Caractérisation structurale et optique du silicium amorphe hydrogène et des oxydes de silicium photoluminescents élaborés par évaporation

Structural and optical characterization of hydrogenated amorphous silicon and silicon oxides thin films elaborated by evaporation

• Auteur / Autrice : Hervé Rinnert
• Direction : Michel Vergnat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 1999
• Etablissement(s) : Nancy 1
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université Henri Poincaré Nancy 1. Faculté des sciences et techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière condensée

Stoechiométrie

Silice

Résumé

Ce travail concerne l'étude de couches minces de silicium amorphe hydrogène et d'oxyde de silicium préparées par évaporation sous vide. Ces matériaux sont respectivement élaborés par évaporation de silicium sous un flux d'ions hydrogène et par évaporation de poudre de SiO. La méthode de préparation du silicium amorphe hydrogène permet de contrôler de nombreux paramètres de dépôt. La température du substrat, l'énergie des ions hydrogène et la composition du plasma sont étudiées. La stabilité et la localisation de l'hydrogène sont respectivement étudiées par spectrométrie de désorption thermique et par spectrométrie d'absorption infrarouge. La température du substrat modifie considérablement la nature des liaisons silicium hydrogène et l'énergie des ions est un facteur important permettant de densifier la structure du matériau. Les matériaux obtenus sont photoconducteurs et la photoconductivité sous un éclairement prolongé est très stable dans le cas des matériaux ayant une structure dense dans laquelle l'hydrogène, lié sous forme de mono hydrides, est très stable. Les films d'oxyde de silicium présentent le phénomène de photoluminescence dans le domaine spectral visible. La caractérisation structurale et optique de ces matériaux est effectuée afin d'expliquer l'émission de photons. L’influence de la stœchiométrie et des recuits thermiques est étudiée. La spectrométrie d'absorption infrarouge ainsi que l'effet Raman permettent de mettre en évidence l'existence de grains de silicium dans une matrice d'oxyde de silicium. Les mesures optiques sont interprétées en considérant l'existence de deux phases distinctes. L’énergie des photons émis ainsi que celle du gap optique sont des fonctions décroissantes de la fraction volumique de silicium pur présent dans le matériau. Le modèle du confinement quantique des porteurs dans des grains de silicium amorphe ayant une dimension caractéristique égale à quelques dizaines d'angströms permet d'expliquer les résultats obtenus.