Les plasmas transitoires générés par ablation laser à haute fluence sont des phénomènes complexes impliquant une multitude de processus, comme l’absorption de la radiation optique dans la matière, l’augmentation de température et les transitions de phase dues au transfert d’énergie, l’hydrodynamique du gaz en expansion, les interactions électriques entre les particules chargées, ou l’interaction du rayonnement laser avec le plasma créé. Une compréhension la plus complète possible de ce phénomène est nécessaire tant du point de vue fondamental, que par rapport à la caractérisation de matériaux à fort potentiel technologique soumis à des flux d’énergie intenses.Afin d’accéder à une telle compréhension, nous avons développé une approche multi-diagnostics, en mettant en œuvre des techniques optiques et électriques : imagerie par caméra intensifiée rapide, spectroscopie optique d’émission résolue spatialement et temporellement, spectroscopie d’absorption par diode laser, sonde de Langmuir. Ces techniques ont été appliquées à la caractérisation des plasmas générés par ablation laser en régime nanoseconde à différentes longueurs d’onde sur des matériaux allant des plus simples (Al, Cu) aux plus complexes (céramiques, verres chalcogénures, ferromagnétiques). Les principaux résultats obtenus ont été la mise en évidence d’un processus de fractionnement du plasma en deux structures, et la caractérisation cinétique et énergétique des constituants de ces structures. Ces résultats trouvent un intérêt fondamental (développement d’un modèle hydrodynamique fractal) et appliqué (investigation du phénomène d’érosion dans les propulseurs spatiaux à plasma, dépôt de couches minces). / The transient plasmas generated by high-fluence laser ablation are complex phenomena involving multiple processes, as optical radiation absorption by the matter, temperature increase and phase transitions generated by the energy transfer, expanding gas hydrodynamics, electrical interactions between the charged particles, or the interaction of the laser radiation with the generated plasma. A most complete understanding of this phenomenon is therefore necessary from the fundamental point of view, but also for characterizing the behavior of high technological potential materials under intense irradiation. We have developed a multi-diagnostic approach, based on optical and electrical techniques: fast ICCD camera imaging, space- and time-resolved optical emission spectroscopy, diode laser absorption spectroscopy, Langmuir probe. These techniques have been used to characterize plasmas generated by nanosecond laser ablation of various samples, from simple Al and Cu metals, to more complicated ceramics, chalcogenide glasses or ferromagnetics. The main results have been the observation of the plasma splitting in two structures and the kinetic and energetic characterization of their constituents. These results present fundamental (development of a fractal hydrodynamic model) and applied (erosion of dielectric walls in space plasma thrusters, pulsed laser deposition of thin films) interest.

Berlin, Humboldt-University, Diss., 2004.

Th. doc.-ing.--Brest, 1977. N°: 5.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce travail de thèse consiste à étudier l'instrumentation de la sonde de Kelvin (KFM) sur un microscope à force atomique (AFM) commercial et ensuite à caractériser les surfaces et composants à base nitrure de gallium (GaN). Le potentiel de surface Vs, entre une pointe métallique et un matériau semiconducteur dépend de la différence de travaux de sortie des deux matériaux, des concentrations en dopants et des états de surface du semiconducteur. La technique KFM permet d'obtenir cette information à une échelle nano ou micrométrique. Ce projet a consisté à développer ce mode de mesure à partir de microscopes AFM commerciaux. L'étude de l'instrumentation a permis de montrer la présence de couplages parasites qui entachent d'erreur la mesure de Vs. Une stratégie est alors proposée pour permettre la mesure de Vs tout en s'affranchissant de ces effets parasites. Cette technique est ensuite appliquée à la caractérisation de structures à base de GaN. L'intérêt pour ce matériau semiconducteur à large bande interdite est croissant en électronique de puissance, par exemple pour la réalisation d'émetteurs électroniques de puissance. Pour étudier les propriétés électriques de ce matériau, nous avons réalisé une référence de potentiel qui nécessite le développement de contacts ohmiques sur le GaN de type n et p. A partir des valeurs de Vs mesurées par KFM, nous en déduisons la densité de charges de surface et une estimation de la densité d'états de surface du GaN. Enfin, nous avons étudié par KFM les effets de traitements de surface sur des structures MIS à base de GaN de type n, ainsi que les effets de différentes passivations sur des transistors HEMT à base d'AIGaN/GaN. / The purpose of the thesis is to study GaN materials and devices with an atomic force microscopy in Kelvin Force Mode. The contact potential difference between a metal tip and a semiconducting material depends on the work function difference between the materials, the concentration of dopants, and the density of acceptor or donor surface states. KFM techniques provide this information at the nano- or micrometer scale. ln a first step, we have developed KFM measurement procedures on commercial microscopes in order to extract fully quantitative measurements of surface potentials. We have evidenced instrumental capacitive cross talks, for example between the electrostatic excitation and the microscope photodiode, which act as parasitic terms in the measurement of surface potentials, and need to be properly taken into account in order to get reliable measurements of contact potential differences. ln a second step we have studied the electrical properties of GaN surfaces, this material being of strong interest for power electronic applications such as electron emitters. To get a potential reference for KFM measurements, ohmic contacts on n and p-type GaN have been achieved. The KFM characterization of the layers shows surface-state induced band-bending at the oxidized GaN surface. From the values of surface potentials, we calculate the density of charge and estimate the density of surface states. We finally study the effects of surface treatments on n-GaN-MIS structures, as weIl as different types of passivation used in AlGaN/GaN HEMTs.

Techn. Hochsch., Diss., 2001--Aachen.

University, Diss., 2005--Kiel.

Le développement des méthodes de simulations numériques a permis de modéliser des systèmes physiques de plus en plus complexes et de les étudier à des échelles de taille et de temps importantes en appliquant une démarche multi-échelle.Ainsi, dans le cadre de cette thèse, un premier travail a regardé l’étude de l’auto-organisation de trois types de molécules organiques aromatiques sur une surface semi-conductrice à l’aide de différents outils numériques. Dynamique moléculaire empirique, métadynamique, et simulations de type Monte-Carlo ont été judicieusement combinées pour permettre l’étude multi-échelle de ces systèmes permettant ainsi d’explorer l’importance des interactions non-covalentes inter- moléculaires et molécule-surface, dans la structure et stabilité des réseaux 2 dimensions. A noter que, pour l‘une d’entre elles un comportement cinétique a également pu être mis en évidence, pouvant conduire à la coexistence de phases de symétries différentes sur la surface. Dans tous les cas, la comparaison avec les résultats expérimentaux est excellente.Dans une deuxième partie de ces travaux, l’étude du comportement de couches denses de molécules chimisorbées à l’interface entre des nanoparticules d’Au auto-assemblées sur surface a été abordée. Deux types de molécules ont été étudiés. Pour la première, un comportement différent de la jonction moléculaire, suivant la configuration des molécules (cis ou trans), a pu être mis en évidence, permettant de proposer des explications microscopiques pour la réponse électronique des jonctions entre nanoparticules auto-assemblées, utilisées dans des dispositifs d’électronique moléculaire. Pour la seconde molécule, nous avons pu étudier le comportement des couches moléculaires à l’interface entre couches de nano-particules, quand celles-ci sont soumises à une contrainte mécanique de type compression. Un module de Young efficace pour ces couches moléculaires a pu être estimé. / The development of computer simulation methods allows to model physical systems of ever growing complexity, and to study their behavior over unprecedentedly large scales of time and length, by applying a multi-scale strategy.In the framework of this thesis, we firstly studied the self-organization of three dif- ferent kinds of organic aromatic molecules (THBB, TBBB, TCNBB) on a boron-doped semi-conductor surface, (Si:B(111)), by means of different numerical simulation methods. Empirical molecular dynamics, metadynamics and Monte Carlo simulations were adequa- tely combined, in order to explore the multi-scale behavior of such systems, allowing to elucidate the role of weak intermolecular and molecule-surface interactions, in the struc- ture and stability of the resulting bi-dimensional supramolecular lattices. In particular, for the TCNBB molecule a kinetic pathway has been demonstrated, which may lead to the coexistence of phases with different symmetry on the surface. In all cases, an excellent agreement with experiments was demonstrated.In a second part of this thesis, we studied the behavior of dense layers of molecules chemisorbed at the surface of nanometer-sized Au particles, in driving their self-assembly. Two kind of molecules, AzBT and MUDA, were studied. For the first one, the response of the junctions formed between the adjoining Au nanoparticles has been shown to de- pend on the conformation of the molecules, in their cis or trans form. This allowed to propose microscopic explanations for the experimentally observed electronic behavior of the junctions. For the second molecule, we studied the mechanical response of the self- assembled Au nanoparticle layers subject to a compressive load, leading to an estimate of the effective Young’s modulus of the nanostructure.

L’arséniure de gallium épitaxié à basse température (GaAs-BT) présente des propriétés d’intérêt pour l’opto-électronique. Ses propriétés sont liées à la présence de défauts ponctuels à l’origine des temps de vie compatibles avec son utilisation en tant que couche active dans des photo-commutateurs. Pour mieux connaître l’origine physique du temps de vie afin de l’optimiser, ce travail de thèse a consisté à mener une étude du matériau en combinant des analyses macroscopiques avec une caractérisation microscopique. Il comporte cinq chapitres, le premier présente un état des connaissances sur le GaAs-BT, le second décrit les techniques utilisées lors de de cette étude. Le troisième chapitre s’intéresse à la composition chimique de la couche de GaAs-BT et à sa caractérisation structurale par diffractométrie des rayons X. Il révèle la croissance de composés quaternaires dilués en P et en In et suggère la présence d’antisites d’éléments V. La présence de phosphore pose la question de la nature chimique de ces antisites. Le chapitre suivant vise à identifier les défauts ponctuels incorporés dans le matériau grâce à une étude STM à basse température. La majorité des défauts se distingue des antisites observés dans la littérature par un état de charge négatif et un aspect changeant au passage de la pointe, une analyse des conditions d’imagerie en fonction de la température confrontée à des calculs ab-initio indique la formation préférentielle d’antisites d’arsenic par rapport à celle d’antisites de phosphore. Le dernier chapitre est consacré à la caractérisation du matériau après recuit. Il démontre que les antisites ne précipitent pas pour une température de croissance de 325°C. / Low temperature grown gallium arsenide (LTG-GaAs) has shown interesting properties for optoelectronics. These properties are related to point defects within the material wich permits carrier lifetimes compatible with its use as an active layers in photoswitches. In order to improve the current knowledge on the physical origin of carrier lifetime to optimise it, this thesis work consisted in leading a thorough study of the material by combining macroscopic analysis with microscopic characterization. It consists of five chapters, the first one presents a state of the art on LTG-GaAs while the second describes the different techniques used during this study. The third chapter focuses on the chemical composition of the LTG-layer and on its structural characterization through X-ray diffraction. It reveals the growth of diluted quaternary compound containing P and In and suggests the presence of element V antisites. Thus, the presence of phosphorus require to determin the chemical nature of these antisites. The next chapter aims to identify the incorporated point defects within the material through low temperature STM study. The majority of defects differs from observed antisites in the litterature with a negative charge state and a changing appearance while scanning, analysis of imaging conditions versus the temperature confronted with ab-initio calculation shows the preferential formation of arsenic antisites compared to the formation of phosphorus antisites. The last chapter is dedicated to characterizing the material after annealing. It demonstrates that antisites do not cluster for a growth temperature of 325°C.

Universiẗat, Diss., 1998--Dortmund. / Dateiformat: PDF.