Synthèse de nanostructures de Carbure de Silicium et étude de leurs propriétés optiques

par Jacques Botsoa

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Gérard Guillot et de Daniel Barbier.

Soutenue en 2008

à Lyon, INSA .

mots clés

• Nanostructures
• Carbure de silicium
• Photoluminescence
• Photoabsorption
• Analyse spectrale Raman
• Cellules humaines -- Marquage
• Carbure de silicium -- Anodisation
• Matériaux nanostructurés
• Carbure de silicium
• Matériaux -- Propriétés optiques

Résumé

Le carbure de silicium (SiC) est considéré aujourd’hui comme un matériau semi-conducteur clé dans le développement d’une électronique spécifique à haute température, haute puissance et hautes fréquences. Cependant, dans le domaine de l’optoélectronique, ce matériau n’a généré qu’un intérêt mitigé à cause de la nature indirecte de sa bande interdite qui est responsable d’une faible luminescence à température ambiante. Cependant, à l’instar du silicium, la nanostructuration de ce matériau implique un renforcement considérable de ses propriétés d’émission de lumière. Nous proposons ainsi dans cette thèse de mener une étude des propriétés optiques des nanostructures de SiC. La technique choisie pour élaborer ces nanostructures est l’anodisation électrochimique du SiC cristallin massif qui permet d’obtenir du SiC poreux. Une poudre constituée de nanoparticules de SiC peut être obtenue à partir de ce matériau poreux. Nous avons comparé dans cette étude les nanostructures issues des phases polytypiques 3C et 6H. Nous nous sommes intéressés particulièrement à mettre en évidence des effets de confinement quantique dans la photoluminescence de ces nanostructures. Notre étude a aussi été l’occasion de mettre en relation les informations sur les propriétés électroniques, structurales et chimiques des nanostructures recueillies par des techniques indépendantes et leurs propriétés de photoluminescence. Nous avons finalement mis en avant une application très prometteuse des nanoparticules de SiC dans le cadre du marquage des cellules biologiques

Résumé

This work deals with the optical properties of silicon carbide (SiC) nanostructures. The fabrication method of these nanostructures is the electrochemical anodization of bulk crystalline SiC which gives porous SiC. A powder consisting of numerous SiC nanoparticles can be obtained from this porous material. Nanostructures originating from the 3C and 6H polytypes were studied here with a special attention to quantum confinement effects in the photoluminescence of these nanostructures. The electronic, structural and chemical properties of these nanostructures obtained by independent characterization techniques have been related to their photoluminescence properties. Finally, a very promising application for SiC nanoparticles as fluorophores is highlighted.