Les supercondensateurs sont des dispositifs de stockage électrochimique de l’énergie ayant été récemment mis au point et possédant des performances intermédiaires entre les condensateurs diélectriques et les batteries. Leurs intéressantes valeurs de densité d’énergie et de puissance, conjuguées à leur excellente durée de vie et à leur miniaturisation facilité rendent ces composants prometteurs pour des micro-dispositifs électroniques, tels des micro-capteurs autonomes ou des implants médicaux.Le silicium nanostructuré par CVD a prouvé être un remarquable matériau d’électrode de supercondensateur, pour des applications miniaturisées, lors de récents travaux. L’excellent contrôle de la morphologie et des propriétés électroniques permis par la synthèse montante de nano-fils et nano-arbres de silicium, ainsi que la grande stabilité électrochimique et thermique de ce matériau font des nanostructures de silicium obtenues par synthèse montante une excellente plate-forme pour des micro-supercondensateurs.La présente thèse s’attache à explorer plusieurs voies d’amélioration et d’utilisation des nano-fils et nano-arbres de silicium. Une étude systématique de l’optimisation des nanostructures a été conduite, permettant d’améliorer largement les performances précédemment établies. Ensuite, une fonctionnalisation par des couches minces d’alumines utilisant la technique d’ALD a permis d’accroitre largement la plage de tensions d’utilisation des supercondensateurs, et d’augmenter leur stabilité électrochimique. Enfin, la croissance « sur-puce », ainsi que l’étude de la stabilité en température des dispositifs ont été effectuées, laissant entrevoir d’importantes perspectives d’applications. / Supercapacitors are electrochemical energy storage devices which have been recently developed, and possess intermediate performances between dielectric capacitors and batteries. These components exhibit interesting power and energy densities, combined with an exceptional cycle life and an easy miniaturization. Supercapacitors are thus envisioned as energy storage solutions for electronic micro-devices, such as autonomous micro-sensors or implantable medical devices.In recent studies, CVD nanostructured silicon proved to be an excellent electrode material candidate for micro-supercapacitor applications. Bottom-up synthesis allows an exceptional control of the morphology and electrical properties of the obtained silicon nano-wires and nano-trees. Moreover, the nanostructured electrodes possess superior electrochemical and temperature stability. These arguments lead to consider silicon as an excellent platform for micro-supercapacitors applications.This PhD thesis details various ways to improve and use silicon nano-wires and nano-trees. The nanostructures have been subjected to a systematic optimization study, yielding a significant increase of the electrochemical performances of the electrodes, compared to previously published studies. In addition, surface functionalization using thin ALD alumina layers permitted a considerable increase of the supercapacitor voltage window and an improved electrochemical stability. Finally, “on-chip” nanostructure growth, and temperature stability studies of the device were conducted, opening a broad field of improvements and potential uses for these silicon nanostructures.

Le développement récent des nanotechnologies a apporté un renouveau dans le domaine de recherche de la thermoélectricité. Ces dernières années, de nombreux travaux théoriques et expérimentaux ont montré qu’il était possible d’améliorer grandement le facteur de mérite ZT en utilisant des structures semi-conductrices de basse dimensionnalité. Plus particulièrement, les nanofils de Silicium ont été présentés comme de bons candidats pour des applications thermoélectriques. De nombreuses études ont effectivement souligné le fait qu’il est possible de réduire la conductivité thermique au sein des nanofils sans altérer le transport électrique, ce qui va bien évidemment dans le sens d’une amélioration du facteur de mérite. Cependant, il existe peu d’études expérimentales permettant de confirmer ces affirmations. Ici, nous proposons des expériences de microscopie thermique à balayage permettant d’effectuer de l’imagerie thermique de nanofils individuels avec une résolution spatiale de l’ordre de 100nm. A partir des images réalisées et d’un modèle décrivant le comportement thermique de la sonde utilisée, nous déterminons la conductivité thermique des nanofils caractérisés. La technique de mesure proposée est actuellement la seule permettant d’effectuer une mesure thermique statistique sur un grand nombre de nanostructures de type nanofil. Nous validons également la faisabilité d’une mesure de conductivité électrique de nanofils individuels par une technique de microscopie de résistance d’étalement. La conductivité électrique est également un paramètre déterminant, à prendre en compte dans l’évaluation du facteur de mérite thermoélectrique. / The recent development of nanotechnologies is like a revival for the field of research on thermoelectricity. Over the past decade, several studies have underlined the fact that the thermoelectric figure of merit can be drastically enhanced in low dimensional semiconductor systems. In particular, silicon nanowires have been recently presented as good candidates for thermoelectric applications. Although bulk silicon is a poor thermoelectric material, by greatly reducing thermal conductivity without much affecting the electrical resistivity, Si nanowires show promise as high-performance thermoelectric materials. However, the experimental investigations on this topic do not abound in literature. Here, we propose experiments based on Scanning Thermal Microscopy which allows us to carry out thermal images of individual Si nanowires with a spatial resolution around 100 nm. Then, a model describing the SThM probe thermal behavior enables us to extract thermo-physical properties from the thermal images and finally to evaluate the thermal conductivity of the individually imaged Si nanowires. The technique proposed here is a promising one to perform statistical thermal conductivity measurements on a wide range of one-dimensional nano-objects with different compositions and geometries. Besides, we validate the feasibility of electrical conductivity measurements on individual Si nanowires, using Scanning Spreading Resistance Microscopy. Electrical conductivity is also a key parameter to determine the thermoelectric figure of merit.

[pt] Neste trabalho foi obtido um sensor de gás baseado no grafeno crescido por CVD. Amostras foram transferidas usando o polímero Poliuretano (PU) como camada de sacrifício, sendo confirmada a eficácia do método proposto quando comparado com aqueles existentes na literatura. Foi confirmada a qualidade do filme monocamada transferido mediante o controle dos defeitos gerados durante a transferência e a fabricação do dispositivo. Foram depositados sobre o grafeno contatos na forma de um circuito interdigitado e estudada a mudança da resistência do sensor construído para gases de NO2 e NH3. Espectroscopia Raman foi usada também neste trabalho para investigar o impacto da densidade dos defeitos no filme de grafeno na resposta do sensor de gás. O dispositivo proposto foi capaz de detectar baixas concentrações dos gases alvo testados. / [en] In this work a gas sensor based on graphene grown by CVD was obtained. Samples were transferred using Polyurethane (PU) polymer as the sacrificial layer, and the ecacy of the proposed method was confirmed when compared with those in the literature. The quality of the transferred monolayer film was confirmed by controlling the defects generated during the transfer and fabrication of the device. Contacts were deposited on top of the transferred film in the form of an interdigitated circuit and the sensor s resistance evolution was studied in the presence of NO2 and NH3. Raman spectroscopy was also used to investigate the impact of graphene defects density on the gas sensor response. The proposed device was able to detect low concentrations of the tested target gases.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux composites multifonctionnels, permettant de remplacer l’aluminium en tant qu’élément constituant le packaging de l’électronique embarquée dans les avions, afin de rendre ces derniers plus légers. L’association d’un polymère mécaniquement résistant avec des nano-charges conductrices est une alternative prometteuse. Cette thèse concerne l’étude du procédé de Dépôt Chimique à partir d’une phase Vapeur (CVD) en lit fluidisé pour déposer des métaux conducteurs, tels que le fer et le cuivre, à la surface de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTs) produits industriellement (Arkema Graphistrength®C100), enchevêtrés en pelotes poreuses de 388 μm de diamètre. Tout d’abord, afin d’augmenter la réactivité de surface des nanotubes, un procédé d’oxydation en lit fluidisé a été étudié à température ambiante, à partir de plusieurs mélanges gazeux à base d’ozone. Les diverses analyses réalisées (MET, spectroscopie IR, XPS,..) montrent que des groupements chimiques de type hydroxyl, acide carboxylique, éther, … sont greffés de façon uniforme sur toute la surface externe des MWCNTs et que leurs parois externes sont aussi gravées de façon modérée et localisée. Au final, il apparait que les défauts créés et les fonctions oxygénées greffées ont permis d’accroitre le nombre de sites de nucléation sur la surface des nanotubes et donc la masse de métal déposé. Le dépôt de fer à partir de ferrocène Fe(C5H5)2 a été étudié à haute température (entre 400 et 650°C), sous différentes ambiances gazeuses (azote, hydrogène, air, vapeur d’eau). Les analyses réalisées (MEB-FEG, DRX, MET, ICP-MS, ...) montrent un dépôt uniforme du bord jusqu’au coeur des pelotes, de nanoparticules à base de carbure de fer Fe3C prisonnières de l’enchevêtrement des nanotubes. La présence d’hydrogène a permis de minimiser la formation parasite de nano-objets (tubes et fibres). Le dépôt de cuivre à partir d’acétylacétonate de cuivre (II) Cu(C5H7O2)2 a été étudié entre 250 et 280°C sous hydrogène. Les caractérisations réalisées indiquent que des nanoparticules de Cu pur ont été déposées sur l’ensemble des parois externes des MWCNTs, du bord au coeur des pelotes. L’ensemble des résultats obtenus démontre que le procédé de CVD en lit fluidisé est capable de déposer de façon uniforme des métaux à la surface de nanotubes de carbone enchevêtrés en pelotes poreuses, pour des conditions opératoires spécifiquement choisies. / This Ph.D project is part of the development of new composite multi-functional materials allowing replacing aluminum in the on-board electronic packaging of airplanes, to make them lighter. The combination of a polymer mechanically resistant with conductive nano-fillers is a promising alternative. The thesis concerns the study of the Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition (CVD) process of conductive metals, such as iron and copper, on the surface of industrial multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs, Arkema Graphistrength®C100) tangled in porous balls of 388 μm in diameter. First, in order to increase the surface reactivity of nanotubes, an oxidation process in fluidized bed has been studied at room temperature, from several gaseous mixtures containing ozone. The various analyses (TEM, IR spectroscopy, XPS, …) show that hydroxyl, carboxylic acid, ether, … chemical bonds are grafted uniformly on all the outer surface of MWCNTs and that their outer walls are locally and moderately etched. At the end, it appears that the created defects and the oxygen containing bonds have allowed to increase the number of nucleation sites on the nanotubes surface and then the weight of the deposited metal. The iron deposit from ferrocene Fe(C5H5)2 has been studied at high temperature (between 400 and 650°C) under different gaseous atmospheres (nitrogen, hydrogen, air, water vapor). The analyses (FEG SEM, XRD, TEM, ICP-MS, ...) show a uniform deposit from the outer part to the center of the balls, of nanoparticles containing iron carbide Fe3C. The presence of hydrogen has allowed minimizing the parasitic formation of nano-objects (tubes and fibers). The copper deposition from copper (II) acetylacetonate Cu(C5H7O2)2 has been studied at 250-280°C under hydrogen. The characterizations indicate that nanoparticles of pure copper have been deposited on all the MWCNT outer walls, from the outer part to the center of the balls. The whole results obtained prove that the Fluidized Bed CVD process is able to deposit uniformly metals on the outer surface of MWCNTs tangled in porous balls, for specifically chosen operating conditions.

Étude de la croissance de nanofils de SiGe par dépôt chimique en phase vapeur et caractérisation par microscopie à force atomique. Les nanofils semi-conducteurs constituent des briques de bases au potentiel prometteur pour l’amélioration des dispositifs du futur. D’autre part, l’alliage SiGe permet de contrôler les propriétés électroniques de la matière telles que les mobilités des porteurs et la largeur de bande. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous étudions les mécanismes de croissance catalysée de nanofils de SiGe et développons des méthodes de caractérisation de nanofils par AFM.Dans un premier temps, la croissance par CVD de nanofils de SiGe est étudiée en utilisant l’or comme catalyseur. Nous étudions l’influence du HCl en phase gazeuse qui permet un contrôle de la croissance de nanofils de SiGe et modélisons son action.Dans un deuxième temps, nous étudions la croissance de nanofils SiGe catalysée par siliciures compatibles CMOS, et la croissance de nanofils de Ge pur à basse température. Nous nous intéressons également à l’élaboration d’hétérostructures.Enfin, nous étudions le module de Young de NF unique de Si, GaN et ZnO par AFM et une nouvelle méthode de génération de potentiel piézoélectrique sur NF de GaN a été développée. / Study of SiGe nanowires growth by chemical vapour deposition and characterization by atomic force microscopy.The use of semiconductor nanowires as building block for futur devices is a promising way of improving their performances. Moreover, \SiGe alloy is valuable for today’s microelectronics. In the present work, the catalyzed growth mechanisms of SiGe nanowires are studied and new methods for nanowire caracterisation using AFM are developped.First, gold catalyzed SiGe nanowire growth by CVD is studied. A better control of SiGe nanwires morphology and composition is then achieved by introducing HCl in the gas phase. A qualitative model based on our observations is proposed to explain the role of HCl.Second, we study the growth of SiGe nanowires using CMOS compatibles silicides, and pure Ge nanowires growth at low temperature. We also present the elaboration of heterostructured nanowire using different catalysts.Finally, single nanowire Young modulus is measured thanks to different AFM methods and a new approach for piezoelctric nanowire caracterisation using AFM is described.

L'augmentation des performances des circuits intégrés s'est effectué durant les trentes dernières années par la miniaturisation du composant clé à savoir le transistor MOSFET. Cette augmentation de la densité d'intégration se heurte aujourd'hui à plusieurs verrous, notamment celui de la puissance consommée qui devient colossale. Il devient alors nécessaire de travailler sur de nouveaux composants, les transistors à effet tunnel, où les porteurs sont injectés par effet tunnel bande à bande permettant de limiter considérablement la puissance consommée en statique. Les nanofils semiconducteurs sont de bons candidats pour être intégrés comme canaux de ces nouveaux composants de part la possibilité de moduler leur gap et leur conductivité au cours de la croissance. Dans ce contexte, cette thèse traite de la croissance d'hétérostructures axiales Si/Si1-xGex élaborés par croissance VLS par RP-CVD. Tout d'abord, nous identifions les conditions de croissance pour réaliser des interface Si/Si1-xGex et Si1-xGex/Si abruptes. Les deux heterointerfaces sont toujours asymétrique quelle que soit la concentration en Ge ou le diamètre des nanofils ou des conditions de croissance. Deuxièmement, nous étudions les problématiques impliquées par l'ajout d'atomes dopants. Nous discutons de l'influence des paramètres de croissance (le rapport flux de gaz (Si / Ge), et la pression partielle de dopants) sur la morphologie des nanofils et la concentration de porteurs. Grâce à cette étude, nous avons été capable de faire croitre des hétérojonctions P-I-N. Troisièmement, nous présentons une technique basée sur la microscopie à sonde locale pour caractériser les hétérojonctions. / After more than 30 years of successful scaling of MOSFET for increasing the performance and packing density, several limitations to further performance enhancements are now arising, power dissipation is one of the most important one. As scaling continues, there is a need to develop alternative devices with subthreshold slope below 60 mV/decade. In particular, tunnel field effect transistors, where the carriers are injected by quantum band to band tunneling mechanism can be promising candidate for low-power design. But, such devices require the implementation of peculiar architectures like axial heterostructured nanowires with abrupt interface. Using Au catalyzed vapor-liquid-solid synthesis of nanowires, reservoir effect restrains the formation of sharp junctions. In this context, this thesis addresses the growth of axial Si and Si1-xGex heterostructured nanowire with controlled interfacial abruptness and controlled doping using Au catalyzed VLS growth by RP-CVD. Firstly, we identify the growth conditions to realize sharp Si/Si1-xGex and Si1-xGex/Si interfacial abruptness. The two heterointerfaces are always asymmetric irrespective of the Ge concentration or nanowire diameter or growth conditions. Secondly, we study the problematics involved by the addition of dopant atoms and focus on the different approaches to realize taper free NWs. We discuss the influence of growth parameters (gas fluxes (Si or Ge), dopant ratio and pressure) on NW morphology and carrier concentration. With our growth process, we could successfully grow p-I, n-I, p-n, p-i-n type junctions in NWs. Thirdly, we present scanning probe microscopy to be a potential tool to delineate doped and hetero junctions in these as-grown nanowires. Finally, we will integrate the p-i-n junction in the NW in omega gate configuration.

O objetivo deste trabalho foi estudar a ação sobre a dentina humana (in vitro) de vários tratamentos de superfície: Lixa, IADR-GM, CVDt e CVDi e de alguns adesivos dentais: Adper Sigle Bond 2 (SB), Clearfil SE Bond (CF) e Adper Prompt L-Pop (PL) avaliando: rugosidade e resistência adesiva por micro-cisalhamento. Foram utilizados 72 terceiros molares hígidos que foram divididos ao meio. As superfícies oclusais das 144 metades dentais foram removidas e padronizadas com Lixa #600. Após receberem os tratamentos de superfície citados, foi avaliada a rugosidade média superficial (Ra) da dentina. Em seguida realizou-se a hibridização e a confecção dos cilindros de resina composta (RC) para finalizar o preparo dos corpos de prova (cps). Após armazenagem de 24h em água destilada a 370C realizou-se o teste de micro-cisalhamento com velocidade de deslocamento de 1mm/min. Os resultados foram submetidos a testes de analise estatística (ANOVA) onde foi comprovado que a menor Ra foi encontrada nas superfícies instrumentadas com Lixa #600 seguida pelo CVDi, IADR-GM que apresentaram rugosidade intermediaria e se igualaram e pelo CVDt que produziram as superfícies mais rugosas. Já para o tratamento de superfície, o CVDi foi que apontou os piores valores de resistência de adesão que com Lixa e IADR-GM. Nos resultados para os adesivos, o PL apresentou valores de resistência à união inferiores ao SB e CF que se igualaram. Já para a interação entre os tratamentos de superfície e os adesivos não houve diferenças estatisticamente significantes entre os grupos tratados com Lixa #600, IADR-GM e CVDt e hibridizados com SB ou CF. Concluiu-se: que a Ra produzida em dentina pelo CVD variou de acordo com o tipo de movimento (CVDt produz maior rugosidade que o CVDi); que não foi possível estabelecer uma correlação entre Ra e valores de resistência adesiva; que o PL apresentou valores de resistência à adesão inferiores aos obtidos pelos adesivos SB e CF; que a interação dos tratamentos Lixa, IADR-GM e CVDt com os três adesivos (SB, CF, PL) mostrou valores mais altos para o SB e CF que se igualaram e menores para o PL; que o fator tratamento não produziu diferença de resistência adesiva para o adesivo CF e o mesmo ocorreu com o PL. / The aim of this in vitro study was to evaluate the micro-shear bond strength and the roughness to human dentin using different instrumentations (SiC #600, diamond rotary bur, CVDt and CVDi) and three dentin adhesive/composite resin systems: Adper Sigle Bond 2 (SB), Clearfil SE Bond (CF) e Adper Prompt L-Pop (PL). Seventy-two third molars were split in the middle. The oclusal third from the one hundred and forty and four halves were removed and standardized using the SiC #600. After the prepared surfaces, which were analyzed the roughness average (Ra) with a surface perfilometer and hybridization. The specimens were then stored in distillated water for 24 hours at 370C. The specimens were then were attached to a micro-shear apparatus and subjected to a micro-shear strength test at a crosshead speed of 1mm/min until failure occurred. The two-way ANOVA indicated that there was significant differences in average roughness between the instrumentations which SiC #600 was the smoothest surface. No differences were detected between dentin surface prepared with diamond bur and CVDi (intermediate in the roughness assessment) and the CVDt gave the roughest surface. The bond strengths varied slightly, though dentin instrumentations with CVDi showed the lowest values than the surfaces prepared with SiC #600 and diamond bur. The bond strengths varied slightly, though adhesives, PL showed lower micro-shear bond strength than SB and CF, which were no significant relevance. The interaction of SiC #600, diamond bur and CVDt using SB and CF showed no significant difference in micro-shear bond strength and higher than PL. The instrumentation showed no significant differences in micro-shear bond strength using CF and PL.

Parmi les différentes cellules photovoltaïques existantes, les technologies à base de CIGS représentent aujourd'hui une alternative sérieuse à celles basées sur le silicium. De même, les technologies organiques émergent en vue d'applications sur le marché de la faible puissance. Afin d'être parfaitement concurrentielle, ces cellules doivent s'affranchir au maximum de la présence d'indium (surcoût) au sein de leurs structures (TCO, couche absorbante), ou de matériaux toxiques comme le CdS utilisé en tant que couche tampon. Les chalcogénures de zinc tels que le Zn1-xMgxO ou le ZnOzS1-z peuvent être employées à la place du CdS grâce à leurs propriétés semi-conductrices. En dopant le Zn1-xMgxO par un ou plusieurs atomes métalliques trivalents, on peut également créer des électrodes transparentes (TCO) pouvant substituer les électrodes traditionnelles à base d'indium (ITO). Les couches minces synthétisées au cours de ce travail ont été réalisées par spray-CVD, une technique de dépôt hybride et innovante utilisant un mode de chauffage radiatif. Les améliorations apportées au réacteur expérimental et les avantages qu'elles dégagent en font une alternative crédible aux techniques traditionnelles. Les couches de Zn1-xMgxO ainsi synthétisées exhibent de très bonnes propriétés, dont une énergie de gap facilement ajustable, une forte mobilité électronique et une très bonne transparence. De même, des couches de ZnS ont été réalisées par l'usage d'un précurseur original, permettant de s'affranchir du ZnCl2 (corrosif) couramment utilisé en spray pyrolyse. Les différents TCO étudiés ont montré de faibles résistivités (10-3 Ω.cm) et ont pu être testés dans des cellules solaires organiques en structures inverses. / In the field of photovoltaic devices, organic and CIGS-based solar cells are both promising way to compete with silicon-based technologies for low and high power generation. In order to provide safe and cost-effective thin films for these devices, zinc chalcogenides layers represent interesting opportunities to replace indium (expensive) and cadmium-based (toxic) layers. Semiconductors like Zn1-xMgxO and ZnS had been synthesized using an infrared assisted spray-CVD apparatus. The interaction between an aerosol and the infrared radiation is the main innovation in this process and sparked off many advantages. With this simple, vacuum-free and chemical soft technique, Zn1-xMgxO thin films exhibit excellent optical transparency, high electrical conductivity and an easily band gap adjustment. The obtained properties, compared with those reported by other traditional techniques, classed infrared assisted spray-CVD as an interesting and promising alternative technique in order to deposit thin films for such applications. ZnS thin films had been prepared with an original chemical precursor which enable to work without ZnCl2, the traditional corrosive chemical precursor in spray pyrolysis. In addition to that, some transparent conductive oxides (TCO) had been investigated by doping ZnO and Zn1-xMgxO layers with aluminum and/or gallium. With a very high optical transparency and a resistivity as low as 10-3 Ω.cm, ZnO:Al exhibit workable properties as transparent electrodes. Indeed, inverted organic solar cells had been realized with those TCO and proved their well-functioning into such devices.

Cette thèse porte sur la modélisation des plasmas micro-ondes en mélanges H2/CH4 et H2/CH4/B2H6, utilisés pour le dépôt de diamant intrinsèque et de diamant dopé au bore. L'objectif est d'établir des modèles de cinétique chimique afin de décrire la phase gazeuse et d'appréhender les limitations des modèles physiques nécessaires à l'étude des plasmas H2/CH4 et H2/CH4/B2H6 fonctionnant à haute densité de puissance (haute pression / haute puissance). L'étude repose sur une approche numérique à travers plusieurs modèles physique (1D et 2D) et chimiques qui permet la description physico-chimique de la phase plasma en fonction de nombreux paramètres expérimentaux (pression, puissance, composition du gaz). Une comparaison des résultats numériques a été effectuée systématiquement avec des mesures de densités intégrées radialement réalisées par TDLAS et OES pour les espèces CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 et B. Cette comparaison a pour objectif la validation des modèles physiques et des schémas cinétiques. Des écarts significatifs entre le modèle et l'expérience ont révélé une limitation intrinsèque à l'utilisation d'une approche ID radiale pour décrire les propriétés du plasma pour les conditions de haute densité de puissance. L'utilisation d'un modèle 2D fluide conçu à partir du logiciel ANSYS Fluent propose une meilleure description des phénomènes de transport mais ne permet pas de prendre en compte les processus électroniques. L'analyse de la composition chimique des plasmas micro-onde H2/CH4, H2/B2/H6 et H2/CH4/ B2H6 a montré une limitation des schémas cinétiques décrivant ces mélanges par une large gamme de conditions opératoires. En particulier les mécanismes C/B de ces modèles ne reproduisent pas la forte influence observée expérimentalement de l'addition de méthane sur le bore atomique. Enfin une étude numérique sur la distribution spatiale des espèces borées à poximité de la surface est confrontée à des résultats expérimentaux sur le dopage de diamant en fonction de différents paramètres du procédé. / This thesis deals with modelling of high power density microware plasmas of H2/CH4 and H2/CH4/B2H6 mixtures used for growing intrinsic and boron-doped diamond films. The aim of this work is to establish chemical kinetic schemes in order to describe the gas phase composition and to manage limitations of physical models of high power density H2/CH4 and H2/CH4/B2H6 plasmas. This investigation relies on a numerical approach using different physical models (ID and 2D) as well as chemical models according to differents experimental parameters (pressures, power, gas composition). Comparisons are carried out with integrated densities of CH4, CH3, C2H2, C2H4, C2H6, B2H6 and B measured by TDLAS and OES in order to validate the models. Significant discrepancies highlight limitation of ID approach for high power density whereas the use of a 2D fluid model (Fluent based) proposes better description of transport phenomena. The chemical analysis of H2/CH4, H2/B2H6 and H2/CH4/B2H6 MW plasmas also shows a limitation of the current kinetic schemes for a wide range of operating conditions. In particular C/B mechanisms do not reproduce the strong influence of methane addition on B. At least, a numerical study of spatial composition of boron species near the substrate is compared to experimental results on doping efficiency.

Dans le cadre de ce travail de thèse, nous avons étudié une approche permettant de réaliser les composants d'émission de la lumière basés sur les couches epitaxiées de Ge contraint en tension et fortement dopé de type n. Afin de créer de contrainte en tension dans les films épitaxiés de Ge, nous avons investi deux méthodes : faire croître du Ge sur InGaAs ayant un paramètre de maille plus grand que celui de Ge, et faire croître du Ge sur Si, en prenant l'avantage du coefficient de dilatation thermique du Ge, qui est deux fois plus grand que celui du Si. Concernant la croissance de Ge sur les substrats Si, nous avons étudié deux orientations cristallines, <001> and <111>, afin de pouvoir comparer la valeur de contrainte en tension obtenue et aussi la densité des dislocations émergeantes. Le dopage de type n dans le Ge a été effectué en utilisant le phosphore et l'antimoine. Nous avons montré que quand le dopage est effectué à des températures relativement basses et suivi d'un recuit thermique rapide, de concentration d'électrons électriquement activés de ~ 4x10^19 cm-3, a pu être obtenue. Cette valeur représente l'un des meilleurs résultats expérimentalement obtenus jusqu'à présent. Des mesures de recombinaison radiative par spectroscopie de photoluminescence effectuées à température ambiante ont mis en évidence une augmentation de l'émission du gap direct de Ge d'environ 150 fois. Finalement, nous avons étudié les effets de la barrière de diffusion sur l'efficacité de dopage pendant les recuits thermiques. Une comparaison sur l'efficacité de trois barrières de diffusion, Al2O3, HfO2 and Si3N4, sera présentée et discutée. / During my thesis, we studied approaches to achieve light-emitting devices based on tensile strained and highly n-doped Ge epitaxial films. In order to create an elastic tensile strain in the epitaxial Ge films, we have investigated two methods: The epitaxial growth of Ge on InGaAs buffer layers that have a larger lattice constant, and the epitaxial growth of Ge on Si, by which we take benefit of the thermal expansion coefficient of Ge which is twice greater than that of Si. Concerning the growth of Ge on Si substrates, we have studied two crystalline orientations, <001> and <111>, in order to compare the values of the accumulated tensile strain and also the density of threading dislocations. The n-type doping in Ge was performed using a co-doping technique with phosphorus (P2 molecule) and antimony (Sb). We demonstrated that the dopants sticking coefficient leads to dopant incorporation in the Ge film larger than their solid solubility, which generally increases with increasing substrate temperature. As a result, when the doping is carried out at relatively low temperatures and followed by rapid thermal annealing, electrically activated electron concentration of 4x1019 cm-3 was demonstrated. This value is one of the best results obtained experimentally so far. The radiative recombination, at RT, measured by photoluminescence spectroscopy showed an increase in the direct gap emission of Ge of about 150 times. Finally, we studied the effects of diffusion barrier on the doping concentration during the thermal annealing. A comparison between the advantages of three diffusion barriers, Al2O3, HfO2 and Si3N4, will be presented and discussed.