Optimisation des propriétés spectroscopiques de couches minces de Si/Sio2 : Nd3+ élaborées par pulvérisation magnétron réactive

Growth of silicon rich silicon oxide thin films doped with Nd3+ ions : characterizations and optical properties optimization

• Auteur / Autrice : David Breard
• Direction : Fabrice Gourbilleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Milieux denses et matériaux
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lasers

Dispositifs optoélectroniques

Terres rares

Photoluminescence

Silice

Silicium -- Couches minces

Matériaux nanostructurés

Résumé

Des films minces de silice enrichie en nano-grains de silicium dopées aux ions Nd3+ ont été déposés par pulvérisation magnétron réactive. Leurs propriétés de photoluminescence ont été étudiées au regard de leur composition. La formation d’agglomérats de Nd2O3 aux fortes concentrations en Nd3+ diminue la PL. L’influence de la température et de la composition sur le temps de vie des ions Nd3+ a été étudiée. On a démontré l’existence de deux temps de vie : à basse temperature, la composante rapide a été attribuée aux agglomérats de Nd2O3 (~40 μs) et la composante lente aux ions Nd3+ libres (~240μs). L'augmentation de la concentration en Nd diminue chaque composante du temps de vie et l'activation thermique de défauts non radiatifs a peu d'effet sur l'intensité de PL des ions Nd3+. L'approche multicouche a été utilisée pour déterminer des paramètres physiques tels que la taille optimale des ng-Si et la distance d'interaction ng-Si- Nd3+. Des dispositifs ont été fabriqués et testés.

Nd3+ doped SRSO single layers and Nd3+ doped Si/SiO2 multilayers were grown by reactive magnetron sputtering. The photoluminescence properties were studied as a function of the samples composition. The PL is quenched by the formation of Nd2O3 clusters when the Nd content is increased. The influence of both composition and temperature were examined and the luminescence decays were fitted using two exponentials. At low temperature, the fast lifetime component (~40 μs) was attributed to Nd2O3 clusters and the slow component (~240μs) was due to Nd radiative transition. While the Nd increase showed a detrimental effect on both components of the PL decays, the thermal activation of Nd3+ non radiative de-excitation processes induced a small decrease on the emission lifetime. The multilayer approach was used to determine the critical parameters such as the optimum Si nanoclusters (Si-nc) size and the characteristic interaction distance Si-nc-Nd. Some devices have been fabricated and studied.