Mesure de la température par photoluminescence : application en microscopie thermique à sonde locale.

Temperature measurement by photoluminescence : application in thermal scanning probe microscopy.

• Auteur / Autrice : Adel Sayoud
• Direction : Thierry Duvaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie théorique, physique, analytique
• Date : Soutenance le 02/07/2013
• Etablissement(s) : Reims en cotutelle avec Université Badji Mokhtar-Annaba
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Sciences Pour l’Ingénieur (GRESPI) EA 4694 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Mokhtar Ghers
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Duvaut, Madjid Diaf, Nathalie Trannoy, Lakhdar Gherbous
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lionel Aigouy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermométrie

Photoluminescence

Mots clés libres

Mesure de la température

Matériaux fluorescents

Rapport d’Intensité de la Fluorescence

Microscopie thermique

Temperature measurement

Fluorescent materials

Fluorescence Intensity Ratio

Thermal microscopy

Résumé

Le travail présenté dans cette thèse est une contribution pour progresser vers des mesures thermiques plus quantitatives. Il s'agit de mesurer la température par la technique RIF de l'émission verte. Les travaux réalisés dans ce mémoire s'articulent en trois étapes. Au départ nous avons mesuré la température d'échauffement d'un cristal massif Sr0.3Cd0.7F2 codopés Er3+/Yb3+ d'épaisseur 0.3 mm. L'échauffement induit par l'excitation des ions Yb3+ à 974.4 nm a été mesurée à une distance (d) au bord de cristal, par l'émission verte des ions Er3+ excité par le laser rouge (652 nm) au bord du cristal. La seconde étape a eu pour but la mesure de la température d'échauffement du même cristal précédent, mais en dimension microscopique. Ces microparticules fluorescentes ont été fixées à l'extrémité d'une sonde thermique de Wollaston. L'échauffement des microparticules se fait par une excitation laser rouge à 652 nm ou par effet Joule en parcourant un courant électrique dans la sonde thermorésistive. La troisième étape a eu pour principal objectif la mesure de la température à l'échelle micrométrique en utilisant un microscope à force atomique (AFM) sur lequel est montée une sonde thermorésistive munie à son extrémité d'une microparticule fluorescente de Sr0.3Cd0.7F2 codopée Er3+/Yb3+ de 15 µm utilisée comme capteur de température. La technique est basée sur la variation de l'intensité de la fluorescence de la microparticule en contact avec une surface chaude. Cette nouvelle technique nous a permis d'obtenir une image cartographique de la température d'un microsystème, composé de lignes chauffantes submicroniques, chauffé par effet Joule.

The work presented in this thesis is a contribution to progress towards more quantitative thermal measurements. This is to measure the temperature by RIF technique green emission. The work in this thesis is divided into three stages. Initially we measured the temperature rise of a massive crystal Sr0.3Cd0.7F2 codoped Er3 + / Yb3 + 0.3 mm thick. The heat induced by the excitation of Yb3 + ions to 974.4 nm was measured at a distance (d) at the edge of crystal, the green emission of the Er3 + ions excited by red laser (652 nm) at the edge of the crystal.The second step was designed to measure the temperature of the heating of the same previous crystal, but in microscopic dimensions. These fluorescent microparticles were attached to the end of a thermal probe Wollaston. The temperature rise of the microparticles is by a red laser excitation at 652 nm or by Joule effect through an electric current in the probe thermorésistive.The third step was the main aim of measuring the temperature using a micrometric scale atomic force microscope (AFM) on which is mounted at its end provided with one of a fluorescent microparticle thermorésistive probe Sr0.3Cd0.7F2 codoped Er 3 + / Yb 3 + 15 microns used as a temperature sensor. The technique is based on the change in fluorescence intensity of the microparticle in contact with a hot surface. This new technique allowed us to obtain a map image of the temperature of a microsystem consisting of submicron heating lines, heated by Joule effect.