Synthèse et maîtrise de la croissance de nanocristaux : applications aux composants à base de semi-conducteurs à grande bande interdite

par Eric Vinod Sandana

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Henri-Jean Drouhin.

Soutenue en 2011

à Palaiseau, Ecole polytechnique .


  • Résumé

    Ce travail a pour objectif la maitrise de la croissance et l'analyse des propriétés des nanostructures d'oxyde de zinc (ZnO). Trois procédés de fabrication de nanostructures de ZnO ont été étudiés : dépôt chimique en phase vapeur de composés organométalliques (MOCVD), dépôt par ablation laser (PLD) et dépôt par transport physique en phase vapeur (PVT). Les substrats utilisés pour cette étude sont : saphir, silicium, ZnO massif, acier austénitique, mylar et papier. Les nanostructures ont été caractérisées par différentes techniques, notamment la microscopie électronique à balayage, la photoluminescence, la cathodoluminescence, la diffraction de rayon X et des mesures de réflectivité. Une grande variété de formes de structures a été obtenue par les trois procédés de croissance : nanofiles, nanocolonnes, nanocônes, nanopeignes. Mais par PLD on obtient des réseaux de nanocolonnes et nanocônes autoformées, alignées, verticales, homogènes dont les qualités structurales sont excellentes y compris sur des substrats avec lesquels ZnO n'a pas un bon accord paramétrique. Ces nanostructures sont obtenues sans utiliser de catalyseur. Leurs propriétés d'émission sont aussi excellentes avec des bandes de défauts, observables en PL, relativement faibles. La faisabilité de composants à base de nano ZnO a été démontrée grâce à la réalisation d'une nanoLED de type n-nanoZnO/ p-Si, mais aussi par la reprise de croissance de GaN sur des nanocônes de ZnO/Si qui agissent comme une couche antireflet (~95% d'absorption de la lumière visible). L'étude a aussi porté sur la fabrication d'un composant transistor couche mince dont les caractéristiques de transfert rectifiante ont été obtenues.

  • Titre traduit

    Controlled nanocrystal synthesis : application to wide bandgap semiconductors


  • Résumé

    The objective of this work was to grow, study & control the properties of ZnO thin films & nanostructures. Three growth processes were studied: Metal-Organic Chemical Vapour Deposition (MOCVD), Pulsed Laser Deposition (PLD) & Physical Vapour Transport (PVT). The substrates used were: c-Al2O3; Si, ZnO, steel, mylar & paper. The ZnO was characterized using scanning electron microscopy, photoluminescence , cathodoluminescence , X-ray diffraction & optical reflectivity. A very wide range of ZnO nanostructures was observed, including nanorods, nanoneedles, nanocombs & some novel structures. Self-forming arrays of vertically aligned nanostructures (moth-eye nanocones & nanocolumns (vertical & broadening)) could be obtained by PLD without the use of a catalyst. The various characterisation techniques indicated that these arrays were significantly better crystallized & more highly oriented than those grown by PVT/MOCVD. The feasibility of devices was also demonstrated. A nanoLED (n-nanoZnO/p-Si) had a rectifying I/V characteristic & gave blue/white electroluminescence. Moth-eye coatings on Si, resembling black-silicon, were used as templates for the growth of GaN by MOCVD. Angular-dependent specular reflection indicated that the GaN/ZnO nanostructures were broadband antireflection coatings with < 1% reflection over the visible spectrum for incidence angles < 60°. A back-gate geometry ZnO/Si3N4/SiO2/Si transparent thin film transistor was fabricated. It demonstrated a rectifying transfer characteristic, hard saturation & enhancement mode operation. Id was in the mA range & the VON was ~ 0V. Finally, conductive Amorphous Oxide Semiconductor ZnO was grown at RT on paper & mylar.

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  • Détails : 1 vol. (208 p.)
  • Annexes : Bibliographie : 302 réf.

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