Contribution a l'etude de la luminescence du silicium poreux : analyse infrarouge de la passivation de surface et effets de la polarisation electrique

par MARIE ANNE HORY

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de R. HERINO.

Soutenue en 1995

à Grenoble 1 .

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  • Résumé

    Les etudes presentees dans ce manuscrit portent sur la photo- (pl) et l'electro-luminescence (el) de couches de silicium poreux obtenu par attaque electrochimique de substrat de silicium monocristallin. La premiere partie presente les principales caracteristiques du materiau et la description de ses proprietes de luminescence accompagnee des differents modeles avances pour en expliquer les mecanismes, en s'attachant tout particulierement a celui du confinement quantique des porteurs dans les cristallites qui forment la couche poreuse, qui est le plus generalement retenu. La deuxieme partie decrit les differents montages experimentaux permettant la formation des couches poreuses et leurs caracterisations. Dans une troisieme partie, nous presentons les resultats obtenus lors de l'etude par spectroscopie infrarouge de l'influence des especes presentes en surface des cristallites de silicium sur la pl de la couche poreuse. Nous montrons que la desorption de l'hydrogene present en surface apres formation du materiau s'accompagne d'une diminution de l'intensite de pl. L'analyse de la composition chimique d'une couche poreuse oxydee electrochimiquement nous permet de mettre en evidence la conservation de la passivation par l'hydrogene au cours de ce traitement et de confirmer que l'augmentation du rendement quantique de l'emission associee a l'oxydation electrochimique peut etre attribuee a une meilleure localisation des porteurs photogeneres dans les cristallites. La quatrieme partie est consacree aux effets d'une polarisation electrique sur les phenomenes de luminescence. Ce travail a ete mene sur des couches nanoporeuses formees sur substrat de type n, polarisees par l'intermediaire d'un contact electrolytique. On observe une extinction selective, progressive (mais reversible) de la pl quand la polarisation cathodique est augmentee. Parallelement, l'el observee en presence d'une espece oxydante dans l'electrolyte subit un deplacement spectral vers le bleu. L'etude detaillee des differentes caracteristiques de ces deux phenomenes nous permet de montrer qu'ils resultent de l'injection selective des electrons depuis le substrat dans les cristallites de plus en plus confinees au fur et a mesure que la polarisation augmente. On verifie par ailleurs que ce caractere selectif disparait progressivement au cours de l'oxydation electrochimique de la couche poreuse. L'extinction de la pl et de l'el sous forte polarisation cathodique peut etre attribuee a la recombinaison non radiative des porteurs de charges par un mecanisme de type auger


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  • Détails : 122 P.
  • Annexes : 71 REF.

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