Caractérisations optiques et electrochimiques de films electrodéposés de type Bi2Te3

par Alexandre Zimmer

Thèse de doctorat en Chimie. Sciences de matériaux

Sous la direction de Clotilde Boulanger.

Soutenue en 2006

à Metz .


  • Résumé

    Ce travail concerne la caractérisation de films électrodéposés de tellurure de bismuth (-0,2x0,2), semi-conducteur thermoélectrique à faible gap. Les paramètres de transport ont été déterminés par ellipsométrie spectroscopique, spectroscopie d'impédance électrochimique (diagramme de Mott-Schottky) et par des mesures additionnelles d'effets Hall et Seebeck. Ces techniques ont nécessité l'optimisation des conditions de synthèse pour améliorer l'état de surface des couches électrodéposées. L'analyse des films par matrices de Mueller a démontré leur isotropie optique. Les fonctions diélectriques des films ont été déterminées dans le domaine spectral 0,03-3,1 eV. Une modélisation combinant les lois dispersives de Drude et de Tauc-Lorentz a été utilisée dans l'infrarouge. Le gap Eg apparaît constant (0,11 eV) quel que soit x. Cette analyse a été étendue avec succès à des films de Bi2(Te0,9Se0,1)3. Tous les résultats sont en accord avec un semi-conducteur de type n et ce quel que soit x. Les films présentent des concentrations en porteurs de l'ordre de 1020 cm-3, une résistivité de 15-50 . M et une mobilité de 4-14 cm2/(V. S) liées à leur nature polycristalline. Un banc de caractérisation original a été utilisé combinant simultanément des données de microbalance à cristal de quartz électrochimique, électrochimiques et une analyse par ellipsométrie spectroscopique temps réel dans le domaine du visible. Le système électrochimique est totalement réversible et la masse volumique apparente des films est de 7,34 g/cm3. La croissance de la couche a révélé une première période d'environ 30 secondes correspondant au recouvrement progressif du substrat d'or par les cristallites de Bi2Te3. Une épaisseur minimum de 35 nm est nécessaire pour obtenir des caractéristiques morphologiques et optiques identiques à celles d'échantillons épais.

  • Titre traduit

    Optical and electrochemical characterizations of electroplated films of bismuth telluride compounds


  • Résumé

    Optical and electrochemical characterizations of electroplated films of bismuth telluride compounds. This work concerns the characterization of electroplated films of bismuth telluride (-0. 2x0. 2) which is a semiconductor compound with narrow band-gap generally used for thermoelectric applications. Transport parameters were determined using Spectroscopic Ellipsometry, Electrochemical Impedance Spectroscopy (Mott-Schottky plot) and additional measurements (Hall & Seebeck effects) which required to optimize the synthesis conditions to improve surface quality of electroplated layers. Mueller Matrix analysis showed the optically isotropic behavior. The dielectric functions of the films were determined in the energy range of 0. 03 to 3. 10 eV. In the infrared range, Tauc–Lorentz combined with Drude dispersion relations were successfully used. The energy band gap Eg was found to be about 0. 11 eV independent of x. This analysis was successfully extended to Bi2(Te0. 9Se0. 1)3 films. All results showed that the films are described as n-type semiconductor independently of x. Carrier concentration of the order of 1020 cm-3, resistivity of 15-50 . M and mobility of 4-14 cm2/(V. S) were explained by polycrystalline material features. An original experimental setup was carried out including simultaneously electrochemical quartz crystal microbalance data, electrochemical data and real time ellipsometer analysis in the visible range. The electrochemical system was found to be fully reversible and the apparent volumic mass of the film is equal to 7. 34 g/cm3. The analysis of the layer growth revealed a first period around 30 seconds where the gold substrate is progressively covered by the crystallites of Bi2Te3. A minimum of 35 nm-thick film is necessary to obtain morphological and optical characteristics quite similar to thick samples.

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Informations

  • Détails : XI-208 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 197-205. Liste des travaux p. 207-208

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