YAG nano-light sources with high Ce concentration

We investigate the luminescence properties of 10 nm YAG nanoparticles doped with Ce ions at 0.2%, 4% and 13% that are designed as active probes for Scanning Near field Optical Microscopy. They are produced by a physical method without any subsequent treatment, which is imposed by the desired application. The structural analysis reveals the amorphous nature of the particles, which we relate to some compositional defect as indicated by the elemental analysis. The optimum emission is obtained with a doping level of 4%. The emission of the YAG nanoparticles doped at 0.2% is strongly perturbed by the crystalline disorder whereas the 13% doped particles hardly exhibit any luminescence. In the latter case, the presence of Ce4+ ions is confirmed, indicating that the Ce concentration is too high to be incorporated efficiently in YAG nanoparticles in the trivalent state. By a unique procedure combining cathodoluminescence and Rutherford backscattering spectrometry, we demonstrate that the enhancement of the particles luminescence yield is not proportional to the doping concentration, the emission enhancement being larger than the Ce concentration increase. Time-resolved photoluminescence reveals the presence of quenching centres likely related to the crystalline disorder as well as the presence of two distinct Ce ions populations. Eventually, nano-cathodoluminescence indicates that the emission and therefore the distribution of the doping Ce ions and of the defects are homogeneous

ÉVALUATION DE L'ENSEIGNEMENT AU PREMIER CYCLE DE L'INSA LYON -- Un chantier de taille, qui demeure ouvert

Dans le cadre de la mise en place de l'évaluation des enseignements au premier cycle de l'INSA Lyon, le principal problème a été de permettre un passage à l'échelle de la démarche, tout en respectant le droit des enseignants à la confidentialité des résultats. Il était également nécessaire d'informer les étudiants et les collègues sur l'intérêt de la démarche, tout en sensibilisant dès le départ sur au temps nécessaire. Cependant, des problèmes demeurent et le groupe de travail continue ses réflexions et sa recherche d'outils pour progresser.Dans le cadre de la mise en place de l'évaluation des enseignements au premier cycle de l'INSA Lyon, le principal problème a été de permettre un passage à l'échelle de la démarche, tout en respectant le droit des enseignants à la confidentialité des résultats. Il était également nécessaire d'informer les étudiants et les collègues sur l'intérêt de la démarche, tout en sensibilisant dès le départ sur au temps nécessaire. Cependant, des problèmes demeurent et le groupe de travail continue ses réflexions et sa recherche d'outils pour progresser

Analyse des défauts et des propriétés électroniques du SiC-4H par voie optique

Les potentialités dans les domaines de l'électronique haute température, haute puissance et haute fréquence du carbure de silicium (SiC) ont été rendues évidentes par de nombreux démonstrateurs. Toutefois le développement industriel de tels composants, implique une amélioration notoire de la qualité du matériau de départ. Ceci recouvre la diminution en densité des défauts cristallins et l'amélioration de l'homogénéité des propriétés électroniques sur plaque entière. Ce travail de thèse s'inscrit dans cette dynamique par l'étude de plaquettes SiC à l'aide de caractérisations optiques non destructives. L'imagerie de photoluminescence (PL) a été employée pour des analyses microscopiques. Les signatures optiques des défauts délétères pour les composants ont été obtenues. L'effet de gettering d'impuretés non radiatives au voisinage des dislocations a été mis en évidence. Nous avons également étudié les défauts de forme triangulaire observés sur les homoépitaxies SiC. Deux populations distinctes ont été mises en évidence. L'une correspond à des inclusions du polytype cubique, l'autre à des fautes dans la séquence d'empilement des biplans SiC. Une technique de mesure cartographique de la durée de vie non radiative des porteurs et du dopage a été développée et appliquée. Le bon accord entre ces valeurs et celles obtenues par la PL résolue en temps a permis la validation de cette technique. La cartographie de PL associée à d'autres caractérisations optiques, nous a donc permis, de déterminer l'uniformité des paramètres électroniques qui contrôlent les caractéristiques des composants et de mieux comprendre l'impact des défauts cristallins sur les caractéristiques des dispositifs.The capability of silicon carbide (SiC) for application in high temperature, high power and high frequency electronics has been clearly evidenced by the realisation of numerous demonstrators. Nevertheless, the industrial development of such devices requires a drastic improvement of initial material quality. This is both a decreasing of crystallographic defects density and improvement in the homogeneity of full wafers electronic properties. This work takes part of this dynamic using non destructive optical characterization for the study of SiC wafers quality. Scanning photoluminescence (SPL) has been used for defects microscopic analysis. We have obtained the optical signature of deleterious defects (micropipes, dislocations, triangular defects) for SiC components. The gettering effect of non radiative traps by dislocations has been evidenced. Defetcs with triangular shape, commonly observed on homoepitaxy has also been investigated. Two different populations have been distinguished by SPL spectral measurements. The first one corresponds to cubic inclusions; the second one is stacking faults. Finally, an original technique for the cartography of carrier lifetime and doping has been developed. This is done using the theoretical relation and between the PL intensity and the excitation density. The good correlation between this approach and the lifetime measurements by PL decay validates the technique. SPL, together with other optical characterisations, is so a powerful tool for the determination of electronic parameters uniformity which control the devices properties, and, for a better understanding of crystalline defects impact on devices deficiencies.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Etude par spectroscopie optique des propriétés physiques des couches nanométriques de Si contraint

Par son émergence, le Si contraint combiné au SOI permet une amélioration importante des performances des dispositifs CMOS grâce à l accroissement de la mobilité des porteurs. Jusqu à présent, les efforts de recherche se sont focalisés sur les propriétés électriques. Peu de travaux ont été consacrés à l étude des propriétés optiques du Si contraint. L originalité de ce travail de thèse a consisté à mesurer les propriétés optiques de structures sSOI (strained Silicon on Insulator) d épaisseurs très faibles (8 à 20 nm) par spectroscopies Raman, photoluminescence et photoréflectance et de relier ces mesures aux effets de la déformation/contrainte sur la structure de bande. Ce travail a permis d observer pour la première fois la transition excitonique assistée par phonon TO du sSOI. Le potentiel de déformation en , dont la valeur était inconnue auparavant, a pu être déterminé précisément par un ajustement théorique sur les valeurs des mesures de spectroscopie de photoréflectance.The strained Si which emerges combined with SOI allows an important improvement of the performance of CMOS deviees thanks to the increase of the carrier mobility. Until now, the greatest part of research bas been focused on the characterization of electrical properties. Not enough works were dedicated to the study of the optical properties of strained Si. The originality at this thesis consists to measure the optical characteristics of sSOI (strained Silicon on Insulator) of very weak thicknesses (8 - 20 nm) by Raman, photoluminescence and photoreflectance spectroscopies and to link these measurements with the effects of strain/stress on the band gap structure. This work bas allowed noticing excitonic transition assisted by TO phonon for the first time on the sSOI. The deformation potential at , the value of which was unknown before, could be precisely determined by a theoretical adjustment on the results of the modulation spectroscopy measurements.VILLEURBANNE-DOC'INSA LYON (692662301) / SudocSudocFranceF

Integrated color centers in arrays of silicon carbide micropillars

International audienceWe report the characterization of arrays of micropillars fabricated in an n-Type 4H-SiC using photolithography to enhance the emission of bandgap color centers in silicon carbide emitting in the spectral region from 850 nm to 1400 nm. The emission is identified by the mono-vacancy of Si (VSi), silicon and carbon divacancy (VCVSi), and the nitrogenvacancy (NCVSi) using low-Temperature micro-photoluminescence. These emitters are created in large ensemble by using ions implantation and annealing at a different temperature to extend the emission in the O-band region. The optical fluorescence enhancement experimental results are obtained using custom made IR confocal microscope to measure integrated PL of up to a factor of 20 compared to bulk material. This enhancement is supported by finite-element simulations considering the non-unity quantum efficiency of the emitters and their broad spectral emission at room temperature. Our study provides the pathway for quantum sensing device design and fabrication with an integrated ultrabright emission for in vivo imaging in the infrared

Optical characterization of a strained silicon quantum well on SiGe on insulator

International audienceAn 8  nm thick strained silicon layer embedded in relaxed Si0.8Ge0.2 has been grown on SiGe on insulator substrate in order to reduce the optical response of dislocations present in the SiGe virtual substrate. Photoreflectance measurement shows bandgap shrinkage at Γ point of 0.19  eV which corresponds to a 0.94% strain value close to the one measured in Raman spectroscopy. The luminescence arising only from the strained Si quantum well in high injection conditions reveals clearly two optical transitions observed at 0.959 and 1.016  eV

Ingénierie phononique pour l'isolation thermique et applications pour l'électronique

International audienc

The Impact of Surface Voltage on Photoluminescence Response for the Detection of Copper and Iron Contamination in Silicon

International audienceHerein, silicon substrates intentionally contaminated by iron and copper are analyzed by an innovative technique based on photoluminescence (PL) measurement, with the aim to evaluate the sensitivity of this technique to low level contamination and its capability for further in-line monitoring during devices fabrication. Measurements are carried out directly after samples preparation, with the combined use of PL and corona discharges to separate the contribution of metallic contamination from interface properties on the PL signal. The sensitivity of PL to both iron and copper contamination in silicon with higher sensitivity when surface recombination is minimized is shown. Therefore, this work highlights the importance of surface properties monitoring for the optimization of PL detection of metallic contamination

Luminescent point defect formation in 3C-SiC by ion implantation

International audienceno abstrac

Formation and properties of SiC nano-particles colloids in non polar liquids

International audienceResume : The goal of this work is to form SiC nanoparticles colloids in non polar liquids toward temperature sensing application in lubricant. The formation of stable SiC colloids in polar liquids like water or ethanol has been demonstrated and explained by their surface chemistry resulting in a negative zeta potential [1, 2]. The strong fluorescence emission of these colloids led to application as a non toxic bio label [3]. Here, we will present surface functionalization of SiC nanoparticles by long chain amines (nonylamine, octadecylamine) in order to disperse them in non polar liquids like alkane or alkene. The SiC nanoparticles have been obtained by two different top-down technology : the first is electrochemical anodization of polycrystalline SiC in an hydrofluoric acid-ethanol mixture, the second is chemical etching of micrometer size SiC particles in a hydrofluoric-nitric acid mixture. Chemical (FTIR, Raman), structural (TEM, DLS) and optical characterization (fluorescence and fluorescence lifetime) of the resulting colloids will be presented