Ce travail s'inscrit dans le cadre de la caractérisation physique de nanofils (NF) semiconducteurs (SC) qui est un domaine en plein essor ces dernières années. Plus précisément, nous explorons l'émission de champ (EC) de NFs individuels de Carbure de Silicium (SiC) pour leur potentialité comme source d'électrons, mais surtout pour étudier leurs propriétés de transport électrique, optiques et mécaniques.Le rôle important joué par la surface dans ces NFs a été prouvé par des traitements in situ qui ont eu des conséquences radicales sur l'EC dévoilant ainsi des propriétés d'émission propres aux SCs. En particulier, un régime de saturation, en accord avec la théorie d'EC des SCs, associé à une forte dépendance de l'émission à la température et à l'illumination laser a été révélé pour la première fois pour un NF. Ces mesures ouvrent des perspectives importantes tant pour la recherche fondamentale que pour les applications telles que la réalisation de photocathodes et de sources d'électrons pilotées optiquement ou par la température. Les caractéristiques courant-tension-température associées à l'analyse en énergie des électrons émis nous ont permis de déterminer le mécanisme de transport dans ces NFs, qui est limité par le nombre de porteurs dans le volume et contrôlé par les pièges présents dans la bande interdite par l'effet Poole-Frenkel. Finalement, la caractérisation mécanique a révélé des valeurs du facteur de qualité élevé (160000) et du module de Young allant jusqu'à 700GPa. Ces valeurs sont très prometteuses pour l'utilisation de ces NFs dans les systèmes nano-électro-mécaniques et dans les composites.

Ce travail expérimental a consisté en l'étude des défauts ponctuels induits par une irradiation électronique dans la structure cristallographique cubique du carbure de silicium (SiC) au moyen des techniques spectroscopiques de photoluminescence à basse température (LTPL) et de résonance paramagnétique électronique (RPE). Le premier de ces deux outils de mesures a permis d'estimer l'énergie seujl de déplacement dans le sous-réseau silicium puis d'analyser la stabilité thermique des défauts d'irradiation dans le domaine des basses températures (10 – 300K) puis dans la gamme des hautes températures (300 – 1400 K). Par ailleurs, sur la base d'un modèle théorique récent, cette thèse a corroboré la proposition de l'antisite de silicium isolé pour le centre D! 1 dont la persistance au-delà de la température nominale de fonctionnement des réacteurs nucléaires à fission de génération IV, pour lequel SiC est en partie destiné, se révèle particulièrement problématique. Des mesures entreprises par RPE sous illumination ont enfin permises de détecter un nouveau défaut dans son état métastable de spin S=1, possiblement associé à une configuration d'interstitiel de silicium.

Le Carbure de Silicium, par ses propriétés intrinsèques, offre des perspectives dans le domaine de l'électronique de puissance à même de supplanter le Silicium aujourd'hui sollicité à ses limites. En particulier, le Carbure de Silicium (SiC) permet la réalisation de diodes réunissant la technologie Schottky et supportant une haute tension. Après avoir resitué la filière du SiC dans son contexte, on présente dans ce travail les éléments de physique du semiconducteurappliqués à la diode Schottky SiC et justifiant les propriétés et le dimensionnement du composant. Le comportement électrique statique et dynamique des diodes Schottky SiC est ensuite comparé à l'état de l'art des diodes bipolaires en Silicium, et une simulation fine de la cellule de commutation est présentée. Le comportement électrothermique des diodes Schottky SiC est analysé dans la partie suivante à l'aide d'un outil de simulation dédié, permettant d'intégrer à la fois les phénomènes d'emballement thermique propres aux composants majoritaires et les propriétés de haute tenue en température du SiC, pour fournir une évaluation de la densité de courant utile des diodes. Enfin, la dernière partie propose une évaluation de la technologie Schottky SiC DANS UNE APPLICATION pfc, suivant le régime de fonctionnement du convertisseur. Une amélioration visant à exploiter au mieux les propriétés de cette nouvelle diode dans le PFC est ensuite présentée.

Ce document est conçu comme une vue d'ensemble de mes travaux de recherche sur la stabilité et la cinétique des défauts ponctuels dans le dioxyde de silicium et le carbure de silicium, deux matériaux d'intérêt pour le nucléaire ainsi que dans de nombreux autres domaines. Le chapitre préliminaire (page ix) est essentiellement un résumé détaillé, en français, des chapitres 1,2,3,4, suivi d'un projet à quatre ans qui fait office de conclusions. La partie centrale du document, en anglais, est constituée de quatre chapitres, dont le premier (1) décrit le contexte, introduit l'approche utilisée et explique le choix des matériaux. Le chapitre suivant (2) discute les approximation et les aspects spécifiques de l'application de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité (DFT) aux défauts ponctuels dans les matériaux non-métalliques, en particulier en ce qui concerne l'étude de leur stabilité et cinétique. Le chapitre 3 est dédié aux défauts intrinsèques dans le dioxyde de silicium et la compréhension de l'autodiffusion dans le quartz et la silice. Les succès et les échecs de la DFT dans ses approximations semi-locales y sont discutés en liaison avec l'interprétation de quelques résultats expérimentaux importants. Le chapitre 4 résume et discute les travaux sur les défauts intrinsèques et les impuretés de palladium dans le carbure de silicium. L'accent est mis sur la cinétique de ces défauts, ce qui permet de discuter le recuit de certains défauts de stoechiométrie, des paires de Frenkel, des lacunes de silicium, ainsi que la diffusion du palladium. Un chapitre de conclusion résume les résultats pricipaux et suggère des développements et nouveaux sujets à aborder. Les appendices contiennent une compilation de données pour les défauts dans le carbure de silicium (A.1), un curriculum vitæ (B, en français) et un choix d'articles (C).

Le carbure de silicium est un matériau envisagé pour le conditionnement du combustible dans les réacteurs de quatrième génération. Ce travail a pour objectif d'étudier la capacité de confinement des produits de fission et l'évolution de la structure de ce matériau sous les effets combinés de la température et du rayonnement. Les implantations d'ions de basse énergie et l'incorporation d'analogues stables de produits de fission (Cs et I) dans des monocristaux de 6H-SiC ont été réalisées sur l'implanteur ou l'accélérateur du CSNSM. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie ont été effectuées au GANIL. L'évolution du profil des ions implantés et de la structure du cristal a été étudiée par RBS et canalisation. Des informations complémentaires ont été apportées par la spectroscopie d'absorption UV-visible. Les implantations d'ions de basse énergie à température ambiante conduisent à l'endommagement rapide du cristal. Par contre, une élévation de la température d'implantation (600 °C) permet de conserver un faible taux de désordre dans le cristal. Les irradiations avec des ions lourds de haute énergie n'endommagent pas les cristaux de SiC mais au contraire, elles provoquent une guérison du désordre créé préalablement par l'implantation d'ions I de basse énergie. Ces marqueurs d'iode ne diffusent pas lors d'irradiations avec des ions lourds de basse ou de haute énergie à température ambiante ou à 600 °C. Cependant, une diffusion des ions Cs a été observée lors d'un recuit thermique post-implantation à 1300 °C, température à laquelle le cristal qui comportait une couche amorphe étendue commence à retrouver une structure monocristalline.

Thèse de doctorat : Dispositifs de l'Electronique Intégrée : Villeurbanne, INSA : 2001. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 173-193.

Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Villeurbanne, INSA : 2006. Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Université de Monastir. Faculté des sciences de Monastir : 2006. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. à la fin de chaque chapitre.

Thèse de doctorat : Sciences chimiques. Physico-chimie de la matière condensée : Bordeaux 1 : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

En raison de leurs propriétés nouvelles, les matériaux composites à base de nanocristaux de silicium (nc-Si) contenus dans des matrices siliciées amorphes suscitent un intérêt grandissant pour les nombreuses applications envisagées dans les domaines de l'électronique et du photovoltaïque. La fabrication de ces nanostructures est parfaitement compatible avec les technologies existantes. Toutefois, afin d'être intégrés avec succès dans ces dispositifs, les nc-Si et leur environnement doivent avoir des propriétés maitrisées. Dans ce contexte, le travail de thèse a consisté en l'élaboration et la caractérisation de couches de carbure et nitrure de silicium contenant des nc-Si. Ces deux matrices ont retenu notre attention en raison de leur gap intermédiaire entre la silice et le silicium qui permettrait d'obtenir des propriétés améliorées pour les composants électriques. Deux techniques de fabrication ont été étudiées : la nucléation/croissance de nc-Si sur des couches minces a-SiCx par dépôt chimique en phase vapeur à basse pression (LPCVD), et le dépôt par CVD assisté par plasma pulsé (PPECVD) d'alliages a-SiNx riches en Si, suivi d'un recuit à haute température. Lors de l'interprétation des résultats, une attention particulière a été portée aux effets de surface/interface et au rôle de la matrice sur les propriétés mesurées. Après avoir étudié et maitrisé les conditions de dépôt d'alliages a-SiCx:H par PECVD, nous montrons que la nucléation/croissance de nc-Si sur une surface a-Si0,8C0,2 par LPCVD est favorisée en raison de la concentration en Si élevée de la matrice. Des densités surfaciques de nc-Si supérieures à 1012 cm-2 ont ainsi été atteintes, même pour des temps de dépôt courts ou des débits de silane faibles. Ces premiers résultats indiquent la faisabilité de ce type de structure. Une étude approfondie sur le couple nc-Si/nitrure de silicium a ensuite été menée. Les propriétés structurales, optiques et électriques de couches de nitrure contenant des nc-Si ont été caractérisées à partir d'un large éventail de techniques. Après avoir estimé la taille des nc-Si par spectroscopie Raman, la déconvolution des spectres XPS nous a permis d'expliquer les processus de formation des nc-Si lors du recuit et de proposer un modèle pour décrire la structure des interfaces nc-Si/a-Si3N4. Les propriétés optiques des nc-Si ont ensuite été déterminées par ellipsométrie spectroscopique et spectrophotométrie UV-Vis. L'élargissement du gap, le lissage des constantes diélectriques et l'augmentation du coefficient d'absorption aux faibles énergies avec la diminution de la taille des particules suggèrent un effet de confinement quantique au sein des nc-Si. Des mesures de photoluminescence résolue en temps nous ont permis de conclure que l'utilisation d'une matrice de nitrure est peu appropriée à l'étude de l'émission optique des nc-Si en raison des nombreux défauts radiatifs et non radiatifs présents dans la matrice et aux interfaces. Enfin, les mécanismes de transport des porteurs de charge à travers la couche nanocomposite ont été étudiés à partir de mesures courant-tension. En raison de son caractère percolé, la couche se comporte de façon analogue à une couche de Si polycristallin avec une faible concentration de liaisons pendantes du Si. Un effet de photoconduction attribué aux nc-Si est observé, ce qui offre des perspectives de travail intéressantes.

La synthèse de Fischer-Tropsch (SFT) permet la transformation d'un mélange de gaz de synthèse, i.e. H2 et CO, issu des différentes matières premières (charbon, gaz naturel ou biomasse) en hydrocarbures synthétiques. Les catalyseurs généralement utilisés en SFT sont à base de fer ou de cobalt supporté sur alumine ou silice. Dans ce travail, le carbure de silicium (SiC) a été proposé comme nouveau support de remplacement pour la SFT. Les résultats obtenus ont montré que les catalyseurs à base de cobalt supporté sur du SiC, contenant essentiellement des mésopores, sont actifs et sélectifs pour la réaction de SFT par rapport aux catalyseurs traditionnels supportés sur alumine ou silice. L'activité en SFT peut être améliorée en utilisant de l'éthanol comme solvant d'imprégnation ou en ajoutant un promoteur tel que le ruthénium. Le dopage du support de départ par du Ti02 contribue également à une forte augmentation de l'activité en SFT grâce à la formation de petites particules de cobalt présentant une activité en SFT plus élevée. La forte interaction entre le Ti02 et le cobalt permet également d'améliorer d'une manière considérable la stabilité du catalyseur.