui se voient exacerbées à échelle micrométrique. Elles se voient donc peu à peu remplacées ou combinées ces dernières années avec des unités de stockage de type supercondensateur désigné sous le terme « micro-supercondensateur » (souvent abrégé MSC) car utilisé à l’échelle microscopique. Ces travaux de thèse proposent de confronter une solution pour micro-supercondensateurs, les nanostructures de silicium aux nouveaux enjeux du stockage de l’énergie. Un état des lieux de la technologie sera tout d’abord proposé avec la mise en évidence de faiblesses majeures. Une étude électrique fondamentale permettra ensuite de comprendre le fonctionnement d’une protection électrochimique mise en place historiquement. Les nanostructures de silicium seront ensuite ouvertes au fonctionnement en électrolyte aqueux, l’une de leur faiblesse principale. Ces avancées permettront la résiliation d’un matériau composite capable de performances capacitives jamais atteintes pour un polymère conducteur. Enfin, la collaboration avec le groupe Elkem Silicon Materials permettra de préparer cette technologie aux nouveaux enjeux du stockage en micro-dispositifs avec l'augmentation substantive des capacités de production disponibles à l'échelle laboratoire
In recent years, significant attention has been paid to the development of micro-devices as innovative energy storage solutions. For instance micro-sensor networks such as sensors actuators or implantable medical devices require power densities and cyclability that are several orders of magnitude higher than those of conventional Lithium-Ion batteries. For such applications, Microsupercapacitors (MSCs), a developing novel class of micro/nanoscale power source are rising alternatives, and their integration “on-chip” could allow significant innovations to emerge.1 Therefore, a great deal of attention has been focused on MSCs, for which large series of nanostructured active materials have been developed. Following this trend, we have demonstrated through comprehensive investigations the interest of silicon nanostructures grown by Chemical Vapor Deposition (CVD) as electrodes materials for MSCs using ionic liquid electrolytes. The fine morphological tuning of the nanostructure allowed by the bottom-up approach enables specific designs of electrode architectures, with a considerable leeway compared to other techniques. Such latitude allows optimising porosity and ionic and electronic pathways while keeping robust mechanical and thermal performances, depending on the target application. Nanostructures such as SiNWs and SiNTrs have displayed excellent electrochemical performances being stable over more than 1 million cycles of galvanostatic charge/discharge under a 4 V wide electrochemical windows in EMITFSI ionic liquid, with large power densities of 10 mW.cm-2 and good capacitance values of 0.5 mF.cm-2 at high current density of 0.5 mA.cm-2. However a major silicon weakness which was still hindering its use with aqueous electrolytes is the native uncontrolled growth of silica when subjected to ambient atmosphere. In this thesis we have developed and investigated a highly conformal passivation coating of a nanometric high-k dielectric layer of Al2O3 based on the rising Atomic Layer Deposition (ALD) technique. ALD has proven to allow a nanometric thickness control of the deposited layer while being highly conformal and covering. Moreover, as discusses in this manuscript the protective alumina layer enables the use of aqueous electrolytes for nanostructured Si based MSCs, which significantly increases the specific power of the devices up to 200 mW.cm-2 at 0.5 mA.cm-2 while keeping the capacitance performances at 0.5 mF.cm-2. Furthermore the system is remarkably able to retain 99% of its initial capacitance after 2 billion galvanostatic charge/discharge cycles at high current density of 0.5 mA.cm-2 in an aqueous electrolyte of Na2SO4. In this manuscript we have also performed a comprehensive electrical study of the alumina/silicon interface which demonstrates that such nanometric layer of dielectric is not fully resistive as assumed by most the electrochemist but rather able to conduct electricity through tunnelling effect dependant on the thickness. Eventually we have used this conductive and protective layer to strengthen a pseudocapacitive conductive polymer which is electrochemically active in aqueous electrolytes. A promising composite material is described and realised by a simple drop-cast method of a PEDOT-PSS film onto silicon nanowires. The device exhibited promising performances with a specific energy of 2 Wh.kg-1 and a power density of 300 W.kg-1 at a current density of 1 A.g-1. The MSCs was able to retain 80% its initial capacitance after 500,000 galvanostatic charge-discharge cycles at 0.5 A.g-1. The last part of the thesis describes the collaboration sets with a Norvegian company, ELKEM SILICON MATERIALS, which has lead to the rethinking of our silicon nanostructure growing process and the large increase of the production capacity

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Ihara, Kou. "Οptimizing οf metal-insulatοr-metal capacitοrs perfοrmances by atοmic layer depοsitiοn : advancing prοductiοn efficiency and thrοughput." Electronic Thesis or Diss., Normandie, 2024. http://www.theses.fr/2024NORMC218.

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Abstract:

À mesure que la technologie des semi-conducteurs progresse, la nécessité de surmonter les limitations de la réduction des tailles de dispositifs est considérée comme primordiale. Bien que la loi de Moore ait guidé cette évolution au cours des cinq dernières décennies, les contraintes des composants actifs sont désormais évidentes à mesure que les processus de fabrication approchent de l'échelle atomique. L'approche "More Than Moore" a émergé pour y remédier, mettant l'accent sur l'intégration et la miniaturisation de puces hétérogènes afin de permettre l'empilement de diverses fonctionnalités système. Cependant, l'intégration de composants passifs pose des défis significatifs en raison de leur production par des processus disparates. Pour relever ce défi, Murata Integrated Passive Solutions a inventé la technologie du Substrat de Connexion Intégré Passif (PICS), facilitant l'intégration de composants passifs à base de silicium dans des structures 3D. La dernière itération, PICS5, utilise un gabarit en oxyde d'aluminium anodique et un dépôt de couche empilée Métal-Isolant-Métal par dépôt de couches atomiques. Cette thèse a contribué à l'affinement continu de la technologie PICS5 en améliorant les propriétés des condensateurs 3D et en explorant le potentiel des matériaux diélectriques à haute permittivité (Nb2O5). Cette recherche visait à optimiser les performances des composants et à anticiper les futurs défis de l'innovation en semi-conducteurs en clarifiant les subtilités des processus de dépôt de films minces et des conditions des équipements ALD
As semiconductor technology progresses, the need to overcome the limitations of shrinking device sizes is considered paramount. While Moore’s law has guided this evolution over the past five decades, the constraints of the active components are now obvious as manufacturing processes approach the atomic scale. More Than Moore's approach has emerged to address this, emphasizing the integration and miniaturization of heterogeneous chips to enable the stacking of diverse system functionalities. However, integrating passive components poses significant challenges due to their production via disparate processes. Addressing this challenge, Murata Integrated Passive Solutions invented the Passive Integrated Connecting Substrate (PICS) technology, facilitating the integration of silicon-based passive components into 3D structures. The latest iteration, PICS5, leverages an anodic aluminum oxide template and Metal-Insulator-Metal stack deposition via atomic layer deposition. This thesis contributed to the ongoing refinement of PICS5 technology by enhancing the properties of 3D capacitors and exploring the potential of high-k dielectric materials (Nb2O5). This research aimed to optimize component performance and anticipate future challenges in semiconductor innovation by clarifying the nuances of thin film deposition processes and ALD equipment conditions

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Antoun, Gaëlle. "Cryo-gravure de couches atomiques par plasma : mécanismes et procédés." Electronic Thesis or Diss., Orléans, 2020. http://www.theses.fr/2020ORLE3067.

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Abstract:

Cette thèse a été réalisée au GREMI en collaboration avec Tokyo Electron Ltd, qui a également financé le projet. Le but de cette étude était de développer un nouveau procédé de gravure de couche atomique (ALE) à température cryogénique pour la gravure de matériaux à base de silicium.Le Cryo-ALE consiste à graver une ou quelques monocouches après avoir refroidi le substrat. La première étape de ce procédé est l'injection d'azote liquide pour refroidir le porte-substrat et refroidir la plaquette en injectant de l'hélium à l'arrière pour assurer le conductivité thermique. Une fois la température de la plaquette stabilisée, des espèces réactives sont injectées en phase gazeuse pour physisorber sur les surfaces refroidies. Les parois du réacteur étant maintenues à température ambiante, aucune adsorption ne se produit dessus. La troisième étape consiste à pomper ou purger la chambre par de l'argon afin d'éliminer tout le surplus de gaz réactif qui ne s'est pas physisorbé. Un plasma d'argon avec polarisation est alors démarré afin d'apporter suffisamment d'énergie par les ions pour modifier la surface de l'échantillon et graver une ou quelques monocouches du substrat. Cette étape est auto-limitante, car une fois que toute la surface modifiée est enlevée, il n'y a plus de gravure.Pour mener cette étude, un réacteur de recherche cryogénique ICP a été utilisé. Un ellipsomètre spectroscopique in-situ a été couplé pour enregistrer la variation d'épaisseur en temps réel, et un spectromètre de masse a été utilisé pour analyser les espèces présentes dans la chambre du réacteur pendant le procédé et en savoir plus sur les mécanismes.Des analyses par spectroscopie photoélectronique par rayons X quasi in-situ a également été réalisée au laboratoire IMN pour étudier l'évolution de la surface à basse température.Le principal avantage de ce procédé basé sur la physisorption d'espèces réactives, est qu'il permet de limiter la contamination des parois du réacteur et donc d'éviter des dérives au cours du procédé.En parallèle, un deuxième procédé a été développé à des températures cryogéniques mais où l'étape de modification a été réalisée en phase plasma. Ce second procédé a permis d'atteindre une sélectivité élevée entre Si3N4 sur Si et SiO2
This PhD was conducted at GREMI in collaboration with Tokyo Electron Ltd, that has also financed the project. The purpose of this study was to develop a new Atomic Layer Etching (ALE) process at cryogenic temperature for silicon-based materials etching.Cryo-ALE consists on etching one to few monolayers after decreasing the substrate temperature. The first step of this process is the injection of liquid nitrogen to cool the chuck and cool the wafer by injecting He at its backside to ensure the thermal conductivity. Once the wafer temperature has been stabilized, reactive species are injected in gas phase in order to physisorb on the cooled surfaces. As the reactor walls are kept at room temperature, no adsorption occurs on it. The third step is to pump or purge the chamber by Argon in order to remove all the surplus of the reactive gas that did not physisorb. An argon plasma with bias is then started in order to bring enough energy by the ions to make modify the surface of the sample and etch one to few monolayers of the substrate. This step is self-limited, as once all the modified surface is removed, no more etching occurs.To conduct this study, an ICP cryogenic research reactor has been used. On it an in-situ spectroscopic ellipsometer was coupled to monitor the thickness variation in real time, and an Electrostatic Quadrupole Mass Spectrometer was used to analyze the species present in reactor chamber during the process and know more about the mechanisms.Quasi in-situ X-ray Photoelectron Spectroscopy has also been performed at the laboratory IMN for surface analysis at low temperature.The main advantage of this process based on the physisorption of reactive species, is that it enables to limit reactor walls contamination and hence prevent process drifts.In parallel, a second process was developed at cryogenic temperatures but where the modification step was performed in plasma phase. This second process enabled to achieve high selectivity between Si3N4 over Si and SiO2

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Mantoux, Arnaud. "Synthèse par dépôt de couches atomiques et caractérisations de couches minces d'oxyde de vanadium applications aux accumulateurs au lithium." Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066206.

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Chen, Yuan. "Elaboration de films minces thermoélectriques par dépôt électrochimique en couches atomiques (EC-ALE)." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4342.

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Abstract:

Un dispositif expérimental de dépôt électrochimique en couches atomiques (EC-ALE) a été conçu et réalisé dans cette thèse. Sa mise en oeuvre a permis de valider cet équipement. Grâce à la flexibilité de cet équipement, un nouveau point de vue du dépôt en sous potentiel (UPD) du cobalt sur un substrat d'or a été proposé. Les résultats montrent aussi que le dépôt alternatif de monocouches de Co et de Sb est possible. Pour la première fois, l'électrodéposition de films minces Sb2Se3 par la méthode EC-ALE sur des électrodes poly-cristallines d'or a été obtenue et étudiée. Les paramètres de dépôt ont été déterminés et le film mince déposé a été caractérisé par analyses MEB et RAMAN. L'adsorption irréversible et le phénomène UPD réversible de Sb sur une électrode de Pt a aussi été étudié. Les résultats montrent qu'après la réduction en Sb des espèces adsorbées SbO+, des atomes de Sb peuvent être déposés sur cette électrode de Pt modifiée au Sb en utilisant le dépôt en sous potentiel pour augmenter le recouvrement du substrat du Pt par le Sb
An electrochemical atomic layer epitaxy (EC-ALE) experiment platform was designed and constructed in this thesis, and this platform was proved to be qualified for EC-ALE experiments.Benefiting from the flexibility of the EC-ALE equipment, a new viewpoint about the UPD behavior of cobalt on the gold substrate has been put forward in this work. The results also show that the subsequent alternate deposition of Co and Sb monolayers is feasible.For the first time the electrodeposition of Sb2Se3 thin films by EC-ALE method on polycrystalline Au electrodes has been obtained and investigated. The deposition parameters were determined and the deposit was characterized by SEM and Raman analysis.The irreversible adsorption and reversible UPD behaviour of Sb on Pt electrode have also been studied. The results show that after the irreversibly adsorbed SbO+ species are reduced to metallic Sb, Sb atoms can be further deposited onto this Sb-modified Pt electrode in the way of UPD to increase the coverage of Sb on the Pt substrate

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Abourayak, Khalid. "Comportement tribologique à chaud de couches minces extra-dures obtenues par déposition physique en phase vapeur (PVD)." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1996. http://www.theses.fr/1996ECDL0020.

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Abstract:

Pour pallier a l'insuffisance de certains traitements thermochimiques, face a des sollicitations tres severes a haute temperature (usure, proprietes de frottement), de nouveaux procedes ont ete appliquees aux pieces mecaniques. Ces traitements permettent de realiser un revetement de faible epaisseur (quelques micrometres) generalement tres dur et stable chimiquement. C'est dans cette optique qu'on a choisi la technique de deposition physique en phase vapeur pvd, qui grace a ces avantages specifiques, suscite un interet croissant en mecanique. Le travail mene au cours de cette etude fait partie d'un projet brite-euram qui rassemble des partenaires de differents pays d'europe. L'objectif principal etait de developper de nouveaux revetements pour lutter contre l'usure des outils de coupe dans le souci d'augmenter leur duree de vie. Pour cela, il a fallu introduire des ameliorations sur la technique de deposition physique en phase vapeur preexistante : un nouveau concept pour le prototype de l'equipement pvd a ete developpe. Avec ce type de prototype, il a ete possible de produire de nouveaux revetements a base de tungstene et d'un autre metal d'addition. Une premiere partie de ce travail a ete consacree a l'optimisation des parametres technologiques de deposition, une seconde partie a la caracterisation mecanique de tels depots et leur resistance au frottement et a l'usure a haute temperature par le biais d'un tribometre pion-disque. Nous avons mis en evidence le role important des oxydes formees sur la zone de contact pendant le frottement et leur influence directe sur l'evolution des mecanismes d'usure. Certains oxydes sont benefiques pour le contact puisqu'ils diminuent le coefficient de frottement et l'usure et jouent de ce fait le role de lubrifiants solides. Ils ont la capacite de se maintenir dans le contact pendant toute la duree de frottement, adherent fortement aux espaces uses par interaction mecanique et induisent des contraintes de cisaillement faibles par rapport a celles des substrats utilises.

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Prieur, Thomas. "Sélection d'un précurseur pour l'élaboration de couches atomiques de cuivre : application à l'intégration 3D." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00961695.

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Abstract:

Avec l'augmentation de la densité de fonctionnalités dans les différents circuits intégrés nous entourant, l'intégration 3D (empilement des puces) devient incontournable. L'un des point-clés d'une telle intégration est la métallisation des vias traversant (TSV, Through Silicon Via) reliant deux puces entre-elles : ces TSV ont des facteurs de forme de plus en plus agressifs, pouvant dépasser 20. Les dépôts des couches barrière à la diffusion du cuivre et d'accroche pour le dépôt électrolytique du cuivre étant actuellement réalisées par dépôt physique en phase vapeur, ceux-ci sont limités en termes de conformité et de facteur de forme. Le travail de cette thèse porte sur le développement du dépôt de couches atomiques (ALD, Atomic Layer Deposition) de cuivre et de nitrure de tantale afin de résoudre les problèmes énoncés lors de la métallisation de TSV. Les précurseurs de cuivre étant actuellement mal connus, différents précurseurs ont été dans un premier temps évalués, afin de sélectionner celui répondant au cahier des charges précis de notre étude. Nous nous sommes par la suite attachés à l'étudier selon deux axes : d'abord en examinant ses propriétés thermodynamiques afin de mieux appréhender les réactions de dépôt, puis lors d'élaboration de films de cuivre sur différents substrats et à différentes conditions afin d'optimiser le procédé d'élaboration de films mince de cuivre. Dans un second temps, nous nous sommes attachés à l'étude d'un précurseur de tantale pour la réalisation de couches barrière à la diffusion. Celui-ci a été étudié en ALD, afin de proposer à l'industrie microélectronique un procédé de dépôt de couches barrière et d'accroche optimisé. Pour finir, nous avons vérifié que l'ALD permet le dépôt conforme dans des TSV à haut facteur de forme, et que les films obtenus ont les propriétés correspondant au cahier des charges de l'industrie la microélectronique.

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TEBBJI, HASSAN. "Elaboration et caracterisation de films de cuprates du type phase infinie deposes par sequence de couches atomiques." Paris 6, 1993. http://www.theses.fr/1993PA066649.

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Abstract:

Le travail presente dans cette these porte sur la realisation de composes du type (sr#1#-#xca#x)cuo#2. Leur structure cristalline consiste en l'alternance de deux types de plans atomiques: un plan d'oxyde de cuivre (cuo#2) et un plan intercalaire d'atomes alcalins (de type dans notre sr#1#-#xca#x dans notre etude). Cette famille de composes est nommee phase infinie, parce qu'elle peut etre assimilee a un cuprate comportant une infinite de plan cuo#2 par cellule. Un procede de depot a ete mis au point, permettant de synthetiser des films de phase infinie (sr#1#-#xca#x)cuo#2 par epitaxie sequentielle par jet moleculaire (mbe), controlee par la diffraction d'electrons a haute energie. Les phases obtenues sont semiconductrices et ne presentent pas de transition supraconductrice lorsqu'elles sont pures. Cette etude s'est poursuivie par la recherche d'un procede de dopage, avec l'intention de rendre la phase infinie supraconductrice. Une voie prometteuse a ete ouverte puisque deux phases supraconductrices, respectivement a 160 k et a 250 k, ont ete synthetisees

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Kuleff, Alexander I. "Études sur les effets de couches dans les systèmes atomiques, les molécules diatomiques et les agrégats métalliques." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066202.

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Tuske, Olivier. "Etude de la formation des atomes creux sous les surfaces : influence des premières couches atomiques du solide." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066552.

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Maghezzi, Dahman Samira. "Microscopie par mesure de forces atomiques : Étude théorique dans le cas de substrats diélectriques." Besançon, 1990. http://www.theses.fr/1990BESA2045.

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Abstract:

La microscopie par mesure de forces atomiques (A. F. M. ) est une nouvelle méthode permettant de restituer la topographie d'une surface avec une très grande résolution latérale (de l'ordre de quelques nanomètres). Dans le présent travail nous présentons une étude théorique destinée à la compréhension des mécanismes physiques intervenant en A. F. M. La force de Van der Waals entre une pointe très fine (quelques dizaines d'angstroms de rayon de courbure) et une surface diélectrique, est calculée dans le cadre de la théorie de la réponse linéaire en décrivant chacun des milieux par sa fonction de réponse non-locale. En particulier, lorsque la sonde est de nature métallique, nous introduisons les effets de dispersion spatiale par un ensemble de propagateurs décrits à l'aide d'un formalisme auto-cohérent. En ce qui concerne les substrats présentant des surfaces clivées parfaitement planes (graphite, diamant), nous avons développé le potentiel d'interaction dans le réseau réciproque associé à chaque plan réticulaire constituant le cristal. Ce procédé nous a permis d'extraire l'information structurale de la surface en séparant partie continue et partie corrugation de la force d'interaction. Nous avons ainsi mis en évidence le rôle important des forces à très courtes distances pour obtenir une résolution atomique sur la face (1000) du graphite et sur la face (111) du diamant. Nous avons abordé finalement, l'étude des surfaces presentant des rugosités de dimensions nanométriques. Dans le cas précis, il est montré que la relation entre l'image et l'objet est lièe à la dépendance spatiale des forces d'origine dispersive et donc au caractère délocalisé de la réponse des électrons de conduction se déplaçant à l'intérieur du détecteur.

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Létiche, Manon. "Élaboration de matériaux pour microbatterie 3D Li-ion par dépôt de couches atomiques (ALD) et caractérisations structurales operando." Thesis, Lille 1, 2016. http://www.theses.fr/2016LIL10183/document.

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Abstract:

Afin de subvenir aux besoins énergétiques des nouvelles technologies électroniques nomades et miniatures, le développement de microdispositifs de stockage électrochimique d’énergie suffisamment performants telles que les microbatteries (MB) Li-ion est nécessaire. Pour ce faire, l’élaboration de MB Li-ion en topologie tridimensionnelle est une voie attractive qui permet le déploiement de surface spécifique tout en conservant l’empreinte surfacique initiale (de l’ordre du mm2), exacerbant ainsi la densité d’énergie délivrée par la MB. Cette solution est rendue possible grâce au développement de technique de dépôt couches minces telle que l’ALD qui est capable de réaliser des dépôts conformes. Dans le cadre de cette thèse, un électrolyte solide (Li3PO4) a été développé et optimisé de façon conforme, par ALD, sur un substrat de silicium structuré au préalable par des techniques de micro-fabrication. Une électrode positive de type spinelle (LiMn1.5Ni0.5O4) a également été élaborée par pulvérisation cathodique RF. Les performances ont été optimisées en fonction des paramètres de dépôt sur un substrat Si/Al2O3/Pt. Une capacité volumique de 63 µAh.cm-2.µm-1 a ainsi été mesurée pour un dépôt de 420 nm à 0,01 mbar recuit sous air à 700°C. Enfin, un prototype de cellule électrochimique en vue d’un suivi in situ/operando par DRX d’une électrode en couche mince, a été proposé
In order to address the demand on energetic needs to sustain nomad and miniaturized electronic devices, micro-devices performance for energy storage such as Li-ion microbatteries (MB) have to be improved. An attractive way to meet the required performance consists in using 3D topology increasing the specific surface while keeping the initial surface footprint (in the mm2 range) which is significantly enhancing the delivered energy density of the MB. The development of thin film technologies such as ALD enabling conformal deposition makes it possible. In the framework of this thesis, a solid electrolyte (Li3PO4) has been developed and optimized by ALD, on a 3D micro-architectured silicon substrate obtained by microfabrication techniques. A positive electrode (LiMn1.5Ni0.5O4) has also been developed and optimized as a function of the deposition parameter by RF sputtering deposition on a Si/Al2O3/Pt substrate. A volumetric capacity of 63 µAh.cm-2.µm-1 has been measured for a film of 420 nm thick obtained at 0.01 mbar and then annealed at 700°C under air atmosphere. Finally, a prototype has been proposed to realize an electrochemical cell for the purpose of in situ/operando follow-up by XRD of a thin film electrode deposited on silicon substrate

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Mouton, Isabelle. "Etude expérimentale et modélisation de la nanostructure de couches minces magnétiques Ge-Mn." Rouen, 2014. http://www.theses.fr/2014ROUES063.

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Abstract:

Les semiconducteurs présentant une nanostructure auto-organisée sont au centre de nombreuses études, la présence d’inhomogénéités peut en effet améliorer les propriétés physiques (optique, magnétique, …) des matériaux considérés. Parmi les systèmes possibles, les alliages Ge-Mn qui présentent une nanostructure auto-organisée particulière sont apparus comme des candidats prometteurs dans le domaine de l’électronique de spin. En Effet, il apparait lors de la croissance des nanocolonnes riches en Mn organisées dans la matrice de Ge. Celles-ci présentent, dans certaines conditions, des propriétés ferromagnétiques à température ambiante. Cependant, de nombreuses questions relatives à la structure, à la composition, à la morphologie des nanocolonnes ou à leurs mécanismes de formation restent encore ouvertes. Dans ce travail, l’utilisation de la tomographie atomique a permis de mieux caractériser les nanocolonnes riches en Mn. Ainsi des nanocolonnes présentant différentes morphologies (discontinues, en forme de Y) ont été observées. Les nanocolonnes riches en Mn ont été identifiées comme une phase métastable (en morphologie et en composition). L’évolution structurale et chimique, induit par traitement thermique, des nanocolonnes en précipités sphériques stables a par ailleurs été étudiée. Ces observations ont ensuite été corrélées avec des modélisations de croissance de couches minces binaires obtenues par simulation Monte Carlo Cinétique. Les simulations révèlent la présence de nanocolonnes auto-organisées, bien qu’elles aient été réalisées sur un réseau rigide et sans énergie élastique. Ces modélisations nous permettent ainsi de mieux comprendre les mécanismes et l’influence des conditions d’élaboration menant à la formation de nanocolonnes
Nowadays self-organized semiconductor nanostructures have motivated many studies due to the presence of inhomogeneities that can improve physical properties (optical, magnetic …). Among all possible systems, Ge-Mn has emerged as a promising candidate for spintronic application since the discovery of Mn-rich self-organised nanocolumns in Ge matrix exhibiting ferromagnetic properties at operating temperature. Nevertheless, many questions related to the structure, composition, morphology or growth mechanism and physical properties of such nanocolumns remains open. In this work, thanks to 3D imaging capability of atom probe tomography a new and more precise characterization of Mn-rich nanocolumns was provided. Various nanocolumn morphologies (discontinuous, Y shape…) have been observed. Mn-rich nanocolumns were identified as metastable phase (in morphology and in composition). Nanocolumns phase evolution to stable spherical clusters induced by thermal treatment is also studied. These observations have been correlated with binary thin film growth simulation obtained by Kinetic Monte Carlo. Although performed on a rigid lattice with no elastic energy, simulations revealed self-organization of nanocolumns. These simulations allow us to understand the influence of growth parameter and nanocolumn formation mechanisms

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Saintenoy, Stéphanie. "Structures atomiques et électroniques de volume et de surface de couches très minces de siliciures d'erbium épitaxiées sur Si(111)." Mulhouse, 1995. http://www.theses.fr/1995MULH0414.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude des siliciures d'erbium ErSi1, 7 épitaxiés sur Si(111), obtenus par coévaporation des espèces Er et Si (technologie MBE) sur substrats maintenus à température ambiante, suivies de recuits entre 450°C et 850°C. L'analyse in situ conjugue essentiellement la diffraction des électrons lents (DEL) et la photoémission UV angulaire haute résolution (ARUPS). La surstructure 3x3R30- observée en DEL est attribuée à un arrangement ordonné de lacunes de silicium dans la couche qui contribuent fortement à susciter l'intérêt fondamental porté par ce système. Le suivi des spectres UPS sous l'effet de différents paramètres physiques nous ont permis d'identifier les différentes structures électroniques enrichissant la bande de valence de ErSi1,7 était constituée d'une couche bouclée de silicium de type Si(111) idéale. La structure de bandes de surface expérimentale exclut l'hypothèse d'un réseau ordonné de lacunes en surface, ce qui est confirmé par les courbes de dispersion théoriques (méthode de Huckel) et l'analyse d'images haute résolution obtenues en STM. Un raisonnement en théorie des groupes appliqué à un état de surface particulier, nous a permis, par comparaison avec les effets de polarisation constatés en photoémission de préciser la position (suggérée par l'analyse des images STM) des atomes de surface par rapport aux lacunes du volume

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Jeloaica, Leonard. "Etude Ab initio des mécanismes réactionnels dans la phase initiale du dépôt par couches atomiques des oxydes à moyenne et forte permittivité sur silicium." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00110050.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'apporter un éclairage nouveau à la compréhension des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent la croissance des trois oxydes d'Aluminium, de Zirconium, de Hafnium. Ces matériaux sont considérés comme les meilleurs candidats pour remplacer la silice en tant qu'oxyde de grille dans le futur composant MOS. La précision et la fiabilité de la méthode DFT associé à la fonctionnelle B3LYP, ont été testées à l'aide des résultats expérimentaux et des méthodes ab initio les plus précis telles que CCSD(T) et CISD(T), en utilisant différents ensembles des fonctions de bases. Nos résultats montrent que et la méthode hybride DFT peut prédire de façon précise les propriétés statistiques et dynamiques de la famille d'organométalliques (AlxCyHzOt) et des systèmes moléculaires à base de métaux de transition (Zr/HfxClyOzHt). Les premières études systématiques des surfaces d'énergie potentielle de TMA ont été présentes et les caractéristiques des rotors constitués des groups méthyles ont été rapportées avec une grande précision. Les mécanismes réactionnels, à plusieurs étapes, entre les molécules précurseurs de trois oxydes et les molécules d'eau résiduelle phase gazeuse ont été étudies en détail. Les mouvements internes fortement anharmoniques, des espèces moléculaires présentes touts au long du processus d'hydrolyse ont été déterminés. Les effets qualitatifs sur les cinétiques des réactions ont été discutés. La forte exothermicité de la réaction TMA/H2O a été démontrée, alors que la réaction avec les tétrachlorures de Zirconium et Hafnium ont montré un caractère plutôt endothermique. Nous avons aussi étudié les mécanismes réactionnels de la vapeur d'eau avec d'espèces moléculaires chimisorbés en surface. Les réactions interviennent dans les cycles initiales d'ALD sur en substrat de Si(001)-2x1 légèrement oxydé. Les mécanismes que nous proposons sont qualitativement proches des mécanismes d'hydrolyse discutés dans la phase gaz euse : confirmation de la forte réactivité exothermique avec les hydroxyméthyliques d'Aluminium, endothermicité des réactions avec hydroxychlorures de Zirconium et Hafnium. Les composés avec le Zirconium et le Hafnium ont des comportements similaires. Enfin, les effets de coopérativité, à la fois au niveau des molécules de vapeur d'eau, qu'au niveau des complexes en surface, sur les réactions ont été mis en évidence et discutés. Ils montrent des comportements tout à fait intéressants dans le cas des hydroxychlorures des Zirconium et Hafnium. Par contre, ces effets sont de moindre importance dans les cas de l'oxyde d'aluminium, qui est actuellement considéré comme le matériau le plus compatible avec la croissance par ALD

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Beainy, Georges. "Etude structurale et optique de la précipitation des ions de terres-rares et des nanoparticules de silicium dans la silice pour des applications optiques." Rouen, 2016. http://www.theses.fr/2016ROUES044.

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Abstract:

Le silicium, brique élémentaire de la microélectronique en raison grâce à la bonne maitrise de sa technologie, ne peut être utilisé directement pour toutes les applications optoélectroniques et photoniques en raison des ses propriétés physiques. L’enjeu technologique est de développer une optoélectronique et une photonique « tout silicium ». Dans le cadre de cette thèse, nous étudions une approche prometteuse permettant de contourner le problème via le dopage du matériau par des ions de terres-rares, optiquement actifs. En effet, plusieurs études ont montré que les ions de terres rares dilués dans une matrice de silice contenant des nanoparticules de silicium est un système d’intérêt particulier pouvant mener à des nouveaux dispositifs optiques. Cependant les propriétés optiques des terres rares dépendent fortement de la microstructure du matériau (nature et concentration du dopant, localisations dans la matrice hôte, nature de la matrice, …). Afin d’appréhender l’ensemble des mécanismes structuraux contrôlant la nanostructure, nous avons utilisé la sonde atomique tomographique. Deux terres rares différentes ont été étudiées (cérium et erbium). Nous avons pu mettre en évidence un mécanisme complexe de précipitation des ions de terres rares et du silicium en excès dépendant fortement des paramètres d’élaboration. Ce mécanisme de précipitation conduit parfois à la formation des nanoparticules de type « snowman ». Un modèle analytique, basé sur un bilan des énergies de surface, a été développé afin de justifier cette configuration particulière. Ces résultats nous ont permis d’expliquer l’évolution atypique des propriétés optiques obtenues par la photoluminescence
As a material of choice in the modern microelectronics, silicon has attracted increasing attention in the last decade with the aim to integrate both optoelectronic and microelectronic functionalities on a same silicon chip. Due to its physical properties, bulk silicon is a poor light emitter. The development of an efficient silicon based light emitter is therefore a challenging issue. Rare earth ions incorporated silicon nanoparticles in silica thin films have emerged as promising route to obtain light from Si-based materials. However, the light emission in such system is strongly dependent on the microstructure (nature and content of the dopant, localizations in the host matrix, nature of the matrix, etc. ). In order to understand all the structural mechanisms controlling the nanostructure, in this work, we used atom probe tomography. Two different rare earths elements were studied (cerium and erbium). We have been able to demonstrate a complex precipitation mechanism of rare earth ions and excess silicon depending strongly on the elaboration parameters. This precipitation mechanism sometimes leads to the formation of snowman-like nanoparticles. An analytical model, based on surface energies, has been developed to justify this particular configuration. These results allowed us to explain the atypical evolution of the optical properties studied by photoluminescence

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Bernay, Cécile. "Faisabilité de la pile à combustible à oxyde solide à température intermédiaire pour l'application véhicule : dépôt de couches atomiques d'électrolyte : modélisation et tests de cellules." Paris 6, 2002. http://www.theses.fr/2002PA066557.

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Jeloaica, Léonard. "Etude ab initio des mécanismes réactionnels dans la phase initiale du dépôt par par couches atomiques des oxydes à moyenne et forte permittivité sur silicium." Toulouse 3, 2006. http://www.theses.fr/2006TOU30077.

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Abstract:

L'objectif de ce travail est d'apporter un éclairage nouveau à la compréhension des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent la croissance des trois oxydes d'Aluminium, de Zirconium, de Hafnium. Ces matériaux sont considérés comme les meilleurs candidats pour remplacer la silice en tant qu'oxyde de grille dans le futur composant MOS. La précision et la fiabilité de la méthode DFT associé à la fonctionnelle B3LYP, ont été testées à l'aide des résultats expérimentaux et des méthodes ab initio les plus précis telles que CCSD(T) et CISD(T), en utilisant différents ensembles des fonctions de bases. Nos résultats montrent que et la méthode hybride DFT peut prédire de façon précise les propriétés statistiques et dynamiques de la famille d'organométalliques (AlxCyHzOt) et des systèmes moléculaires à base de métaux de transition (Zr/HfxClyOzHt). Les premières études systématiques des surfaces d'énergie potentielle de TMA ont été présentes et les caractéristiques des rotors constitués des groups méthyles ont été rapportées avec une grande précision. Les mécanismes réactionnels, à plusieurs étapes, entre les molécules précurseurs de trois oxydes et les molécules d'eau résiduelle phase gazeuse ont été étudies en détail. Les mouvements internes fortement anharmoniques, des espèces moléculaires présentes touts au long du processus d'hydrolyse ont été déterminés. Les effets qualitatifs sur les cinétiques des réactions ont été discutés. La forte exothermicité de la réaction TMA/H2O a été démontrée, alors que la réaction avec les tétrachlorures de Zirconium et Hafnium ont montré un caractère plutôt endothermique. Nous avons aussi étudié les mécanismes réactionnels de la vapeur d'eau avec d'espèces moléculaires chimisorbés en surface. Les réactions interviennent dans les cycles initiales d'ALD sur en substrat de Si(001)-2x1 légèrement oxydé. Les mécanismes que nous proposons sont qualitativement proches des mécanismes d'hydrolyse discutés dans la phase gaz euse : confirmation de la forte réactivité exothermique avec les hydroxyméthyliques d'Aluminium, endothermicité des réactions avec hydroxychlorures de Zirconium et Hafnium. Les composés avec le Zirconium et le Hafnium ont des comportements similaires. Enfin, les effets de coopérativité, à la fois au niveau des molécules de vapeur d'eau, qu'au niveau des complexes en surface, sur les réactions ont été mis en évidence et discutés. Ils montrent des comportements tout à fait intéressants dans le cas des hydroxychlorures des Zirconium et Hafnium. Par contre, ces effets sont de moindre importance dans les cas de l'oxyde d'aluminium, qui est actuellement considéré comme le matériau le plus compatible avec la croissance par ALD
This work attempts to bring a new light on the understanding of some critical aspects of the physicochemical processes that control Alumina, Zirconia and Hafnia ALD growth, yet not sufficiently understood. These materials are addressed as potentially best candidates to replace gate dielectric SiO2 in the near future electronic applications. Most accurate ab initio correlated methods, like couple-cluster CCSD(T) and CISD(T), with different basis sets functions, as well as the available experimental data have been used for testing by a systematic study the accuracy and the reliability of DFT B3LYP functional. Our results have claimed this hybrid-DFT method to be chosen in predicting of high accurate static and dynamic properties throughout the family of organometallic-like (AlxCyHzOt) and transition metal-based (Zr/HfxClyOzHt) molecular systems. First systematic study of torsional potential surfaces of TMA has been performed and the related features of the hindered rotors of the methyl groups revealed with high accuracy. Laying on these accurate results we have also proposed least-squared fit methods to determine frequency scaling factors subject to different thermodynamic properties and/or thermal conditions. Many-step reaction mechanisms of ALD gas phase precursors of each of the three oxides with residual water, or regime of low pressure H2OÓALD pulses, have been studied in detail. Strong anharmonic internal movements of molecular species throughout the hydrolysis reactions have been observed and qualitatively discussed in relation with their possible effects on the reactions' kinetics. TMA/H2O reactions have been validated as strongly exothermic, while Hafnium and Zirconium tetrachlorides have founded to react endothermically with single H2O molecule. We have also studied in detail reaction mechanisms of the related on-surface ALD-complexes with water vapors. Our theoretical investigations address to the initial stage of ALD growth, more s pecifically on SiO2/Si(001)-2x1 like surfaces. The proposed many-step mechanisms, similar to those discussed for the gas phase, confirmed again the strong reactivity of H2O molecule with on-surface Aluminum hydroxymethylides, and responds strong endothemically as for the hydroxylation of Zirconium and Hafnium on-surface hydroxychlorides. The last two proved a very similar surface chemistry. Finally the cooperative effects of H2O molecules have been considered in our models of reactions, and have revealed dramatic influences on the reactivity Zirconium- and Hafnium hydroxychlorides surfaces. Our results proved the importance of both cooperative interactions of on-surface complexes and H2O molecules in the case of the Zirconia and HafniaÓALD growth, while for Aluminum oxide, presently considered ideal for ALD growth, these effects seem of secondary importance

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Vilato, Pablo. "Etude, par microanalyse nucléaire et traçage isotopique, des mouvements atomiques induits dans les couches minces de silicium par bombardement ionique de basse et moyenne énergie." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37601809x.

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Pawlik, Matthieu. "Etude de la passivation de surface du silicium cristallin type P par dépôt de couches atomiques d'alumine pour application aux cellules solaires à haut rendement." Thesis, Ecole centrale de Lille, 2015. http://www.theses.fr/2015ECLI0008/document.

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Abstract:

La diminution du coût ainsi que l'augmentation du rendement des cellules solaires sont devenues les axes principaux de recherche depuis la crise qui a touché le marché du photovoltaïque en 2011. Une des principales stratégies est l’amincissement des cellules solaires dans le but de réduire les coûts des matériaux. Cependant, ceci diminue fortement le rendement de conversion suite à une plus forte influence des défauts structurels et électroniques, présents en surface. Ces défauts peuvent être « passivés » par l’Al2O3 déposé par technique PE-ALD. Ce matériau présente les meilleurs résultats de passivation de surface du silicium cristallin de type p. La couche de passivation nécessite un traitement thermique pour être effective. Ce phénomène se traduit par une augmentation de la durée de vie des porteurs de charge. Cette thèse, encadrée par les deux projets ANR PROTERRA et BIFASOL, ainsi qu’un financement de l’Ecole Centrale de Lille, présente l’optimisation des paramètres de dépôt de la couche de passivation d’Al2O3 ainsi qu’une étude approfondie du phénomène d’activation de la passivation, sur des échantillons avec et sans émetteur. L’analyse de la passivation a été réalisée grâce à des mesures couplées de durée de vie (PCD), électriques (C-V), de potentiel de surface (Sonde de Kelvin) et de spectrométrie (XPS, SIMS). Les sources de la passivation chimique et par effet de champ sont déterminées dans l'empilement Si/SiO2/Al2O3. Le rôle et la dynamique des hydrogènes contenus dans la couche d’alumine sont explicités. L’impact d’une encapsulation par du SiNx ainsi qu’un recuit de diffusion des contacts de 3s à 830°C est étudié
The decrease of solar cell cost as well as the increase in their efficiency are main research topics since the photovoltaic market crisis in 2011. One of the main strategy is to move towards thinner solar cells, in order to decrease raw material consumption. However, the result is a higher impact of surface phenomena on cell characteristics because of a high influence of structure and electronic defects at the surface. These defects can be passivated by Al2O3 coated by PE-ALD (Plasma Enhanced-Atomic Layer Deposition) which has been shown to provide the best surface passivation on p-type silicon. In an as-deposited state, the passivation level of Al2O3 is very low and required an annealing treatment to be "activated". This phenomenon provides an increase of the minority carrier effective lifetime. This thesis founded by the ANR PROTERRA and BIFASOL projects with the financial support of the Ecole Centrale de Lille, focuses on the optimization of the deposition parameters of alumina with a deeper insight on the passivation activation phenomena on samples with and without emitter. The passivation analysis has been performed thanks to coupled lifetime (QSS and micro PCD), surface potential (Kelvin probe), electrical (C-V) and chemical (SIMS, XPS) characterizations. The origin of the chemical and field effect passivation has been determined within the Si/SiO2/Al2O3 stack. The dynamics of the hydrogen contained in bulk alumina is explained. The impact of a SiNx capping layer and a contact alloying anneal at 830°c for 3s is also investigated

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Zarefy, Amjaad. "Nanostructure et couplage magnétique dans des couches minces (Pt/Co)3/IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire." Phd thesis, Rouen, 2011. http://www.theses.fr/2011ROUES051.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l’échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt=CotCo)3=PttP t=IrMn à anisotropie d’échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l’électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l’interface Co=IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d’anisotropie d’échange, caractérisée par le champ d’échange HE. L’étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d’épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l’insertion d’une couche mince (spacer) de Pt à l’interface Co=IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l’épaisseur des couches de Co est tCo= 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo= 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu’en l’absence du spacer et pour tCo=0,4 nm, les atomes d’Ir et de Mn diffusent dans toute l’épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo= 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l’épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d’Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo=0,4 nm, l’ajout du spacer, en limitant très fortement l’interdiffusion à l’interface entraîne l’augmentation de HE. Pour tCo=0,6 nm, la diffusion étant limitée, l’ajout d’un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l’éloignement des spins de Co et Mn
This thesis is devoted to the correlation of the structural properties at the atomic scale with the magnetic properties of (Pt=CotCo)3=PttP t=IrMn multilayers with perpendicular exchange bias. Such multilayers are used in spintronics. A particular attention has been devoted to the structural characterization of the Co=IrMn interface. This interface plays a determining role in the exchange bias phenomenon, characterized by the exchange bias field HE. Investigation at the nanostructural scale has been carried out using atom probe tomography. Magnetic measurements were performed with a SQUID magnetometer. The results of magnetic measurements show that the insertion of a Pt spacer at the Co=IrMn interface increases HE for the multilayer in which the thickness of the Co layers (tCo) is 0. 4 nm, but decreases HE for the multilayer with tCo = 0. 6 nm. Nanostructural analyses showed that in the absence of the spacer and for tCo=0. 4 nm, Ir and Mn diffuse within the whole Co layer onto which the IrMn layer was deposited, while for tCo= 0. 6 nm the Ir and Mn diffusion is much more reduced. On the other hand, whatever the thickness of the Co layer, the spacer reduces the Ir and Mn diffusion, thus acting as a diffusion barrier. Consequently, for multilayers with tCo = 0. 4 nm, the spacer limits the interdiffusion at the Co=IrMn interface, leading to an increase of HE. The Ir andMn diffusion in the Co layer being limited for the multilayer with tCo= 0. 6 nm, the spacer moves away the Co spins from the Mn spins, leading to a decrease of HE

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Zarefy, Amjaad. "Nanostructure et couplage magnétique dans des couches minces (Pt/Co)3/IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire." Phd thesis, Université de Rouen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00649328.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à la corrélation entre propriétés structurales à l'échelle atomique et propriétés magnétiques de multicouches (Pt/Co)3/Pt /IrMn à anisotropie d'échange perpendiculaire. Ces multicouches sont utilisées dans le domaine de l'électronique de spin. Une attention particulière a été portée à la caractérisation nanostructurale de l'interface Co/IrMn, cette interface jouant un rôle prédominant dans le phénomène d'anisotropie d'échange, caractérisée par le champ d'échange HE. L'étude structurale, réalisée principalement en sonde atomique tomographique a permis de révéler la structure des multicouches étudiées dont certaines couches sont d'épaisseur sub-nanométrique. Les résultats des mesures magnétiques ont montré que l'insertion d'une couche mince (spacer) de Pt à l'interface Co/IrMn augmente les valeurs de HE pour la multicouche dont l'épaisseur des couches de Co est tCo = 0,4 nm, mais diminue HE lorsque tCo = 0,6 nm. Les analyses nanostructurales montrent qu'en l'absence du spacer et pour tCo =0,4 nm, les atomes d'Ir et de Mn diffusent dans toute l'épaisseur de la couche de Co sur laquelle repose la couche IrMn alors que pour tCo = 0,6 nm la diffusion de ces atomes est beaucoup plus réduite. Quelle que soit l'épaisseur de la couche de Co, la présence du spacer réduit très fortement la diffusion d'Ir et de Mn, montrant ainsi que le spacer agit comme une barrière de diffusion. Pour tCo =0,4 nm, l'ajout du spacer, en limitant très fortement l'interdiffusion à l'interface entraîne l'augmentation de HE . Pour tCo =0,6 nm, la diffusion étant limitée, l'ajout d'un spacer entraîne une diminution de HE en raison de l'éloignement des spins de Co et Mn.

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Roussel, Manuel. "Etude et modélisation de la précipitation de particules de silicium dans des couches de silice nanométriques." Phd thesis, Rouen, 2012. http://www.theses.fr/2012ROUES043.

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Abstract:

Les propriétés optiques et électriques de nanoparticules de silicium enrobées de silice ont été au centre de nombreuses études ces vingt dernières années en raison de leurs potentielles applications pour les futures générations de cellules photovoltaïques, de mémoires flash et d'amplificateurs optiques. Ces matériaux présentent des propriétés d'émission lumineuse et de piégeage de charges qui dépendent fortement de leurs caractéristiques structurales. La distribution en taille des nanoparticules, leur densité volumique, leur interface ainsi que la qualité de l'oxyde sont des paramètres clés qui gouvernent la longueur d'onde des photons émis, la quantité de charges piégées... L'objectif de cette thèse vise à mieux comprendre la formation des nanoparticules de silicium à l'échelle atomique en fonction des paramètres d'élaboration (excès de Si, épaisseur des couches actives, température et temps de recuit, ...). Une évolution du coefficient de diffusion du Si dans la silice en fonction de l'excès de silicium est mise en évidence. Parallèlement, un changement drastique du mécanisme de décomposition en fonction de l'épaisseur des couches a été observé, pour passer parfois d'un mécanisme de germination / croissance à un processus de décomposition spinodale. De plus, des simulations Monte Carlo ont été mises en place afin d'étudier la décomposition spinodale confinée dans une couche d'épaisseur nanométrique.

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Roussel, Manuel. "Etude et modélisation de la précipitation de particules de silicium dans des couches de silice nanométriques." Phd thesis, Université de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00782200.

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Abstract:

Les propriétés optiques et électriques de nanoparticules de silicium enrobées de silice ont été au centre de nombreuses études ces vingt dernières années en raison de leurs potentielles applications pour les futures générations de cellules photovoltaïques, de mémoires flash et d'amplificateurs optiques. Ces matériaux présentent des propriétés d'émission lumineuse et de piégeage de charges qui dépendent fortement de leurs caractéristiques structurales. La distribution en taille des nanoparticules, leur densité volumique, leur interface ainsi que la qualité de l'oxyde sont des paramètres clés qui gouvernent la longueur d'onde des photons émis, la quantité de charges piégées... L'objectif de cette thèse vise à mieux comprendre la formation des nanoparticules de silicium à l'échelle atomique en fonction des paramètres d'élaboration (excès de Si, épaisseur des couches actives, température et temps de recuit, ...). Une évolution du coefficient de diffusion du Si dans la silice en fonction de l'excès de silicium est mise en évidence. Parallèlement, un changement drastique du mécanisme de décomposition en fonction de l'épaisseur des couches a été observé, pour passer parfois d'un mécanisme de germination / croissance à un processus de décomposition spinodale. De plus, des simulations Monte Carlo ont été mises en place afin d'étudier la décomposition spinodale confinée dans une couche d'épaisseur nanométrique.

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TAN, SOVTRITH. "Croissance de couches atomiques sur substrat avec desaccord de parametre de maille par les methodes monte-carlo et dynamique moleculaire : croissance en ilots (cas generique) et phases ordonnees de pb/cu (100)." Paris 7, 1997. http://www.theses.fr/1997PA077079.

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Abstract:

Dans une premiere partie, nous avons cherche a simuler la croissance de couches sur un substrat de reseau triangulaire. Nous avons etudie plusieurs cas ou l'adsorbat presente un desaccord de maille avec le substrat. Nous avons trouve une croissance de type stranski-krastanov pour des desaccords de maille de -5%, -10% et +10%, ainsi que la formation de surstructures commensur ables pour la premiere couche, regulierement ponctuees par des defauts et des lacunes. Nous avons mis en evidence le role des lacunes dans la formation des ilots. Nous avons trouve des zones d'empilement fcc separes par des zone s d'empilements hc. Nous avons mis en evidence l'existence d'une oscillation de la distance entre couches et des rotations d'ilots. Nous avons aussi constate une guerison des lacunes. Dans une seconde partie, nous avons cherche a simuler les phases ordonnees de pb/cu(100). Nous avons choisi u n potentiel de type lennard-jones generalise avec un petit nombre de parametres ajustes sur l'energie de cohesion, le parametre de maille, et le module de rigidite des materiaux. Ce potentiel rend bien compte de la stabilite des differentes phases ordonnees de pb/cu(100). Nous avons obtenu des grandeurs correctes pour les distances interatomiques de ces phases. Les temperatures de fusion obtenues sont en bon accord avec l'experience. Les coefficients de diffusion du plomb des trois phases sont proches de l'experience. La courbe de dispersion des phonons obtenues par ce potentiel sont en accord raisonnable avec l'experience.

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Hallot, Maxime. "Micro-batteries tout solide en technologie Li-ion sur substrats Silicium planaires et tridimensionnels pour objets connectés." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I115.

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Abstract:

La miniaturisation des appareils connectés (Internet des objets, IoT) s'accompagne d'une réduction de l'espace pour les systèmes de stockage de l'énergie conventionnels (piles et batteries). Pour pallier à ce problème et pouvoir étendre de larges réseaux de capteurs communicants, il est indispensable de repenser l'architecture des micro-batteries en passant par des configurations 3D tout solide en technologie Lithium-ion. L'objectif de ces travaux est de synthétiser des matériaux de batteries par des techniques de dépôt couches-minces pouvant convenir à ces architectures tridimensionnelles: le dépôt par couche atomique (ALD). La synthèse s'accompagne de techniques de caractérisations avancées des matériaux de batteries permettant de remonter aux propriétés électrochimiques et structurales des éléments de la batterie
Miniaturized sensors for Internet of Things (IoT) application is in expansion since the last 10 years. All solid-state lithium-ion battery is a promising candidate. Nevertheless, in spite of high technological readiness level, planar micro-batteries suffer from a lack of energy density meaning that it is necessary to develop new architectures to fullfill the performances requirements. 3D structures is needed for such application and this work is focused on the synthesis of positives electrodes with high storage capacity and high operating voltage by Atomic layer deposition (ALD). In the frame of this work,we will rely structurals and electrochemicals properties by differents characterisations techniques for batteries materials

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Rollier, Anne-Sophie Collard Dominique Buchaillot Lionel. "Technologies microsystèmes avancées pour le fonctionnement de dispositifs en milieu liquide et les applications nanométriques." Villeneuve d'Ascq : Université des sciences et technologies de Lille, 2007. https://iris.univ-lille1.fr/dspace/handle/1908/1036.

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Abstract:

Reproduction de : Thèse de doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2006.
N° d'ordre (Lille 1) : 3891. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

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Farizon-Mazuy, Bernadette. "Echange de charge et excitation dans des feuilles minces amorphes ou cristallines d'ions atomiques légers (80-600 KeV-u), d'agrégats d'hydrogène (30-120 KeV-u) et d'ions Xe canalisés (25 MeV-u)." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 1987. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00747323.

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Grishin, André. "Réactivité interfaciale des composés à base de CeO2 dans des dispositifs électrochimiques hybrides fonctionnant à haute température." Thesis, Paris Sciences et Lettres (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019PSLEC002.

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Abstract:

Cette étude a pour objet les piles à combustible à haute température qui se différencient par la nature de l’électrolyte : oxyde solide (SOFC) et carbonates fondus (MCFC). Malgré la maturité actuelle de ces technologies, la dégradation à haute température des matériaux freine un développement à grande échelle. Nous nous sommes essentiellement penchés l’évolution des systèmes SOFC. Ce travail s’intéresse tout d’abord à l’élaboration par dépôt de couches atomiques (ALD) d’oxyde de cérium dopé à l’yttrium (connu pour ses propriétés électrocatalytiques à l’anode) et leur caractérisation électrochimique, afin de mettre en évidence l’influence de leur microstructure sur la réactivité sous atmosphère réductrice d’hydrogène. L’orientation de ces couches a montré une augmentation significative de leur réactivité. Dans un deuxième temps nous avons étudié des électrolytes composites oxyde-carbonates et, plus particulièrement, l’évolution de leur comportement électrique sous différentes conditions expérimentales se rapprochant du fonctionnement des SOFC. Nous avons pu en déduire les mécanismes régissant la conductivité ionique sous atmosphères variées et mis en évidence l’intérêt d’une couche mince entre anode et électrolyte dans une cellule unitaire. Dans les deux cas des résultats très significatifs ont été obtenus permettant d’envisager des systèmes hybrides SOFC/MCFC, incluant des couches minces fortement orientées, compétitifs par rapport aux dispositifs existants
This study deals with high-temperature fuel cells that differ in the nature of the electrolyte: solid oxide (SOFC) and molten carbonates (MCFC). Despite the current maturity of these technologies, the high temperature degradation of materials slows down large-scale development. We mainly focused on the evolution of SOFC systems. This work investigates first the deposition of atomic layers (ALD) of cerium oxide doped with yttrium (known for its electrocatalytic properties at the anode) and their electrochemical characterization, in order to show the influence of their microstructure on the reactivity under a reducing atmosphere of hydrogen. The orientation of these layers showed a significant increase in their reactivity. In a second time we studied composite electrolytes oxide-carbonates and, more particularly, the evolution of their electrical behavior under different experimental conditions approaching the operation of the SOFC. We have been able to deduce the mechanisms governing the ionic conductivity under various atmospheres and highlighted the interest of a thin layer between anode and electrolyte in a single cell. In both cases, very significant results have been obtained allowing SOFC / MCFC hybrid systems, including highly oriented thin films, to be considered as competitors with existing devices

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Fraccaroli, Mathias. "Synthèse par CVD/ALD sur grandes surfaces d'un sulfure de vanadium transparent et conducteur." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT006.

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Abstract:

Dans un contexte de diversification des fonctionnalités sur silicium (more than Moore), les sulfures de transition sont actuellement activement étudiés pour la réalisation de dispositifs optiques originaux. Dans cette famille, certains matériaux présentent une structure lamellaire structurellement semblables au graphène. C'est le cas de certains sulfures de vanadium. La synthèse de ces films lamellaires reste activement dominée par les procédés CVD à haute température (>550°C). Cependant, pour espérer le développement d'une synthèse fiable, il est important de diminuer cette température de dépôt qui conduit à des films souvent peu uniforme et conforme. Dans ce travail nous avons étudié la potentialité d'une approche de dépôt par voie chimique en phase vapeur à basse température (200°C). Cette synthèse a permis l'obtention d'un film de sulfure de vanadium amorphe sur un substrat de 300mm et a montré la capacité de ce film à se réorganiser pour obtenir un film lamellaire de V7S8 après recuit thermique. Un film de 5,2nm présente des propriétés optiques et électriques intéressantes ; ce film est conducteur il possède une densité de porteur de 1,1.1023 cm-3, les porteurs majoritaires sont les trous (type p), une mobilité de 0,2 cm2.(V.s) -1, une conductivité de 1063 S.cm-1, un travail de sortie de 4,8 eV tout en préservant une bonne transparence (transmittance de 75% pour une longueur d’onde de 550nm)
In the context of functional diversification (“More than Moore”), transition sulfides are currently being actively studied for original optical devices production. Some materials in this family have a lamellar structure, similar to graphene like vanadium sulfides. The synthesis of these lamellar films remains actively dominated by high-temperature CVD processes (> 550 ° C). However, in order to hope the development of a reliable synthesis methods, it's important to reduce this deposition temperature which leads to a poor uniformity and a poor conformity. In this work we have studied the potential of a chemical vapor deposition approach at low temperature (200 ° C). This method allow us to obtain an amorphous vanadium sulfide film on a 300 mm wafer and point out theirability to self-reorganize in order to obtain a lamellar film of V7S8 after thermal annealing. A 5.2nm film has interesting optical and electrical properties; this film is conductive with a carrier density of 1.1.1023 cm-3, the holes are the main charges carriers (type p), a mobility of 0.2 cm2. (Vs) -1, a conductivity of 1063 S.cm -1, an output work of 4.8 eV while preserving good transparency (transmittance of 75% for a wavelength of 550nm)

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El, Bahoui Anouar. "Etude structurale et magnétique de systèmes Fe/Mn." Phd thesis, Rouen, 2011. http://www.theses.fr/2011ROUES041.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour but l'élaboration et la caractérisation microstructurale / magnétique de systèmes multicouches Fe/Mn présentant un couplage d'échange anisotrope. La caractérisation structurale a été effectuée par microscopie électronique en transmission, ce qui a permis d'identifier les structures α-Fe et α-Mn ainsi que l'évolution de la rugosité aux interfaces avec la température du dépôt. Les analyses en sonde atomique tomographique ont permis d'obtenir une analyse locale des interfaces. Les profils linéaires de concentration obtenus ont révélé une asymétrie des interfaces Fe/Mn et Mn/Fe avec la formation de mélange Fe-Mn à concentration modulée aux interfaces, ainsi qu'une augmentation de la largeur de l'interface Fe/Mn avec la température de dépôt. Les mesures de spectroscopie Mössbauer ont permis d'identifier l'environnement local des atomes de Fe. Les zones riches en Fe sont ferromagnétiques avec iune distribution de champ hyperfin reflétant la composition modulée, et les zones riches en Mn sont antiferromagnétiques avec une température de Néel sensiblement proche de celle du α-Mn. La caractérisation magnétique a été effectuée dans un premier lieu par magnétométrie à SQUID, ce qui a permis de déterminer l'évolution de l'aimantation globale des échantillons, le champ de l'échange et le champ coercitif. Par ailleurs, les profils d'aimantation en profondeur ont été obtenus pa réflectométrie de neutrons polarisés, ce qui a permis d'identifier deux types de couches de Fe, ainsi que l'influence de la température d'élaboration sur le champ coercitif
This thesis is focused on the preparation and microstructural / magnetic characterization of exchange-biased Fe/Mn multilayers. The structural characterization was performed by transmission electron microscopy, which enabled the structures to be identified as α-Fe and α-Mn. It also evidenced the evolution of roughness at the interfaces as a function of the deposition temperature. Atom probe tomography allowed a local analysis of the interfaces. The linear concentration profiles obtained revealed an asymmetry of the Fe/Mn and Mn/Fe interfaces as well as the formation of an Fe-Mn alloy with a modulated concentration at the interfaces. It was found that the width of the Fe/Mn interface increases with increasing deposition temperature. Mössbauer spectroscopy measurements probed the local environment of Fe atoms. The Fe-rich areas are ferromagnetic with a hyperfine field distribution reflecting the modulated composition, and the Mn-rich areas are ferromagnetic with a Néel temperature very close to that of α-Mn. The magnetic characterization was carried out primarily by SQUID magnetometry, which allows the net magnetization, exchange field and coercive field to be determined. Besides, the magnetization depth profiles were obtained by polarized neutron reflectometry which identified two types of Fe layers, and showed the influence of the growth temperature on the coercive field

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El, Bahoui Anouar. "Etude structurale et magnétique de systèmes Fe/Mn." Phd thesis, Université de Rouen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00688107.

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Abstract:

Ce travail de thèse a pour but l'élaboration et la caractérisation microstructurale / magnétique de systèmes multicouches Fe/Mn présentant un couplage d'échange anisotrope. La caractérisation structurale a été effectuée par microscopie électronique en transmission, ce qui a permis d'identifier les structures α-Fe et α-Mn ainsi que l'évolution de la rugosité aux interfaces avec la température de dépôt. Les analyses en sonde atomique tomographique ont permis d'obtenir une analyse locale des interfaces. Les profils linéaires de concentration obtenus ont révélé une asymétrie des interfaces Fe/Mn et Mn/Fe avec la formation de mélange Fe-Mn à concentration modulée aux interfaces, ainsi qu'une augmentation de la largeur de l'interface Fe/Mn avec la température de dépôt. Les mesures de spectroscopie Mössbauer ont permis d'identifier l'environnement local des atomes de Fe. Les zones riches en Fe sont ferromagnétiques avec une distribution de champ hyperfin reflétant la composition modulée, et les zones riches en Mn sont antiferromagnétiques avec une température de Néel sensiblement proche de celle du α-Mn. La caractérisation magnétique a été effectuée dans un premier lieu par magnétométrie à SQUID, ce qui a permis de déterminer l'évolution de l'aimantation globale des échantillons, le champ de d'échange et le champ coercitif. Par ailleurs, les profils d'aimantation en profondeur ont été obtenus par réflectométrie de neutrons polarisés, ce qui a permis d'identifier deux types de couches de Fe, ainsi que l'influence de la température d'élaboration sur le champ coercitif.

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Demoulin, Rémi. "Etude structurale et cartographie du dopage dans des oxydes nanostructurés à base de sillicium." Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR086/document.

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Abstract:

La modification des propriétés optiques et électriques du silicium apportée par la réduction en taille, notamment due aux effets de confinement quantique des porteurs de charges, est aujourd'hui bien connue et a permis le développement de nouveaux systèmes en optoélectronique. Comme dans le cas du silicium massif, le dopage devrait permettre d'optimiser les propriétés du silicium nanostructuré. Cependant, les caractéristiques du dopage dans le silicium nanostructuré sont encore mal comprises et de nombreux questionnements, concernant la localisation des impuretés ainsi que leur état d'activation, restent en suspens. De plus, l'environnement des impuretés semble avoir une influence majeure sur l'ensemble des propriétés. Cette thèse vise à mieux comprendre les caractéristiques structurales du dopage à l'échelle atomique en fonction de la nature de l'impureté, de la matrice hôte et de la technique d'élaboration. Pour cela, nous avons étudié deux types de système en sonde atomique tomographique. Le premier concerne un dopage aux ions de terres rares dans les silicates d'hafnium. Nous avons mis en évidence que la formation de nano-grains de HfO2 cristallisés sous la forme cubique permet un transfert d'énergie efficace vers les ions praséodyme. Le second porte sur les dopages de type n et p de nanocristaux de silicium insérés dans la silice. Nous avons démontré l'introduction des impuretés de type n (As, P) au cœur des nanocristaux, indépendamment de la technique d'élaboration, permettant de réaliser des forts dopages. Un comportement différent a été mis en évidence pour les impuretés de type p, avec l'accumulation de Bore aux interfaces entre les nanocristaux et la matrice
The change of silicon optical and electrical properties induced by size reduction, due to the quantum confinement of charged carriers, is a well-known effect and allowed to develop new optoelectronic devices. As in bulk silicon, doping should allow to optimize these properties in nanostructured silicon. However, the characteristics of doping of nanostructured silicon still misunderstood and many questions, concerning the location of impurities and their activation state, remain unanswered. Moreover, in these materials, the environment of impurities seems to inuence strongly all of their properties. The purpose of this thesis is to get a better understanding of structural characteristics of doping at the atomic scale in function of the nature of the impurity, the host matrix, and the elaboration technic. In this way, we have investigated two di_erent systems using atom probe tomography. The first concerns a rare earth doping of hafnium silicates. We have evidenced that the clustering of HfO2 nano-grains crystallized in their cubic form induced an efficient energy transfer with praseodymium ions. The second system concern the n and p type doping of silicon nanocrystals embedded in silica. We have demonstrated the important introduction of n type impurities (As, P) in the core of every nanocrystals, independently of the elaboration technic. This introduction of impurities should allow the formation of highly doped silicon nanocrystals. A different behavior has been observed in the case of p type doping, represented by the aggregation of Boron at the interface between the nanocrystals and the silica matrix

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Rollier, Anne-Sophie. "Technologies microsystèmes avancées pour le fonctionnement de dispositifs en milieu liquide et les applications nanométriques." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00128689.

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Abstract:

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement de sondes actives destinées à améliorer les performances des microscopes à force atomique (AFM) en vue de caractériser des objets nanométriques en milieu liquide avec une grande résolution spatiale et temporelle. Il s'agit d'un enjeu d'actualité qui mobilise la communauté scientifique tant au niveau de la physique encore souvent mal comprise que de l'instrument lui-même dont la sonde microsystème va fournir des performances accrues. L'architecture de ce nouveau capteur AFM va être identique aux sondes de type poutre encastrée-libre classiquement utilisées en AFM sous vide ou dans l'air.

L'innovation réside dans l'intégration d'un actionnement propre directement sur le capteur, pour diminuer la quantité de fluide déplacé par rapport à un actionnement déporté d'une sonde classique, et d'une pointe effilée par un nanotube de carbone, pour atteindre une résolution latérale inférieure au nm.

La recherche de la compréhension des phénomènes physiques entrant en jeu a conduit à une modélisation analytique complète du comportement dynamique du levier en milieu liquide. Cette modélisation, intégrant les phénomènes de dissipation intrinsèque à la structure et ceux dus au milieu liquide, permet d'optimiser les paramètres géométriques du capteur conduisant aux meilleures performances en terme de fréquence de résonance (>MHz) et de coefficient de qualité (>10). Des leviers aux dimensions optimales pour un actionnement en milieu liquide ont ainsi été fabriqués par technique de micro-usinage de surface et de volume. Deux voies technologiques ont été envisagées : l'actionnement électrostatique et l'actionnement piézoélectrique qui, au vue de l'étude bibliographique, sont les deux principes d'actionnement les plus adaptés à la détection de force en milieu liquide.

La résolution latérale nanométrique a été obtenue en intégrant à l'extrémité du levier une pointe à apex très effilée. Une première méthode a consisté à utiliser la croissance localisée d'un unique nanotube de carbone dans le prolongement de la pointe. Cette étape a été rendue possible par une collaboration intensive avec le LEPES et plus particulièrement avec Anne-Marie Bonnot où une statistique de greffage de nanotubes de carbone a été réalisée sur des champs de pointe à géométrie variable pour contrôler, entre autre, la longueur des tubes obtenus à l'apex des pointes en silicium. Le procédé de dépôt des nanotubes de carbone étant réalisé à haute température (>800°C), il n'est donc compatible qu'avec une technologie de fabrication haute tempérautre comme c'est le cas de l'actionnement électrostatique (1100°C). Une autre méthode est donc utilisée pour effiler les pointes en silicium des leviers piézoélectriques à technologie froide (<650°C). La pointe est fabriquée avant le dépôt des couches de PZT qui réalisent l'actionnement et un apex nanométrique est obtenu par cycles d'oxydation-désoxydation.

Ainsi les leviers actifs ont pu être caractérisés dans l'air et dans l'eau par vibrométrie laser puis par AFM, les leviers comportant un support aux dimensions entièrement compatibles avec les AFM commerciaux. Les effets d'électrolyse et d'écrantage du potentiel des électrodes, inhérents au milieu liquide d'actionnement, ont été d'autre part étudiés.

Cette étude pluridisciplinaire en collaboration avec le LEPES (nanotube de carbone) et le CPMOH (caractérisations AFM des pointes à nanotubes) a permis de fabriquer une nouvelle génération de sondes actives AFM adaptées au milieu liquide.

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Bran, Julien. "Elaboration et caractérisation de nanostructures Cu-Co : corrélation avec les propriétés magnétorésistives." Phd thesis, Rouen, 2012. http://www.theses.fr/2012ROUES030.

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Abstract:

Ce travail de thèse a concerné l’étude de l’influence de la nanostructuration du système Cu-Co sur ses propriétés magnétiques et magnétorésistives. Dans un premier temps, l’alliage granulaire Cu80Co20 a été réalisé sous différentes formes : poudres, couches minces et nanofils. Les poudres d’alliage ont été réalisées par broyage mécanique et les couches minces et nanofils par électrodépôt. Cela a permis d’investiguer, d’une part, l’influence de la forme de l’échantillon et, d’autre part, l’influence de la technique d’élaboration sur la nanostructure et les propriétés magnétiques et magnétorésistives des échantillons. Dans un second temps, des nanofils multicouches Cu/Co ont également été réalisés par électrodépôt. Concernant les alliages granulaires obtenus, les analyses par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à transmission ont montré qu’aucune solution solide Cu-Co n’a pu être obtenue. En effet, les études de la littérature sur ce type de matériaux sont nombreuses mais peu d’entre elles ont été caractérisées jusqu’à l’échelle nanométrique. Ainsi, elles ont souvent conclue à l’obtention de solution solide à l’aide de la diffraction des rayons X. De plus, la présence d’un effet positif de la magnétorésistance à faible champ magnétique appliqué a pu être attribuée à la présence d’oxydes au sein du matériau. De plus, cette thèse a permis la mise en place de protocoles expérimentaux pour l’analyse à l’échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission et par sonde atomique tomographique. De telles analyses ce sont avérées indispensable à la compréhension et à la corrélation complète des propriétés magnétiques et magnétorésistives
This thesis concerned the study of the influence of the nanostructuration of the Cu-Co system on theirs magnetic and magnetoresistive properties. As a first step, the granular Cu80Co20 alloy was made in different forms: powders, thin films and nanowires. The alloy powders were produced by mechanical milling and thin films and nanowires by electrodeposition. This allowed to investigate, on one hand, the influence of the sample shape and, on the other hand, the influence of the elaboration technique on the nanostructure and the magnetic and magnetoresistive properties of the samples. In a second step, multilayered Cu/Co nanowires have also been made by electrodeposition. Concerning the granular alloys, the atom probe and transmission electron microscopy analyzes showed that no Cu-Co solid solution can be obtained. Indeed, studies in the literature on this type of materials are many, but few of them have been investigate down to the nanoscale. So, they concluded on the solid solution getting using the X-ray diffraction. In addition, the presence of a positive effect of the magnetoresistance at low applied magnetic field could be attributed to the presence of oxides in the material. Finally, this thesis has led to the development different experimental protocols for analysis at the nanoscale by transmission electron microscopy and atom probe tomography. Such analyzes are proved essential to the understanding and full correlation of magnetic and magnetoresistive properties

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Bran, Julien. "Elaboration et caractérisation de nanostructures Cu-Co : corrélation avec les propriétés magnétorésistives." Phd thesis, Université de Rouen, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00781148.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne l'étude de l'influence de la nanostructuration du système Cu-Co sur ses propriétés magnétiques et magnétorésistives. Dans un premier temps, l'alliage granulaire Cu 80 Co 20 a été synthétisé sous différentes formes : poudres, couches minces et nanofils. Les poudres d'alliage ont été obtenues par broyage mécanique et les couches minces et nanofils par électrodépôt. Cela a permis d'étudier, d'une part, l'influence de la forme de l'échantillon et, d'autre part, l'influence de la technique d'élaboration sur la nanostructure et les propriétés magnétiques et magnétorésistives des échantillons. Dans un second temps, des nanofils multicouches Cu/Co ont été réalisés par électrodépôt. Des protocoles expérimentaux pour l'analyse à l'échelle nanométrique par microscopie électronique à transmission et par sonde atomique tomographique ont été mis en place. De telles analyses se sont avérées indispensables à la compréhension et à la corrélation complète des propriétés magnétiques et magnétorésistives. Contrairement aux nombreuses études publiées, qui ont souvent conclu à l'obtention de solutions solides sur la base de caractérisations microstructurales, les analyses à l'échelle nanométrique par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à transmission de nos alliages granulaires ont montré qu'aucune solution solide Cu-Co n'a pu être obtenue. De plus, un effet positif de magnétorésistance sous faible champ magnétique appliqué a été observé, et corrélé à la présence d'oxydes.

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Benamira, Messaoud. "Conducteurs mixtes nanostructurés pour les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) : élaboration et performances de nouvelles architectures." Phd thesis, Paris 6, 2008. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00004896.

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Abstract:

La réduction de la température de fonctionnement des piles à combustible à oxyde solide, de 1000°C à moins de 700°C, est la meilleure solution pour en diminuer les coûts de fabrication et augmenter la durée de vie. Néanmoins, l'abaissement de la température de fonctionnement s'accompagne d'une chute ohmique au sein de l'électrolyte et une augmentation des surtensions aux électrodes entraînant une diminution des performances de la pile. Dans cette optique, notre étude est centrée sur la recherche de nouveaux matériaux et de nouvelles architectures pour les piles SOFC. Des demi-cellules cathode/électrolyte avec des couches minces interfaciales de YSZ, LSM et La2NiO4 ont été élaborées sur des substrats denses de YSZ par différentes techniques (ALD, PVD et sol-gel). Ces demi-cellules ont été caractérisées par plusieurs techniques physico-chimiques (microscopie électronique à balayage, diffraction des rayons X) ; leurs propriétés électriques ont été étudiées par spectroscopie d'impédance. Une deuxième étude a été menée sur l'élaboration par ALD et les caractérisations physico-chimiques et électriques de couche minces d'oxyde zirconium dopé à l'oxyde d'indium (IDZ) présentant un gradient de composition, permettant de passer d'une conduction ionique à une conduction électronique. La dernière partie de ce travail a été dédiée à un nouveau matériau composite d'électrolyte, GDC-carbonates, dont l'étude des propriétés électriques et de vieillissement a montré des résultats encourageants.

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El, Kousseifi Mike. "Ni silicide contacts : Diffusion and reaction in nanometric films and nanowires." Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4349.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude des phénomènes qui se produisent lors de la réaction métal-silicium (siliciuration) en couches minces et dans des nanofils. En effet, les phénomènes tels que la germination, la croissance latérale, la croissance normale et la diffusion doivent être compris pour réaliser les contacts des futurs dispositifs de la microélectronique. La comparaison entre la siliciuration en couches minces et dans les nanofils est l'un des principaux aspects de ce travail. La distribution atomique en 3D des éléments chimiques dans les différentes siliciures de Ni a été obtenue par sonde atomique tomographique (SAT). Pour permettre l'analyse par SAT de différents types des nanofils à base de silicium, plusieurs méthodes originales de préparation des échantillons par faisceau d'ions focalisés ont été développées et testées. D'autre part, des mesures in situ et en temps réel de diffusion réactive par diffraction de rayons X ont permis de mettre en évidence l'importance de la germination dans la formation des phases et de déterminer les cinétiques de formation des siliciures de Ni allié en Pt, notamment des régimes de réaction aux interfaces et de croissance latérale. La forme caractéristique associée à la croissance latérale a été déterminée par des analyses ex situ de microscopie électronique en transmission et comparée aux modèles existants. La détermination par SAT de l'espèce qui diffuse majoritairement donne aussi des indications sur les mécanismes de formation des phases et de relaxation des contraintes dans les siliciures
This thesis focuses on the phenomena that occur during the reaction between metal and silicon (silicide) on thin films and nanowires. Indeed, phenomena such as nucleation, lateral growth, normal growth and diffusion must be understood to make contacts for future microelectronic devices. The comparison between the silicide formation on thin films and nanowires is one of the main aspects of this work. Atomic distribution in 3D for the elements in different Ni silicide phase was obtained by atom probe tomography (APT). To enable the analysis of different types of silicon nanowires by APT, several original methods for sample preparation by focused ion beam has been developed and tested. On the other hand, in situ and real-time analysis by X-ray diffraction during the reactive diffusion helped to highlight the importance of the nucleation of a phase and to determine the kinetics of formation of Ni(Pt) silicides, including the reaction on the interfaces and the lateral growth. The characteristic shape associated with the lateral growth was determined by ex-situ transmission electron microscopy analyzes and was compared with the existing theoretical models. Moreover, the determination of the fastest diffusing species by APT provided information on the mechanisms of phase formation and stress relaxation in the silicide

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Rouland, Solene. "Etude expérimentale des cinétiques de diffusion et de la ségrégation induite sous irradiation d'alliages modèles et industriel austénitiques." Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR050.

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Abstract:

L’implication de la ségrégation induite par l’irradiation (SIR) dans la majorité des mécanismes de dégradation des composants du cœur des réacteurs nucléaires en aciers inoxydables austénitiques est avérée. Aux températures de fonctionnement des réacteurs actuels et possibles prototypes du futur, les éléments chimiques des pièces métalliques des structures internes se redistribuent de manière hétérogène en ségrégeant sur les défauts préexistants et nouvellement créés par l’irradiation. L’intensité des enrichissements ou des appauvrissements locaux dépendent, entre autres, de la nature de l'élément et du défaut concerné. Si les différents mécanismes de ségrégation sont aujourd’hui bien identifiés, leur cinétique et leur degré d’implication respectifs sont encore peu renseignés. En effet, les modèles théoriques actuels de la SIR souffrent d'un manque de données expérimentales. Ces deux aspects sont le moteur de cette étude. Dans un premier temps, les cinétiques d'interdiffusion après vieillissement thermique et sous irradiation ont été déterminées dans des alliages modèles du système Fe-Ni-Cr. L'effet de l'irradiation sur la diffusion a été étudié à 440°C. A cette température les coefficients de diffusion sont faibles et les méthodes classiques d'étude de la diffusion ne permettent pas d'y accéder dans un délai raisonnable. La mise en œuvre expérimentale de la méthode des multicouches à période nanométrique dans des alliages binaires et ternaires a montré, dans ce cas, des résultats encourageants. Toutefois, des divergences entre les résultats expérimentaux et les prévisions théoriques ont révélé la nécessité d'optimiser ces deux approches. Dans le cadre de cette étude, des recommandations ont été formulées pour tenir compte de l’impact de la microstructure et du choix des conditions de vieillissement sur les cinétiques effectives mesurées. Les expériences réalisées sur des alliages modèles offrent l’intérêt de pouvoir être directement confrontées à la simulation. Néanmoins, les aciers de l’industrie nucléaire contiennent une grande variété d'éléments d'alliage minoritaires et d'impuretés qui jouent un rôle clé sur le comportement des éléments impliqués dans la SIR. Ainsi, dans un second temps, une étude de la SIR sur différents défauts intragranulaires d'un acier inoxydable austénitique optimisé, un 316L(N) a été réalisée. Pour cela, des techniques couplées et corrélées à l'échelle nanométrique (Sonde Atomique Tomgraphique et Miscroscopie Electronique en Transmission) ont été mises en place. La complémentarité des techniques a rendu possible l'association des enrichissements locaux observés à la cristallographie des défauts concernés. Des tendances singulières de SIR ont été observées selon l'élément et la nature du défaut impliqués. Une teneur plus élevée en azote et en niobium dans la composition nominale de l'acier a entrainé la précipitation de phase Z primaire. La stabilité de cette phase sous irradiation dans les aciers inoxydables austénitiques a pour la première fois pu être étudiée
Radiation induced segregation (RIS) is a process identified to be involved in most of the degradation mechanisms of austenitic stainless steels core components of nuclear reactors. During irradiation within the operating temperature range of present and possible prototypes of future reactors, chemical elements of reactor internal metallic components redistribute heterogeneously and segregate on the pre-existent and newly created defects. Local enrichments or depletions levels depend, inter alia, on the element and nature of the defect affected. While mechanisms involved in RIS have already been identified, their kinetics and mutual weigh are still poorly known. Indeed, current theorical models of RIS suffer from a lack of experimental data. These two aspects motivated this study. First, by the determination of interdiffusion kinetics after thermal ageing and under irradiation on model alloys in the Fe-Ni-Cr system. Irradiation effect on diffusion have been studied at 440°C. At this temperature, conventional methods to study diffusion fail to give access to such slow kinetics under reasonable time. Experimental implementation of the nanolayers method on binary and ternary alloys gave, in this case, encouraging results. However, discrepancies between experiments and predictions revealed the need of optimizations on both sides. In the framework of this study, recommendations have been established to account for the effect of the microstructure and the selected ageing conditions on measured effective kinetics. Experiments on model alloys have the great interest to be directly confronted to simulation. Nevertheless, nuclear steels contain a large variety of minor alloying elements and impurities which have shown to play a key role on RIS behaviour. Thus, in a second part, RIS study on various bulk defects of an optimized nuclear austenitic stainless steel, a 316L(N) has been performed. Consequently, nanoscale coupled and correlated techniques (Atom Probe Tomography and Transmission Eelectron Microscopy) have been implemented. Techniques complementarity offered the possibility to associate enrichments to defect crystallography and revealed singular tendencies of RIS depending on the element and the defect involved. Furthermore, a higher nitrogen and niobium content in the steel nominal composition formed primary Z-phase, its stability under irradiation had also been for the first time studied in austenitic stainless steels

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Simon, Amélie. "Modélisation des phénomènes de films liquides dans les turbines à vapeur." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC001/document.

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Abstract:

Dans la production d'électricité, un des leviers centraux pour réduire les détériorations et les pertes causées par l'humidité dans les turbines à vapeur est l'étude des films liquides. Ces films minces, sont créés par la déposition de gouttes et sont fortement cisaillés. Des gouttes peuvent ensuite être arrachées du film. A l'heure actuelle, aucun modèle complet et valide n'existe pour décrire ce phénomène. Un modèle 2D à formulation intégrale associé à des lois de fermetures a été dérivé pour représenter ce film. Comparé aux équations classiques de Saint-Venant, le modèle prend en compte davantage d'effets : le transfert de masse, l'impact des gouttes, le cisaillement à la surface libre, la tension de surface, le gradient de pression et la rotation. Une analyse des propriétés du modèle (hyperbolicité, entropie, conservativité, analyse de stabilité linéaire, invariance par translation et par rotation) est réalisée pour juger de la pertinence du modèle. Un nouveau code 2D est implémenté dans un module de développement libre du code EDF Code Saturne et une méthode de volumes finis pour un maillage non-structure a été développée. La vérification du code est ensuite effectuée avec des solutions analytiques dont un problème de Riemann. Le modèle, qui dégénère en modèle classique de Saint-Venant pour le cas d'un film tombant sur un plan inclinée, est validé par l'expérience de Liu and Gollub, 1994, PoF et comparé à des modèles de références (Ruyer-Quil and Manneville, 2000, EPJ-B et Lavalle, 2014, PhD thesis). Un autre cas d'étude met en scène un film cisaillé en condition basse-pression de turbine à vapeur et, est validé par l'expérience de Hammitt et al., 1981, I. Enfin, le code film est couplé aux données 3D du champ de vapeur autour d'un stator d'une turbine basse-pression du parc EDF, issues de Blondel, 2014, PhD thesis. Cette application industrielle montre la faisabilité d'une simulation d'un film en condition réelle du turbine à vapeur
In the electricity production, one central key to reduce damages and losses due to wetness in steam turbines is the study of liquid films. These thin films are created by the deposition of droplets and are highly sheared. This film may then be atomized into coarse water. At the moment, no comprehensive and validated model exists to describe this phenomenon. A 2D model based on a integral formulation associated with closure laws is developed to represent this film. Compared to classical Shallow-Water equation, the model takes into account additional effect : mass transfer, droplet impact, shearing at the free surface, surface tension, pressure gradient and the rotation. The model properties (hyperbolicity, entropy, conservativity, linear stability, Galilean invariance and rotational invariance) has been analyzed to judge the pertinence of the model. A new 2D code is implemented in a free module of the code EDF Code Saturne and a finite volume method for unstructured mesh has been developed. The verification of the code is then carried out with analytical solutions including a Riemann problem. The model, which degenerates into classical Shallow-Water equations for the case of a falling liquid film on a inclined plane, is validated by the experiment of Liu and Gollub, 1994, PoF and compared to reference models (Ruyer-Quil and Manneville, 2000, EPJ-B et Lavalle, 2014, PhD thesis). Another study depicts a sheared film under low-pressure steam turbine conditions and is validated by the experiment of Hammitt et al., 1981, FiI. Lastly, the code film is coupled to 3D steam data around a fixed blade of a BP100 turbine, from Blondel, 2014, PhD thesis. This industrial application shows the feasibility of liquid film's simulation in real steam turbine condition

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Dissertations / Theses on the topic 'Déposition de couches atomiques'

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