|
| Titre : |
Effet des irradiations neutroniques sur les propriétés structurales, électriques et optiques du silicium |
| Type de document : |
texte imprimé |
| Auteurs : |
Osmani,Nadjet, Auteur ; Boucenna ,A, Directeur de thèse |
| Editeur : |
Setif:UFA |
| Année de publication : |
2019 |
| Importance : |
1 vol (72 f .) |
| Format : |
29 cm |
| Langues : |
Français (fre) |
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Silicium
Défauts
fluences neutronique
traitement thermique
propriétés électrique
propriétés optique |
| Index. décimale : |
530 Physique |
| Résumé : |
La majorité des composants électroniques dans le marché mondial sont à base du silicium. Il
est très utilisé dans la fabrication des composants électroniques de puissance (Diodes, Thyristors) ainsi
que dans les applications photovoltaïques.
La technique du dopage par transmutation neutronique (NTD) est la plus sollicitée pour le
dopage du silicium. Lors de son irradiation par les neutrons plusieurs types de défauts sont créés. Ces
défauts introduisent, dans le gap, des centres profonds et peu profonds, et influent sur les propriétés
électriques et optiques du semi-conducteur. Ils entraînent la dégradation des performances des
dispositifs associés.
L’amélioration de ces performances nécessite une étude approfondie des défauts, à savoir les
mécanismes de leurs générations et d’annulations, leurs structures électroniques, et leurs
caractérisations (leurs concentrations, leurs sections efficaces de capture des porteurs de charge, la
température d’annulation, …). Malgré le nombre important des travaux de recherche menés dans ce
cadre, l’étude des défauts dans les semi-conducteurs reste toujours un sujet d’intérêt scientifique et
technologique.
Ce travail concerne plus particulièrement l’étude de l’effet des défauts d’irradiation
neutronique sur les propriétés optoélectriques des échantillons de silicium dopés par transmutation
neutronique. Pour réaliser cette étude nous avons irradié deux types d’échantillons de silicium, un de
type n et l'autre de type p à différentes fluences.
La caractérisation des échantillons irradiés, que nous avons réalisé, est basée sur
l’identification des défauts d’irradiation neutronique leur évolution avec la fluence d’irradiation, la
température d’irradiation, la température de recuit et le temps de recuit. Les techniques utilisées sont :
la Diffraction des rayons X, la FTIR (Fourier Transforme Infrared spectroscopy), la mesure de la
conductivité électrique et la Photoluminescence (PL). |
| Note de contenu : |
Sommaire
Introduction générale ……………………………………………………………………1
Chapitre I : Synthèse Bibliographique
I Etat de l’art …………………………………………………………………………..4
I. Aperçus sur la physique des semi-conducteurs…………………………………………4
I.2. Définition phénoménologique des matériaux (sc)………………………..…..............4
I.2.1. Conductivité électrique………………………………………………………...4
I.2.2 Effet de la température sur la conductivité électrique………………………….5
I.3 Le silicium…………………………………………………………………………….6
I.4. Le monocristal de silicium……………………………………………………………8
I.5. Dopage des semi –conducteurs……………………………………………………….9
I.6. Dopage par Transmutation Neutronique du Silicium (DTN)………………………..10
I.6.1 Principe de la technique DTN …………………………………………………11
I.6.2 Avantages et Inconvénients de la technique DTN -Si…………………………12
I.7 Calcul théorique……………………………………………………………………….12
I.7.1 Détermination de la concentration du phosphore 31P…………………………..13
I.7.2 Détermination de la relation entre la résistivité et la fluence…………………...13
I.7.3 Estimation du temps d’irradiation……………………………………………....14
I.8. Créations des défauts par DTN dans le silicium…………………………………15
I.8.1 Génération des défauts lors de l’irradiation…………………………………….16
I.8.2. Les différents types de défauts ponctuels……………………………………...16
a. Lacune ponctuelle……………………………………………….………….16
b. L’atome interstitiel…………………………………………………………17
c. L’atome de substitution……………………………………………………18
d. Bi-lacune…………………………………………………………………..18
I.9 Mécanisme d’interaction des défauts…………………………………………………19
I.9.1 Interaction lacune V- défauts…………………………………………………….20
I.9.2 Interaction Silicium Interstitiel SiI- Défauts………………………………….......21
I.10 Les Caractéristiques et les bandes d’absorption de quelques défauts d’irradiation..22
Références ………………….…………………………………………………………23
Chapitre II : Techniques Expérimentales
II Introduction ...…………………………………………………………………………25
II.1. Procédure expérimentale………………………………………………………….....25
II.1.1 Description du réacteur ES-SALAM……………………………………………...25
II.1.2 Description des plaquettes de silicium…………………………………………......25
II.1.3 Procédure de nettoyage des pastilles de silicium…………………………………..26
II.1.4 Introduction des pastilles dans le coeur du réacteur………………………………..26
II. 2 Traitement thermique……………………………………………………………….28
II. 3 Moyens de caractérisation mis en oeuvre…………………………………………..29
II.3.1 La diffraction des rayons X (DRX)………………………………………………..29
II. 3.1.1 Principe de la loi de Bragg ………………………………………………30
II. 3. 2 La spectroscopie Raman…………………..………………………………………32
II. 3.2.1 Principales informations extraits d’un spectre Raman…………………….33
II. 3.3 Microscopie à Force Atomique (AFM) ……..……………………………………34
II. 3.4 Spectrophotométrie UV-Visibles………………………………………………….35
II. 3.5 La spectrométrie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR)………………….37
II. 3. 6 Caractérisation électriques ……………………………………………………….38
II.3.6.1 Méthode des quatre pointes………………………………………………38
II.3.7 Méthode des spectres d’émission et d’excitation de la luminescence………….…..39
Références ………………….….………………………………………………………...41
Chapitre III : Résultats et Discussions des propriétés structurales et topographiques
des échantillons du silicium dopés par transmutation neutronique
III. Introduction…………………… ……………………………………………………43
III.1 Analyse structurale………………………………………………………………….43
III.1.1.1 Analyse par diffraction des rayons X(XRD)…………………………..43
III.1.1.2 Le paramètre de maille…………………………………………………47
III.1.2. Analyse par spectroscopie Raman………………………………………49
III.2. Analyse topographique…………………………………………………………….51
III.2.1Analyse par Microscope à Force Atomique(AFM)…… ………………...51
Références ………………….…………………………………………………………..54
Chapitre IV : Résultats et Discussions des propriétés électriques et optiques des
échantillons du silicium dopés par transmutation neutronique
IV. I Introduction ………………………………………………………………………. 56
IV.1 Caractérisation électriques………………………………………………………….56
IV.1.2 Mesure de la résistivité (Effet du temps d’irradiation)…………………..56
IV.1.3 Evolution de la résistivité en fonction de la fluence neutronique………..57
IV.1.4 Evolution de la résistivité en fonction de la température de recuit……...58
IV. 2 Caractérisation par la spectroscopie (FTIR)………………………………………..61
IV.2.1 Défauts introduits par irradiation neutronique…………………………..61
IV.2.2 Identification du centre VO (829cm-1)………………………………….62
IV.2.3 Identification du centre VO2 …………………………………………..63
IV. .3 Spectroscopie d’absorption UV-Visible…………………………………………..65
IV.3.1 Bi-lacune et le bord d’absorption……………………….…………………65
IV.4 Analyse par Photoluminescence……………………………………………...……..67
IV.4.1 L’effet de la fluence neutronique et de la température de recuit....…….67
Références ………………….…………………………………………………...……..70
Conclusion générale et perspectives………………………………………………….. |
| Côte titre : |
DPH/0222 |
| En ligne : |
http://dspace.univ-setif.dz:8888/jspui/handle/123456789/3128 |
Effet des irradiations neutroniques sur les propriétés structurales, électriques et optiques du silicium [texte imprimé] / Osmani,Nadjet, Auteur ; Boucenna ,A, Directeur de thèse . - [S.l.] : Setif:UFA, 2019 . - 1 vol (72 f .) ; 29 cm. Langues : Français ( fre)
| Catégories : |
Thèses & Mémoires:Physique
|
| Mots-clés : |
Silicium
Défauts
fluences neutronique
traitement thermique
propriétés électrique
propriétés optique |
| Index. décimale : |
530 Physique |
| Résumé : |
La majorité des composants électroniques dans le marché mondial sont à base du silicium. Il
est très utilisé dans la fabrication des composants électroniques de puissance (Diodes, Thyristors) ainsi
que dans les applications photovoltaïques.
La technique du dopage par transmutation neutronique (NTD) est la plus sollicitée pour le
dopage du silicium. Lors de son irradiation par les neutrons plusieurs types de défauts sont créés. Ces
défauts introduisent, dans le gap, des centres profonds et peu profonds, et influent sur les propriétés
électriques et optiques du semi-conducteur. Ils entraînent la dégradation des performances des
dispositifs associés.
L’amélioration de ces performances nécessite une étude approfondie des défauts, à savoir les
mécanismes de leurs générations et d’annulations, leurs structures électroniques, et leurs
caractérisations (leurs concentrations, leurs sections efficaces de capture des porteurs de charge, la
température d’annulation, …). Malgré le nombre important des travaux de recherche menés dans ce
cadre, l’étude des défauts dans les semi-conducteurs reste toujours un sujet d’intérêt scientifique et
technologique.
Ce travail concerne plus particulièrement l’étude de l’effet des défauts d’irradiation
neutronique sur les propriétés optoélectriques des échantillons de silicium dopés par transmutation
neutronique. Pour réaliser cette étude nous avons irradié deux types d’échantillons de silicium, un de
type n et l'autre de type p à différentes fluences.
La caractérisation des échantillons irradiés, que nous avons réalisé, est basée sur
l’identification des défauts d’irradiation neutronique leur évolution avec la fluence d’irradiation, la
température d’irradiation, la température de recuit et le temps de recuit. Les techniques utilisées sont :
la Diffraction des rayons X, la FTIR (Fourier Transforme Infrared spectroscopy), la mesure de la
conductivité électrique et la Photoluminescence (PL). |
| Note de contenu : |
Sommaire
Introduction générale ……………………………………………………………………1
Chapitre I : Synthèse Bibliographique
I Etat de l’art …………………………………………………………………………..4
I. Aperçus sur la physique des semi-conducteurs…………………………………………4
I.2. Définition phénoménologique des matériaux (sc)………………………..…..............4
I.2.1. Conductivité électrique………………………………………………………...4
I.2.2 Effet de la température sur la conductivité électrique………………………….5
I.3 Le silicium…………………………………………………………………………….6
I.4. Le monocristal de silicium……………………………………………………………8
I.5. Dopage des semi –conducteurs……………………………………………………….9
I.6. Dopage par Transmutation Neutronique du Silicium (DTN)………………………..10
I.6.1 Principe de la technique DTN …………………………………………………11
I.6.2 Avantages et Inconvénients de la technique DTN -Si…………………………12
I.7 Calcul théorique……………………………………………………………………….12
I.7.1 Détermination de la concentration du phosphore 31P…………………………..13
I.7.2 Détermination de la relation entre la résistivité et la fluence…………………...13
I.7.3 Estimation du temps d’irradiation……………………………………………....14
I.8. Créations des défauts par DTN dans le silicium…………………………………15
I.8.1 Génération des défauts lors de l’irradiation…………………………………….16
I.8.2. Les différents types de défauts ponctuels……………………………………...16
a. Lacune ponctuelle……………………………………………….………….16
b. L’atome interstitiel…………………………………………………………17
c. L’atome de substitution……………………………………………………18
d. Bi-lacune…………………………………………………………………..18
I.9 Mécanisme d’interaction des défauts…………………………………………………19
I.9.1 Interaction lacune V- défauts…………………………………………………….20
I.9.2 Interaction Silicium Interstitiel SiI- Défauts………………………………….......21
I.10 Les Caractéristiques et les bandes d’absorption de quelques défauts d’irradiation..22
Références ………………….…………………………………………………………23
Chapitre II : Techniques Expérimentales
II Introduction ...…………………………………………………………………………25
II.1. Procédure expérimentale………………………………………………………….....25
II.1.1 Description du réacteur ES-SALAM……………………………………………...25
II.1.2 Description des plaquettes de silicium…………………………………………......25
II.1.3 Procédure de nettoyage des pastilles de silicium…………………………………..26
II.1.4 Introduction des pastilles dans le coeur du réacteur………………………………..26
II. 2 Traitement thermique……………………………………………………………….28
II. 3 Moyens de caractérisation mis en oeuvre…………………………………………..29
II.3.1 La diffraction des rayons X (DRX)………………………………………………..29
II. 3.1.1 Principe de la loi de Bragg ………………………………………………30
II. 3. 2 La spectroscopie Raman…………………..………………………………………32
II. 3.2.1 Principales informations extraits d’un spectre Raman…………………….33
II. 3.3 Microscopie à Force Atomique (AFM) ……..……………………………………34
II. 3.4 Spectrophotométrie UV-Visibles………………………………………………….35
II. 3.5 La spectrométrie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR)………………….37
II. 3. 6 Caractérisation électriques ……………………………………………………….38
II.3.6.1 Méthode des quatre pointes………………………………………………38
II.3.7 Méthode des spectres d’émission et d’excitation de la luminescence………….…..39
Références ………………….….………………………………………………………...41
Chapitre III : Résultats et Discussions des propriétés structurales et topographiques
des échantillons du silicium dopés par transmutation neutronique
III. Introduction…………………… ……………………………………………………43
III.1 Analyse structurale………………………………………………………………….43
III.1.1.1 Analyse par diffraction des rayons X(XRD)…………………………..43
III.1.1.2 Le paramètre de maille…………………………………………………47
III.1.2. Analyse par spectroscopie Raman………………………………………49
III.2. Analyse topographique…………………………………………………………….51
III.2.1Analyse par Microscope à Force Atomique(AFM)…… ………………...51
Références ………………….…………………………………………………………..54
Chapitre IV : Résultats et Discussions des propriétés électriques et optiques des
échantillons du silicium dopés par transmutation neutronique
IV. I Introduction ………………………………………………………………………. 56
IV.1 Caractérisation électriques………………………………………………………….56
IV.1.2 Mesure de la résistivité (Effet du temps d’irradiation)…………………..56
IV.1.3 Evolution de la résistivité en fonction de la fluence neutronique………..57
IV.1.4 Evolution de la résistivité en fonction de la température de recuit……...58
IV. 2 Caractérisation par la spectroscopie (FTIR)………………………………………..61
IV.2.1 Défauts introduits par irradiation neutronique…………………………..61
IV.2.2 Identification du centre VO (829cm-1)………………………………….62
IV.2.3 Identification du centre VO2 …………………………………………..63
IV. .3 Spectroscopie d’absorption UV-Visible…………………………………………..65
IV.3.1 Bi-lacune et le bord d’absorption……………………….…………………65
IV.4 Analyse par Photoluminescence……………………………………………...……..67
IV.4.1 L’effet de la fluence neutronique et de la température de recuit....…….67
Références ………………….…………………………………………………...……..70
Conclusion générale et perspectives………………………………………………….. |
| Côte titre : |
DPH/0222 |
| En ligne : |
http://dspace.univ-setif.dz:8888/jspui/handle/123456789/3128 |
|
Ajouter le résultat dans votre panier Affiner la rechercheCinétique de transformation microstructurale des alliages de titane TA6V traites par laser CO2 de puissance / AMARDJIA-ADNANI, Hania
