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Yaacoub, Lama. Nano-sondes Raman-Brillouin intégrées : étude d'oxydes ultra-fins

Yaacoub, Lama (2014). Nano-sondes Raman-Brillouin intégrées : étude d'oxydes ultra-fins.

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Résumé en francais

L'objet de cette thèse est de développer un nouvel outil de caractérisation de la matière à l'échelle nanométrique. Nous nous basons sur une approche originale qui consiste à utiliser le son, dans le domaine THz, comme sonde de nanostructures. Les phonons acoustiques impliqués dans le processus de diffusion Raman-Brillouin (RB) sont générés et détectés dans une couche ultrafine semi-conductrice jouant le rôle de sonde intégrée. Il s'agit d'une diffusion inélastique de la lumière qui résulte des interactions photon-électron et électron-phonon. La sonde intégrée est sensible au paramètre structural (épaisseur) et aux propriétés physiques (indice optique, densité et vitesse du son) des couches qui l'environnent. Nous mettons en œuvre des expériences de spectrométrie RB. Une bonne compréhension et interprétation des données expérimentales nécessitent une comparaison avec la simulation numérique. Afin de réaliser un développement de l'outil, nous avons mis en place une stratégie où la microscopie électronique en transmission joue un rôle primordial. Elle permet de sonder localement l'organisation structurale et chimique de la matière. Nous nous sommes intéressés à des systèmes constitués d'empilements de couches d'épaisseur nanométrique. La haute sensibilité de la réponse de la sonde intégrée aux propriétés des couches environnantes ainsi qu'aux paramètres structuraux allant jusqu'à l'échelle sub-nanométrique est mise en évidence. Le concept de sonde intégrée a été mis en œuvre pour deux systèmes : alumine/silicium et oxyde de germanium/germanium. Avec le premier système modèle, nous avons démontré, par comparaison systématique entre les données RB expérimentales et simulées, que nous pouvons déterminer la vitesse du son dans une couche d'alumine d'épaisseur nanométrique. La prise en compte de la présence d'une couche interfaciale d'épaisseur nanométrique entre le silicium et l'alumine est indispensable pour décrire correctement l'empilement. Dans le second système d'intérêt technologique notamment en microélectronique, nous avons aussi mis en évidence la présence d'une couche ultramince à l'interface entre le germanium et son oxyde natif dont nous avons déterminé l'épaisseur. Par ailleurs, nous avons pu différencier les cinétiques de la ré-oxydation de la surface du Ge après traitement par eau déionisée et par acide fluorhydrique. Nous avons quantifié la consommation en Ge durant ce processus. Ce travail de thèse a démontré l'intérêt et l'efficacité des nano-sondes RB intégrées pour la détermination des propriétés physiques de couches d'épaisseur nanométrique. Il a permis en particulier d'aborder de façon pertinente des problématiques liées aux surfaces et aux interfaces.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Groenen, Jesse
Schamm-Chardon, Sylvie
Ecole doctorale:Sciences de la matière (SdM)
laboratoire/Unité de recherche :Centre d'Elaboration de Matériaux et d'Etudes Structurales (CEMES), UPR 8011
Mots-clés libres :Diffusion inélastique - Spectroscopie Raman-Brillouin - Phonon - Acoustique - Optique - Couches d'oxyde - Echelle nanométrique - Microscopie électronique en transmission
Sujets :Physique
Déposé le :17 Nov 2014 11:54