Elaboration et caractérisations de films d’oxyde de gallium dopés terres rares

par Céline Lecerf

Thèse de doctorat en Milieux denses, matériaux et composants

Sous la direction de Xavier Portier.

Soutenue en 2011

à Caen .


  • Résumé

    Parmi les oxydes transparent conducteurs (Transparent Conductive Oxides, TCO), l’oxyde de gallium Ga2O3 possède une large bande interdite (environ 4,9 eV) ce qui en fait un matériau transparent dans un domaine spectral allant de l’infra-rouge à l’ultraviolet. Ga2O3 apparaît donc comme une matrice hôte appropriée pour mettre en évidence la luminescence d’ions terres rares. Des films d’oxyde de gallium dopés au néodyme, puis à l’europium ont été déposés sur des substrats de silicium et de saphir par pulvérisation magnétron radiofréquence. Ces films ont ensuite subi un traitement thermique approprié afin d’obtenir la phase β-monoclinique. Les caractérisations optiques ont prouvé que les films sont bien transparents. En outre, les films dopés au néodyme émettent autour de 900 nm et 1070 nm, ce qui correspond aux transitions 4F3/2 → 4I9/2 et 4F3/2 → 4I11/2 des ions Nd3+. Les films dopés à l’europium luminescent quant à eux dans le domaine du visible, l’émission la plus intense se situant autour de 615 nm, ce qui correspond à la transition 5D0 → 7F2 des ions Eu3+. Les propriétés structurales et de photoluminescence des films ont été étudiés en fonction de la quantité de terre rare introduite dans la matrice. De plus, les mécanismes optiques impliqués dans les phénomènes d’excitation-émission de la luminescence ont été exposés. Les films d’oxyde de gallium dopés avec des terres rares appropriées pourraient être intégrés dans des dispositifs optoélectroniques tels que les diodes électroluminescentes blanches.

  • Titre traduit

    Elaboration and characterisations of rare earth doped gallium oxide films


  • Résumé

    Among transparent conductive oxides, gallium oxide is of particular interest because of its singular wide band gap (around 4. 9 eV) which makes it optically transparent from infrared until ultraviolet light. Gallium oxide is also a good host matrix to exhibit the luminescence of rare earth ions. Neodymium and then europium doped gallium oxide thin films have been deposited on silicon and sapphire substrates by radiofrequency magnetron sputtering and submitted to an appropriate thermal treatment in order to obtain the stable monoclinic -phase. Transparent properties have been demonstrated. Neodymium doped films have shown an efficient luminescence activity at ~900 nm and ~1070 nm, corresponding to the 4F3/2 → 4I9/2 and 4F3/2 → 4I11/2 transitions of the Nd3+ ions, respectively. Europium doped films have exhibited a luminescence activity in the visible spectral range, the most intense emission being at about 615 nm, corresponding to the 5D0 → 7F2 transition of the Eu3+ ions. The dependence of the neodymium and europium contents in the films on the structural and photoluminescence properties have been studied. Moreover, the optical mechanisms involved have been investigated to be explain in the neodymium as well as in the europium doped films. Gallium oxide films doped with the suitable rare earths could be used to fabricate optoelectronics devices such as white light emitting diodes (LED).

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  • Détails : 1 vol. (164 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-56
  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque universitaire Sciences - STAPS.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-56bis
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