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Influence de la taille et de l’environnement des nc-Si
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Table des matières
Introduction générale
CHAPITRE I – Etude bibliographique
I.1. Introduction
I.2. Propriétés d’émission du silicium
I.2.1 Du massif au nano
I.2.2 Différents types de nanostructures de silicium
I.2.3 Influence de la taille et de l’environnement des nc-Si
I.2.4 Transferts entre nc-Si
I.2.5 Gain optique et limitations
I.3. Terres rares et ion erbium
I.3.1 Généralités sur les terres rares
I.3.2 Interactions entre ions et processus de pertes
I.3.3 Ion Erbium et matrice hôte compatible silicium
I.4. Le système SiOx:Er
I.4.1 Transfert d’énergie entre nc-Si et ions Er3+
I.4.2 Mécanismes d’excitation et transfert d’énergie
I.4.3 Excitation dépendant de la distance entre nc-Si et Er3+
I.4.4 Niveaux d’énergies bénéficiant du transfert
I.4.5 Nature des sensibilisateurs
I.5. Dispositifs électroluminescents
I.6. Conclusion
Références
Annexes
CHAPITRE II – Procédé de fabrication et effets de la température de dépôt
II.1. La pulvérisation magnétron radiofréquence
II.1.1 Principe de la pulvérisation
II.1.2 Effet magnétron et radiofréquence
II.1.3 Paramètres de dépôt
II.2. Influence de la température de dépôt
II.2.1 Analyses structurales.
II.2.2 Propriétés de photoluminescence
II.3. Conclusion
Références
CHAPITRE III – Influence du recuit sur les centres luminescents
III.1. Diffusion des atomes et agglomération
III.1.1 Calcul de la distance moyenne entre dopants (Si↔Si et Er↔Er)
III.1.2 Diffusion des atomes de Silicium et d’ions Er3+
III.1.3 Agglomération des atomes de silicium
III.2. Photoluminescence
III.2.1 Photoluminescence du SiOx
III.2.2 Photoluminescence du SiOx :Er
III.3. Analyse des centres luminescents par Cathodoluminescence
III.3.1 Influence de la composition sur les spectres CL
III.3.2 Influence de la température de recuit.
III.3.3 Discussion sur les résultats de cathodoluminescence
III.4. Conclusion
Références
CHAPITRE IV – Dépendance en épaisseur des propriétés optiques des couches minces
IV.1. Effet de l’épaisseur sur la distribution des atomes de silicium en excès
IV.1.1 Composition des couches
IV.1.2 Estimation de l’agglomération du Si en excès
IV.1.3 Microscopie électronique en transmission
IV.2. Effet de l’épaisseur sur la photoluminescence
IV.2.1 Phénomènes optiques dépendant de l’épaisseur
IV.2.2 Photoluminescence du SiOx
IV.2.3 PL du SiOx :Er
IV.3. Manque de nc-Si dans les films les plus minces
IV.3.1 Dépôts sur une couche tampon SiO2
IV.3.2 Augmentation de l’excès de Si
IV.4. Conclusions
Références
CHAPITRE V – Optimisation de l’excès de Silicium et sensibilisation multi-niveaux de l’erbium
V.1. Optimisation de l’excès de Si pour la PL
V.1.1 Effets de l’augmentation de l’excès de Si
V.1.2 Optimum d’excès de Si pour une PL optimale des ions Er3+
V.2. Dynamique de PL des films minces
V.2.1 Allure générale de la dynamique de PL à 1,5 µm
V.2.2 Description mathématique des courbes de dynamique
V.2.3 Composante longue du temps de déclin
V.2.4 Influence de l’excès de Si sur le temps de montée rapide.
V.2.5 Temps de montée lent et temps de déclin rapide
V.3. Modèle proposé et simulation
V.3.1 Système d’équations de populations
V.3.2 Démonstration de l’excitation multi-niveaux
V.3.3 Influence de l’augmentation du nombre de nc-Si
V.3.4 Transfert inverse?
V.3.5 Augmentation du transfert ‘lent’ vers les niveaux supérieurs
V.3.6 Discussion critique sur le modèle proposé
V.4. Conclusion
Références
CHAPITRE VI – Diodes électroluminescentes SiOx:Er émettant à 1,5 µm
VI.1. L’enjeu de l’électroluminescence à 1,5 µm
VI.2. Mécanisme de conduction et d’excitation des centres luminescents
VI.2.1 Mécanismes de transport
VI.2.2 Electroluminescence des Er3+au sein de matrices SiOx
VI.3. Procédé technologique et considérations techniques
VI.3.1 Dispositifs fabriqués
VI.3.2 Etude de l’inhomogénéité du dépôt et son implication
VI.4 Mécanismes de conduction et électroluminescence
VI.4.1 Transport de courant
VI.4.2 Electroluminescence
VI.5 Influence de l’épaisseur
VI.5.1 Effets de l’épaisseur sur les propriétés électriques
VI.5.2 Impact de l’épaisseur sur le signal d’électroluminescence
VI.6. Influence de l’excès de silicium
VI.6.1 Pour une faible épaisseur donnée
VI.6.2 Influence de l’épaisseur pour un fort excès de silicium
VI.7. Rendement quantique externe
Références
CHAPITRE VII – Erbium dans des matrices de nitrures et d’oxynitrures de silicium
VII.1. Introduction
VII.2. Différentes approches de fabrication
VII.2.1 Pulvérisation non réactive (3 cathodes)
VII.2.2 Pulvérisation réactive sous Ar+N2
VII.2.3 Comparaison entre les matrices
VII.3. Mécanismes d’excitation et centres luminescents
VII.3.1 Propriétés de PL à basse température
VII.3.2 Cathodoluminescence
VII.4. Diodes électroluminescentes contenant de l’azote
VII.4.1 Propriétés de conduction
VII.4.2 Electroluminescence
VII.5. Conclusion
Références
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