Caractrisation des proprits optiques des nanocristaux de silicium

Caractérisation des propriétés optiques des nanocristaux de silicium par ellipsométrie spectroscopique. MAIRE Carole Laboratoire de Physique des Milieux Denses Université Paul Verlaine-Metz

PLAN 1. Objectifs du stage. 2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. 3. Principe d’exploitation des mesures. 4. Présentation des résultats expérimentaux. 5. Conclusion.

1. Objectifs du stage Déterminer les propriétés optiques de nanocristaux de Silicium Présentation des échantillons étudiés. Nanocristaux de Silicium Couche de Si. N Substrat de Si

Dépôt (NH 3/Si. H 4, temps) Recuit (sous Ar) Nom échantillon 14/14, 4` NR 14 ANR 14/14, 4` RTA 1000°C, 1’, direct 14 Arta 14/14, 4` RTA dir + RC, 700°C 14 Arc 700 14/14, 4` RTA dir + RC , 900°C 14 Arc 900 14/14, 4` RTA 1000°C, 1’, palier 500°C, 1’ 1414 Brt 1 7/7, 5’ NR 77 ANR 1 7/7, 5’ RTA 1000°C, 1’, direct 77 ARTA 1 7/7, 5’ RTA dir + RC 700° C 77 ARC 700 7/7, 5’ RTA dir + RC, 1100° C 77 ARC 111 21/14 RTA dir + RC, 700°C 21 -14 28/14 RTA dir + RC, 700°C 28 -14

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Mathématicien allemand Paul Drude (1863 -1906) L’ellipsométrie est une technique optique d’analyse de surface fondée sur la mesure du changement de l’état de polarisation de la lumière après réflexion sur une surface plane.

Ex 1 ou 0° ° = 80 E y Ey ≠ ≠ x u E /o et 0° 9 Ex Ey

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. sont les angles ellipsométriques

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique Le montage utilisé Polariseur Glazebrook

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Le montage utilisé

2. Présentation de l’ellipsométrie spectroscopique. Résumé Méthode de Hadamard Modulation du flux lumineux incident par le polariseur tournant Décomposition en série de Fourier Mesure des angles ellipsométriques Comparaison avec un modèle adapté Détermination des paramètres optiques recherchés.

3. Principe d’exploitation des mesures Principe général ( , ) Inversion et Modèle Paramètres (ni, ki, di, . . ) recherchés Ø Milieux hétérogènes : approximation nécessaire : théorie des milieux effectifs Ø Interprétation des mesures: les lois de dispersion

( exp, exp) ( mod, mod) Grandeurs mesurés 2 Expérience Modèle ou E

3. Principe d’exploitation des mesures Caractérisation d’un échantillon Echantillon 14 Arc 700 Ø Premier modèle Comparaison desélaboré paramètres ellipsométriques

La valeur de est trop grande !! Le Silicium cristallin est inadapté pour décrire les propriétés optiques des Nanocristaux de Silicium !!

3. Principe d’exploitation des mesures Caractérisation d’un échantillon Echantillon 14 Arc 700 Ø Second modèledes Comparaison élaboré paramètres : avec une ellipsométriques loi de dispersion

4. Présentation des résultats expérimentaux. Comparaison des paramètres ellipsométriques

4. Présentation des résultats expérimentaux. Détermination des propriétés optiques des nanocristaux de Silicium Echantillons 14/14

4. Présentation des résultats expérimentaux. Graphe Eg en fonction de la taille des nanocristaux de Silicium Elargissement du gap optique par confinement quantique.

CONCLUSION Ø Ø Intérêts de l’ ellipsométrie. Applications : Intérêts des nanocristaux de Silicium.