Contribution à l'étude des semiconducteurs par photoémission à deux protons

par Jean-Marie Moison

Thèse de doctorat en Sciences physiques

Sous la direction de Marcel Bensoussan.

Soutenue en 1985

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Ce travail présente une validation de la photoémission à deux photons pour l’étude de la bande de conduction des semiconducteurs et de la dynamique des électrons dans les états vides. Cette technique consiste à peupler ceux-ci optiquement, et à sonder la population excitée par photoémission dans son retour vers l’équilibre. Le flux d’électrons est alors proportionnel au carré du flux de photons, via un « rendement » caractéristique. La faiblesse de celui-ci impose une excitation pulsée très intense et oblige à maîtriser divers phénomènes (dégradation, échauffement, perturbation de la structure de bandes,…). Par ailleurs, la structure électronique des surfaces – Si (111) et InP (100) – (niveaux de Fermi et du vide, états de surface…) doit être déterminée in-situ, vu son importance pour l’interprétation des données. La loi quadratique de flux est alors vérifiée et le rendement, son spectre, et les distributions énergétiques et angulaires de photoélectrons associés sont obtenus. Divers mécanismes possibles sont discutés sur la base du modèle à étapes de la photoémission pour conclure que le mécanisme observé est bien celui décrit plus haut. On peut observer les électrons juste après leur excitation (« balistiques ») ou après leur relaxation dans une vallée latérale, ce qui fournit des renseignements sur la structure de la bande de conduction, les densités d’états et les durées de vie associées. L’influence de l’état de la surface de ces durées met en évidence des mécanismes de relaxation depuis la vallée latérale localisés en surface. Des mesures de photoluminescence permettent de corréler ceux-ci aux mécanismes de recombinaison localisés en surface.

  • Titre traduit

    On two photons photoemission method applied to semiconductors


  • Résumé

    We present here a quantitative evaluation of two-photon photoemission as a probe for the conduction band of semiconductors and the dynamics of electrons in empty states. These states are populated optically, and the excited population is probed by photoemission along its return to equilibrium. The photoelectron flux is here proportional to the square of the photon flux, via a “two-photon yield”. Because of its very low value, the excitation must be provided by high-intensity pulsed lasers and many parasitic phenomena (optical damage, heating, band filling…) had to be evaluated and avoided. Because of its incidence on data interpretation, the electronic structure (Fermi level, vacuum level, surface states, etc) of the surfaces under study, (111)Si and (100)InP, has also been determined in-situ. The quadratic flux law is then clearly checked, and the yield, its variation with photon energy, and the related energy and angular distributions of the photoelectrons are obtained. The microscopic process is discussed on the basis of the “three-step-model” oh photoemission. It is concluded that the actual process is indeed a succession of two optical absorptions which excite then probe an electron population in the conduction band. This population is observed either just after its excitation (“ballistic” electrons) or after its relaxation in a lateral valley, which yields information on the structure of the conduction band and the related densities of states and lifetimes. The influence of the state of the surface on these data reveals processes involving relaxations out of the lateral valley localized at the surface. These processes are correlated to the surface-localized recombination processes which are determined by parallel photoluminescence studies.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (218 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(1985)130
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-033958
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