Croissance, propriétés structurales et optiques du silicium polymorphe PDF Download
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Author: Anna Fontcuberta i Morral
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 422
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Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est destiné à la compréhension d'un nouveau matériau initialement mis en œuvre au LPICM: le silicium polymorphe (pm-Si). Le développement de ce matériau est lié aux études de la formation de poudres dans les plasmas de silane. Les poudres sont des particules qui peuvent atteindre quelques microns de taille, mais les précurseurs sont en général des entités de taille nanométrique (nano-particules), qui peuvent être cristallines ou amorphes. Le silicium polymorphe est déposée dans des conditions proches à la formation de poudres, ce qui devrait entraîner l'incorporation dans la couche de ces précurseurs nano-métriques. Depuis 1998 toute une série d'expériences montrent que le pm-Si:H a une excellente qualité électrique par rapport au silicium amorphe hydrogéné standard. C'est ceci qui a suscité l'intérêt aux études sur la structure et les conditions d'élaboration. Ce travail a été abordée dès trois points de vue différents: le plasma, la croissance et la structure. Plusieurs techniques ont du être développés à cause des particularités associées à cette étude. D'un côté, la Cavité Laser Résonante a permis de mesurer des concentrations de nano-particules dans laphase gaz de l'ordre de 10 puissance 8 -10 puissance 9 cm-3 dans des conditions de pm-Si:H. Des études in situ par Ellipsométrie Spectroscopique (SE) ont montré que la croissance du pm-Si:H se fait de manière homogène. En même temps, il a été nécessaire de développer le modèle du Tétraèdre pour comprendre la relation entre la fonction diélectrique du matériau obtenue par SE et sa structure. Enfin, des mesures en Microscopie Electronique à Transmission et Haute Résolution indiquent la présence de nano-cristallites dans une matrice amorphe. Des analyses sur la matrice amorphe indiquent une amélioration de l'ordre du pm-Si:H, corrélé avec l'amélioration des propriétés électroniques.
Author: Anna Fontcuberta i Morral
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Category :
Languages : fr
Pages : 422
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Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse est destiné à la compréhension d'un nouveau matériau initialement mis en œuvre au LPICM: le silicium polymorphe (pm-Si). Le développement de ce matériau est lié aux études de la formation de poudres dans les plasmas de silane. Les poudres sont des particules qui peuvent atteindre quelques microns de taille, mais les précurseurs sont en général des entités de taille nanométrique (nano-particules), qui peuvent être cristallines ou amorphes. Le silicium polymorphe est déposée dans des conditions proches à la formation de poudres, ce qui devrait entraîner l'incorporation dans la couche de ces précurseurs nano-métriques. Depuis 1998 toute une série d'expériences montrent que le pm-Si:H a une excellente qualité électrique par rapport au silicium amorphe hydrogéné standard. C'est ceci qui a suscité l'intérêt aux études sur la structure et les conditions d'élaboration. Ce travail a été abordée dès trois points de vue différents: le plasma, la croissance et la structure. Plusieurs techniques ont du être développés à cause des particularités associées à cette étude. D'un côté, la Cavité Laser Résonante a permis de mesurer des concentrations de nano-particules dans laphase gaz de l'ordre de 10 puissance 8 -10 puissance 9 cm-3 dans des conditions de pm-Si:H. Des études in situ par Ellipsométrie Spectroscopique (SE) ont montré que la croissance du pm-Si:H se fait de manière homogène. En même temps, il a été nécessaire de développer le modèle du Tétraèdre pour comprendre la relation entre la fonction diélectrique du matériau obtenue par SE et sa structure. Enfin, des mesures en Microscopie Electronique à Transmission et Haute Résolution indiquent la présence de nano-cristallites dans une matrice amorphe. Des analyses sur la matrice amorphe indiquent une amélioration de l'ordre du pm-Si:H, corrélé avec l'amélioration des propriétés électroniques.
Author: Sylvia Strehlke
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Category :
Languages : fr
Pages :
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Author: Rodrigo Martins
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Category : Materials
Languages : en
Pages : 948
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The II International Materials Symposium is a scientific forum which discusses advances in the science and technology of materials, and is organized by the Portuguese Materials Society. The II International Materials Symposium followed a series of bi-annual national and international conferences that began 20 years ago and has became, since 2001, an international forum where scientists, engineers and technologists working in the fields of Materials Science and Engineering discuss their recent results and exchange ideas and information.
Author: Raphae͏̈l Butté
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Category :
Languages : fr
Pages : 156
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Ce travail consistait à caractériser un nouveau matériau appelé silicium polymorphe hydrogéné (pm-Si:H) aux excellentes propriétés optoélectroniques et de transport comparé au silicium amorphe hydrogéné conventionnel (a-Si:H). Ce matériau est obtenu par PECVD à partir d'un mélange silane/hydrogène dans un régime proche de la formation des poudres. Nous avons comparé les propriétés de ce matériau à celles de films de a-Si:H standard optimisés. Ainsi, la photoconductivité normalisée du pm-Si:H est plus de deux ordres de grandeur (plus d'un ordre de grandeur) plus élevée que dans a-Si:H pour les films déposés à 250°C (150°C). Après dégradation sous lumière, la photoconductivité normalisée des films de pm-Si:H est aussi bonne que celle du a-Si:H dans son état non dégradé. La densité d'état au niveau de Ferni et la section efficace de capture des défauts sont respectivement 10 fois et 5 fois plus faible que dans le a-Si:H. Ainsi, l'amélioration de la photoconductivité normalisée résulte d'une augmentation de la durée de vie des porteurs. Des mesures du pouvoir thermoélectrique ont révélé que les électrons sont les porteurs majoritaires. L'analyse de mesures de conductivité et de pouvoir thermoélectrique suggère la présence de fluctuations de potentiels à longue portée importantes. L'analyse structurale de ces couches par MET et par spectroscopie Raman a révélé la présence de cristallites de silicium de l'ordre de 4nm isolées dans une matrice de silicium amorphe. Les mesures de spectroscopie optique indiquent que les couches de pm-Si:H présentent un ordre amélioré. La spectroscopie infrarouge a révélé une incorporation particulière de l'hydrogène (plaquette d'hydrogène et/ou hydrogène saturant la surface des cristallites). La diminution de la section efficace de capture des défauts s'expliquerait soit par un effet de confinement quantique (pour des liaisons pendantes situées en surface des cristallites) soit par la relaxation des contraintes dans la matrice amorphe.
Author: Sociedade Portuguesa de Materiais. Encontro
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Category : Materials
Languages : en
Pages : 948
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Author: Jérémy Barbé
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Category :
Languages : fr
Pages : 178
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En raison de leurs propriétés nouvelles, les matériaux composites à base de nanocristaux de silicium (nc-Si) contenus dans des matrices siliciées amorphes suscitent un intérêt grandissant pour les nombreuses applications envisagées dans les domaines de l'électronique et du photovoltaïque. La fabrication de ces nanostructures est parfaitement compatible avec les technologies existantes. Toutefois, afin d'être intégrés avec succès dans ces dispositifs, les nc-Si et leur environnement doivent avoir des propriétés maitrisées. Dans ce contexte, le travail de thèse a consisté en l'élaboration et la caractérisation de couches de carbure et nitrure de silicium contenant des nc-Si. Ces deux matrices ont retenu notre attention en raison de leur gap intermédiaire entre la silice et le silicium qui permettrait d'obtenir des propriétés améliorées pour les composants électriques. Deux techniques de fabrication ont été étudiées : la nucléation/croissance de nc-Si sur des couches minces a-SiCx par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD), et le dépôt par CVD assisté par plasma pulsé (PPECVD) d'alliages a-SiNx riches en Si, suivi d'un recuit à haute température. Lors de l'interprétation des résultats, une attention particulière a été portée aux effets de surface/interface et au rôle de la matrice sur les propriétés mesurées. Après avoir étudié et maitrisé les conditions de dépôt d'alliages a-SiCx:H par PECVD, nous montrons que la nucléation/croissance de nc-Si sur une surface a-Si0,8C0,2 par LPCVD est favorisée en raison de la concentration en Si élevée de la matrice. Des densités surfaciques de nc-Si supérieures à 1012 cm-2 ont ainsi été atteintes, même pour des temps de dépôt courts ou des débits de silane faibles. Ces premiers résultats indiquent la faisabilité de ce type de structure. Une étude approfondie sur le couple nc-Si/nitrure de silicium a ensuite été menée. Les propriétés structurales, optiques et électriques de couches de nitrure contenant des nc-Si ont été caractérisées à partir d'un large éventail de techniques. Après avoir estimé la taille des nc-Si par spectroscopie Raman, la déconvolution des spectres XPS nous a permis d'expliquer les processus de formation des nc-Si lors du recuit et de proposer un modèle pour décrire la structure des interfaces nc-Si/a-Si3N4. Les propriétés optiques des nc-Si ont ensuite été déterminées par ellipsométrie spectroscopique et spectrophotométrie UV-Vis. L'élargissement du gap, le lissage des constantes diélectriques et l'augmentation du coefficient d'absorption aux faibles énergies avec la diminution de la taille des particules suggèrent un effet de confinement quantique au sein des nc-Si. Des mesures de photoluminescence résolue en temps nous ont permis de conclure que l'utilisation d'une matrice de nitrure est peu appropriée à l'étude de l'émission optique des nc-Si en raison des nombreux défauts radiatifs et non radiatifs présents dans la matrice et aux interfaces. Enfin, les mécanismes de transport des porteurs de charge à travers la couche nanocomposite ont été étudiés à partir de mesures courant-tension. En raison de son caractère percolé, la couche se comporte de façon analogue à une couche de Si polycristallin avec une faible concentration de liaisons pendantes du Si. Un effet de photoconduction attribué aux nc-Si est observé, ce qui offre des perspectives de travail intéressantes.
Author: Fatme Trad
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Category :
Languages : fr
Pages : 0
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Afin de contribuer à la compréhension approfondie du dopage à l'échelle nanométrique, nous avons étudié l'influence de l'insertion d'atomes de bore et de phosphore sur les propriétés optiques et structurales de nanocristaux de silicium. En utilisant la technique d'évaporation sous ultravide, nous avons préparé des nanocristaux de silicium insérés dans une matrice de silice avec deux types de couches : des films minces d'oxydes de silicium SiO1,5 et des multicouches SiO/SiO2 contenant des impuretés bore ou phosphore avec des concentrations différentes et contrôlées. Alors que le phosphore facilite la démixtion de l'oxyde de silicium, ce qui a conduit à une augmentation de la taille des nanocristaux de silicium, le bore semble n'avoir aucune influence mesurable sur l'apparition et la croissance des nanocristaux. L'évolution de la photoluminescence des nanocristaux avec le dopage a été expliquée par l'existence de défauts structuraux ainsi que par un rôle de passivation des atomes de phosphore. Enfin, les techniques de microscopie électronique à transmission et de sonde atomique tomographique ont permis de montrer que, contrairement aux atomes de bore, les atomes de phosphore étaient localisés préférentiellement au sein des nanocristaux.
Author:
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Category : Physics
Languages : en
Pages : 1340
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Author: Marie-Estelle Gueunier
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 171
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Fabrication of high-efficiency stable multijunction solar cells requires low optical band gap materials. Thus, hydrogenated amorphous silicon-germanium alloys (a-SiGe:H) are of great interest for photovoltaic applications since the band gap can be decreased by increasing the germanium content. However, on one band, the addition of germanium in the silicon network was shown in the past to lead to a drastic deterioration of the electronic properties. On the other hand, improved electronic properties and stability had been observed on a new material, called hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H). This material was deposited by PECVD in high pressure and high hydrogen dilution conditions. The aim of this thesis was to explore similar conditions of high pressure and high hydrogen dilution for the fabrication of SiGe alloys, with the hope that the improved properties observed on pm-Si:H could be extended to these alloys. The optical, structural, defect-related and transport properties of different series of alloys have been studied by a set of complementary techniques. The modulated photocurrent technique was particularly studied and some new developments were brought to this technique. We find that these new SiGe alloys exhibit some specific properties attributed to the peculiar hydrogen microstructure, which justifies that these alloys have been designed as hydrogenated polymorphous silicon-germanium alloys (pm-SiGe:H). First results of p-i-n diodes for which pm-SiGe:H alloys were incorporated in the intrinsic layer are also presented here. The efficiency of such devices is comparable to that of amorphous alloys (around 7%) and does not reveal the improved properties of the polymorphous material. We have identified that this is due to problems at the p/i interface. Solving these problems should greatly increase the performance of the devices.
Author: Ouafa Saadane
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : en
Pages : 166
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The work presented in this thesis is devoted to the study of the metastability in the hydrogenated polymorphous silicon (pm-Si:H). The pm-Si:H films deposited in a plasma regime close to the powder formation, which promoted the incorporation of nanocrystallites and/or clusters in amorphous matrix of the layers. Previous results have shown the promising potentiality of the pm-Si:H for photovoltaic conversion. The aim of this study is to bring a better comprehension between the structural and optoelectronic properties of pm-Si:H films prepared under different deposition conditions. We used various methods of characterizations, and in particular some electrical techniques of characterizations: measurements of conductivity and photoconductivity (constant photocourant method, modulated photocurrent, steady state photocarrier gratings)), which we coupled with methods of structural characterizations (Fourier transform infrared spectroscopy and hydrogen effusion experiments). We particularly studied the metastability of the pm-Si:H. After a systematic study of a large number of pm-Si:H films, we highlighted the deposition conditions which lead to films with good properties transport (high deposition rate, high and excellent stability of the ambipolar diffusion length of the minority carriers, better efficiency of the solar cells). A link between hydrogen bonding and transport properties is made that shows that to exhibit good transport properties the material has to present a peculiar microstructure revealed by the hydrogen bonding. However, the hydrogen bonding and/or content in this structure has to be adjusted via the deposition conditions to reach an optimum hydrogen incorporation leading to the best layers and the best solar cell devices.
