Spectroscopie infrarouge de l'interface semi-conducteur-électrolyte associant modulation de potentiel et transformée de Fourier

par François Ozanam

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean-Noël Chazalviel.

Soutenue en 1988

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


  • Résumé

    La spectroscopie infrarouge permet une caractérisation in-situ de la structure et de la composition chimique de l'interface électrochimique. Pour sa mise en œuvre, une technique originale associant modulation du potentiel de l'électrode et spectroscopie par transformée de Fourier a été développée. L'intérêt et les difficultés de cette association dans le contexte électrochimique sont décrits ; l'application à l'étude d'interfaces semi-conducteur/électrolyte est présentée. Un dispositif instrumental basé sur un interféromètre de Michelson combinant un déplacement lent du miroir mobile (6 microns par seconde) et une large ouverture du faisceau infrarouge a été construit dans ce cadre. Il permet de détecter des variations relatives d'intensité de l'ordre de 10-6. Sa conception et son pilotage sont décrits en détail. Une procédure simple de traitement des interférogrammes minimisant les conséquences des imperfections instrumentales est proposée. En spectroscopie vibrationnelle électro modulée, la contribution de l'interface électrochimique au signal infrarouge provient des variations, induites par la modulation de la population d'espèces absorbantes présentes à l'interface, ou de la modification par effet Stark des caractéristiques de l'absorption vibrationnelle (fréquence, intensité) de ces espèces. On établit des expressions théoriques de ces modifications sous l'action d'un champ électrique statique, pour une molécule adsorbée à la surface d'une électrode ; on discute en particulier le rôle des interactions latérales entre adsorbats. La technique est finalement appliquée à l'étude de l'interface silicium/électrolyte non aqueux. Elle permet de suivre in-situ les tout premiers stades de la corrosion du silicium par l'eau résiduelle de l'électrolyte (10 ppm). On démontre une corrélation entre certaines espèces chimiques (groupes SiOH) et états électroniques de surface. La croissance de l'oxyde sur la surface -initialement hydrogénée- de l'électrode, est lente (0,5 nm en quelques jours) et se fait sous forme d'îlots.

  • Titre traduit

    Fourier transform, electromodulated, infrared spectroscopy at the semiconductor/electrolyte interface


  • Résumé

    Infrared spectroscopy is a valuable tool for the in-situ characterization of the electrochemical interface. We present here the first experimental realization combining the advantages of using both Fourier transform spectroscopy and an electromodulation technique in the electrochemical context. The application to the study of the semiconductor interface is presented. An experimental set-up based on a large aperture and slow operating speed interferometer (movable mirror speed: 6 micrometer per second) has been designed and is widely described. Its ultimate sensitivity corresponds to the recording of relative changes in light intensity of about w-6. A data processing method allowing to get rid of instrumental errors is presented. In electromodulated infrared spectroscopy, signais arise from the effects of the potential modulation upon either the population of interfacial absorbing species, or the vibrational characteristics of fixed species. A theoretical expression is given for the effect of a static electric field upon the vibrational frequency and intensity of a surface adsorbed molecule; the role of lateral interactions is discussed. The technique is eventually applied to the study of silicon 1 non aqueous electrolyte interfaces. The early stages of the silicon oxidation, promoted by residual water in the electrolyte (10 ppm), can be followed. Correlation between electronic surface states and SiOH groups is found. The oxide growth on the initially hydrogenated silicon surface is slow (0,5 nm for a few days), and takes place by island formation.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (190 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 181-186

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
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  • Cote : 0g ORSAY(1988)158
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  • Cote : TH2014-035008
  • Bibliothèque : École polytechnique. Bibliothèque Centrale.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C1A 120/1988/OZA
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