Caractérisation des propriétés optiques des nanocristaux de silicium par ellipsométrie spectroscopique. MAIRE Carole Laboratoire de Physique des Milieux Denses Université Paul Verlaine-Metz

PLAN Objectifs du stage. 2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. 3. Principe d’exploitation des mesures. Présentation des résultats expérimentaux. 5. Conclusion.

1. Objectifs du stage Déterminer les propriétés optiques de nanocristaux de Silicium Présentation des échantillons étudiés. Nanocristaux de Silicium Couche de SiN Substrat de Si

Dépôt (NH3/SiH4,temps) Recuit (sous Ar) Nom échantillon 14/14, 4` NR 14ANR RTA 1000°C,1’,direct 14Arta RTA dir + RC, 700°C 14Arc700 RTA dir + RC , 900°C 14Arc900 RTA 1000°C, 1’, palier 500°C,1’ 1414Brt1 7/7, 5’ 77ANR1 RTA 1000°C, 1’,direct 77ARTA1 7/7,5’ RTA dir + RC 700° C 77ARC700 RTA dir + RC, 1100° C 77ARC111 21/14 21-14 28/14 28-14

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Mathématicien allemand Paul Drude (1863-1906) L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface fondée sur la mesure du changement de l’état de polarisation de la lumière après réflexion sur une surface plane.

=0° ou 180° Ex Ey Ey Ex Ex ≠ Ey et/ou  ≠ 90°

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. sont les angles ellipsométriques

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Le montage utilisé Polariseur Glazebrook

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Le montage utilisé

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Résumé Méthode de Hadamard Modulation du flux lumineux incident par le polariseur tournant Mesure des angles ellipsométriques Décomposition en série de Fourier Comparaison avec un modèle adapté Détermination des paramètres optiques recherchés.

3. Principe d’exploitation des mesures Principe général Inversion et Modèle (, ) Paramètres (ni, ki, di,..) recherchés Milieux hétérogènes : approximation nécessaire : théorie des milieux effectifs Interprétation des mesures: les lois de dispersion

(exp,exp) (mod,mod) 2 Expérience Modèle  ou E Grandeurs mesurés

3. Principe d’exploitation des mesures Caractérisation d’un échantillon Echantillon 14 Arc 700 Premier modèle élaboré Comparaison des paramètres ellipsométriques

La valeur de est trop grande !! Le Silicium cristallin est inadapté pour décrire les propriétés optiques des Nanocristaux de Silicium !!

3. Principe d’exploitation des mesures Caractérisation d’un échantillon Echantillon 14 Arc 700 Second modèle élaboré : avec une loi de dispersion Comparaison des paramètres ellipsométriques

4. Présentation des résultats expérimentaux. Comparaison des paramètres ellipsométriques

4. Présentation des résultats expérimentaux. Détermination des propriétés optiques des nanocristaux de Silicium Echantillons 14/14

4. Présentation des résultats expérimentaux. Graphe Eg en fonction de la taille des nanocristaux de Silicium Elargissement du gap optique par confinement quantique.

CONCLUSION Intérêts de l’ ellipsométrie. Applications : Intérêts des nanocristaux de Silicium.