Étude des propriétés structurales, optoélectroniques et de la métastabilité d'un nouveau matériau : le silicium polymorphe hydrogéné

par Raphaël Butté

Thèse de doctorat en Sciences

Sous la direction de Robert Meaudre.

Soutenue en 2000

à Lyon 1 .

Le jury était composé de Robert Meaudre.


  • Résumé

    Ce travail consistait à caractériser un nouveau matériau appelé silicium polymorphe hydrogéné (pm-Si:H) aux excellentes propriétés optoélectroniques et de transport comparé au silicium amorphe hydrogéné conventionnel (a-Si:H). Ce matériau est obtenu par PECVD à partir d'un mélange silane/hydrogène dans un régime proche de la formation des poudres. Nous avons comparé les propriétés de ce matériau à celles de films de a-Si:H standard optimisés. Ainsi, la photoconductivité normalisée du pm-Si:H est plus de deux ordres de grandeur (plus d'un ordre de grandeur) plus élevée que dans a-Si:H pour les films déposés à 250°C (150°C). Après dégradation sous lumière, la photoconductivité normalisée des films de pm-Si:H est aussi bonne que celle du a-Si:H dans son état non dégradé. La densité d'état au niveau de Ferni et la section efficace de capture des défauts sont respectivement 10 fois et 5 fois plus faible que dans le a-Si:H. Ainsi, l'amélioration de la photoconductivité normalisée résulte d'une augmentation de la durée de vie des porteurs. Des mesures du pouvoir thermoélectrique ont révélé que les électrons sont les porteurs majoritaires. L'analyse de mesures de conductivité et de pouvoir thermoélectrique suggère la présence de fluctuations de potentiels à longue portée importantes. L'analyse structurale de ces couches par MET et par spectroscopie Raman a révélé la présence de cristallites de silicium de l'ordre de 4nm isolées dans une matrice de silicium amorphe. Les mesures de spectroscopie optique indiquent que les couches de pm-Si:H présentent un ordre amélioré. La spectroscopie infrarouge a révélé une incorporation particulière de l'hydrogène (plaquette d'hydrogène et/ou hydrogène saturant la surface des cristallites). La diminution de la section efficace de capture des défauts s'expliquerait soit par un effet de confinement quantique (pour des liaisons pendantes situées en surface des cristallites) soit par la relaxation des contraintes dans la matrice amorphe.


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Informations

  • Détails : 1 vol. (156 p.)
  • Annexes : Bibliogr. pagination multiple [20] p.

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  • Bibliothèque : Université Claude Bernard (Villeurbanne, Rhône). Service commun de la documentation. BU Sciences.
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