Épitaxie par faisceaux chimiques d'alliages nitrures dilués à base d'aluminium pour des applications photovoltaïques

Cette thèse évalue le potentiel des alliages AlGaNAs en tant que couche active pour la quatrième jonction à ~1 eV de cellules photovoltaïques multi-jonctions III-V. L’introduction d’une faible quantité d’aluminium (Al, <15%) augmente de façon significative l’efficacité d’incorporation de l’azote (N), tout en distribuant de façon plus homogène les atomes de N dans la couche, réduisant aussi la densité d’agrégats. Une optimisation de la température de croissance démontre que la région optimale se situe entre 400°C et 440°C. Dans cette gamme, la concentration de N est maximisée tandis que la qualité cristalline de la couche épitaxiée est optimisée tout en préservant un mode de croissance 2D et une faible rugosité de ~1 nm. La bande interdite des alliages d’AlGaNAs est mesurée par transmission optique. Ces mesures révèlent que l’AlGaNAs suit le modèle théorique du modèle de croisement de bandes, ou band anticrossing et que son bandgap diminue quand la concentration de N augmente. La bande interdite est réduite jusqu’à ~1.22 eV pour des concentrations respectives d’Al et de N de ~15% et ~3.4%. Les défauts présents dans le GaNAs avec ~0.4% de N sont étudiés, révélant trois défauts peu profonds à 116, 18 et 16 meV, attribués à des contaminations en H et en C, et deux pièges profonds à 0.21 eV et 0.35 eV, attribués à des complexes N-H et à des antisites AsGa respectivement. Les mesures électriques de l’AlGaNAs démontrent que le recuit améliore la mobilité des trous et des valeurs de ~60 cm2/Vs avec ~5% d’Al et ~0.5% de N et ~6 cm2/Vs avec ~10% d’Al et ~2% de N sont obtenues. Les mesures optiques de photoluminescence obtenues sur des couches d’AlGaNAs crues sur un substrat de GaAs semi-isolent de 65 µm d’épaisseur révèlent un pic à ~920 nm attribué a un défaut radiatif qui ne semble pas être affecté par un changement dans la concentration d’Al ou de N, ni même par un recuit. Des mesures SIMS révèlent la présence de contaminants C, H et O dans les couches, qui dégradent les performances optoélectroniques des alliages AlGaNAs. Cette thèse démontre le bon potentiel de l’AlGaNAs pour les cellules photovoltaïques. Il est toutefois important de réduire la concentration de contaminants dans la couche pour obtenir un matériau adéquat

Épitaxie par faisceaux chimiques d'alliages nitrures dilués à base d'aluminium pour des applications photovoltaïques

Cette thèse évalue le potentiel des alliages AlGaNAs en tant que couche active pour la quatrième jonction à ~1 eV de cellules photovoltaïques multi-jonctions III-V. L’introduction d’une faible quantité d’aluminium (Al, <15%) augmente de façon significative l’efficacité d’incorporation de l’azote (N), tout en distribuant de façon plus homogène les atomes de N dans la couche, réduisant aussi la densité d’agrégats. Une optimisation de la température de croissance démontre que la région optimale se situe entre 400°C et 440°C. Dans cette gamme, la concentration de N est maximisée tandis que la qualité cristalline de la couche épitaxiée est optimisée tout en préservant un mode de croissance 2D et une faible rugosité de ~1 nm. La bande interdite des alliages d’AlGaNAs est mesurée par transmission optique. Ces mesures révèlent que l’AlGaNAs suit le modèle théorique du modèle de croisement de bandes, ou band anticrossing et que son bandgap diminue quand la concentration de N augmente. La bande interdite est réduite jusqu’à ~1.22 eV pour des concentrations respectives d’Al et de N de ~15% et ~3.4%. Les défauts présents dans le GaNAs avec ~0.4% de N sont étudiés, révélant trois défauts peu profonds à 116, 18 et 16 meV, attribués à des contaminations en H et en C, et deux pièges profonds à 0.21 eV et 0.35 eV, attribués à des complexes N-H et à des antisites AsGa respectivement. Les mesures électriques de l’AlGaNAs démontrent que le recuit améliore la mobilité des trous et des valeurs de ~60 cm2/Vs avec ~5% d’Al et ~0.5% de N et ~6 cm2/Vs avec ~10% d’Al et ~2% de N sont obtenues. Les mesures optiques de photoluminescence obtenues sur des couches d’AlGaNAs crues sur un substrat de GaAs semi-isolent de 65 µm d’épaisseur révèlent un pic à ~920 nm attribué a un défaut radiatif qui ne semble pas être affecté par un changement dans la concentration d’Al ou de N, ni même par un recuit. Des mesures SIMS révèlent la présence de contaminants C, H et O dans les couches, qui dégradent les performances optoélectroniques des alliages AlGaNAs. Cette thèse démontre le bon potentiel de l’AlGaNAs pour les cellules photovoltaïques. Il est toutefois important de réduire la concentration de contaminants dans la couche pour obtenir un matériau adéquat

Surface preparation and the evolution of atomically flat step terrace morphology of MgO single crystals

International audienceWe present a preparation method of vicinal stepped MgO (100) substrate surfaces, a prerequisite for high quality thin film growth. Through atomic force microscopy measurements, the surface morphology evolution of (100)-oriented MgO as a function of the annealing conditions is investigated. In particular, we discuss the effect of temperature, time and ambient atmosphere on the evolution of the MgO surface arrangement. At annealing temperature of 1000°C for 40 min, MgO surface morphology displays an atomically flat, single terminated surface with (100)-oriented, sharp terraces and equidistant steps equal to half of the MgO lattice parameter. Longer annealing leads to the formation of bunched terraces with large step heights of 1-5nm. The optimized recipe developed here efficiently removes surface adsorbates, namely hydroxyl and carbonate groups and restores the terraces on the surface

Graphene-Mesoporous Si Nanocomposite as a Compliant Substrate for Heteroepitaxy

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Synthesis of BiFeO3 thin films on single-terminated Nb : SrTiO3 (111) substrates by intermittent microwave assisted hydrothermal method

We report on a simple and fast procedure to create arrays of atomically flat terraces on single crystal SrTiO3 (111) substrates and the deposition of ferroelectric BiFeO3 thin films on such single-terminated surfaces. A microwave-assisted hydrothermal method in deionized water and ammonia solution selectively removes either (SrO3)4− or Ti4+ layers to ensure the same chemical termination on all terraces. Measured step heights of 0.225 nm (d111) and uniform contrast in the phase image of the terraces confirm the single termination in pure and Nb doped SrTiO3 single crystal substrates. Multiferroic BiFeO3 thin films were then deposited by the same microwave assisted hydrothermal process on Nb : SrTiO3 (111) substrates. Bi(NO3)3 and Fe(NO3)3 along with KOH served as the precursors solution. Ferroelectric behavior of the BiFeO3 films on Nb : SrTiO3 (100) substrates was verified by piezoresponse force microscopy

Sample induced intensity variations of localized surface plasmon resonance in tip-enhanced Raman spectroscopy

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Topography-induced variations of localized surface plasmon resonance in tip-enhanced Raman configuration

International audienceWe report on topography-induced changes of the localized surface plasmon resonance (LSPR) enhanced luminescence of gold tip on SrTiO 3 nanostructures with apertureless scanning near-field optical microscopy (aSNOM) in tip-enhanced Raman spectroscopy (TERS) configuration. Our experimental and simulated results indicate that the averaged refractive index of the dielectric environment of the tip apex containing both air and SrTiO 3 in variable volume ratios, is dependent on the topography of the sample. This reveals that the local topography has to be taken into consideration as an additional contribution to the position of the LSPR

Wet Metallization of High Aspect Ratio TSV Using Electrografted Polymer Insulator to Suppress Residual Stress in Silicon

International audienceThrough-Silicon-Vias (TSV) are the key to 3D integrated microsystems. Their fabrication leads to reliability issues linked to the thermo-mechanical stress induced in the silicon around the vias. In this work, we propose to reduce the silicon residual stress in high aspect ratio copper TSVs (HAR TSV) using an electrografted polymer insulator, poly-4-vinylpyridine (P4VP), in replacement of the traditional silicon oxide layer. We use Raman spectroscopy to make the first investigation of the residual stress in the Si around P4VP insulated TSVs and compare it to SiO2 insulated TSVs. The results show that P4VP acts as a stress buffer layer because of its particular mechanical properties as the measured residual stress in Si is significantly reduced at room temperature around the polymer insulated HAR TSVs. The potential benefits of such a technology are not only a better thermo-mechanical reliability of 3D integrated microsystem, but also a greater integration density

Giant step bunching on SrTiO3 thin films grown epitaxially on vicinal MgO (1 0 0) surfaces

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Optical near-field mapping of plasmonic nanostructures prepared by nanosphere lithography

International audienceWe introduce a simple, fast, efficient and non-destructive method to study the optical near-field properties of plasmonic nanotriangles prepared by nanosphere lithography. Using a rectangular Fourier filter on the blurred signal together with filtering of the lower spatial frequencies to remove the far-field contribution, the pure near-field contributions of the optical images were extracted. We performed measurements using two excitation wavelengths (532.1 nm and 632.8 nm) and two different polarizations. After the processing of the optical images, the distribution of hot spots can be correlated with the topography of the structures, as indicated by the presence of brighter spots at the apexes of the nanostructures. This technique is validated by comparison of the results to numerical simulations, where agreement is obtained, thereby confirming the near-field nature of the images. Our approach does not require any advanced equipment and we suggest that it could be applied to any type of sample, while keeping the measurement times reasonably short