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Univ. Paris-Saclay
Croissance, photoluminescence et électroluminescence de films de ZnO dopé terres rares
Clément GUILLAUME
Lundi 16/12/2019, 11:00
CIMAP Caen,

Manuscrit de la thèse


Résumé :

Cette étude porte sur l’élaboration et la caractérisation d’hétérojonctions de type ZnO/Si avec plusieurs dopages en terres rares de 0,3 à 3,0 % atomique (Yb, Tb, Eu) du ZnO. Une ingénierie des matériaux basée sur le savoir-faire d’une équipe du CIMAP a permis de mettre en évidence des propriétés remarquables d’émission lumineuse de telles structures liées aux transitions optiques des terres rares et notamment à la suite de traitements thermiques extrêmes (jusqu’à 1373 K). Ces derniers ont en effet généré de nouvelles phases présentant des propriétés intéressantes. Par ailleurs, L’électroluminescence de ces structures a été explorée et elle a révélé des intensités importantes suite à des traitements thermiques à 973 K. Ces derniers ont donné lieu à une configuration favorable à l’émission des ions terres rares localisées plus particulièrement dans la zone de charge d’espace de l’hétérojonction suite à une diffusion des terres rares à l’interface ZnO:TR/Si. Enfin, des structures multicouches de 65 nm d’épaisseur constituées de sous couches ZnO:Ce, ZnO:Tb et ZnO:Tb,Eu avec des épaisseurs variables ont été testées en électroluminescence afin d’obtenir des diodes blanches. Les mécanismes d’excitation des terres rares sont discutés.

Mots-clés : Pulvérisation magnétron radiofréquence.


Growth, photoluminescence and electroluminescence of rare earth doped ZnO films

Abstract:

This study deals with the elaboration and characterization of ZnO/Si type heterojunctions with various rare earths doping between 0,3 to 3,0 at% (Yb, Tb, Eu) of ZnO. Materials engineering based on the know-how of a CIMAP team has demonstrated remarkable light emission properties of such structures related to optical transitions of rare earths and especially following extreme heat treatments (up to 1373 K). These latter have indeed generated new phases with interesting properties. Moreover, the electroluminescence of these structures was explored and it revealed very high intensities upon thermal treatments at 973 K. These annealings gave rise to a configuration favorable to the emission of rare earth ions located more particularly in the space charge area of the heterojunction owing to rare earth diffusion at the ZnO:TR/Si interface. Finally, 65 nm thick multilayer structures consisting of ZnO:Ce, ZnO:Tb and ZnO:Tb,Eu sub-layers with varying thicknesses were tested in electroluminescence to obtain white light emitting diodes. Rare earth excitation mechanisms are discussed.

Keywords: Zinc oxide, Radiofrequency magnetron sputtering, Films, Heterojunction, Rare earth, Growth.

Contact CIMAP : Xavier Portier et  Christophe Labbé.

Contact : Luc BARBIER

 

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