Caractérisation de nanoparticules de silicium dans une matrice amorphe de SiO2 LePrince Louis Nabeebaccus Nasar 2A EMS Encadrants : P. Boullay, C. Labbe, C.Frilay, F.Lemarie et F.Ehre samedi 10 novembre 2018

Sommaire Objectif du projet Synthèse de l’échantillon Caractérisation optique et microstructurale Conclusion

Origine du projet Source : Thèse de S.Cueff (2011) Si-nc Er3+ 4I15/2 4I13/2 4I11/2 1,5 µm BV BC Transfert hν Si-nc λ = 1,53 µm Er3+ Matrice de SiO2 Source : Thèse de S.Cueff (2011) Nanocluster de Si absorbe énergie et transmet à Er3+ Source : Thèse de S.Cueff (2011)

Gap Nanocluster de silicium Gap augmenté dans le visible Bande de conduction Gap Bande de conduction Gap à 800 nm Gap à 1120 nm Nanocluster de silicium Bande de valence Gap augmenté dans le visible Nanoclusters émettent vers 600 à 800 nm Représentation des bandes dans le silicium Bande de valence Augmentation du gap

Pulvérisation cathodique magnétron Dépôt de couches minces - Dépôt de couches minces Essai de 3000 s à 500°C sous une pression de travail de 3 mTorr Substrat (Si) Couche déposée(SiO2-Si) 100aine de nm Plasma Cible Aimant

Pulvérisation de particules vers le substrat Ion Argon Ion Argon Matériau cible 1 2 Collision des ions Argon sur la cible 1 Émission d'atomes après impact sur la cible 2

Interêt du recuit Matrice amorphe NC-Si La variation de la temperature de recuit va nous permettre de faire varier la taille des nanoclusters de Si

Photoluminescence (PL) Lampe blanche monochromateur Bande de conduction miroir hν > Egap Egap échantillon miroir Bande de valence lentille Principe de la Photoluminescence monochromateur + photomultiplicateur

Résultats

Exploitation des résultats Données de Mélanie Brun

Exploitation des résultats Température de recuit (°C) λgap (nm) Egap (eV) d (nm) 1100 850 1,46 5,62 1000 838 1,48 5,38 900 810 1,53 4,89

Preparation des échantillons pour le MET 1 Substrat Dépôt Colle 2 On diminue l'épaisseur à 100-120nm par polissage mécanique 3 On creuse un arc de cercle de chaque côté de l'échantillon 120 microns 4 On bombarde notre échantillon d'un flux d'argon jusqu'à percer un trou

Microscopie Électronique en Transmission (MET) Interaction élastique cas d’une assemblée de NP diffraction image

Diffraction des électrons : cas d’une assemblée de NP Diagramme de type « poudre » = somme de l’intensité le long des anneaux Mn3O4 NP position des pics + intensités élargissement des pics b(x): bruit de fond => pic à 0° + fonction polynomiale 2q (°) => Q (Å-1) Étape 1 : CALIBRATION de la contribution instrumentale

Echantillon recuit à 1000°C ~4nm champ sombre Taille moyenne NP Si: ~3,4 nm SiO2 amorphe Si :: Fd-3m a=0,54309 nm

Echantillon recuit à 1100°C champ sombre Taille moyenne NP Si: ~22,8 nm

Merci pour votre attention !