Réalisation, étude et optimisation de couches minces de diamant dopees au bore en vue de leur utilisation comme électrodes pour la réduction des nitrates

Fabrication, study and optimization of thin films of boron-doped diamond to use them as electrodes for the reduction of nitrates

• Auteur / Autrice : Slimane Ghodbane
• Direction : Alain Deneuville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Énergétique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Défauts

Spectroscopie Raman

Diamant

Mots clés libres

Dopage

Dépôt mpcvd

Reproduction des nitrates

Espèces absorbées

Xps

Résumé

Afin de réaliser des électrodes pour la réduction électrochimique des nitrates, nous avons élaboré des couches minces homoépitaxiées {111} et polycristallines de diamant dopé type p avec par incorporation de différentes concentration de bore. Toutes les couches ont été obtenues par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro-ondes. L'étude de l'évolution en fonction de la concentration de bore des propriétés physicochimiques et éléctroniques de ces couches a été réalisée par Raman (excitations rouge à 632. 8 nm et UV à 325 nm), cathodoluminescence à 5K, et microscopie électronique à balayage. La détermination de la nature et de l'évolution des espèces chimiques absorbées en surface a été réalisée par XPS et Raman UV. Deux méthodes de structuration des couches (mécanique, et physicochimique par plasma micro-ondes d'un mélange d'hydrogène et d'oxygène) ont été développées afin d'augmenter la surface spécifique de nos couches polycristallines. Enfin, le dopage type n par incorporation de phosphore a été réussi sur des couches continues de diamant polycristallin. La reproductibilité et l'homogénéité de ce dopage ont été obtenues.

In order to produce eletrodes for the electrochemical reduction of nitrates, we grew p-type homoepitaxial and polycrystalline boron-doped diamond films with different boron concentration. All the films were grown by chemical vapour deposition from a gaseous mixture of methane, hydrogen, and diboran. The evolution, according to the boron concentration, of the physico-chemical and electronic properties of these films was investigated by Raman spectroscopy (with two excitations : red at 632. 8 nm and UV at 325 nm), cathodoluminescence at 5K and scanning electron microscopy. The nature and evolution of the surface-absorbed chemical species have been investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and UV-Raman spectroscopy. To increase the specific surface of our polycrystalline films, two methods were developed. A mechanical method, and a physicochemical method based on microwave plasma of oxygen / hydrogen mixture. Finally, we have successfully grown n-type continuous polycrystalline diamond films by phosphorous incorporation. The homogeneity and reproducibility of this doping were obtained.