Avancées technologiques et caractérisations pour l'intégration de dispositifs SiC photoniques et de puissance

Technological advances and characterisation for the integration of SiC photonic and power devices

• Auteur / Autrice : Énora Vuillermet
• Direction : Mihai Bogdan Lazar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 23/01/2025
• Etablissement(s) : Troyes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Collectivité territoriale : Grand Est
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Lumière- nanomatériaux et nanotechnologies / L2n
• Jury : Président / Présidente : Dominique Planson
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dominique Planson, Jean-Marie Bluet, Esidor Ntsoenzok, Rosine Coq Germanicus, Julie Widiez
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Marie Bluet, Esidor Ntsoenzok

Mots clés

Mots clés contrôlés

Recuit des cristaux

Nanopiliers

Nanostructures

Microscopie en champ proche

Cathodoluminescence

Centres colorés

Semiconducteurs à large bande interdite

Mots clés libres

Semiconducteurs à large bande interdite

Centres colorés

Cathodoluminescence

Microscopie en champ proche

Nanostructures

Nanopiliers

Recuit des cristaux

Wide gap semiconductors

Color centers

Cathodoluminescence

Near-field microscopy

Nanostructures

Nanopillars

Annealing of crystals

Résumé

Le carbure de silicium (SiC), en raison de ses excellentes propriétés physiques, suscite un intérêt croissant dans l’industrie, notamment pour l’électronique de puissance. Utilisé dans des dispositifs à haute performance en température et en tension, comme ceux des véhicules électriques, le SiC bénéficie de substrats de qualité cristalline élevée et de faible densité de défauts, ce qui améliore les performances des composants électroniques. Ce matériau ouvre également de nouvelles perspectives pour des applications en photonique et en quantique grâce à l’ingénierie de certains défauts ponctuels, appelés centres colorés.Cette thèse présente des procédés innovants de caractérisation et de fabrication, tels que la recristallisation de films minces et la nanostructuration thermique, pour le développement de nouvelles architectures de dispositifs SiC. L’étude porte également sur la génération contrôlée de centres colorés par implantation ionique, tels que les lacunes de silicium et les bilacunes, pour leur exploitation en tant que sources de photons uniques dans les applications de photonique quantique. En raison de l’indice de réfraction élevé du SiC, ces défauts sont intégrés dans des réseaux de nanopiliers pour optimiser leur luminescence, offrant ainsi une solution simple et compatible avec les technologies CMOS pour l’émission de photons uniques.Ces travaux contribuent donc au développement de futurs dispositifs SiC, pour l’électronique de puissance et la photonique.

Silicon carbide (SiC), due to its exceptional physical properties, is gaining increasing interest in industry, particularly for power electronics. Used in high-performance devices operating at elevated temperatures and voltages, such as those in electric vehicles, SiC benefits from high-quality crystalline substrates with low defect density, which enhances the performance of electronic components. This material also offers new opportunities for applications in photonics and quantum technologies through the engineering of point defects, known as color centers.This thesis presents innovative characterization and fabrication techniques, such as the recrystallization of thin films and thermal nanostructuring, to develop new SiC device architectures. The study also focuses on the controlled creation of color centers via ion implantation, such as silicon vacancies and divacancies, to use them as single-photon sources in quantum photonics applications. Considering SiC's high refractive index, these defects are integrated into nanopillar arrays to enhance their luminescence, providing a simple, CMOS-compatible solution for single-photon emission.At last, these contributions can be used to advance the development of future SiC devices for both power electronics and photonics.