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Ces travaux de doctorat proposent d'apporter une contribution à l'identification et à la compréhension des phénomènes limitant les performances de détecteurs de rayon X à base de CdTe:Cl développés pour des applications en radiographie. En effet, des inhomogénéités spatiales non-stables dans le temps sont observées dans la réponse de ces capteurs. Les défauts des cristaux utilisés pour la détection ont été caractérisés. Notamment, les dislocations révélées par attaque chimique et par topographie X présentent des arrangements en mur à la surface des échantillons, ces défauts sont majoritairement traversant dans toute l'épaisseur du cristal. Il a ensuite été montré que ces murs de dislocations sont responsables des inhomogénéités de photo-courant sous irradiation par des rayons X et de courant de fuite d'un détecteur à base de CdTe:Cl. De plus, les niveaux pièges dans le gap du CdTe ont été investigués par des méthodes de spectroscopie optique à basse température : les images de cathodoluminescence mettent en évidence le caractère non-radiatif des murs de dislocations, mais ne montrent pas l'apparition de la luminescence Y au niveau de ces défauts, normalement attribuée aux dislocations dans la littérature. Enfin, l'influence des murs de dislocations sur les propriétés de transport des porteurs de charge a été étudiée par la méthode " Ion Beam Induced Current " (IBIC) montrant qu'ils entraînent une diminution de la valeur du produit mobilité-temps de vie des électrons et des trous

Ce travail de thèse s'intéresse aux propriétés structurales et optiques de semiconducteurs à grand gap de nitrure d'éléments III (AlxGa1-xN et h-BN), émettant dans l'ultraviolet (4-6 eV). Les propriétés des nano-objets étant modifiées par la réduction de dimensionnalité, un point central de ce travail a consisté à étudier des nanostructures de ces matériaux (nanofils d'AlN et d'AlxGa1-xN, nanotubes et nanofeuillets de BN). Un soin particulier a aussi été apporté à la corrélation à l'échelle nanométrique, entre la structure et la luminescence. Dans un premier temps, les nanofils d'AlxGa1-xN ont été synthétisés par épitaxie par jets moléculaires, sur des nanofils de GaN afin de promouvoir la croissance de nanostructures 1D non coalescées. Nous montrons que le gallium s'incorpore difficilement, aboutissant à des nanofils d'un alliage fortement inhomogène à plusieurs échelles (de l'unité à la centaine de nanomètre). Ces inhomogénéités influencent grandement les propriétés optiques, dominées par des états localisés. L'ensemble des résultats nous a permis de proposer un mécanisme de croissance de ces nanofils. Dans un deuxième temps, les propriétés des nanostructures de BN ont été comparées à celles du matériau massif (le BN hexagonal). Nous montrons que jusqu'à 6 couches les nanofeuillets présentent une luminescence similaire au h-BN. Cela indique une faible influence de la réduction de dimensionnalité dans le h-BN, contrairement aux nanostructures de GaN ou d'AlN. Enfin, nous montrons que les principaux nanotubes étudiés dans ce travail, multiparois, présentent une structure complexe, micro-facettée, et que les défauts sont probablement responsables de la luminescence observée.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2006. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 209-217).

Ces travaux de doctorat proposent d’apporter une contribution à l’identification et à la compréhension des phénomènes limitant les performances de détecteurs de rayon X à base de CdTe:Cl développés pour des applications en radiographie. En effet, des inhomogénéités spatiales non-stables dans le temps sont observées dans la réponse de ces capteurs. Les défauts des cristaux utilisés pour la détection ont été caractérisés. Notamment, les dislocations révélées par attaque chimique et par topographie X présentent des arrangements en mur à la surface des échantillons, ces défauts sont majoritairement traversant dans toute l’épaisseur du cristal. Il a ensuite été montré que ces murs de dislocations sont responsables des inhomogénéités de photo-courant sous irradiation par des rayons X et de courant de fuite d’un détecteur à base de CdTe:Cl. De plus, les niveaux pièges dans le gap du CdTe ont été investigués par des méthodes de spectroscopie optique à basse température : les images de cathodoluminescence mettent en évidence le caractère non-radiatif des murs de dislocations, mais ne montrent pas l’apparition de la luminescence Y au niveau de ces défauts, normalement attribuée aux dislocations dans la littérature. Enfin, l’influence des murs de dislocations sur les propriétés de transport des porteurs de charge a été étudiée par la méthode « Ion Beam Induced Current » (IBIC) montrant qu’ils entraînent une diminution de la valeur du produit mobilité-temps de vie des électrons et des trous / In the present Ph.D. thesis, we investigate microstructural defects in a chlorine-doped cadmium telluride crystal (CdTe:Cl), to understand the relationship between defects and performance of CdTe-based radiation detectors. Characterization tools, such as diffraction topography and chemical etching, are used for bulk and surface investigations of the distribution of dislocations. Dislocations are arranged into walls. Most of them appear to cross the whole thickness of the sample. Very good correlation is observed between areas with variations of dark-current and photo-current, and positions of the dislocation walls revealed at the surface of the sample. Then spectroscopic analysis of these defects was performed at low temperatures. It highlighted that dislocation walls induce non-radiative recombination, but it didn’t show any Y luminescence usually attributed to dislocations in the literature. Ion Beam Induced Current (IBIC) measurements were used to evaluate the influence of dislocation walls on charge carrier transport properties. This experiment shows that they reduce the mobility-Iifetime product of the charge carriers. A very clear correlation was, in fact, established between the distribution of the dislocation network and the linear defects revealed by their lower CIE on the device

Tato práce se zabývá mikroskopickými technikami využívajícími elektronový a iontový svazek pro přípravu a charakterizaci plazmonických nanostruktur. Analytická elektronová mikroskopie je představena se zaměřením na aplikace v oblasti plazmoniky. Důraz je kladen na spektroskopii energiových ztrát elektronů (EELS) a katodoluminiscenci. Dále je diskutována výroba plazmonických vzorků pro transmisní elektronovou mikroskopii, přičemž je kladen důraz na litografii iontovým svazkem a na přípravu vzorků za použití chemicky syntetizovaných částic ve vodném roztoku. Hlavní výzkumné výsledky práce jsou rozděleny do čtyř částí. První část se věnuje komparativní studii plazmonických antén vyrobených elektronovou a iontovou litografií. Přestože obě techniky jsou vhodné pro výrobu plazmonických antén, elektronová litografie by měla být upřednostňována před iontovou litografií díky lepší kvalitě výsledných antén a jejich silnější plazmonické odezvě. Antény vyrobené iontovou litografií mají neostré okraje, vykazují výrazné kolísání tloušťky a jsou také silně kontaminovány nejen organickými kontaminanty, ale také rezidui po iontové litografii včetně implantovaných iontů z iontového svazku a atomů titanové adhezivní vrstvy. Ve druhé části je zkoumán Babinetův princip komplementarity pro plazmonické nanostruktury na sérii zlatých diskových antén a komplementárních apertur ve zlaté vrstvě s různými průměry. Komplementarita je potvrzena pro základní plazmonické vlastnosti jako rezonanční energie, ale rozdíly způsobené omezenou platností Babinetova principu jsou patrné například pro prostorové rozložení blízkého pole plazmonových polaritonů. Třetí část shrnuje studii nanostruktur s funkčními vlastnostmi souvisejícími s lokálním zesílením elektrického a magnetického pole. Obzvlášť silné lokální zesílení pole vykazují plazmonické antény tvaru bowtie a diabolo, a to jak ve formě částic, tak ve formě apertur. Naše studie umožnila identifikovat několik módů lokalizovaných povrchových plazmonů v těchto anténách a charakterizovat jejich vlastnosti včetně energie módu, rozložení elektrické a magnetické složky blízkého pole módu, a kvalitativní rozložení uzlů náboje a proudu souvisejících oscilací elektronového plynu. Dále jsme studovali laditelnost energií módů v blízké infračervené a viditelné spektrální oblasti a zaměřili jsme se na Babinetovskou komplementaritu mezi přímými a invertovanými anténami. Poslední část je zaměřena na stříbrný amalgám, nový a velmi perspektivní plazmonický materiál. Změnou velikosti stříbrných amalgámových nanostruktur může být jejich plazmonová rezonance laděna od oblasti ultrafialového záření přes celou viditelnou až po infračervenou oblast. Jelikož stříbrný amalgám je dobře prozkoumán v oblasti elektrochemie, stříbrné amalgámové nanočástice otevírají možnost kombinovat plazmoniku a elektrochemii dohromady.

III-Nitride semiconductor materials have garnered significant attention among researchers due to their diverse applications stemming from their remarkable electrical and optical properties. This present thesis encompasses theoretical investigations conducted on InAlN and AlGaN for the purpose of designing light-emitting diodes (LEDs), along with experimental characterization experiments on BGaN thin films. The primary objective of this research is to delve deeply into the optoelectronic applications of InAlN and analyze the current state of BGaN. Theoretical studies were carried out on InAlN-based deep-ultraviolet (DUV) LEDs, with a particular focus on elucidating the polarization properties exhibited by this material when combined with AlGaN. Additionally, an estimation of the band alignment of this system was included, taking into account the available reported data. The intention behind this work is to underscore the importance of designing novel optoelectronic devices that incorporate ternary-to-ternary heterointerfaces. However, it is crucial to carefully consider both the advantages and disadvantages of such interfaces in terms of carrier injection efficiency and radiative efficiency. The experimental section of this thesis entailed the fabrication and characterization of BGaN thin films. A comprehensive understanding and development of this material are essential, as boron-alloys have garnered attention due to their unique properties. Nevertheless, there have been reports of epitaxial complications and theoretical limits associated with these alloys. In this section, we present the characteristics of the first conductive memory-effect-obtained p-type BGaN, doped with magnesium. Although the characterization of the reported samples includes techniques such as HRXRD, AFM, SEM, Hall, CTLM, SIMS, and CL, it is important to note that a more profound fundamental study is still underway. The relevance of this work can be summarized into two key aspects: Firstly, it provides valuable insights and descriptions of novel heterojunctions for ultraviolet LEDs from a physics perspective. Secondly, it contributes to material advancements in the pursuit of developing new ternary-alloys, offering a material science perspective.

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The purpose of this work was to study the synthesis conditions effect on the luminescent and dosimetric properties of aluminum oxide submicron ceramics excited by different types of radiation. We reviewed the research published on the topic of luminescent and dosimetric properties of aluminum oxide and other nanoscale materials. It was found that high-temperature annealing of Al2O3 nanopowder compacts in a vacuum (reducing medium in the presence of carbon) triggers the generation of oxygen vacancies in the oxide, which is confirmed by pulsed cathodoluminescence (PCL) results for the samples under study. It was proved that the samples, when annealed in a vacuum at high temperatures, display maximum thermoluminescence (TL) intensity, which is caused by an increased concentration of oxygen vacancies forming F luminescence center. We obtained a complex of parameters characterizing TL peak at 410 К and thermoluminescence properties and later compared it with the parameters found in references. It was observed that TL peaks intensity at 410 К and 600 K of submicron aluminum oxide depended on the dose of β-irradiation (under 200 Gy) and after electron beams irradiation (under 12 kGy). It was demonstrated that submicron aluminum oxide ceramics would be a promising material to detect ionizing radiation doses in excess of the operating dose range of single crystal α-Al2O3 detectors be more than one order. It was found that the sensitivity of submicron aluminum oxide ceramics after high-dose irradiation returned its initial value when annealed in the atmosphere at the temperature of 600 °C for 1 hour. We analyzed and assessed ecological risks and compliance with safety rules during experimental investigations. / Цель работы – изучение влияния режимов высокотемпературного отжига в восстановительной среде на люминесцентные и дозиметрические свойства субмикронной керамики оксида алюминия. Проведен обзор литературы на тему люминесцентных и дозиметрических свойств оксида алюминия и других наноразмерных материалов. Экспериментально установлено, что высокотемпературный отжиг компактов из нанопорошка в вакууме в сильно-восстановительной среде в присутствии углерода вызывает образование кислородных вакансий в оксиде, что подтверждают спектры импульсной катодолюминесценции исследуемых образцов. Увеличение температуры и времени отжига приводит к росту концентрации центров люминесценции, созданных кислородными вакансиями и, как следствие, увеличению интенсивности термолюминесценции субмикронной керамики оксида алюминия. В результате исследования образцов субмикронной керамики оксида алюминия получен комплекс параметров, характеризующих дозиметрический пик ТЛ (410 К), проведено сравнение найденных параметров с известными литературными данными. Наблюдается зависимость интенсивности пиков ТЛ при 410 К и 600 К синтезированной керамики оксида алюминия от поглощенной дозы β-облучения (до 200 Гр) и при облучении электронными импульсами (до 12 кГр). Установлено, что возврат чувствительности к β-излучению после высокодозного облучения происходит при отжиге в атмосфере при температуре 600 ºС в течение 1 часа. Проведен анализ экологических рисков и соблюдения правил безопасности жизнедеятельности при экспериментальных исследованиях.