Etudes électriques de l'environnement des ions erbium dans des couches minces de Ca1-xErxF2+x épitaxiées sur silicium

par Lionel Hirsch

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux

Sous la direction de Albert-Serge Barrière.

Soutenue en 1996

à Bordeaux 1 .

mots clés

Résumé

Les etudes presentees dans cet ouvrage ont pour but de decrire l'environnement des ions er#3#+, luminescents a 1,53 m, dans des couches minces de ca#1#-#xer#xf#2#+#x epitaxiees sur silicium. Cette longueur d'onde correspond au minimum d'attenuation des fibres optiques de silice. Des premieres analyses par diffusion rutherford et spectroscopie de masse d'ions secondaires ont montre que les couches sont homogenes a l'echelle du millier d'angstrom et presentent la composition programmee pour un taux de substitution variant de 0,001 et 0,30. Pour des echantillons vieillis dans l'air, des traces d'oxygene ont ete detectees dans tout le volume des films. Des etudes de photoluminescence (pl) montrent que ces couches presentent d'intenses emissions dans les domaines du visible et de proche infrarouge. A temperature ambiante, pour une excitation a 488 nm (laser argon), l'intensite maximale de la luminescence a 1,53 m est obtenue pour x=0,16, teneur 10 a 100 fois superieure a celles qui conduisent au maximum d'emission, a cette longueur d'onde, dans les monocristaux. Un tel resultat est le reflet de l'environnement des ions er#3#+. Il a ete decrit dans un premier temps par des etudes de pl a basse temperature et avec plus de details par des etudes d'admittance complexe et de depolarisation stimulee thermiquement. On montre que pour x<0,01, les centres luminescents sont exclusivement constitues de paires er#3#+f#i#- compensateur de charge isolees en sites nn. Entre x=0,01 et x=0,05 un debut de clusterisation est observe qui se regroupent, pour x,05, pour former des clusters plus etendus connus sous le nom de clusters d#2#a ou 8:12:1 dans la litterature. Dans tous les cas, quelque soit x, nous avons montre que les paires ou les clusters sont uniformement repartis, a l'echelle de l'atome, dans le volume des couches. C'est la raison pour laquelle les phenomenes d'auto-extinction par concentration et de relaxations croisees sont rejetes vers les fortes concentrations en erbium

Titre traduit

Electrical studies of the erbium ions environment in Ca#1#-#xEr#xF#2#+#x thin films epitaxially grown on silicon substrate

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