Les nanocristaux de silicium : synthèse, propriétés, et applications

par Frédéric Lacour

Thèse de doctorat en Chimie. Physico-chimie

Sous la direction de Nathalie Herlin-Boime.


  • Résumé

    Ce travail s’inscrit dans la thématique des nanosciences et concerne d'une part la synthèse du silicium nanocristallin, d'autre part l'étude de ses propriétés de photoluminescence (PL) après passivation en voie sèche ou humide. Cette propriété due au confinement quantique dans les petits cristaux est en effet recherchée pour de nombreuses applications: traceurs fluorescents, optoélectronique, photovoltaïque, etc…La synthèse de nanocristaux de silicium est très difficile par voie chimique et la mise au point de méthodes capables d'en produire est donc un enjeu important. Le défi était d’arriver à produire des grains de très petite taille (<10 nm) tout en conservant des quantités notables. Je présenterai comment, au cours de ce travail, la pyrolyse laser a permis d'obtenir en quantité pondérable des grains de silicium d’une taille entre 4 et 8 nm. Les efforts sur la maîtrise de la synthèse des nanocristaux passent aussi par la mise au point d'un dispositif d'extraction des nanoparticules par jet supersonique et la mesure de masse des particules in situ, par temps de vol a été mise en place. Nous avons également étudié différentes voies de passivation des particules : oxydation naturelle et voie chimique qui permet entre autres une plus grande facilité de manipulation des poudres. Je présenterai aussi quelques résultats concernant la mise au point des amplificateurs sur le principe de fibres optiques co-dopées avec des nc-Si et des ions erbium. Un transfert d'énergie Er-Si a été observé dans des échantillons de silice élaborés par sol-gel et co-dopés avec des nc-Si et des ions erbium. Ce travail est donc encourageant pour des tests dans une configuration de fibre optiques.

  • Titre traduit

    Silicon nanocrystals : synthesis, properties, and applications


  • Résumé

    This work concerns nanosciences thematic and deals with the synthesis and the photoluminescence (PL) properties of silicon nanocrystals. Quantum confinement effects become significant for small enough size crystals and induce strong PL which is appreciated for many applications: fluorescents markers, optoelectronic, solar cells, … However synthesis of silicon nanocrystals is very difficult to achieve in large amount, so development of methods able to produce quantities is a very important issue. The challenge was to synthesize very small grains (4 and 8 nm) while keeping the production rate as high as possible. Efforts on the synthesis are in progress, in order to develop a device for particles extraction by supersonic expansion. In-situ mass measurements were actuated and permit now the real-time synthesis optimization. Different ways of particles passivation were also studied: dry oxidization under air or liquid phase chemistry. Results concerning amplifiers devices based on nc-Si and Er3+ co-doped fiber optic are presented also. An energy transfer between Si and Er3+ was observed for silica sol-gel samples, which offers perspectives in fiber optic configuration.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (143 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. [139-143]

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2007)280
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