Les nanoparticules présentent des propriétés liées à la taille qui diffèrent fortement de celles observées dans des matériaux massifs. D'intenses recherches sur les nanoparticules sont actuellement en cours du fait de leurs grandes potentialités. Il a été montré que certaines nanoparticules métalliques sont catalytiquement actives et efficaces, comme par exemple le Palladium. L'objectif de la thèse est d'étudier la formation de nanoparticules de Pd déposées sur des surfaces pré-structurées de HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite) afin d'en optimiser la taille, la densité de surface et la stabilité. Trois étapes principales ont été menées dans nos études : la préparation des substrats, le dépôt de Pd et la caractérisation des échantillons par microscopie à effet tunnel (STM). La préparation des substrats contient elle-même deux étapes : la création de défauts par l'implantation d'agrégats Aun+ ou le bombardement de Co2, suivie d'une oxydation thermique. On obtient ainsi la formation de trous contrôlés en profondeur et en diamètre, qui serviront de sites d'ancrage pour les nanoparticules de Pd. Les mesures STM nous ont permis d'établir la relation entre la quantité de Pd déposée et la taille des nanoparticules de Pd formées à la surface du HOPG. Deux modes de croissance ont clairement été mis en évidence. Ils sont liés à la taille des défauts dans le HOPG. Les nanoparticules se présentent soit sous la forme de colliers soit sous la forme de particules isolées. Ces échantillons ont ensuite été caractérisés par des mesures de catalyse en chimie organique (Heck) ainsi qu'en catalyse gaz (oxydation du CO).

Les détecteurs de radiations nucléaires sont des outils importants dans de nombreux domaines tels que dans les réacteurs nucléaires, la sécurité nationale, mais ils sont également primordiaux dans des applications médicales. Les progrès récents dans la technologie des semi-conducteurs permettent la réalisation de détecteurs très efficaces et quasi-insonores qui permettent la détection de différents types de radiations nucléaires. Le carbure de silicium (SiC) est une bande semi-conductrice large, grâce à sa conductivité thermique élevée et à une résistance élevée aux rayonnements, il est adapté pour les environnements difficiles où peuvent exister des flux élevés de température et de rayonnement. Le but du projet européen (I_SMART) est ainsi de prouver la fiabilité de nouvelles méthodes de réalisation de détecteurs de radiations nucléaires et d'étudier leur performance dans différents types d'irradiation (neutrons rapides et thermiques) et à différentes températures. Différentes méthodes ont été utilisées pour réaliser les détecteurs de rayonnement SiC. Par exemple l'implantation d'ions de bore a été utilisé pour créer la couche de conversion de neutrons soit dans le contact métallique ou directement en SiC. Les détecteurs fabriqués ont été testés dans le réacteur nucléaire BR1, mettant en lumière la présence de neutrons thermiques. En outre, ces détecteurs détectent des neutrons rapides sous n’importe quelle température. En outre, les détecteurs utilisés montrent leur stabilité sous différents flux de neutrons qui indiquent la fiabilité de ces nouveaux modes de réalisation de détecteurs de rayonnement qui pourraient remplacer ceux utilisés actuellement. / Nuclear radiation detectors are important tools in many fields such as in nuclear reactors, homeland security and medical applications. Recent advances in semiconductor technology allow construction of highly efficient low noise detectors for different nuclear radiations. Silicon carbide (SiC) is a wide band gap semiconductor with a high thermal conductivity and high radiation resistance. It is suitable for a harsh environment where high temperatures and radiation fluxes may exist. In the framework of the European project (I_SMART) the purpose of this work is to demonstrate the reliability of new methods of realizing nuclear radiation detectors and to study their performance under different types of irradiation (fast and thermal neutrons) and at elevated temperatures. Different methods have been used to realize SiC based-radiation detectors. For instance boron ion implantation has been used to create the neutron converter layer either in the metallic contact or directly in the SiC. The fabricated detectors have been tested in the BR1 nuclear reactor revealing the thermal neutron detection and the feasibility of gamma discrimination from thermal neutrons using one single detector. Such detectors are sensitive to fast neutrons with a stable response under elevated temperatures (up to 150 °C). Furthermore, the studied detectors show stability under different neutron fluxes, indicating a reliability of such new methods of realizing radiation detectors which could replace those of the current state of the art.

Les nanoparticules présentent des propriétés liées à la taille qui diffèrent fortement de celles observées dans des matériaux massifs. D'intenses recherches sur les nanoparticules sont actuellement en cours du fait de leurs grandes potentialités. Il a été montré que certaines nanoparticules métalliques sont catalytiquement actives et efficaces, comme par exemple le Palladium. L'objectif de la thèse est d'étudier la formation de nanoparticules de Pd déposées sur des surfaces pré-structurées de HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite) afin d'en optimiser la taille, la densité de surface et la stabilité. Trois étapes principales ont été menées dans nos études : la préparation des substrats, le dépôt de Pd et la caractérisation des échantillons par microscopie à effet tunnel (STM). La préparation des substrats contient elle-même deux étapes : la création de défauts par l'implantation d'agrégats Aun+ ou le bombardement de Co2, suivie d'une oxydation thermique. On obtient ainsi la formation de trous contrôlés en profondeur et en diamètre, qui serviront de sites d'ancrage pour les nanoparticules de Pd. Les mesures STM nous ont permis d'établir la relation entre la quantité de Pd déposée et la taille des nanoparticules de Pd formées à la surface du HOPG. Deux modes de croissance ont clairement été mis en évidence. Ils sont liés à la taille des défauts dans le HOPG. Les nanoparticules se présentent soit sous la forme de colliers soit sous la forme de particules isolées. Ces échantillons ont ensuite été caractérisés par des mesures de catalyse en chimie organique (Heck) ainsi qu'en catalyse gaz (oxydation du CO). / Nanoparticles exhibit size-related properties that different from those observed in bulk materials. Nanoparticle research has attracted intense interest due to its great potential applications. It has been shown that some metallic nanoparticles are catalytically active and effective, such as-Palladium.The aim of this thesis is to study the formation of Pd nanoparticles deposited on pre-structured HOPG (Highly Ordered Pyrolytic Graphite) surfaces in order to optimize their size, density and surface stability. Three major steps were taken in our studies: preparation of substrates, deposition of Pd and characterization of samples by scanning tunneling microscopy (STM). Substrats preparations itself contains two steps : the creation of defects by Aun+ clusters implantation or by bombardment of Co2 ions, followed by thermal oxidation. These steps give the formation of hales with controlled depth and diameter, which serve as anchoring sites for Pd nanoparticles.The STM measurements have allowed us to establish the relationships between the quantity of deposited Pd and the size of Pd nanoparticles formed on the HOPG surface. Two growth modes were clearly observed which are related to the defect sizes created on the HOPG surface. Nanoparticles are present either in the form of pearl necklace or in the form of isolated particles. These samples were then characterized by catalytic measurements in organic synthesis (Heck) and gas catalysis (CO oxidation).

Depuis plus de 45 ans, les colonnes à faisceaux d'ions focalisés FIB à base de source à métal liquide (Ga) sont utilisées pour l'élaboration, la modification ou l'analyse de nanostructures. Beaucoup plus récemment, moins de 10 ans, les sources plasma sont intégrées dans les FIB afin de répondre aux besoins d'analyse de défaillance mais également de préparation d'échantillons. Ce marché des FIB plasma est en forte progression ces derniers années et s'accompagne d'une amélioration permanente des spécifications de cette technologie encore jeune. Il est donc nécessaire de caractériser au mieux ces sources afin de pouvoir améliorer l'optique associée. Dans cette thèse, nous présentons le développement d'une nouvelle colonne FIB fonctionnant avec une source d'ions plasma, dédiée à la création de centres NV, ainsi que le développement d'un outil permettant de caractériser les performances de cette source.Étant donné le contexte de ces travaux, la première partie du manuscrit est consacrée à la présentation de la technologie FIB, de son fonctionnement et de ses applications. Dans le second chapitre, nous présentons le développement d'une colonne FIB dédiée à l'implantation d'ions azote pour la création contrôlée de centres colorés NV dans des diamants. Nous commençons par introduire les propriétés uniques des centres NV ainsi que les méthodes usuelles pour leur création. Nous présentons ensuite les différentes étapes de la caractérisation de cette colonne FIB. Les implantations réalisées au cours de ce travail ont pu être utilisées pour le développement d'une nouvelle application des diamants dopés.Dans le dernier chapitre du manuscrit, nous nous intéressons à la conception d'un banc de test permettant d'obtenir les paramètres clés de la source d'ions, à savoir la dispersion en énergie et l'émittance. Les méthodes usuelles de mesure de ces paramètres sont présentées puis le fonctionnement du banc de test est entièrement décrit. Nous présentons ensuite les mesures effectuées avec des faisceaux d'ions xénon puis oxygène. Certains paramètres de la source d'ions plasma ont ainsi été obtenus. / For more than 45 years, focused ion beams FIB columns based on liquid metal ion sources (Ga) have been used for the development, modification or analysis of nanostructures. Much more recently, less than 10 years ago, plasma sources are integrated in FIBs to meet the needs of failure analysis as well as sample preparation. This plasma FIB market has grown strongly in recent years and is accompanied by a permanent improvement of the specifications of this young technology. Therefore, it is necessary to characterize these sources in order to improve the associated optics. In this thesis, we present the development of a new FIB column working with a plasma ion source, dedicated to the creation of NV centers, as well as the development of a system dedicated to the characterization of the performances of this source.Given the context of this work, the first part of the manuscript is dedicated to the presentation of FIB technology, its operation and its applications. In the second chapter, we present the development of a FIB column dedicated to the implantation of nitrogen ions for the controlled creation of NV color centers in diamonds. We begin by introducing the unique properties of NV centers as well as the usual methods for their creation. Then we present the different steps of the characterization of this FIB column. The implantations carried out during this work have been used for the development of a new application of doped diamonds.In the last chapter of the thesis, we are interested in designing a test bench to obtain the key parameters of the ion source, namely energy dispersion and emittance. The usual methods for measuring these parameters are presented and the operation of the test bench is fully described. Then we then present the measurements made with beams of xenon ions and oxygen ions. Some parameters of the plasma ion source have thus been obtained.