Films minces de nitrure d'aluminium dopés par des terres rares pour applications optiques

Rare earth-doped aluminum nitride thin films for optical applications

• Auteur / Autrice : Alaa Eldin Giba
• Direction : David Horwat, Stéphanie Bruyere, Frank Mücklich
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 31/01/2018
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Universität des Saarlandes
• Ecole(s) doctorale(s) : EMMA - Ecole Doctorale Energie - Mécanique - Matériaux
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Jean Lamour (Nancy ; Vandoeuvre-lès-Nancy ; Metz)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Gourbilleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Masenelli, Anna Vedda, Ralf Busch
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Bruno Masenelli, Anna Vedda

Mots clés

Mots clés contrôlés

Luminescence

Pulvérisation cathodique

Terres rares

Propriétés optiques

Couches minces

Nitrure d'aluminium

Mots clés libres

Films minces de nitrure d’aluminium

AlN dopé par une terre rare

Propriétés optiques

Pulvérisation cathodique

AlN thin films

Rare earth doped AlN

Optical properties

Magnetron sputtering

Résumé

Ce projet est consacré à l'étude des propriétés optiques des films minces en nitrure d'aluminium dopé par des terres rares. Plus particulièrement, le travail est orienté pour étudier les mécanismes de luminescence des éléments RE sélectionnés incorporés dans des films minces AlN pour être utilisés comme candidats aux dispositifs d'éclairage. Au cours de cette thèse, la technique de pulvérisation de magnétron réactif est utilisée pour synthétiser les films minces AlN non dopés et dopés. La technique et le traitement des films sont discutés en détail. L'effet des conditions de pulvérisation sur la structure et les propriétés optiques des films préparés est étudié. La corrélation entre les conditions de pulvérisation cathodique, l'orientation cristallographique, la morphologie, la microstructure et les propriétés optiques sont établies. Les analyses de structure et de composition des échantillons préparés ont été étudiées par plusieurs moyens, tels que la microscopie électronique à transmission, la spectroscopie à rayons X à énergie dispersive et la spectrométrie de rétrodiffusion Rutherford. Les propriétés optiques des films sont caractérisées par une transmission UV-Visible, une spectroscopie d'Ellipsometry et une spectroscopie de photoluminescence

This project is dedicated to study the optical properties of rare earth-doped aluminum nitride thin films. More particularly, the work is oriented to investigate the luminescence mechanisms of selected RE elements incorporated in AlN thin films to be used as a candidate for lighting devices. During this thesis, reactive magnetron sputtering (RMS) technique is used to synthesize the undoped and doped AlN thin films. The technique and films processing are discussed in details. The effect of sputtering conditions on the structure and optical properties of the prepared films are investigated. The correlation between the sputtering conditions, the crystallographic orientation, the morphology, the microstructure and the optical properties are established. The structure and composition analyses of the prepared samples have been investigated by several means, such as transmission electron microscopy (TEM), Energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), and Rutherford backscattering spectrometry (RBS). The optical properties of the films are characterized by UV-Visible transmission, Ellipsometry spectroscopy, and Photoluminescence spectroscopy