Etudes spectroscopiques du dopage dans les matériaux II-VI pour les détecteurs infrarouge et les cellules photovoltaïques
Texte intégral
(2) THÈSE Pour obtenir le grade de. DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE Spécialité : Physique Arrêté ministériel : 7 août 2006. Présentée par. Frédérique Gemain Thèse dirigée par Guy Feuillet et codirigée par Ivan-Christophe Robin préparée au sein du Laboratoire d’Electronique et de Technologie de l’Information, Département Optronique, Laboratoire des Matériaux et Substrats, CEA-Grenoble et de l’Université Joseph Fourier - Grenoble I. Etudes spectroscopiques du dopage dans les matériaux II-VI pour les détecteurs infrarouge et les cellules photovoltaïques Thèse soutenue publiquement le 28 Novembre 2012, devant le jury composé de :. Daniel Le Si Dang Directeur de recherche, Institut Néel, Grenoble, Président. Mathieu Leroux Directeur de recherche, CNRS-CRHEA, Valbonne, Rapporteur. Pierre Lefebvre Directeur de recherche, CNRS-GES, Université Montpellier, Rapporteur. Bruno Viana Chercheur, ENSCP-LCMCP, Paris, Examinateur. Paul Fougères Ingénieur, Sofradir, Veurey-Voroise, Examinateur. Guy Feuillet Directeur de recherche, CEA-LETI Grenoble, Directeur de thèse. Ivan-Christophe Robin Chercheur, CEA-LETI Grenoble, Encadrant CEA, Co-Directeur de thèse.
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(9) ❚❆❇▲❊ ❉❊❙ ▼❆❚■➮❘❊❙. ✽. ✷✳✷. ✷✳✸. ✷✳✶✳✻ ❘❡❝♦♠❜✐♥❛✐.♦♥. ❞❡ ♣❛✐1❡. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✶✳✼ ❘4♣❧✐6✉❡. ♣❤♦♥♦♥. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✶✳✽ ❘❡❝♦♠❜✐♥❛✐.♦♥. ❜❛♥❞❡✲♥✐✈❡❛✉ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✶✳✾ =❤♦>♦❧✉♠✐♥❡.❝❡♥❝❡ ❡> ❡✛❡>. ❞❡ .✉1❢❛❝❡ ❞❛♥. ❧❡ ❈❞❍❣❚❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❈❛1❛❝>41✐.❛>✐♦♥ 4❧❡❝>1✐6✉❡ ♣❛1 ❡✛❡> ❍❛❧❧ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✷✳✶ =1✐♥❝✐♣❡ >❤4♦1✐6✉❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✷✳✷ ▼♦❜✐❧✐>4 ❡> ♣❤4♥♦♠G♥❡. ❞❡ ❝♦❧❧✐.✐♦♥✴❞✐✛✉.✐♦♥ ❞❡. ♣♦1>❡✉1. ❞❡ ❝❤❛1❣❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✷✳✷✳✸ ❊>✉❞❡ >❤4♦1✐6✉❡ ❞❡ ❧✬4✈♦❧✉>✐♦♥ ❞❡ ❧❛ ❝♦♥❝❡♥>1❛>✐♦♥ ❞❡. ♣♦1>❡✉1. ♠❡.✉14❡ ♣❛1 ❡✛❡> ❍❛❧❧ ❡♥ ❢♦♥❝>✐♦♥ ❞❡ ❧❛ >❡♠♣41❛>✉1❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❘4.✉♠4 ❞✉ ❝❤❛♣✐>1❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✸ ❈♦✉❝❤❡' (♣✐+❛①✐❛❧❡' ❞❡ ❈❞❍❣❚❡✱ ❞♦♣❛❣❡ ❞❡ +②♣❡ ♣ ❡+ ❞('♦5❞5❡ ❞✬❛❧❧✐❛❣❡ ✸✳✶. ✸✳✷. ✸✳✸. ❊>✉❞❡ ❞✉ ❞♦♣❛❣❡ ✐♥>1✐♥.G6✉❡ ♣❛1 ❧❡. ❧❛❝✉♥❡. ❞❡ ♠❡1❝✉1❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✶ =♦.✐>✐♦♥♥❡♠❡♥> ❞✉ ♣1♦❜❧G♠❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✷ ❊>✉❞❡ ❝♦♠♣❧G>❡ ♣♦✉1 ✉♥❡ ❝♦♠♣♦.✐>✐♦♥ K ✸✷✳✼% ❞❡ ❈❞ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✷✳✶ ▼❡.✉1❡. ♦♣>✐6✉❡. ♣❛1 ♣❤♦>♦❧✉♠✐♥❡.❝❡♥❝❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✷✳✷ ▼❡.✉1❡. 4❧❡❝>1✐6✉❡. ♣❛1 ❡✛❡> ❍❛❧❧ ❡♥ >❡♠♣41❛>✉1❡ ✸✳✶✳✷✳✸ ■♥>❡1♣14>❛>✐♦♥. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✸ ❊✛❡>. ❞❡ ❧❛ ❝♦♠♣♦.✐>✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✸✳✶ ❊❝❤❛♥>✐❧❧♦♥ ❆ K 45% ❞❡ ❈❞ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✸✳✷ ❊❝❤❛♥>✐❧❧♦♥ ❇ K 22% ❞❡ ❈❞ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✶✳✹ ❈♦♥❝❧✉.✐♦♥ ♣❛1>✐❡❧❧❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❊>✉❞❡ ❞✉ ❞♦♣❛❣❡ ❡①>1✐♥.G6✉❡ ♣❛1 ✐♥❝♦1♣♦1❛>✐♦♥ ❞✬❛1.❡♥✐❝ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✶ ❈♦♠♣❧❡①❛>✐♦♥ ❞❡. ❛>♦♠❡. ❞✬❛1.❡♥✐❝ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✷ ❈♦114❧❛>✐♦♥. ❞❡. ♠❡.✉1❡. ❊❳❆❋❙ ❡> ♦♣>✐6✉❡. ♣❛1 =▲ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✸ ❈♦114❧❛>✐♦♥. ❛✈❡❝ ❧❡. ♠❡.✉1❡. 4❧❡❝>1✐6✉❡. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✸✳✶ ▼❡.✉1❡. ❡①♣41✐♠❡♥>❛❧❡. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✸✳✷ ▼♦❞4❧✐.❛>✐♦♥ ❞❡. 14.✉❧>❛>. ❡①♣41✐♠❡♥>❛✉① ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✹ ❉4.♦1❞1❡ ❞✬❛❧❧✐❛❣❡ ❞❛♥. ❧❡ ❈❞❍❣❚❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✹✳✶ ▼♦❞4❧✐.❛>✐♦♥ ❞❡. .♣❡❝>1❡. ❞✬❛❜.♦1♣>✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✸✳✷✳✹✳✷ ▼♦❞4❧✐.❛>✐♦♥ ❞❡. .♣❡❝>1❡. ❞❡ ♣❤♦>♦❧✉♠✐♥❡.❝❡♥❝❡ ❈♦♥❝❧✉.✐♦♥ ❞✉ ❝❤❛♣✐>1❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✹ ❙✉❜'+5❛+' ❞❡ ❈❞❩♥❚❡✱ ❞♦♣❛♥+' ❡+ ✐♠♣✉5❡+(' ✹✳✶. ✹✳✷. ✹✳✸. ✹✳✹ ✹✳✺. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ❉❡.❝1✐♣>✐♦♥ ❞✉ .♣❡❝>1❡ ❞❡ =▲ ❞❡ ❧✬4❝❤❛♥>✐❧❧♦♥ ❞❡ ❈❞❩♥❚❡ ❞❡ 14❢41❡♥❝❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✶✳✶ ❊>✉❞❡ ❞✉ ❜♦1❞ ❞❡ ❜❛♥❞❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✶✳✷ ❊>✉❞❡ ❞❡ ❧❛ ③♦♥❡ ❞❡. ❉❆= ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ■♥✢✉❡♥❝❡ ❞❡. ♣❛1❛♠G>1❡. ❞❡ ❝1♦✐..❛♥❝❡ .✉1 ❧❡. .♣❡❝>1❡. ❞❡ =▲ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✷✳✶ ❊>✉❞❡ ❞❡. .✉❜.>1❛>. 14❛❧✐.4. ❞❛♥. ❧❡ ❢♦✉1 ❍ .❛♥. ❝♦♥>1Y❧❡ ❞❡ ❧❛ ♣1❡..✐♦♥ ❞❡ ❈❞ ✹✳✷✳✷ ❊>✉❞❡ ❞❡. .✉❜.>1❛>. 14❛❧✐.4. ❞❛♥. ❧❡ ❢♦✉1 ❱ ❛✈❡❝ ❝♦♥>1Y❧❡ ❞❡ ❧❛ ♣1❡..✐♦♥ ❞❡ ❈❞ ✹✳✷✳✸ ❈♦♥❝❧✉.✐♦♥ ♣❛1>✐❡❧❧❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❊>✉❞❡ ❞❡ ❧❛ ③♦♥❡ ❛❜.♦1❜❛♥>❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✸✳✶ ▼❡.✉1❡. ❞❛♥. ❧❡ ✈✐.✐❜❧❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✸✳✷ ▼❡.✉1❡. ❞❛♥. ❧✬✐♥❢1❛1♦✉❣❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✸✳✸ ▼❡.✉1❡. ♣❛1 .♣❡❝>1♦♠4>1✐❡ ❞❡ ♠❛..❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✹✳✸✳✹ ▼❡.✉1❡. ♣❛1 ♠✐❝1♦.❝♦♣✐❡ ✐♥❢1❛1♦✉❣❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❉✐.❝✉..✐♦♥ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ❈♦♥❝❧✉.✐♦♥ ❞✉ ❝❤❛♣✐>1❡ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✹✽ ✹✾ ✺✶ ✺✸ ✺✺ ✺✺ ✺✻ ✺✽ ✻✶. ✻✸. ✳ ✻✸ ✳ ✻✸ ✳ ✻✹ ✳ ✻✺ ✳ ✻✼ ✳ ✼✷ ✳ ✼✻ ✳ ✼✼ ✳ ✼✾ ✳ ✽✵ ✳ ✽✶ ✳ ✽✶ ✳ ✽✸ ✳ ✽✼ ✳ ✽✼ ✳ ✽✾ ✳ ✾✷ ✳ ✾✸ ✳ ✾✽ ✳ ✶✵✸ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳ ✳. ✶✵✺. ✶✵✺ ✶✵✻ ✶✵✾ ✶✶✶ ✶✶✷ ✶✶✾ ✶✷✺ ✶✷✼ ✶✷✽ ✶✸✸ ✶✸✹ ✶✸✺ ✶✸✻ ✶✸✼.
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