Thèse de docteur-ingénieur : Génie mécanique : Villeurbanne, INSA : 2001. / Thèse : 2001ISAL0022. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p.160-165.

Les photodétecteurs ultraviolets actuels à base de silicium montrent des limitations inhérentes à la technologie en dépit de leur continuelle amélioration depuis ces dernières décennies. En collaboration avec l’Observatoire Royal de Belgique dans le cadre du projet LYRA (et BOLD), nous avons démontré la maturité des semiconducteurs à large bande interdite pour des applications dans les domaines spatiale et physique des hautes énergies. La disponibilité de ces nouveaux matériaux permet de surpasser les technologies existantes. En effet, de part leurs propriétés physiques et chimiques exceptionnelles, le diamant par exemple, est un des candidats idéal. Sa large bande interdite le rend insensible à la lumière visible et infrarouge (solarblind) et son excellente robustesse face aux radiations rend ce matériau très attractif pour des applications spatiales. Parallèlement à ce matériau, de nouveaux semiconducteurs nitrures à large bande interdite (AlN, BN) présentent des propriétés tout aussi remarquables et commencent à être élaborés avec succès. Le but de ce travail a été de concevoir et de fabriquer de nouveaux photodétecteurs UV innovants à base de ces matériaux. Cette activité a débuté par la simulation des propriétés de transports des matériaux à structure wurtzite par des modèles de types Monte Carlo, puis d’optimiser les performances des composants à élaborer par éléments finis au moyen du logiciel COMSOL® en tenant compte du matériau, de la géométrie de la structure, du design technologique, de la nature des électrodes (taille, contacts ohmiques, Schottky…), du couplage électro-thermique dans certain cas ainsi que des radiations incidentes. Différents capteurs UV ont ensuite été élaborés en salle blanche puis caractérisés sous rayonnement X-EUV d’une part et DUV-UV d’autre part. Les caractéristiques optoélectroniques (stabilité, fiabilité, sensibilité aux rayonnements UV, courant d'obscurité…) et les performances obtenues sont alors exposées pour chacun des matériaux étudiés. L’ensemble de ce travail a permis d’établir plusieurs performances à l’état de l’art sur diamant, AlN et BN et a contribué au développement du premier radiomètre solaire LYRA dans le domaine EUV au moyen de ces photodiodes diamant destinés au satellite PROBA2. / Currently, ultraviolet photodetectors based on silicon have shown limitations inherent to their technology in spite of their continual improvement for these last years. In collaboration with the Royal Observatory of Belgium within the LYRA (and BOLD) project, the maturity of the semiconductors with wide band gap is shown for specific applications in the space field and high-energy physics. The availability of these new materials makes it possible to exceed existing technologies. These materials present robustness, a radiation hardness and their wide band gap provide insensibility to visible and infrared lights. Indeed, because of their exceptional physical and chemical properties, diamond for example, is one of the ideal candidates from the point of view of fundamental research and technological applications. Furthermore, new nitrides semiconductors with wide band gap (AlN, BN) are now elaborated successfully and present remarkable properties such as diamond.The goal of this work was to design and to fabricate new UV photodetectors based on these materials. This work begins with determination of the transport properties of these semiconductors materials versus temperature by Monte Carlo simulation in order to optimize the performances of the photodetectors by means of a finite elements software based on COMSOL® by taking into account the material type, the geometry of the structure, the technological design, the nature of the electrodes (size, ohmic contacts, Schottky contacts, symmetry…) as well as incidental radiations. A physical-thermal coupling is implemented in some cases to determine the impact of thermal effects in device working behaviour. Various UV detectors are elaborated in clean room and characterized under X-EUV radiation on the one hand and DUV-UV on the other hand. The characteristics (stability, reliability, sensitivity to the radiations UV, dark current…) and the obtained performances are then described for each studied material. This work made it possible to establish several state of the art performances on diamond, AlN and BN and contributed to the development of the first solar EUV radiometer LYRA onboard PROBA2 satellite.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie des matériaux : Lyon 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. 290 réf. bibliogr.

Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un semi-conducteur à large bande interdite (~ 6 eV) avec une stabilité thermique et chimique très élevées lui offrant la possibilité d'être utilisé dans des dispositifs fonctionnant dans des conditions de fonctionnements extrêmes. La nature indirecte de la bande interdite dans h-BN a été étudiée à la fois par des calculs théoriques et par des expériences. Un exciton indirect et des recombinaisons assistées par phonons dans h-BN ont été observées par photoluminescence.Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de cristaux massifs et de couches hétéro-épitaxiales de nitrure de bore hexagonal. Nous avons étudié des échantillons provenant de différentes sources et des cristaux qui ont été fabriqués en utilisant différentes méthodes de croissance pour nous permettre de mesurer les propriétés optiques intrinsèques de h-BN. Nous rapportons l'impact des symétries des phonons sur la réponse optique du h-BN en effectuant des mesures photoluminescence résolues par polarisation. L’analyse des données en polarisation, nous permet de mesurer la contribution du phonon manquant, celui qui n'a pas été détectée avant cette thèse. En suite, nous démontrons que l'origine de la structure fine du spectre de PL provient pour chaque réplique phonon d’une diffusion complémentaire de type Raman faisant intervenir le mode de phonon E2g à basse énergie (mode de cisaillement inter-feuillets). Les spectroscopies de photoluminescence et de diffusion inélastique Raman ont été combinées pour quantifier l'influence des effets isotopiques sur les propriétés optiques de h-BN ainsi pour révéler que les modifications des interactions de van de Waals liées à l'utilisation de 10B et 11B ou du bore naturel pour la croissance de cristaux h-BN massifs.Enfin, nous étudions des epitaxis de h-BN crues par Épitaxie sous Jets Moléculaires. L'utilisation conjointe de l’imagerie par microscopie à force atomique (AFM) et de la spectroscopie de photoluminescence permet de comprendre la première observation de recombinaison assistée par phonons dans des épitaxies de h-BN sur le saphir et le graphite. Ce résultat indique que la croissance de h-BN à large échelle par méthode épitaxiales est en voie d'acquérir la maturité nécessaire au développement technologique de h-BN. / Hexagonal boron nitride (h-BN) is a wide bandgap (~ 6 eV) semiconductor with a very high thermal and chemical stability often used in devices operating under extreme conditions. The indirect nature of the bandgap in h-BN is investigated by both theoretical calculations and experiments. An indirect excion and phonon-assisted reombinations in h-BN are observed in photoluminescene spectroscopy.This thesis focus on the optical properties of bulk and epilayers of h-BN. We investigated samples from different sources grown different methods in order to confirm the intrinsic optical properties of h-BN. We report the impact of the phonon symmetry on the optical response of h-BN by performing polarization-resolved PL measurements. From them, we will measure the contribution of all the phonon-assisted recombination which was not detected before this thesis. We follow by addressing the origin of the fine structure of the phonon-assisted recombinations in h-BN. It arises from overtones involving up to six low-energy interlayer shear phonon modes, with a characteristic energy of about 6.8 meV.Raman and photoluminescence measurements are recorded to quantify the influence of isotope effects on optical properties of h-BN as well as the modifications of van de Waals interactions linked to utilization of 10B and 11B or natural Boron for the growth of bulk h-BN crystals.Finally, we study h-BN thin epilayers grown by Molecular Beam Epitaxy at Nottingham University, atomic force microscopy (AFM) images and photoluminescence features are combined to confirm the first observation of phonon-assisted recombination in high quality thin h-BN epilayers grown on c-plane sapphire and Highly Ordered Pyrolitic Graphite. This demontrates that large scale growth of h-BN by epitaxy is getting a technologically required maturity.

L'étude des propriétés optiques des matériaux semiconducteurs et, notamment, des composés émettant dans l'ultra-violet (UV) constitue depuis quelques années une thématique de recherche de plus en plus importante du fait des applications potentielles de ces matériaux en optoélectronique. Dans cette perspective, étudier les propriétés optiques du nitrure de bore hexagonal (hBN) et des nanotubes de nitrure de bore (BN) est particulièrement intéressant, étant donné leur caractère semiconducteur à grand gap (autour de 6 eV). <br /> L'objectif de cette étude est d'analyser les propriétés optiques de ces matériaux et, plus particulièrement, leurs effets excitoniques, en développant des méthodes de caractérisation optique adaptées pour observer des émissions UV.<br />Les techniques expérimentales de photoluminescence et de cathodoluminescence développées au cours de cette thèse ont tout d'abord permis de comprendre les propriétés de luminescence du hBN. Ainsi, nous avons pu confirmer la présence d'excitons libres émettant à 5.77 eV. Ensuite, en corrélant ces mesures optiques avec des analyses structurales en microscopie électronique en transmission de cristaux individuels, nous avons mis en évidence l'existence d'excitons liés à des défauts structuraux bien déterminés et émettant autour de 5.5 eV. Une fois les propriétés de luminescence du matériau massif connues, nous avons analysé de la même manière différents types de nanotubes de BN multifeuillets. Ces mesures ont pour la première fois montré que ces nano-objets émettent également dans l'UV. En se basant sur notre étude de la luminescence de hBN, nous proposons une interprétation pour l'origine de leurs émissions lumineuses UV.

L'objectif de cette thèse est de réaliser des revêtements de nitrure de bore sur différents types de substrats comme le graphite, le quartz, le pyrex, en allant jusqu'aux métaux et en particulier le titane. Le choix de la voie PDCs s'avère intéressant grâce à la maîtrise du précurseur de départ au niveau atomique d'une part et à la facilité du procédé de dépôt, d'autre part. Nos objectifs étaient d'étudier la faisabilité de réaliser des revêtements BN sur différents types de substrat en utilisant un traitement thermique résistif et de mettre en place un dispositif qui nous permette de pyrolyser les films polymériques sur métaux sans dommage pour le substrat, en vue de leur protection contre l'oxydation ou d'autres applications mécaniques. Dans ce sens, nous avons démontré la possibilité d'utiliser un traitement thermique alternatif par lampe halogène émettant dans l'infra-rouge pour densifier les revêtement BN déposer sur substrats métalliques.

Les flux nitrofluorés se sont révélées comme d'excellents flux pour la conversion BN hexagonal - BN cubique. Du fait des diverses utilisations de BN-cubique sous forme de cristallites bien définies, soit celles existantes dans l'industrie mécanique, soit celles potentielles en micro-électronique, il etait primordial d'atteindre une meilleure compréhension de la cristallogénèse de ce matériau. Les diverses méthodes d'éaboration de BN-c ont été répertoriées et comparées à celle mise en oeuvre au laboratoire. L'étude du rôle des divers paramètres gouvernant la croissance de BN-c a conduit a une optimisation de la taille et de la morphologie des cristallites. Afin d' accroitre la taille, de nouveaux flux nitrofluorés ont été développés.

Les composés appartenant au système bore-carbone-azote présentent des liaisons fortement covalentes à l'origine de propriétes exceptionnelles. C'est le cas de BN-cubique pour lequel une nouvelle voie de synthèse mettant en oeuvre un fluide nitrurant a l'état supercritique a été développée. La première partie de ce travail porte sur l'étude de la nucléation et de la croissance de BN-c en présence d'hydrazine anhydre. La nature du précurseur de BN, celle de l'additif modifiant l'ionicite du milieu ainsi que la proportion de ces produits de départ ont été particulièrement étudiées. La seconde partie de ce travail est consacrée au nitrure de carbone (ou carbonitrure) C3N4 dont l'interet a été révelé par COHEN en 1989. Cet interêt fut, par la suite, confirmé par des calculs ab initio qui proposèrent cinq différentes structures. Diverses méthodes de synthèse impliquant la condensation de molécules organiques ont été mises en oeuvre. Ces travaux ont abouti a la préparation de la variété graphitique de C3N4 à l'état massique par traitement haute pression-haute température (2,5GPa, 800°C) de la mélamine en présence d'hydrazine. Des essais de synthèse d' une des variétés tridimensionnelles ont également été réalisés.

Thèse doctorat : Physique des matériaux et électronique. Spécialité : PLasma et optoélectronique : Metz : 2001. / Thèse : 2001METZ034S. Bibliogr. p. 191-192.

Thèse de doctorat : Physique : Plasma, Optique et Matériaux : Metz : 2006. / Thèse soutenue sur ensemble de travaux. Bibliogr. p. 73-[74], 126. Annexes p. 131-[154].