This thesis concerns the structural characterization and the photoluminescence propertiesof thin silicon oxide films doped with rare earths The films are doped with cerium. The codopingwith both cerium and ytterbium is also studied in the case of SiO 2 layers. It is shown thatin oxides with composition SiO1, cerium plays an important role in the structure and chemicalorganization of the oxide, in particular by promoting phase separation of the oxide. The exposureto a focused laser beam generates a local demixtion favored by cerium. For thin SiO1,5 filmscontaining both cerium and silicon nanocrystals, we are able to follow the phase separationoccuring between Si nanocrystals and Ce rich aggregates using both atom probe tomography andscanning transmission electron microscopy. The luminescence properties of dopants arediscussed in connection with the microstructure of the host matrix. For all these systems, theformation of a cerium silicate with composition Ce2Si2O7 is observed at high temperature (> 1100° C). The cerium present either as isolated Ce3+ ions or in a silicate emits intensely at 400 nm(blue) at room temperature, which might be of interest for the development of blue light emittingdiodes fully compatible with the Si technology. Finally, an energy transfer from Ce3+ ions to Yb3+ions is demonstrated in thin SiO2 films opening the route to possible applications in the field ofphotovoltaics.Ce travail de thèse concerne l’élaboration et la caractérisation chimique et structurale de couches minces d’oxyde de silicium dopées avec des terres rares ainsi que l’étude de leurs propriétés de photoluminescence. Les films sont dopées avec du cérium. Le co-dopage cérium et ytterbium est également étudié dans le cas des couches de SiO2. Il est montré que dans les oxydes de composition SiO1, le cérium joue un rôle important dans la structure et l’organisation chimique de l’oxyde, notamment en favorisant la démixtion de l’oxyde. L’exposition à un faisceau laser focalisé engendre une démixtion locale favorisée par le cérium. Pour les films minces de SiO1,5 contenant à la fois du cérium et des nanocristaux de silicium, les différentes étapes de la séparation de phase entre nanocristaux de Si et agrégats riches en Ce ont été mises en évidence, notamment par sonde atomique tomographique et par microscopie électronique à balayage en transmission. Les propriétés de luminescence des dopants sont discutées en lien avec la microstructure de la matrice hôte. Pour tous ces systèmes, la formation d’un silicate de cérium de composition Ce2Si2O7 à haute température (> 1100°C) a été mise en évidence. Le cérium présent sous forme d’ions isolés ou dans un silicate émet intensément dans le bleu (400 nm) à température ambiante ce qui pourrait être intéressant pour le développement de diodes bleues en filière Si. Enfin, un transfert d’énergie des ions Ce3+ vers les ions Yb3+ a été mis en évidence dans les films minces de SiO2 ouvrant ainsi la voie à de possibles applications dans le domaine du solaire photovoltaïqu
