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Dissertations / Theses on the topic 'Nitrure de Bore hexagonale'
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Plaud, Alexandre. "Excitons dans le nitrure de bore lamellaire : étude des phases hexagonale, rhomboédrique et d’hétérostructures 2D." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST002.
Full textAbstract:
Le nitrure de bore hexagonal (hBN) est un semiconducteur lamellaire possédant une large bande interdite de type indirect (> 6 eV). L’autre structure lamellaire du nitrure de bore est rhomboédrique (rBN), mais beaucoup moins connue et étudiée. L’objectif de cette thèse est l’étude des excitons à l’origine de la luminescence de ces deux phases mais aussi d’hétérostructures 2D, où le hBN est utilisé en combinaison d’autres matériaux 2D dans des empilements verticaux.L’étude des propriétés des excitons dans hBN est réalisée sur un cristal de référence synthétisé par haute pression et haute température au Japon. L’énergie de liaison des excitons ainsi que le rendement quantique interne du hBN sont quantitativement évalués par spectroscopie de cathodoluminescence. L’anomalie observée entre absorption et luminescence est résolue avec l’identification du rôle respectif des excitons directs et indirects. À forte excitation, l’efficacité de luminescence de hBN décroit, limitée par une annihilation entre excitons, particulièrement efficace dans ce matériau.Associées à une caractérisation structurale, les signatures spectroscopiques de luminescence et Raman de la phase rhomboédrique sont identifiées. Elles ont permis d’analyser les propriétés de couches minces synthétisées par voie chimique (CVD).La dernière partie de cette thèse porte sur l’étude d’hétérostructures 2D de type hBN/MoX2/hBN où X = S ou Se. Une caractérisation exhaustive des propriétés de luminescence, vibrationnelles et structurales est menée sur l’ensemble des matériaux constituants. Les analyses sont menées à la fois en vue plane et en section transverse grâce à la découpe de lames minces par faisceau d’ions focalisés. Des résultats préliminaires sur la diffusion des excitons et sur les excitons d’interface y sont présentés<br>Hexagonal boron nitride (hBN) is a lamellar wide indirect bandgap semiconductor (> 6 eV). The other lamellar boron nitride phase is rhombohedral (rBN), but much less known and studied. The goal of this thesis is the study of the excitons source of the luminescence of both phases and of 2D heterostructures, where hBN is used in combination with other 2D materials in vertical stacks.The study of hBN excitons properties is performed on a reference sample synthesized by high pressure and high temperature in Japan. Excitons binding energy as well as hBN internal quantum yield are quantitatively assessed by cathodoluminescence spectroscopy. The observed anomaly between absorption and luminescence is resolved thanks to the identification of the role of direct and indirect excitons respectively. At high excitation, hBN luminescence efficiency decreases limited by exciton-exciton annihilation. This phenomenon is especially efficient in this material.Combined with a structural characterization, the Raman and luminescence spectroscopic signature of the rhombohedral phase are identified. This allowed the analysis of the properties of chemically synthesized thin films (CVD).The last part of this thesis is devoted to the study of a 2D heterostructure hBN/MoX2/hBN where X = S or Se. An exhaustive characterization of the luminescence, vibrational and structural properties is carried out on all the components. Analyses are performed in both flat view and cross-section thanks to the cutting of a thin lamella by focused ion beam. Preliminary results on excitons diffusion and interface excitons are presented
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Pujol, Patrick. "Mésophases massives de nitrure de bore hexagonal." Bordeaux 1, 2000. http://www.theses.fr/2000BOR12222.
Full textAbstract:
La réaction de condensation en masse d'un précurseur inorganique de nitrure de bore hexagonal, la borazine, a été développée dans le but d'élaborer des dérivés polycycliques de type mésophasique nommés borazines polycondensées (BPC). Les BPC ainsisynthétisées peuvent conduire à un état cristal liquide préfigurant la structure du nitrure de bore hexagonal,état obtenu après mise en solution dans un solvant adéquat. Elles ont été employées comme précurseur d'interphase BN dans des minicomposites Hi-Nicalon/BN/SiC, après dépôt par 'dip-coating' et pyrolyse du précurseur condensé. L'élaboration de monofilaments BN de courte longueur a aussi été examinée.
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Jaffrennou, Périne. "Etude des propriétés optiques du nitrure de bore hexagonal et des nanotubes de nitrure de bore." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344654.
Full textAbstract:
L'étude des propriétés optiques des matériaux semiconducteurs et, notamment, des composés émettant dans l'ultra-violet (UV) constitue depuis quelques années une thématique de recherche de plus en plus importante du fait des applications potentielles de ces matériaux en optoélectronique. Dans cette perspective, étudier les propriétés optiques du nitrure de bore hexagonal (hBN) et des nanotubes de nitrure de bore (BN) est particulièrement intéressant, étant donné leur caractère semiconducteur à grand gap (autour de 6 eV). <br /> L'objectif de cette étude est d'analyser les propriétés optiques de ces matériaux et, plus particulièrement, leurs effets excitoniques, en développant des méthodes de caractérisation optique adaptées pour observer des émissions UV.<br />Les techniques expérimentales de photoluminescence et de cathodoluminescence développées au cours de cette thèse ont tout d'abord permis de comprendre les propriétés de luminescence du hBN. Ainsi, nous avons pu confirmer la présence d'excitons libres émettant à 5.77 eV. Ensuite, en corrélant ces mesures optiques avec des analyses structurales en microscopie électronique en transmission de cristaux individuels, nous avons mis en évidence l'existence d'excitons liés à des défauts structuraux bien déterminés et émettant autour de 5.5 eV. Une fois les propriétés de luminescence du matériau massif connues, nous avons analysé de la même manière différents types de nanotubes de BN multifeuillets. Ces mesures ont pour la première fois montré que ces nano-objets émettent également dans l'UV. En se basant sur notre étude de la luminescence de hBN, nous proposons une interprétation pour l'origine de leurs émissions lumineuses UV.
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Jaffrennou, Périne. "Étude des propriétés optiques du nitrure de bore hexagonal et des nanotubes de nitrure de bore." Cachan, Ecole normale supérieure, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00344654/fr/.
Full textAbstract:
L'étude des propriétés optiques des matériaux semiconducteurs et, notamment, des composés émettant dans l'ultraviolet (UV) constitue depuis quelques années une thématique de recherche de plus en plus importante du fait des applications potentielles de ces matériaux en optoélectronique. Dans cette perspective, étudier les propriétés optiques du nitrure de bore hexagonal (hBN) et des nanotubes de nitrure de bore (BN) est particulièrement intéressant, étant donné leur caractère semiconducteur à grand gap (autour de 6 eV). L'objectif de cette étude est d'analyser les propriétés optiques de ces matériaux et, plus particulièrement, leurs effets excitoniques, en développant des méthodes de caractérisation optique adaptées pour observer des émissions UV. Les techniques expérimentales de photoluminescence et de cathodoluminescence développées au cours de cette thèse ont tout d'abord permis de comprendre les propriétés de luminescence du hBN. Ainsi, nous avons pu confirmer la présence d'excitons libres émettant à 5. 77 eV. Ensuite, en corrélant ces mesures optiques avec des analyses structurales en microscopie électronique en transmission de cristaux individuels, nous avons mis en évidence l'existence d'excitons liés à des défauts structuraux bien déterminés et émettant autour de 5. 5 eV. Une fois les propriétés de luminescence du matériau massif connues, nous avons analysé de la même manière différents types de nanotubes de BN multifeuillets. Ces mesures ont pour la première fois montré que ces nano objets émettent également dans l'UV. En se basant sur notre étude de la luminescence de hBN, nous proposons une interprétation pour l'origine de leurs émissions lumineuses UV<br>Since several years, optical properties of semiconductors, and especially of UV emitting materials, have been extensively studied because of their potential use in optoelectronics. In that purpose, studying optical properties of hexagonal boron nitride (hBN) and boron nitride nanotubes is of particular interest since they are both wide band gap semiconductors (~6 eV). The purpose of this work is to analyze the optical properties of these materials and, more precisely, their excitonic effects by developing optical characterization methods dedicated to observe UV emissions. The experimental techniques we have developed (photoluminescence and cathodoluminescence) have allowed us understanding luminescence properties of hBN. Thus, we have observed free excitonic emissions at 5. 77 eV. Then, a correlation of these optical measurements with structural analyses of individual hBN crystallites in transmission electron microscopy has pointed out the existence of excitons bound to well identified structural defects and emitting around 5. 5 eV. After the analysis of hBN optical properties, we have performed the same type of experiments on multiwall BN nanotubes. For the first time, such measurements have shown that these nano objects also emit in the UV range. Based on our previous study of hBN luminescence properties, we interpretate the origin of the BN nanotubes UV light emissions
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Ottapilakkal, Vishnu. "2D Hexagonal boron nitride epitaxy on epigraphene for electronics." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2024. http://www.theses.fr/2024LORR0122.
Full textAbstract:
Au cours des dernières années, l'importance de nanoélectronique a augmenté avec la demande pour des dispositifs plus petits et plus efficaces. Les technologies traditionnelles basées sur le silicium rencontrent des défis, notamment pour la réduction de la taille des transistors tout en maintenant leur performance. Les longueurs de canal plus courtes améliorent la vitesse et la densité des dispositifs, mais entraînent des problèmes tels que l'électromigration, les fuites et la charge thermique. Le graphène, un matériau bidimensionnel, offre une solution grâce à sa haute mobilité des porteurs, sa conductivité thermique et sa stabilité, ce qui en fait une alternative prometteuse au silicium. L'utilisation des propriétés du graphène pourrait surmonter les limitations du silicium, permettant le développement de nanoélectroniques de prochaine génération avec de meilleures performances et évolutivité. Le graphène monolayer est généralement produit par des méthodes d'exfoliation, mais celles-ci introduisent souvent des défauts et des contaminants, dégradant ses propriétés électriques et limitant la production à grande échelle. La déposition chimique en phase vapeur (CVD) offre une solution plus efficace, mais peut encore introduire des défauts, tandis que la réduction de l'oxyde de graphène entraîne trop d'imperfections pour la nanoélectronique. Le graphène épitaxial (epigraphène) offre des propriétés de transport supérieures pour les dispositifs haute performance, mais, comme tout graphène, il est sensible aux conditions environnementales et nécessite une passivation efficace. Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un matériau de passivation prometteur en raison de sa compatibilité structurelle avec le graphène. Bien que les méthodes conventionnelles de transfert de h-BN introduisent des défauts, l'épitaxie en phase vapeur métal-organiques (MOVPE) permet une croissance directe sur l'épigraphène, résolvant ces problèmes. Cette thèse examine la croissance de couches minces de h-BN sur divers substrats d'épigraphène (monocouche, multicouche et motifé) en utilisant l'épitaxie de van der Waals, en mettant l'accent sur leurs applications potentielles dans les transistors à couche mince (TFT). L'étude se divise en trois domaines clés : d'abord, nous avons exploré la croissance MOVPE de couches de h-BN (jusqu'à 20 nm) sur de l'épigraphène monocouche et multicouche sur carbure de silicium (SiC), en examinant les faces terminées au silicium (face Si) et au carbone (face C). Les deux substrats ont montré des caractéristiques de surface similaires, et le recuit thermique a amélioré la qualité cristalline sans compromettre l'intégrité de l'hétérostructure h-BN/épigraphène jusqu'à 1550 degrés. Deuxièmement, nous avons exploré la croissance sélective de h-BN de haute qualité sur l'épigraphène motifé en gravant pour ne conserver que les motifs de graphène souhaités avant la croissance de h-BN. Cette méthode a contribué à réduire la formation de particules et les dommages comparés aux techniques de motifage post-dépôt conventionnelles. Enfin, des dispositifs TFT ont été fabriqués à partir de ces hétérostructures après avoir étudié diverses méthodes de gravure (CF4, XeF2, SF6) pour éliminer le h-BN et établir des contacts avec l'épigraphène. Les caractérisations électriques préliminaires ont montré des variations de résistance avec les champs magnétiques, bien que la résistance de contact ait été plus élevée que prévu. Cette recherche fournit une technique prometteuse pour produire des couches de h-BN de haute qualité sur des dispositifs à base de graphène, ouvrant la voie à de nouveaux avancements tout en identifiant les domaines à améliorer<br>In this century, the importance of nanoelectronics has grown with the demand for smaller, more efficient devices. Traditional silicon-based technologies face challenges, particularly in scaling down transistors while maintaining performance. Shorter channel lengths improve speed and device density but lead to issues like electromigration, leakage, and thermal load. Graphene, a two-dimensional material, offers a solution due to its high carrier mobility, thermal conductivity, and stability, making it a promising alternative to silicon. Utilizing graphene's properties could overcome silicon's limitations, enabling next-generation nanoelectronics with better performance and scalability. Monolayer graphene is typically produced via exfoliation methods, but these often introduce defects and contaminants, degrading its electrical properties and limiting large-scale production. Chemical vapor deposition (CVD) offers a more scalable solution but can still introduce defects, while reducing graphene oxide leads to too many imperfections for nanoelectronics. Epitaxial graphene (epigraphene) offers superior transport properties for high-performance devices but, like all graphene, is sensitive to environmental factors and requires effective passivation. Hexagonal boron nitride (h-BN) is a promising passivation material due to its structural compatibility with graphene. While conventional methods of h-BN transfer introduce defects, metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE) allows direct growth on epigraphene, solving these issues. This thesis investigates the growth of thin h-BN layers on various epigraphene substrates (monolayer, multilayer, and patterned) using van der Waals epitaxy, with a focus on their potential applications in thin-film transistors (TFTs). The study is divided into three key areas: First, we explored the MOVPE growth of h-BN layers (up to 20 nm) on monolayer and multilayer epigraphene on silicon carbide (SiC), examining the silicon-terminated (Si-face) and carbon-terminated (C-face) faces. Both substrates exhibited similar surface characteristics, and thermal annealing was found to improve crystal quality without compromising the integrity of the h-BN/epigraphene heterostructure up to 1550 degrees. Second, we explored the selective growth of high quality h-BN over patterned epigraphene by etching to retain only the desired graphene patterns prior to h-BN growth. This method helped in reducing particle formation and damage compared to conventional post-deposition patterning techniques. Finally, TFT devices were fabricated from these heterostructures after investigating various etching methods (CF4, XeF2, SF6) to remove h-BN and establish contact with the underlying epigraphene. Preliminary electrical characterizations showed changes in resistance with magnetic fields, although contact resistance was higher than anticipated. This research provides a promising technique for producing high-quality h-BN layers on graphene-based devices, paving the way for further advancements while identifying areas for improvement
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Serrano, richaud Elisa. "Modelling electronic and optical properties of 2D heterostructures." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP121.
Full textAbstract:
Le graphène (Gr) et le nitrure de bore hexagonal (hBN) ont un paramètre de réseau similaire (décalage de ~1,5 %) et des propriétés différentes : le Gr est un métal connu pour sa conductivité élevée et le hBN est un isolant à grand écart (~6eV) avec une forte émission d'UV. En raison de ces deux remarques, ils sont des candidats parfaits pour être empilés côte à côte dans une hétérostructure latérale au lieu d'être empilés l'un sur l'autre dans une hétérostructure verticale plus courante. Dans cette thèse, je m'intéresserai à la modélisation des propriétés électroniques et optiques des hétérostructures latérales composées de nanorubans successifs de graphène et de nitrure de bore (AGBN). Cependant, lors de la synthèse de ce type d'hétérostructures, des défauts, tels que des rugosités ou des défauts non-hexagonaux, peuvent apparaître à l'interface et affecter les propriétés des AGBN.Dans la première partie de la thèse, je combinerai des techniques ab-initio telles que la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et un modèle perturbatif de liaison étroite (TB) pour étudier la sensibilité opposée et complémentaire de la largeur de la fente des nanorubans armchair Gr et hBN isolés (AGNR et ABNNR) en fonction de différents stimuli.Dans les parties suivantes, je présenterai la structure électronique de l'AGBN réalisée avec la DFT et le spectre optique calculé par GW et l'équation de Bethe-Salpeter (BSE). Je passerai des caractéristiques générales, comme la structure de bande, à l'explication détaillée du rôle de chaque matériau et du confinement caractéristique de l'exciton dans la partie Gr des hétérostructures.Parallèlement à cette étude, je vais paramétrer un modèle TB semi-empirique et fixer ses limites de validité pour décrire le spectre d'absorption de l'AGBN dans l'approximation des particules indépendantes. Par conséquent, je dois établir une correspondance entre les pics excitoniques sur les spectres d'absorption BSE et les transitions dans les spectres IP, ce qui nous permettra d'estimer les effets excitoniques à partir des spectres TB IP. En particulier, cette approche sera utilisée dans la dernière partie de la thèse pour caractériser l'impact d'une faible rugosité à l'interface ou de défauts non-hexagonaux comme les Stone-Wales ou les divacances<br>Graphene (Gr) and hexagonal boron nitride (hBN) have a similar lattice parameter (~1.5% mismatch) and different properties , Gr is a metal known by its high conductivity and hBN is a large gap insulator ~6eV) with a strong UV emission. Due to these two remarks, they are perfect candidates to be stacked side-by-side in a lateral heterostructures instead of one of the top of the other in a more common vertical heterostructure. In this thesis I will be interested at modelling the electronic and optical properties of lateral heterostructures composed of successive armchair graphene and boron nitride nanoribbons (AGBN). However, during the synthesis of this kind of heterostructures defects, such as roughness or non-hexagonal defect, may appear at the interface affecting to the properties of AGBN.In the first part of the thesis, will combine ab-initio techniques such a density functional theory (DFT) and a perturbative tight-binding (TB) modem to study the opposite and complementary sensitivity of the gapwidth of isolated Gr and hBN armchair nanoribbons (AGNR and ABNNR) upon different stimuli.In the next parts I will present the electronic structure of AGBN carry out with DFT and optical spec-trum calculated by GW and the Bethe-Salpeter equation (BSE). I will revise from the general features, like the band structure, to explaining in detail the role of each material and the characteristic confining of the exciton in the Gr part of the heterostructures.Parallel to this study, I will parametrise a semi-empirical TB model and set its limits of validity to de-scribe the absorption spectrum of AGBN in the independent-particle approximation. Therefore, I have to set a correspondence between excitonic peaks on the BSE absorption spectra and transitions in IP spec-tra will allow us to estimate excitonic effects from the TB IP spectra. In particular, this approach will be used in the last part of the thesis to finally characterise the impact of weak roughness at the interface or non-hexagonal defects like Stone-Wales or divacancies
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Pelini, Thomas. "Optical properties of point defects in hexagonal boron nitride." Thesis, Montpellier, 2019. http://www.theses.fr/2019MONTS139.
Full textAbstract:
L’objectif de cette thèse était d’explorer et de caractériser optiquement les défauts ponctuels dans le nitrure de bore hexagonal. L’étude des défauts dans ce semiconducteur revêt un intérêt fondamental à la fois pour la science des matériaux dans laquelle il joue un rôle clé de part sa nature lamellaire (matériau 2D) et sa stabilité thermique et chimique très élevées, et également dans le domaine des technologies quantiques où son grand gap (~ 6 eV) permet d’exploiter les défauts ponctuels profonds comme «atome artificiel» dans la matrice cristalline. Au cours de cette thèse, des défauts appartenant à deux gammes spectrales ont été étudiés: une première classe émettant dans le visible, et une seconde émettant dans la gamme ultraviolette.Ainsi, dans un premier temps, nous avons exploité un microscope confocal à balayage fonctionnant à l’ambiante et dans les longueurs d’onde visibles. La réalisation de cartes spatiales de photoluminescence a permis de mettre en évidence l’existence de points chauds de photoluminescence localisés, sous la limite de diffraction du microscope, et émettant autour de 600 nm (2 eV). Des mesures de corrélations temporelles de photons montre d’une part qu’il s’agit d’émetteurs quantiques uniques, et permet d’autre part de sonder la photo-dynamique de ces systèmes, en particulier aux très longues échelles de temps. Différents régimes de photo-stabilité sont observés et discutés. Enfin, l’étude en puissance a aussi été effectuée et montre qu’une part des émetteurs (~ 5%) sont photo-stables à haute puissance d’excitation optique et saturent à un taux d’émission de plusieurs millions de coups par seconde: ces défauts ponctuels constituent une source de photons uniques parmi les plus brillantes à température ambiante dans un système à l’état solide.Dans un second temps, nous avons exploré les défauts émettant dans la gamme ultraviolette. Un préalable à la maitrise et l’utilisation des défauts dans les semiconducteurs à des fins technologiques est la connaissance de leur origine chimique. Dans cette optique nous avons tout d’abord étudié les niveaux énergétiques superficiels et profonds d’échantillons de nitrure de bore hexagonal enrichis en carbone en combinant des mesures de macro-photoluminescence et de réflectivité. L’existence de nouvelles transitions optiquement actives est révélée (autour de 300 nm), et l’implication du carbone comme origine de ces transitions est discutée. L’étude approfondie de ces nouvelles émissions a requiert la réalisation d’un microscope confocal à balayage fonctionnant dans l’ultraviolet à 266 nm et à température cryogénique. Le design du microscope est détaillé, les difficultés de sa mise en oeuvre expliquées, et ses performances démontrées. Ce nouvel outil expérimental nous permet d’examiner avec précision les défauts profonds. En particulier, une étude est faite sur la corrélation spatiale de ces nouvelles raies avec celle du défaut ponctuel bien connu à 4.1 eV. Ensuite, nous avons utilisé des nouveaux échantillons dopés en carbone isotopiquement purifié comme stratégie pour déterminer la nature chimique du défaut à 4.1 eV. À travers cette tentative, nous avons mis en lumière l’inhomogénéité spatiale des caractéristiques optiques de cet émetteur. Enfin, dans la dernière partie, on tente d’isoler l’émission provenant d’un défaut unique à 4.1 eV. Pour cela, on utilise des flocons fins pré-caractérisés en microscopie électronique et contenant une faible densité d’émetteurs. Leur photostabilité est étudiée<br>The purpose of this thesis was to explore and caracterize optically the point defects in hexagonal boron nitride. The study of defects in this semiconductor is of fundamental importance firstly for the material science in which it plays a key role thanks to its lamellar structure (2D material) and its high thermal and chemical stability, and secondly for the quantum nanotechnology domain where its large bandgap (~ 6 eV) allows for exploiting deep levels point imperfections as «artificial atom» in the crystal lattice. During this thesis, defects in two spectral ranges have been studied: a first family emitting in the visible wavelengths, and a second one emitting in the ultraviolet range.Firstly, we made use of a scanning confocal microscope working in ambient conditions and at visible wavelengths. The recording of photoluminescence spatial maps permited to show the existence of localised hot spot of light, under the diffraction limit of the miscroscope, and emitting around 600 nm (2 eV). Time photon-correlation measurements revealed on one hand that we were dealing with single quantum emitters, and on the other hand allowed for probing the photodynamics of those systems, in particular at very long time-scale. Various photostability regimes are observed and discussed. Last but not least, power resolved study was also performed and demonstrated that a number of the emitters (~ 5%) are photo-stable at high excitation power and saturate at few millions counts per second: those point defects are one of the brightest single-photon source at room temperature in solid-state systems.Secondly, we explored the defects in the ultraviolet spectral range. A prerequisite to the engineering of defects in semiconductors for technological applications is the knowledge of their chemical origin. With this in mind, we studied shallow and deep levels in carbon-doped hBN samples by combining macro-photoluminescence and reflectance measurements. We showed the existence of new optically-active transitions (around 300 nm) and discussed the implication of carbon in these levels. The in-depth study of these levels have required the development of a new scanning micro-photoluminescence confocal microscope operating at 266 nm under cryogenic environment. The design and performances of the optical system are described, and the experimental challenges explained in details. Using this new setup, we went further into the examination of the deep levels. In particular, a study was carried out regarding the spatial correlation between these new spectral lines and the well-known point defect at 4.1 eV. Then, we used new crystals with isotopically-purified carbon doping as a strategy to investigate the long-standing question concerning the chemical origin of the 4.1 eV defect. Through this attempt, we brought to light the spatial dependence of the optical features for this specific emitter. Last but not least, we present our work dedicated to isolate the emission of a single 4.1 eV defect. We studied the photoluminescence of thin undoped flakes, pre-characterized with an electron microscope, that contain a low density of emitters, and inspected in particular their photostability in these thin crystals
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Fournier, Clarisse. "Centres colorés contrôlés en position dans le nitrure de bore hexagonal pour l'émission de photons uniques cohérents." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPAST165.
Full textAbstract:
Le traitement optique de l'information quantique nécessite des émetteurs de photons uniques indiscernables. Dans ce cadre, des émetteurs quantiques récemment découverts dans les matériaux 2D offrent de nouvelles perspectives en termes de dispositifs photoniques intégrés. Ainsi, dans le nitrure de bore hexagonal (hBN), une nouvelle famille de centres colorés a l'avantage de posséder une faible dispersion en longueur d'onde. Ces centres émettant dans le bleu (λ ≈ 435 nm) peuvent également être positionnés de manière déterministe. Ces deux qualités sont rares parmi les émetteurs quantiques dans l'état solide et s'ajoutent en outre à des propriétés photophysiques avantageuses. Cette famille d'émetteurs constitue l'objet d'étude principal de cette thèse.Dans un premier temps, nous détaillons les principales figures de mérite d'un émetteur de photons uniques : brillance, pureté, cohérence temporelle et indiscernabilité. Nous évoquerons également les principaux systèmes physiques émettant des photons uniques, afin de contextualiser la caractérisation à suivre des centres colorés bleus dans hBN.Nous décrivons, dans une deuxième partie, les méthodes expérimentales génériques employées au cours de la thèse en commençant par l'exfoliation mécanique permettant d'obtenir des cristaux de hBN et l'irradiation électronique pour la création des centres colorés. Ceux-ci sont ensuite caractérisés optiquement à l'échelle individuelle au moyen de techniques combinant microscopie confocale, cryogénie, comptage de photons et spectroscopie. Nous détaillons également le traitement des données utilisé pour calculer la fonction d'autocorrélation d'intensité. Le troisième chapitre est consacré aux mesures de différentes propriétés photophysiques des centres bleus à l'échelle de l'émetteur individuel, telles que le temps de vie, la pureté, la polarisation et la photostabilité. Nous nous intéressons également au processus de création des centres colorés bleus, en effectuant des mesures de cathodoluminescence in situ, complétées par des mesures optiques. La nature microscopique de cette famille de centres colorés est également évoquée.Nous traitons ensuite de l'excitation laser résonante d'un centre bleu. L'étude des corrélations de photons permet d'observer des oscillations de Rabi, et d'en extraire le temps de cohérence de l'émetteur. En outre, ces corrélations donnent accès à la dynamique de la diffusion spectrale prenant place à une échelle de temps de l'ordre de la dizaine de microsecondes. Enfin, nous étudions l'indiscernabilité des photons émis par un centre bleu en mesurant les corrélations de photons dans un interféromètre de Hong, Ou et Mandel. Nous mettons en évidence le phénomène d'interférence à deux photons témoignant de l'indiscernabilité partielle des photons émis par le centre coloré. Ce résultat prometteur pourra être améliorée grâce à l'intégration des émetteurs dans des structures photoniques visant à augmenter la collection et diminuer l'impact du déphasage.Les résultats détaillés dans cette thèse démontrent le potentiel de ces centres colorés bleus dans hBN pour des applications dans le domaine de l'information quantique. De futur développements permettront une meilleure compréhension et un meilleur contrôle de leur dynamique d'émission ainsi que leur intégration dans des dispositifs optoélectroniques. Ces travaux ouvrent de nouvelles perspectives en termes de photonique quantique avec des matériaux 2D<br>Optical quantum information processing requires single and indistinguishable photon emitters. In this context, recently discovered quantum emitters in 2D materials offer new perspectives in terms of integrated photonic devices. In hexagonal boron nitride (hBN), a new family of color centers has the advantage of a low wavelength dispersion. These blue-emitting color centers (λ ≈ 435 nm) can also be positioned deterministically. These two qualities are rare among solid-state quantum emitters, and add up to advantageous photophysical properties. This family of emitters is the main focus of this thesis.First, we detail the main figures of merit of a single-photon emitter: brightness, purity, temporal coherence and indistinguishability. We also discuss the main physical systems emitting single photons, in order to contextualize the following characterization of blue color centers in hBN.In the second part, we describe the generic experimental methods used during the thesis: mechanical exfoliation to obtain hBN crystals and electron irradiation to create the color centers. The latter are then optically characterized on an individual scale using techniques combining confocal microscopy, cryogenics, photon counting and spectroscopy. Finally, we describe the data processing methods used to calculate the intensity autocorrelation function.The third chapter is devoted to measurements of various photophysical properties of blue centers at the scale of individual emitters, such as lifetime, purity, polarization and photostability. We also focus on the creation process of blue color centers, by carrying out in-situ cathodoluminescence measurements, complemented by optical measurements. The microscopic nature of this family of color centers is also discussed.We then address the resonant laser excitation of a blue center. The study of photon correlations allows us to observe Rabi oscillations, and to extract the coherence time of the emitter. In addition, these correlations give access to the dynamics of the spectral diffusion taking place on a time scale of a few tenths of microseconds. Finally, we study the indistinguishability of photons emitted by a blue center by measuring photon correlations in a Hong-Ou-Mandel interferometer. We demonstrate two-photon interference, indicating partial indistinguishability of photons emitted by the color center. This promising result could be improved by integrating the emitters into photonic structures designed to increase collection and reduce the impact of dephasing.The results detailed in this thesis show the potential of this family of blue color centers in hBN as quantum emitters for quantum information applications. With future developments aiming to understand and control their dynamics, as well as to integrate them into optoelectronic devices, our work opens new perspectives for optical quantum information with 2D materials
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HAYS, VINCENT. "Formation de couches superficielles de nitrure de bore hexagonal sur des aciers inoxydables : aspects cinetiques et structuraux." Nantes, 1997. http://www.theses.fr/1997NANT2023.
Full textAbstract:
Les interfaces heterogenes sont relativement mal connues, hormis pour quelques couples metal-oxyde que la coherence cristalline permet de decrire simplement. Dans le cas general, la structure de l'interface ne resulte pas du raccordement exact de deux reseaux et il est necessaire d'introduire des dislocations interfaciales (ou/et d'autres defauts) pour decrire cette interface dont de nombreuses proprietes sont tributaires. Nous avons etudie les interfaces du couple nitrure de bore hexagonal-acier inoxydable austenitique, au plan structural et chimique par les techniques de la spectrometrie auger et de la microscopie electronique. Pour preparer ces interfaces dans de bonnes conditions nous avions imagine de les obtenir par precipitation de nitrure de bore sur la surface de l'acier. Pour cela un taux minimum de bore dans l'acier (0. 01%m) est necessaire et la premiere etape a consiste a doper en bore des aciers inoxydables contenant de l'azote. Dans ce but, nous avons developpe des methodes pour obtenir un apport connu de bore : depot cvd, fusion superficielle laser, mecanosynthese. . . Nous avons ensuite construit les interfaces metal-ceramique en faisant precipiter le nitrure de bore a la surface de l'acier inoxydable, lors de recuits isothermes sous atmosphere neutre. On observe la precipitation du nitrure de bore hexagonal sur la surface pour des temperatures comprises entre 700 et 800c. On montre que la precipitation est sous la dependance de la segregation du soufre en surface ; en effet suivant le traitement thermique, le soufre segrege a l'interface ceramique-metal ou bien il segrege sur la surface libre de l'acier empechant un recouvrement uniforme par le nitrure de bore. L'etude cristallographique montre que la couche de nitrure de bore est orientee 001<uv0> quelle que soit l'orientation des grains de l'acier. Toutefois les grains d'orientation cristallographique 111<uvw> favorisent la formation de la couche.
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Henni, Younes. "Etudes magnéto-Raman de systèmes - graphène multicouches et hétérostructures de graphène-nitrure de bore." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAY060/document.
Full textAbstract:
Comme le quatrième élément le plus abondant dans l’univers, le carbone joue un rôle important dans l’émergence de la vie sur la terre comme nous la connaissons aujourd’hui. L’ère industrielle a vu cet élément au cœur des applications technologiques en raison des différentes façons dont les atomes forment les liaisons chimiques, ce qui donne lieu à une série d’allotropies chacun ayant des propriétés physiques extraordinaires. Par exemple, l’allotrope le plus thermodynamiquement stable du carbone, le cristal de graphite, est connu pour être un très bon conducteur électrique, tandis que le diamant, très apprécié pour sa dureté et sa conductivité thermique, est néanmoins considéré comme un isolant électrique en raison de sa structure cristallographique différente par rapport au graphite. Les progrès de la recherche scientifique ont montré que les considérations cristallographiques ne sont pas le seul facteur déterminant pour une telle variété dans les propriétés physiques des structures à base de carbone. Ces dernières années ont vu l’émergence de nouvelles formes allotropiques de structures de carbone qui sont stables dans les conditions ambiantes, mais avec dimensionnalité réduite, ce qui entraîne des propriétés largement différentes par rapport aux structures en trois dimensions. Parmi ces nouvelles classes d’allotropes il y a le graphene, qui est le premier matériau à deux dimensions. L’isolation réussi de monocouches de graphène a contesté une croyance établie depuis longtemps en physique : le fait que les matériaux purement 2D ne peuvent pas exister dans les conditions ambiantes parce qu'ils sont instables en raison de l’augmentation des fluctuations thermiques lorsqu’ils se prolongent dans les 2D. Afin de minimiser son énergie, un matériau se brisera en îlots coagulées. Le graphène arrive cependant à surmonter cette barrière en formant des ondulations continues sur la surface du substrat et est stable même à température ambiante et pression atmosphérique. Une grande intention dans la communauté scientifique a été donnée au graphène, après les premiers résultats publiés sur les propriétés électroniques de ce matériau. Les propriétés fondamentales et mécaniques du graphène sont fascinants. Grace aux atomes de carbone qui sont emballés dans un mode sp2 hybridé, formant ainsi une structure de réseau hexagonal, le graphène possède le plus grand module de Young et la plus grande capacité d’étirement, en même temps des centaines de fois plus dur que l’acier. Il conduit la chaleur et l’électricité de manière très efficace. L’aspect le plus fascinant à propos du graphène est surement la nature de ses porteurs de charge à basse énergie. En effet, le graphène présente des bandes d’énergie linéaires au point de neutralité de charge, donnant aux porteurs de charge une nature relativiste. De nombreux phénomènes observés dans ce matériau sont des conséquences de la nature relativiste de ses porteurs. Transport balistique, conductivité optique universelle, absence de rétrodiffusion, et une nouvelle classe d’effet Hall quantique sont de bons exemples de phénomènes nouvellement découverts dans ce matériau. Il est cependant encore trop tôt pour affirmer que toutes les propriétés physiques du graphene sont bien comprises. Dans cette thèse, nous avons mené des expériences de spectroscopie magnéto-Raman pour répondre à certaines des questions ouvertes dans la physique du graphène, notamment l’effet de couplage de Coulomb sur le spectre d’énergie du graphène, et le changement dans les propriétés physiques du graphène multicouche en fonction de sa cristallographie. Nos echantillions ont été soumis à de forts champs magnétiques, appliqués perpendiculairement aux plans atomiques. Le spectre d’excitation sous champ magnétique montre un couplage entre ces excitations et les modes de vibratoires. Cette approche expérimentale permet de remonter à la structure de bande du graphene en champs nul, ainsi que de nombreuses autres propriétés du matériau<br>As the fourth most abundant element in the universe, Carbon plays an important rolein the emerging of life in earth as we know it today. The industrial era has seen this element at the heart of technological applications due to the different ways in which carbon forms chemical bonds, giving rise to a series of allotropes each with extraordinary physical properties. For instance, the most thermodynamically stable allotrope of carbon, graphite crystal, is known to be a very good electrical conductor, while diamond very appreciated for its hardness and thermal conductivity is nevertheless considered as an electrical insulator due to different crystallographic structure compared to graphite. The advances in scientific research have shown that crystallographic considerations are not the only determining factor for such a variety in the physical properties of carbon based structures. Recent years have seen the emergence of new allotropes of carbon structures that are stable at ambient conditions but with reduced dimensionality, resulting in largely different properties compared to the three dimensional structures. Among these new classes of carbon allotropes is the first two-dimensional material: graphene.The successful isolation of monolayers of graphene challenged a long established belief in the scientific community: the fact that purely 2D materials cannot exist at ambient conditions. The Landau-Peierls instability theorem states that purely 2D materials are very unstable due to increasing thermal fluctuations when the material in question extends in both dimensions. To minimize its energy, the material will break into coagulated islands, an effect known as island growth. Graphene happens to overcome such barrier by forming continuous ripples on the surface of its substrate and thus is stable even at room temperature and atmospheric pressure.A great intention from the scientific community has been given to graphene, since 2004. Both fundamental and mechanical properties of graphene are fascinating. Thanks to its carbon atoms that are packed in a sp2 hybridized fashion, thus forming a hexagonal lattice structure, graphene has the largest young modulus and stretching power, yet it is hundreds of times stronger than steel. It conducts heat and electricity very efficiently, achieving an electron mobility as high as 107 cm−2V−1 s−1 when suspended over the substrate. The most fascinating aspect about graphene is the nature of its low energy charge carriers. Indeed, graphene has a linear energy dispersion at the charge neutrality, giving the charge carriers in graphene a relativistic nature. Many phenomena observed in this material are consequences of this relativistic nature of its carriers. Ballistic transport, universal optical conductivity, absence of back-scattering, and a new class of room temperaturequantum Hall effect are good examples of newly discovered phenomena in thismaterial. Graphene has become an active research area in condensed matter physics since 2004. It is however still early to state that all the physical properties of this material are well understood. In this thesis we conducted magneto-Raman spectroscopy experiments to address some of the open questions in the physics of graphene, such as the effect of electron-electron coupling on the energy spectrum of monolayer graphene, and the change in the physical properties of multilayer graphene as a function of the crystallographic stacking order. In all our experiments, the graphene-based systems have been subject to strong continuous magnetic fields, applied normal to the graphene layers. We study the evolution of its energy excitation spectra in the presence of the magnetic field, and also the coupling between these excitations and specific vibrational modes that are already in the system. This experimental approach allows us to deduce the band structure of the studied system at zero field, as well as many other lowenergy properties
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Rousseau, Adrien. "Deep-UV hyperspectral microscopy of hexagonal boron nitride : from the monolayer to the polytypes." Electronic Thesis or Diss., Université de Montpellier (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023UMONS077.
Full textAbstract:
Dans cette thèse, j'ai étudié les propriétés optiques des monocouches et des polytypes de nitrure de bore hexagonal (hBN) en utilisant la microscopie hyperspectrale dans l'ultraviolet (UV) profond. Au cours de la dernière décennie, le hBN est apparu comme un matériau essentiel pour l'optoélectronique dans l'UV profond, présentant une forte émission à la longueur d'onde typique de 210 nm. Il est intéressant de noter que le hBN est un matériau lamellaire semblable au graphite, constitué de couches atomiques en nid d'abeille faiblement empilées composées d'atomes de bore et d'azote appelées monocouches de hBN. Comme beaucoup d'autres matériaux 2D, la structure lamellaire du hBN offre une grande polyvalence dans la configuration atomique, permettant la séparation des couches jusqu'à l'isolation d'une seule monocouche de hBN ou l'existence de divers empilements conduisant à la formation de polytypes de hBN. Les degrés de liberté permis par la structure lamellaire, à savoir la réduction de la dimensionnalité et l'empilement des couches, peuvent influencer les propriétés du hBN par la modification du couplage inter-couches, qui disparaît pour une monocouche de hBN isolée. Il en résulte une diversité de propriétés optoélectroniques qui peuvent être contrôlées via l'épaisseur ainsi que l'empilement des couches de hBN pour des applications spécifiques. Cependant, les monocouches et les polytypes de hBN sont généralement obtenus pour des tailles latérales de 10 à 100 µm. Par conséquent, l'étude de leurs propriétés optiques nécessite une microscopie à luminescence dans l'UV profond résolue spatialement, ce qui représente un véritable défi technique. Ainsi, les propriétés optiques de la monocouche de hBN sont encore mal connues, alors que celles des polytypes de hBN n'ont pas encore été rapportées.Au cours de ma thèse, j'ai développé un microscope hyperspectral à photoluminescence (PL) fonctionnant dans l'UV profond à des températures cryogéniques (4K) pour étudier les propriétés optiques des monocouches et polytypes de hBN. Le microscope atteint une résolution spatiale de 250 nm dans l'UV profond, ce qui m'a permis d'étudier des systèmes sub-micrométriques tels que des monocouches ou des polytypes de hBN. D'une part, ce microscope m'a permis d'étudier les propriétés optiques des monocouches de hBN exfoliées et épitaxiées à l'échelle microscopique dans l'UV profond. Mes résultats ont mis en évidence la coexistence de signaux PL et Raman de second ordre à 6.1 eV induits par l'excitation quasi-résonante dans les monocouches de hBN. Cela me conduit à une description complète et universelle du spectre d'émission à 6.1 eV, ce qui permet de mieux comprendre la nature longuement débattue de la bande interdite optique du hBN monocouche. D'autre part, j'ai utilisé le microscope pour isoler pour la première fois un polytype de hBN correspondant au nitrure de bore bernal (AB-hBN), ce qui m'a permis d'effectuer une étude approfondie de ses propriétés optiques. J'ai ainsi pu élucider l'impact de l'empilement sur les propriétés optiques du hBN, conduisant à l'émergence de propriétés exotiques dans le AB-hBN, telles que l'observation simultanée d'une émission directe et indirecte au niveau de la bande interdite. Cela m'a notamment permis de démontrer expérimentalement pour la première fois l'impact du couplage lumière-matière sur le déphasage des phonons à l'origine de l'élargissement thermique. En outre, en étudiant l'impact de l'empilement sur le spectre d'émission correspondant au "défaut 4.1 eV" du hBN, j'ai pu conclure sur la nature microscopique de ce défaut. Mes résultats ouvrent la voie à une meilleure compréhension de l'effet des modifications de la structure lamellaire sur les propriétés optiques du hBN<br>In this thesis, I have studied the optical properties of hexagonal boron nitride (hBN) monolayers and polytypes using hyperspectral microscopy in the deep-ultraviolet (deep-UV). In the last decade, hBN has emerged as a pivotal material for efficient deep-UV optoelectronics exhibiting a strong emission at a typical wavelength of 210nm. Interestingly, hBN is a graphite-like layered material that consists of weakly stacked honeycomb atomic layers of tightly bound boron and nitrogen atoms, the so-called hBN monolayers. As many other 2D materials, the layered structure of hBN offers great flexibility in the atomic configuration allowing the layers separation down to a single hBN monolayer or the existence of various stackings leading to the formation of hBN polytypes. The degrees of freedom permitted by the layered structure of hBN, namely the reduction of dimensionality and the layers stacking, may influence the hBN properties through the alteration of the interlayer coupling, which disappears for a single hBN monolayer. This results in a diversity of optoelectronic properties that could be tailored by controlling the thickness and stacking arrangements of hBN layers for specific applications. However, hBN monolayers and polytypes are typically found with lateral sizes of 10-100µm in hBN flakes. Thus, studying their optical properties requires spatially-resolved luminescence microscopy in the deep UV which represents a real technical challenge. Consequently, the optical properties of monolayer hBN are still poorly known while not yet been reported for hBN polytypes.During my thesis, I have developed an original hyperspectral photoluminescence (PL) microscope operating in deep-UV at cryogenic temperatures (4K) to study the optical properties of hBN monolayers and polytypes. The microscope reaches a spatial resolution of 250nm in the deep-UV allowing me to study sub-micrometric systems as hBN monolayers or polytypes. On the one hand, this microscope has allowed me to study the optical properties of exfoliated and epitaxial hBN monolayers at the microscopic scale in the deep-UV. My results unraveled the coexistence of PL and second-order Raman signals at 6.1eV induced by the quasi-resonant excitation in monolayer hBN. This leads me to a complete and universal description of the emission spectrum at 6.1eV, providing better insight into the long-debated nature of the optical bandgap of monolayer hBN. On the other hand, I used the microscope to isolate for the first time a hBN polytype corresponding to the so-called bernal boron nitride (AB-hBN) which allowed me to perform an in-depth study of its optical properties. I thus unraveled the impact of polytypes on the optical properties of hBN, leading to the emergence of exotic properties in AB-hBN such as the simultaneous direct and indirect bandgap emission. Notably, this allowed me to demonstrate experimentally for the first time the impact of the light-matter coupling on the phonon-dephasing at the origin of the thermal broadening. Furthermore, by studying the impact of stacking on the emission spectrum corresponding to the so-called "4.1eV defect" in hBN, I could conclude on the potential microscopic nature of this defect. My results provide a better understanding about the effect of structural modifications of the layered structure on the optical properties of hBN
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Soltani, Ali. "Croissance de films minces de nitrure de bore hexagonal et cubique par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma : caractérisations optiques et électriques." Metz, 2001. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/2001/Soltani.Ali.SMZ0134.pdf.
Full textAbstract:
L'objectif de la thèse a été de synthétiser des films minces de nitrure de bore cubique (c-BN) par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD) microondes (2,45 GHz), dans une perspective de réalisation d'un dispositif à ondes acoustiques de surface (SAW). Nous avons d'abord obtenu la phase hexagonale (h-BN), analysé les paramètres des dépôts et les conditions de croissance de films minces de c-BN est délicate et a surtout été obtenue avec les méthodes de dépôt physiques (PVD). Nous avons relevé le défi d'élaborer des films de c-BN par une technique de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et avons pu synthétiser cette phase avec succès en appliquant une autopolarisation RF (13,56 MHz) au substrat. Les films obtenus ont été caractérisés par des spectroscopies infrarouge (IRTF), MicroRaman (SMR), de lignes noires (m-lines) ainsi que par des méthodes électriques (I(V), C(V)) et physico-chimiques (XPS). Nous avons développé une méthode de détermination de l'orientation de l’axe optique "c" des films h-BN par spectroscopie infrarouge en travaillant en incidence oblique. En effet, cette technique permet de mettre en évidence les modes LO grâce à l'effet Berreman. Ceci nous a permis de modéliser les spectres à l'aide d’une nouvelle fonction diélectrique "effective" qui tient compte de l’orientation préférentielle des cristallites. Grâce à cette méthode, nous avons pu montrer qu'on peut orienter l’axe "c" en modifiant la puissance du plasma ou la tension d'autopolarisation du substrat. Les films de c-BN synthétisés correspondent à un mélange de phase h-BN et c-BN, avec dans le meilleur cas, des proportions supérieures à 90%, avec une structure multicouche (Si/a-BN/h-BN orienté/c-BN). La technique mise au point en IR a permis de montrer que l'axe "c" de la sous-couche de h-BN est orientée parallèlement au plan du substrat, permettant ainsi la croissance de c-BN. Ces résultats ont aussi été corroborés par des mesures de microscopie à haute résolution (HRTEM). Tout comme pour les techniques PVD, les deux paramètres pertinents pour la synthèse de c-BN s'avèrent être l'énergie et l'importance des flux des ions incidents. Par ailleurs, des analyses électriques nous ont permis de mettre en exergue quelques propriétés du BN comme sa sensibilité à l’humidité de l’air ambiant et sa résistivité élevée, ce qui devrait permettre de mieux cerner mes précautions d’usage de la réalisation de dispositifs microélectroniques<br>The aim of this work was to synthesise cubic boron nitride thin films (c-BN) by chemical vapour deposition assisted by microwave plasma (2,45 GHZ), in order to carry out a device based on surface acoustic waves (SAW). We initially obtained the hexagonal phase (h-BN), analysed the deposition parameters ad the conditions of the growth which led to a good reproducibility of the layers. The growth c-BN thin films is very delicate and is generally obtained with physical vapour deposition methods (PVD). We succeeded in the fabrication of cubic phase (c-BN) by a chemical vapour deposition (CVD) method and we could elaborate this material successfully by applying an RF bias (13,56 MHz) to the substrates. The BN films were characterized by infrared (IRTF), MicroRaman (MRS), m-lines spectroscopies, as by electrical (I(V), C(V)) and physicochemical (XPS) methods. We developed a method of determination of the orientation of the optical axis "c" of the h-BN films by infrared spectroscopy, while working at oblique incidence. Indeed, with this technique is possible to excite the Lo modes due to the Berreman effect. This allowed us to extract a new "effect" dielectric function which takes into account the preferential orientation of crystallites. Using this method, we show that it is possible to modify the "c" axis orientation by changing the plasma power or the bias of the substrates. The synthesized films correspond to a mixture of h-BN and c-BN phases. The technique developed using IR allows us to show that the "c" axis of the h-BN sublayer is parallel to the substrate surface, allowing thus the growth of c-BN. These results were also corroborated by high resolution transmission electron microscopy measurements (HRTEM). As for PVD techniques, the two important parameters for the synthesis of the c-BN by PECVD are the energies and the magnitude of the incident flux of ions. In addition, electric analyses allowed us to put forward some properties of the BN as its rather large sensitivity to room moisture and its high resistivity, which should make it possible to determinate better precautions of use in the realization of microelectronic devices
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Soltani, Ali Bath Armand. "Croissance de films minces de nitrure de bore hexagonal et cubique par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma Caractérisations optiques et électriques /." [S.l.] : [s.n.], 2001. ftp://ftp.scd.univ-metz.fr/pub/Theses/2001/Soltani.Ali.SMZ0134.pdf.
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Kasri, Salima. "Développement de sources microplasma en mélange N₂/Ar pour la production d’azote atomique en vue d’une application aux procédés de dépôt de nitrures." Thesis, Sorbonne Paris Cité, 2019. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-03180054.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour but de développer et d’optimiser un nouveau réacteur de dépôt de nitrure de bore hexagonal (h-BN) sur grandes surfaces en utilisant une matrice de micro-décharges à cathode creuse (MHCD) dans un mélange azote/argon. h-BN est un matériau stratégique pour des applications à forte valeur ajoutée telles que la photonique et l’électronique. Une étude fondamentale d’une MHCD DC, réalisée à l’aide de diagnostics électriques et optiques ainsi que d’un modèle global (0D), nous a permis de déterminer les caractéristiques électriques de la décharge, de mettre en évidence la production d’azote atomique dans la MHCD, espèce clé pour le dépôt de nitrure, ainsi que de déterminer la densité électronique. Par ailleurs, un réacteur matriciel fonctionnant en régime impulsionnel a été caractérisé expérimentalement à l’aide de diagnostics électriques et optiques. Les diagnostics électriques nous ont permis d’étudier l’effet de la dilution et de la fréquence sur les paramètres électriques de la décharge. La spectroscopie d’émission optique et l’imagerie rapide nous ont quant à elles permis d’identifier les espèces radiatives, de déterminer les températures dans le plasma ainsi que d’identifier les différentes phases de l’évolution spatio-temporelle de la décharge. Enfin, les premiers tests de dépôts réalisés dans un réacteur dédié nous ont permis de mettre en évidence la faisabilité d’un dépôt de h-BN sur des substrats de 5 cm de diamètre grâce au procédé développé dans le cadre de cette thèse<br>The aim of this thesis is to develop and optimize a new hexagonal boron nitride (h-BN) deposition reactor on large surfaces using an array of micro hollow cathode discharges (MHCD) in a nitrogen/argon mixture. h-BN is a strategic material for strong added value applications, such as photonics and electronics. A fundamental study of one DC MHCD, carried out using electrical and optical diagnostics as well as a global model (0D), has allowed the electrical characteristics of the discharge to be measured, the production of atomic nitrogen in the MHCD to be highlighted, a key species for nitride deposition, as well as the electron density to be determined. Moreover, a matrix reactor operating under a ns-pulsed excitation has been experimentally characterized using electrical and optical diagnostics. Electrical diagnostics have been used to study the effect of dilution and frequency on the electrical parameters of the discharge. Optical emission spectroscopy and fast imaging have allowed the identification of radiative species, the determination of the temperatures in the plasma as well as the identification of the different phases of the spatio-temporal evolution of the discharge. Finally, the first deposition experiments, carried out in a dedicated reactor, have demonstrated the feasibility of h-BN deposition on 5 cm in diameter substrates thanks to the process developed in the frame of this thesis
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Tararan, Anna. "Spectroscopy in fragile 2D materials : from Graphene Oxide to single molecules at hexagonal Boron Nitride." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS441/document.
Full textAbstract:
La spectroscopie de perte d’énergie des électrons (EELS) et la cathodoluminescence (CL) dans un microscope électronique en transmission à balayage (STEM) sont des techniques puissantes pour l’étude des nanostructures isolées. Cependant, des électrons rapides peuvent endommager fortement des échantillons minces et fragiles, ce qui limite la résolution spatiale et l’intensité des signaux spectroscopiques. Pendant cette thèse, nous avons dépassé cette restriction par le développement de protocoles d’acquisition spécifiques pour l’étude de certains archétypes de nanosystèmes fragiles. Dans la première partie de cette thèse, nous avons caractérisé des flocons minces de graphène oxydé (GO) et GO réduit (RGO) par EELS dans le STEM. Grâce aux spécificités techniques de notre microscope et à la définition des conditions d’illumination optimales, nous avons dérivé des cartes du contenu d’oxygène dans le (R)GO à une résolution spatiale inédite. Aussi, par l’analyse des pics EELS de structure fine, nous avons révisé les modèles atomiques proposés dans la littérature. Des molécules isolées constituent une autre classe de nanomatériaux fortement sensibles à l’irradiation et aussi à l’environnement chimique et physique. Nous avons conduit des expériences de CL sur des molécules individuelles, grâce à un choix avisé du substrat. Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un matériaux bidimensionnel chimiquement inerte, qui participe activement au processus de CL en absorbant l’énergie incidente. Le transfert de l’excitation aux molécules et l’utilisation d’une routine innovante d’acquisition par balayage aléatoire ont permis de réduire les effets d’illumination. Ensuite, l’intérêt porté aux propriétés optiques du h-BN ont inspiré l’étude de sa phase cubique (c-BN), qui a été peu caractérisé auparavant à cause d’impuretés dans les cristaux. Nous avons analysé des cristaux de c-BN de haute pureté par EELS, en identifiant une bande interdite d’énergie plus grande que précédemment rapportée et plus proche des calculs les plus récents. Dans des cristaux moins purs, nous avons identifié et analysé plusieurs émissions associées à des défauts, en termes d’énergie caractéristique, distribution spatiale et temps de vie, par CL et interférométrie en intensité de Hanbury-Brown et Twiss<br>Electron energy loss spectroscopy (EELS) and cathodoluminescence(CL) in a scanning transmission electron microscope (STEM) are extremely powerful techniques for the study of individual nanostructures. Nevertheless, fast electrons damage extremely sensitive thin specimens, imposing strong limitations on the spatial resolution and the intensity of spectroscopic measurements. During this thesis we have overcome this restriction by developing material-specific acquisition protocols for the study of some archetypical fragile nanosystems. In the first part of this thesis we have characterized graphene oxide (GO) and reduced graphene oxide (RGO) thin flakes by EELS spectroscopy in the STEM. Thanks to the particular setup of our microscope and by experimentally defining the optimal illumination conditions, we have derived oxygen quantification maps of (R)GO at an unprecedented spatial resolution. On the basis also of EELS fine structures analysis, we have revised the existing proposed atomic models for these materials. Another class of exceedingly sensitive nanometric systems is represented by individual molecules, which are strongly affected by both illumination and chemical/physical environment. We have performed the first CL-STEM investigation on the luminescence of isolated molecules, thanks to a watchful choice of the substrate. Hexagonal boron nitride (h-BN) is a flat, chemically inert 2D material, that actively takes part in the CL process by absorbing the incident energy. Excitation transfer from h-BN to molecules and the use of an innovative random scan acquisition routine in the STEM have allowed to considerably lower illumination effects and improve CL intensity. Afterwards, the attractive optical properties of h-BN have led to the study of its cubic phase (c-BN), which has been up to now hindered by the poor quality of the crystals. By EELS in the STEM we have analysed c-BN crystals of the highest available purity, identifying a wider optical band-gap with respect to previous experimental studies and in better agreement with recent calculations. In commercial crystals, several defect-related emissions have been identified and analysed in terms of characteristic energy, spatial distribution and lifetime using CL and Hanbury-Brown and Twiss intensity interferometry
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Levert, Théo. "Growth and transfer of graphene and hexagonal boron nitride by chemical vapor deposition : applications to thermally efficient flexible electronics." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I007/document.
Full textAbstract:
L'électronique flexible est devenue un sujet au cœur des recherches actuelles. Dans ce but, plusieurs matériaux ont été utilisés tels que le PEN, PET ou le polyimide (PI). Ces matériaux présentent une bonne flexibilité et une compatibilité chimique avec les différents procédés utilisés en microélectronique, mais souffrent d'une faible conductivité thermique, menant à une réduction des puissances de travail des composants électroniques transférés sur de tels substrats, comparé à des substrats rigides plus classiques tels que le Silicium. Plusieurs pistes ont été investiguées pour contourner ce problème, et l'une des solutions consiste à remplir la matrice du polymère ou PI avec des nanomatériaux. Dans ce sens nous avons utilisé des structures 3D de graphène et de nitrure de bore hexagonal sous forme de mousse afin de remplir la matrice d'un PI. Nous expliquerons en détail comment nous avons obtenu un nouveau substrat flexible avec des propriétés thermiques améliorées<br>A major challenge is to find a way to grow those materials in order to achieve an easy and economically attractive way to produce large area of those materials with a good quality. Another challenge is to transfer those materials on substrate compatible with electronics (mainly SiO2). We will focus the first part of our work on investigation of the growth conditions required to produce large area graphene and h-BN of good quality and their transfer on SiO2. Flexible electronics has become an important field of research for many applications, such as flexible batteries. In this goal, several materials have been used such as PEN, PET or polyimide (PI). All these materials present a good flexibility and a chemical compatibility with microelectronics process but they suffer from poor thermal conductivity, leading to lower utilization of power of devices deposited compared to classic microelectronic substrate such as SiO2. Several way have been recently investigated to bypass this problem and a good solution is to fill the matrix of the polymer or polyimide with nanomaterials or nanofillers. We choose to use graphene and h-BN as the filler in a 3D shape: a foam of graphene or h-BN as the nanofiller and we chose a PI as the matrix. In the second part, we will explain in details how we achieve novel flexible substrates with enhanced thermal properties. We succeed in producing polycrystalline graphene on copper with quite a good quality, fully covering the metallic substrate with a size of 2x2cm. We tried to grow monocrystalline graphene using standard CVD and achieved hexagonal single crystals of 30µm, which is quite small compared to other methods used in literature. We synthetized polycrystalline h-BN using copper as a catalyst and ammonia borane as the precursor with a size of 6x2cm with a good homogeneity on all available substrate. We were able to transfer both graphene an h-BN on Si02 substrate using both classical wet transfer and bubbling transfer, leading to a fastest transfer and resulting on clean transfer of our materials, free of cracks, bubbles and resist residues. We succeed in producing both 3D graphene and 3D h-BN as foam using a Nickel foam as the catalyst, resulting in multilayer graphene and h-BN with a good quality. We produced new flexible and thermal efficient substrates using these foams as a filler in a matrix of PI, already commonly used as a classical flexible substrate for microelectronics. We developed two generations of substrates. We found similar mechanical properties and thermal stability as the commercial Kapton. We deposited thermistors on the surface in order to study the thermal dissipation of our samples. We improved the maximum power applied on the thermistors up to 100% before breakdown
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Elias, Christine. "Optical spectroscopy of hexagonal boron nitride : from bulk to monolayer." Thesis, Montpellier, 2020. http://www.theses.fr/2020MONTS054.
Full textAbstract:
Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) ou « graphite blanc » est un semiconducteur qui possède une large bande interdite (~ 6 eV) et dont la structure cristalline est proche de celle du graphite : elle est formée par des plans d’atomes arrangés en nid d’abeilles. La liaison entre les plans est de type Van-der-Waals. En 2004, h-BN a démontré sa capacité d’émettre de manière efficace de la lumière dans l’UV profond (~200 nm) et cela sur des cristaux massifs synthétisés au Japon (NIMS). Ces résultats ont attiré l’attention de la communauté scientifique des semiconducteurs pour la possibilité de pouvoir utiliser ce matériau comme une source de lumière pour des applications dans l’UV profond.La nature de la bande interdite dans h-BN massif a été un sujet de débat pendant plus de 12 ans et elle a été étudiée à la fois par des calculs théoriques et par des expériences. En 2016, le gap a été démontré de nature indirecte par des expériences de spectroscopie optique à 2-photons. Un exciton indirect et des recombinaisons assistées par phonons ont été observés par photoluminescence dans h-BN.Dans h-BN, comme dans d’autres matériaux 2D, en passant d’un système 3D (massif) à un système 2D (monocouche), la nature du gap change. Les calculs montrent un changement d’un gap indirect (massif) vers un gap direct (monocouche). Cette transition de gap indirect-direct n’a jamais été observée dans h-BN, et en conséquence les propriétés opto-électroniques de la monocouche n’ont jamais été étudiées. Durant cette thèse, nous avons étudié pour la première fois les propriétés optiques de la monocouche de BN (mBN) par spectroscopie optique (macro-PL et réflectivité) sur des échantillons de mBN épitaxiés par MBE à haute température sur des substrats de graphite (HOPG). Nos résultats ont démontré pour la première fois la possibilité de fabriquer une monocouche de BN (3.5 Å) par MBE. Nos mesures de spectroscopie optique ont démontré la présence d’une transition optique à 6.1 eV associée à un gap direct dans la mBN<br>Hexagonal boron nitride (h-BN) or “white graphite” is a semiconductor which has a wide bandgap (~ 6 eV) and whose crystalline structure is close to that of graphite: it is formed by planes of atoms arranged in a hexagonal form. The interaction between the planes is of Van-der-Waals type. In 2004, h-BN demonstrated its ability to efficiently emit light in the deep UV (~ 200 nm) in crystals synthesized in NIMS laboratory in JAPAN. These results have attracted the attention of the community of semiconductors to the possibility of being used as a source of light for deep UV applications.The nature of the band gap in bulk h-BN has been the subject of a debate for over 12 years and it has been studied by theoretical calculations and by experiments. In 2016, the gap was demonstrated to be indirect based on 2-photon spectroscopy measurements. Indirect exciton and phonon-assisted recombination were observed by photoluminescence in h-BN.In h-BN, like in other 2D materials, when changing from a 3D system (massive) to a 2D system (monolayer), the nature of the gap changes. The calculations show a change from an indirect gap (bulk) to a direct gap (monolayer). This indirect-direct gap transition has never been observed in h-BN, and consequently the opto-electronic properties of the monolayer have never been studied. During this thesis, we studied for the first time the optical properties of the BN monolayer (mBN) by performing optical spectroscopy (macro-PL and reflectivity) in mBN samples grown by MBE at high temperature on graphite substrates (HOPG).Our results demonstrated for the first time the possibility to grow mBN (3.5 Å) by MBE technique. Our optical measurements demonstrated the presence of an optical transition at 6.1 eV associated to the direct gap in the mBN
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Susana, Laura. "Advances in Nanocharacterization Techniques : 4D-STEM and XEOL Studies on Perfect and Defective h-BN." Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2024. http://www.theses.fr/2024UPASP016.
Full textAbstract:
L'étude des propriétés physiques telles que la densité de charge et la réponse optique à l'échelle nanométrique est un défi expérimental qui motive une recherche continue de techniques instrumentales et de méthodologies innovantes. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte, en présentant des avancées dans les techniques de caractérisation utilisant la microscopie électronique à transmission et les sources synchrotron de rayons X. Les références des développements techniques et méthodologiques réalisés ont été obtenues sur le nitrure de bore hexagonal (h-BN), un matériau à large bande interdite caractérisé par un transfert de charge important, un paysage défectueux complexe et des propriétés optiques originales. La première partie de ce travail se concentre sur les améliorations apportées à la microscopie électronique à transmission à balayage quadridimensionnelle (4D-STEM), qui s'est récemment imposée comme un outil puissant permettant d'obtenir simultanément des déterminations structurelles précises et de saisir les détails des champs électriques locaux et des densités de charge. L'extraction précise de données quantitatives à l'échelle atomique pose des défis, principalement en raison de la propagation de la sonde et des effets liés à la taille qui, lorsqu'ils sont négligés, peuvent même conduire à des interprétations erronées des effets qualitatifs. Ce travail établit la précision de la technique pour la mesure des champs électriques et des densités de charge dans les matériaux minces par le biais d'une étude complète sur des plaquettes de h-BN vierges et défectueux. Grâce à une combinaison d'expériences et de simulations numériques, il est démontré que si la quantification précise des charges sur des sites atomiques individuels est limitée par les effets de sonde, la technique 4D-STEM peut mesurer directement les phénomènes de transfert de charge au bord d'une monocouche de h-BN avec une sensibilité de quelques dixièmes d'électrons et une résolution spatiale de l'ordre de quelques angströms. La deuxième partie de cette thèse traite de la mise en oeuvre d'une nouvelle installation de luminescence optique excitée par les rayons X (XEOL) à la branche de diffusion inélastique résonnante des rayons X (RIXS) de la ligne de faisceau de rayons X mous SEXTANTS du synchrotron SOLEIL. La combinaison de RIXS et de XEOL ouvre de nouvelles possibilités pour les études corrélées des phénomènes d'excitation et de recombinaison dans la gamme d'énergie du visible et de l'UV lointain. La synchronisation de la caméra d'acquisition du spectromètre XEOL avec le monochromateur de rayons X de la ligne de faisceau permet d'acquérir des spectres de luminescence complets tout en balayant l'énergie du rayonnement incident à travers le bord d'absorption du noyau d'un élément donné. À partir des cartes 2D de l'énergie d'excitation en fonction de la luminescence ainsi obtenues, il est possible d'associer des structures fines spécifiques des seuils d'absorption à des caractéristiques de luminescence bien définies. Des références ont été obtenues sur du nitrure de bore cubique et hexagonal parfait et dopé, avec des résultats acquis dans l'UV lointain comparables aux techniques optiques de pointe. L'analyse des structures fines des seuils d'absorption du h-BN a permis d'associer les émissions de faible énergie à la présence de liaisons B-O. Enfin, l'application de XEOL à l'étude de la luminescence d'une hétérostructure verticale composée de monocouches h-BN/WS₂ a permis de mieux comprendre le mécanisme de transfert de l'excitation entre les couches<br>Probing physical properties such as charge density and optical response, on a nanometric scale is an experimental challenge which motivates a continuous search for innovative instrumental techniques and methodologies. This thesis aligns within this context, presenting advances in characterization techniques utilizing transmission electron microscopy and X-ray synchrotron sources. Benchmarks of the technical and methodological developments performed have been obtained on hexagonal boron nitride (h-BN), a wide bandgap material characterized by a significant charge transfer, a complex defective landscape and original optical properties. The first part of this work focuses on improvements in four-dimensional scanning transmission electron microscopy (4D-STEM) which has recently emerged as a powerful tool for simultaneously obtaining precise structural determinations and capturing details of local electric fields and charge densities. Accurately extracting quantitative data at the atomic scale poses challenges, primarily due to probe propagation and size-related effects which, when neglected, may even lead to misinterpretations of qualitative effects. This work establishes the accuracy of the technique for the measurement of electric fields and charge densities in thin materials via a comprehensive study on pristine and defective h-BN flakes. Through a combination of experiments and numerical simulations, it is demonstrated that while precise charge quantification at individual atomic sites is hindered by probe effects, 4D-STEM can directly measure charge transfer phenomena at an h-BN monolayer edge with sensitivity down to a few tenths of electron and a spatial resolution on the order of a few angstroms. The second part of this thesis discusses the implementation of a novel X-Ray Optical Excited Luminescence (XEOL) setup at the Resonant Inelastic X-ray Scattering (RIXS) branch of the soft X-Ray SEXTANTS beamline of the Synchrotron SOLEIL. The combination of RIXS and XEOL opens new possibilities for correlated studies of excitation and recombination phenomena in the visible-far UV energy range. The synchronization of the XEOL spectrometer acquisition camera with the beamline X-Ray monochromator permits to acquire full luminescent spectra while scanning the incident radiation energy across the core absorption edge of a given element. From the 2D maps of excitation energy versus luminescence thus obtained, it is possible to associate specific near edge absorption fine structures to well defined luminescence features. Benchmarks have been obtained on perfect and doped cubic and hexagonal boron nitride with results acquired in the far UV comparable with state-of-art optical techniques. The analysis of near edge fine structures of h-BN has permitted to associate low energy emissions to the presence of B-O bonds. Finally the application of XEOL to the study of an h-BN/WS₂ monolayer vertical heterostructure luminescence has provided insights on the excitation transfer mechanism between the layers
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Hui, Fei. "Chemical vapor deposition of hexagonal boron nitride and its use in electronic devices." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2018. http://hdl.handle.net/10803/663391.
Full textAbstract:
Dielectrics are insulating materials used in many different electronic devices (e.g. capacitors, transistors, barristors), and play an important role in all of them. In fact, the dielectric is probably the most critical element in most devices, as it is exposed to electrical fields that can degrade its performance. In this PhD thesis I have investigated the use of monolayer and multilayer hexagonal boron nitride (h-BN) as dielectric for electronic devices, as it is a 2D material with a band gap of ~5.9 eV. My work has mainly focused on the synthesis of the h-BN using chemical vapor deposition, the study of its intrinsic morphological and electrical properties at the nanoscale, and its performance as dielectric in different electronic devices, such as capacitors and memristors.
We observe that monolayer and multilayer h-BN can be growth by CVD on Pt, Cu and Fe substrates. The main parameters affecting the growth of the h-BN are: i) a proper temperature determines the decomposition of the precursor. Lower temperatures will produce remaining particles and more defects in BN layer. ii) The flow rate of precursor/H2 influences the density of seeds. Excessive precursor will give rise to the formation of h-BN multilayer islands. iii) High vacuum and low pressure help to remove impurities in the tube furnace (e.g. oxygen, carbon), and therefore it produces better quality h-BN, i.e. uniform thickness with less defects.
h-BN sheets grown on polycrystalline Pt substrates show different thicknesses depending on the crystallographic orientation at the surface of each Pt grain. This produces an undesired fluctuation on the leakage current from one Pt grain to another. However, the leakage current across the h-BN on the same Pt grain is very uniform, much more than that observed across amorphous HfO2 and TiO2 thin films. This phenomenon doesn't take place when growing the h-BN on Cu or Fe substrates. For example, the leakage current across h-BN grown on Cu substrates display small current variability among different Cu grains. The dielectric breakdown behavior in multilayer h-BN shows surface extrusion, similar to what happens in SiO2, HfO2 and Al2O3. However, monolayer h-BN keeps unaltered its structure even for harder breakdown events. The reason may be the extremely high thermal conductivity of monolayer h-BN.
Multilayer h-BN shows random telegraph noise signals when applying constant voltage stresses, both at the device level and at the nanoscale. This strongly indicates the trapping and de-trapping of charges during the stress. This observation has been confirmed by the detection of charges at the dielectric breakdown location. The breakdown spot shows a singular ring-like structure that contains fixed negative charges, mobile negative charges, and positive fixed charges.
The synthesis of h-BN on polycrystalline Fe substrates required longer cooling down times than when using Pt and Cu substrates. The reason is that the growth of h-BN on Fe substrates mainly takes place by surface precipitation mechanism, while on Pt and Cu substrates the mechanism is by surface-mediated reaction.
Memristors with Ag/h-BN/Fe structure show both threshold resistive switching when the set is induced by applying positive voltage to the Ag electrode, and bipolar resistive switching when the set/reset processes are induced by applying negative/positive voltage to the Ag electrode. The reason should be that in threshold mode the filament is formed by Ag+ ions that penetrate in the h-BN stack, while in bipolar mode Fe+ ions penetrate in the h-BN stack. Ag+ ions show higher diffusivity than Fe+ ions and produce volatile switching.<br>Los dieléctricos son materiales aislantes utilizados en muchos dispositivos electrónicos (por ejemplo condensadores, transistores, baristores), en los que juegan un papel muy importante. En realidad, el dieléctrico es probablemente la parte más crítica en la gran mayoría de dispositivos electrónicos, ya que casi siempre está expuesto a campos eléctricos que pueden degradar sus prestaciones. El dióxido de silicio (SiO2) ha sido el material aislante tradicionalmente utilizado en la industria; sin embargo la miniaturización de los dispositivos requirió una reducción del grosor de los dieléctricos SiO2, lo que provocó un incremento dramático de la corriente de fugas y el fallo del dispositivo entero. Actualmente los dispositivos electrónicos más avanzados utilizan materiales aislantes con una constante dieléctrica alta (por ejemplo HfO2, Al2O3 y TiO2), y así no es necesario reducir tanto su grosor, lo que mantiene una baja corriente de fugas. Sin embargo, estos materiales muestran muchos problemas intrínsecos, y también una mala interacción con materiales adyacentes. Por lo tanto, la carrera para encontrar un material dieléctrico ideal para dispositivos electrónicos sigue abierta.
En este contexto, los materiales bidimensionales se han convertido en una seria opción, no sólo por sus excelentes propiedades, sino también gracias al desarrollo de nuevos métodos de síntesis escalables. En esta tesis doctoral he investigado el uso de nitruro de boro hexagonal (h-BN), monocapa y multicapa, como material dieléctrico en dispositivos electrónicos, ya su banda de energías prohibidas es de ~5.9 eV. Mi trabajo se ha focalizado en la síntesis de h-BN mediante el método chemical vapor deposition, el estudio de sus propiedades morfológicas y eléctricas a escala nanométrica, y sus prestaciones como dieléctrico en diferentes dispositivos (condensadores y memristores). Nuestros experimentos indican que h-BN es un material dieléctrico muy fiable, y que es apto para su uso en dispositivos. Sus prestaciones dependen de diferentes parámetros, como el sustrato en el que ha sido crecido, su grosor, y los materiales usados como electrodos adyacentes. Además, h-BN muestra propiedades adicionales nunca observadas en dieléctricos tradicionales, como modulación de la resistividad volátil, lo que podría extender su uso a nuevas aplicaciones.
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Gourari, Djamel Eddine. "Synthèse par arc électrique de nanotubes de carbone hybrides incorporant de l'azote et/ou du bore." Thesis, Toulouse 3, 2015. http://www.theses.fr/2015TOU30170/document.
Full textAbstract:
Contrairement aux nanotubes de carbone qui sont des semi-conducteurs dits " à petit gap " et dont les propriétés électroniques sont complétement contrôlées par leur géométrie, les nanotubes hétérogènes mono-parois BxCyNz suscitent un grand intérêt scientifique du fait de leurs propriétés électroniques modulables. La synthèse de tels nanotubes hétérogènes permettrait en effet de moduler ce " gap " en agissant sur leur composition chimique et non sur leur géométrie. Les nanotubes BxCyNz qui résultent de la substitution de certains atomes de carbone dans le réseau graphénique par des hétéroatomes (B et/ou N) peuvent trouver de nombreuses applications notamment dans la réalisation de matériaux photoluminescents, les dispositifs à émission de champ ou encore les nanotransistors à haute température... Ce travail porte sur la synthèse de cette nouvelle génération de nanotubes par arc électrique. Cette technique présente l'avantage de réaliser la substitution in-situ des atomes de carbone par les hétéroatomes. Elle a été menée en utilisant une approche originale basée sur la corrélation des caractéristiques du plasma (champs de température et de concentration des différentes espèces) avec la morphologie et la composition des nanostructures carbonées caractérisées par différentes techniques (HRTEM, EDX, XPS, EELS). Ces résultats permettent une meilleure compréhension des phénomènes impliqués dans la croissance des hétéronanotubes aux échelles macroscopique et microscopique, et également de la structure et de l'environnement chimique des dopants dans le réseau graphénique de nanoformes carbonées obtenues tels que des nanotubes dopés au bore et ou à l'azote, et des couches de graphènes dopées<br>In opposition to carbon nanotubes which are semi-conductors with so-called "small gap" and which electronic properties are entirely determined by their geometry, single-wall heterogeneous carbon nanotubes BxCyNz yield to great scientific interest due to their tunable electronic properties. Successfully synthesising these heterogeneous nanotubes would indeed allow tuning this gap by acting on their chemical composition instead of their geometry. BxCyNz nanotubes resulting from the substitution of some carbon atoms in the graphene lattice by heteroatoms (B and/or N) could have numerous applications, in particular in photo-luminescent materials, field emission devices, or high operating temperature nano transistors... This work is dedicated to the synthesis of this new generation of nanotubes by electric arc. This technique offers the advantage to perform in-situ substitution of carbon atoms by the heteroatoms. It was carried out using an original approach based on the correlation of plasma characteristics (temperature and concentration fields of the various species) with the morphology and the composition of the carbon nanostructures characterized by various techniques (HRTEM, EDX, XPS, EELS). These results bring a better understanding of the phenomena involved in the growth of heteronanotubes in plasma conditions and also of the structure and chemical environment of the doping elements in the graphene lattice of carbon nanoforms such as boron- or nitrogen-doped nanotubes, and doped graphene layers
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Gleize, Philippe. "Elaboration de nitrure de bore filamentaire." Grenoble INPG, 1991. http://www.theses.fr/1991INPG0115.
Full textAbstract:
Forme par l'association de deux voisins du carbone, le nitrure de bore existe principalement dans deux varietes allotropiques de structures proches de celles du diamant et du graphite. Il n'existait toutefois, jusqu'a cette etude, aucun homologue du carbone tubulaire depose par decomposition d'hydrocarbures gazeux ou d'oxyde de carbone au contact des metaux de la famille du fer; nous avons essaye de transposer ce procede catalytique gouverne par un mecanisme de dissolution-rejet au cas du nitrure de bore en faisant reagir du diborane et de l'ammoniac en presence d'un catalyseur de croissance filamentaire (par exemple: le borure de zirconium). Au fil des manipulations nous avons constate que: le bore des filaments obtenus ne provient pas de la phase gazeuse (diborane) mais du catalyseur solide lui-meme, les filaments poussent sur les grains du catalyseur, suivant la nature du gaz nitrurant (ammoniac ou azote), les filaments n'ont pas la meme morphologie. Nous avons etudie l'influence de divers parametres (nature du borure, temperature, duree de l'experience, etc. . . ) sur la formation et la croissance des filaments
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Abreal, Alain. "Proprietes refractaires des composites ceramiques alumine-nitrure de bore." Paris, ENMP, 1994. https://hal-emse.ccsd.cnrs.fr/tel-01163637.
Full textAbstract:
Grace aux proprietes de faible mouillabilite par les metaux fondus et de resistance aux chocs thermiques du nitrure de bore, les composites alumine-nitrure de bore peuvent etre utilises dans la coulee continue horizontale d'aciers bas carbone. L'optimisation du procede d'elaboration de ces composites a ete menee a partir d'etudes sur la granulometrie du bn, la dispersion des poudres et sur les parametres de frittage sous charge. L'oxydation de ces composites qui a ete etudiee selon les deux directions privilegiees de ces materiaux, parallelement et perpendiculairement a l'axe de pression, conduit a la formation du borate d'aluminium 9 al#2o#3. 2b#2o#3 dont la cristallisation entraine l'apparition d'une porosite ouverte importante et favorise l'oxydation et la corrosion par l'acier liquide. Pour limiter la formation de ce compose, et accroitre la resistance des composites, differents ajouts ont ete testes. Y#2o#3 permet de diminuer la porosite de ces composites, et forme une couche liquide protectrice qui ameliore la resistance a l'oxydation, par reaction avec b#2o#3 forme au cours de l'oxydation du bn. Cao et sio#2 conduisent egalement a la formation d'une telle couche. Nd#2o#3 forme un verre oxyazote avec l'alumine. Ce verre, de viscosite elevee, n'est pas erode par l'acier, et peut alors proteger le composite de l'attaque de l'acier
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Grenier, Isabelle. "Contribution à l'étude de l'application des dépôts ioniques à la réalisation de revêtements de nitrure de bore." Limoges, 1994. http://www.theses.fr/1994LIMO0003.
Full textAbstract:
Ce travail fait l'objet de la realisation et de la caracterisation de couches minces de nitrure de bore par depot ionique. La mise au point d'un dispositif experimental d'analyse du plasma par spectroscopie optique d'absorption permet: d'une part, de controler avec precision la vitesse de croissance des couches de bn; d'autre part, de determiner la densite atomique de bore a l'etat fondamental en phase gazeuse. Les especes excitees ont ete mises en evidence par spectroscopie optique d'emission. Les caracteristiques electriques de la decharge r. F. (temperature et densite electroniques, flux d'ions) ont ete determinees. Les depots de nitrure de bore obtenus par cette technique ne sont jamais stchiometriques. Ils presentent toujours un exces de bore. Les conditions optimales de reactivite du bore et de l'azote ne semblent pas atteintes. Il est tres difficile de synthetiser une phase unique, par exemple, la phase cubique. Les proprietes mecaniques et optiques sont etroitement liees a la stchiometrie des depots
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Remadna, Mehdi. "Le Comportement du système usinant en tournage dur." Lyon, INSA, 2001. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2001ISAL0022/these.pdf.
Full textAbstract:
L'évolution des performances des matériaux pour outils de coupe, et l'amélioration des machines et des systèmes de commande, ont permis de mettre en œuvre l'Usinage à Grande Vitesse (UGV). La diversité des paramètres qui déterminent le niveau de taux d'enlèvement de matière permet d'envisager plusieurs modalités de mise en œuvre de l'UGV, où les facteurs les plus contraignant sont : efforts, vibrations, rugosité, choix d'outils, puissance… C'est dans ce contexte que nous avons développé des recherches pour caractériser et fixer le comportement d'outil de coupe en Nitrure de Bore Cubique (CBN). Nous avons relevé et observé expérimentalement le profil de l'usure pour différentes vitesses de coupe. L'analyse de ces profils permet d'apporter une contribution pour une maîtrise industrielle de l'usure des outils de tournage. En résumé, notre étude, essentiellement expérimentale, montre d'abord que la géométrie de la coupe évolue fortement dans le temps de durée de vie d'un outil. Pour les plaquettes CBN, cette durée de vie augmente lorsque la section du copeau diminue, mais nos observations et nos mesures montrent une évolution de la géométrie de la coupe dans les cas. Parallèlement et en corrélation, les composantes de l'effort de coupe évoluent. Il s'agit essentiellement de la composante de répulsion, la composante de coupe quant à elle, évoluant assez peu. Ces résultats montrent que l'étude du tournage des matériaux durs avec les outils CBN donne une bonne qualité géométrique de surface avec des machines outils classiques sur des broches avec des paliers à roulements. Par contre, l'état de contrainte et l'état métallurgique de la surface usinée sont difficiles à maîtriser car ils sont liés à une géométrie de coupe qui évolue fortement au cours de la durée de vie de la plaquette. Cette étude a montré aussi que l'effort de coupe varie fortement en direction au cours du temps et en corrélation avec l'usure de l'outil<br>The evolution of materials performances for cutting tools and their improvements allowed the experiment to operate with High Speed Machining (HSM). The diversity of parameters which determine the level of removal rate of the chip allows the constitution of several modalities in machining with the HSM system, therefore the important factors as efforts, vibrations, roughness, choice of tools, power… become constraints. In this context we had developed some researches in order to specify the behaviour of the cutting tool in Cubic Boron Nitride (CBN). . We had observed experimentally the profile of the wear at various cutting speeds. The profiles analysis process brings a contribution for good industrial mastery on turning tools wear. As summery, our study, which is essentially experimental, shows at first, that the geometry of the cutting evolves strongly in the life time of the tool. The CBN inserts, this lifetime increases as the chip section decreases, even though observations and measures have shown for each case an evolution in the geometry of cutting. With an increasing, at the same time, of specific efforts components of the cutting. These results show that the hard steel machining with CBN tools gives a good geometrical quality on the surface of tools machines, which one conceived with classic technologies on spindles with rolling bearing. On the other hand, the stress and metallurgical state of the manufactured surface make difficult their control because they are linked to a cut geometry which evolves strongly during the lifetime of the insert. This study shows, also, that the specific effort of cut changes strongly the direction in time and correlatively with the tool wear. It is really important to considerate this evolution to conceive a new tool machine and exploitable ranges of manufacturing in an industrial environment
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Remadna, Mehdi Rigal Jean-François. "Le Comportement du système usinant en tournage dur application au cas d'un acier trempé usiné avec des plaquettes CBN (Nitrure de Bore Cubique) /." Villeurbanne : Doc'INSA, 2003. http://csidoc.insa-lyon.fr/these/2001/remadna/index.html.
Full text
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Dibandjo, Nounga Philippe. "Synthèse et caractérisation de Nitrure de Bore à mésoporosité organisée." Lyon 1, 2005. http://www.theses.fr/2005LYO10212.
Full textAbstract:
Les méthodes développées dans ce travail de thèse reposent sur la polycondensation de borazines, d'une part, en présence d'agents structurants, et d'autre part, dans des nanomoules de silice et de carbone. Après céramisation du précurseur en nitrure de bore (BN), les matériaux ont été étudiés par diffraction de rayons X, par mesures d'isothermes d'adsorption/désorption d'azote, et par microscopie électronique à transmission. En particulier, un nitrure de bore mésoporeux présentant une surface spécifique élevée (800 m2/g), un volume mésoporeux important (0,6 cm3/g), et une distribution étroite de taille de pores (4 nm) a été ainsi obtenu. L'organisation hexagonale ou cubique du moule de carbone a pu être conservée lorsque son élimination est réalisée au moyen d'un traitement thermique sous ammoniac. L'organisation provenant du moule de silice n'est que partiellement préservée. La mésoporosité de ce composé est préservée sous atmosphère inerte jusqu'à 1500°C
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Le, Godec Yann. "Etude du nitrure de bore sous hautes pression et température." Paris 7, 1999. http://www.theses.fr/1999PA077138.
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Silva, Santos Silvio Domingos. "Nanotubes de carbone et de nitrure de bore sous haute pression." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1286/document.
Full textAbstract:
Dans ce travail de thèse nous avons étudié la stabilité structurale à très haute pression de nanotubes de carbone et de nitrure de bore à la fois in situ et après cycle de pression. Nous essayons de cette manière une première approche pour déterminer le rôle de paramètres comme la composition (C or BN), nombre de parois ou diamètre dans la limite de stabilité de la structure des nanotubes.Les deux premiers chapitres de la thèse nous permettent de faire une introduction aux aspects fondamentaux relatifs aux propriétés des nanotubes de carbone, suivie d’une présentation des méthodes de synthèse ainsi que des techniques expérimentales utilisées dans cette thèse. Les trois chapitres suivants permettent de présenter l’évolution structurale des trois systèmes étudiés: a) Des nanotubes de carbone monoparois de faible diamètre enrichis en chiralité (6,5), b) nanotubes de carbone triple-parois, et c) des nanotubes de nitrure de bore à parois multiple. Les pressions maximales de ces études ont été de 80, 72 et 50 GPa respectivement. Le collapse radial de la structure et la stabilité tubulaire des nano-objets ont été au centre de nos recherches. En particulier, les nanotubes de carbone à simple parois de chiralité (6,5) peuvent être préservés jusqu’à 50 GPa, pression à la quelle a lieu une transformation irréversible. De leur côté, les nanotubes à 3 parois ont pu être détectés jusqu’à environ 60 GPa, présentant en suite une transformation irréversible à 72 GPa. Enfin, les nanotubes de nitrure de bore ont montré une plus faible stabilité mécanique face à leurs analogues carbonés. De plus ils présentent une évolution vers toute une variété de morphologies, parmi lesquelles certaines ont été observées pour la première fois dans ce travail de thèse<br>This thesis work focuses on the structural stability of well-characterized carbon and boron nitride nanotubes under very high pressures both including their in situ study as well as after the pressure cycle. We try to provide in this way a first approach to determine the role of parameters as composition (C or BN), number of walls or diameter on the limit stability of nanotube structures.In the two first chapters, we provide a basic description of the theoretical aspects related to carbon nanotubes, we address their main synthesis methods as well as the experimental techniques used in this thesis to study these systems. In the three following chapters, we describe the structural evolution of three systems i) low diameter (6,5) chirality enriched single wall nanotubes ii) triple-wall carbon nanotubes and iii) multiwall boron nitride nanotubes. The maximum pressure attained in these studies were of 80, 72 and 50 GPa respectively.Both the radial collapse of the structure and the mechanical stability of the tubular structure under very high pressure are addressed in the study. In particular, after their collapse, the low-diameter (6,5) single walled carbon nanotubes can be preserved up to 50 GPa and above this value the tubes undergo an irreversible structural transformation. On its side, the triple wall systems could be detected up to ~ 60 GPa but their transformed irreversibly at 72 GPa. Finally boron nitride tubes have a low mechanical stability when compared with their carbon counterparts. Under high pressures they present transformations at different pressures to a variety of structural morphologies, some of them having been detected for the first time in this work
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Guilhon, Florence. "Obtention de nitrure de bore par pyrolyse de nouveaux précurseurs moléculaires." Lyon 1, 1993. http://www.theses.fr/1993LYO10255.
Full textAbstract:
Un des moyens principaux d'elaboration du nitrure de bore, bn, ceramique technique, consiste a pyrolyser des precurseurs moleculaires liquides a base de bore et d'azote. Dans le but de trouver de nouvelles especes de ce type nous avons etudie la synthese d'un certain nombre de b-trialkyl(aryl)-borazines. Au cours de ces investigations nous avons mis au point une nouvelle methode de synthese de certains (clbnr)3 prepares a partir de bdma. Bcl3 et de rnh2. Hcl (r=ch3, c2h5). Nous avons egalement synthetise un nouvel heterocycle du type 1-3-dibora-2-4-diazaro-naphtalene, a partir de bdma. Bcl3 et de c6h5nh2. Hcl. L'etude de la nouvelle reaction mettant en jeu la cyanamide et la trichlorure de bore a ensuite ete entreprise, conduisant a deux produits majoritaires: le complexe nh2cn. Bcl3 (insoluble) et le dimere, (nh2cclnbcl2)2 (soluble). Une atg du complexe jusqu'a 1000c sous ar a conduit a la formation de bn amorphe pulverulent et noir. L'impregnation d'une pastille de graphite par le dimere en solution dans ch2cl2 suivie d'une pyrolyse sous nh3 a permis d'elaborer un depot de nitrure de bore protegeant notablement le graphite vis-a-vis de l'oxydation. Nous nous sommes ensuite interesses au b(nhch3)3, espece liquide. Par simple chauffage, il se cyclise en aminoborazine, polymerise en un polyborazine tridimensionnel, conduit a du t-bn puis du h-bn (chauffage jusqu'a 1700c en partie sous nh3). L'impregnation d'une meche de fibres de carbone par cet aminoborane suivie d'une pyrolyse sous nh3 a conduit a la formation d'un materiau composite ceramique-ceramique avec une matrice tres compacte de t-bn. Un depot adherent et uniforme de nitrure de bore a egalement ete obtenu par un traitement similaire sur une pastille de graphite
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Biardeau, Gilles. "Nouvelles voies d'élaboration et de cristallogénèse du nitrure de bore cubique." Bordeaux 1, 1987. http://www.theses.fr/1987BOR10598.
Full textAbstract:
Bn cubique, materiau ultra-dur, est utilise dans les outils de coupe quand le diamant est inoperant (usinage de metaux ferreux, usinage a grande vitesse. . . ) son elaboration a lieu sans haute pression et haute temperature par transformation structurale de la forme graphitique de bn. On etudie le role des nitrofluorures ou de systemes nitroflures a cations mixtes en tant que flux pour la conversion de bng en bnc. De tels flux ont permis la reduction des conditions (p,t) de synthese, l'accroissement des taux de conversion (bng->bnc) et selon leur nature chimique, le controle de la cristallogenese (taille et morphologie variees des cristallites de bnc). En outre, compares aux nitrures generalement utilises comme catalyseurs, de tels flux nitrofluores sont non-hygroscopiques et donc plus faciles a mettre en oeuvre industriellement
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Biardeau, Gilles. "Nouvelles voies d'élaboration et de cristallogénèse du nitrure de bore cubique." Grenoble 2 : ANRT, 1987. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb376029904.
Full text
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Doche, Cécile. "Elaboration et caractérisation de composites céramiques réfractaires SiAlON-nitrure de bore." Grenoble INPG, 1996. http://www.theses.fr/1996INPG4204.
Full textAbstract:
Les si alon-bn sont des materiaux susceptibles de remplacer des refractaires carbones utilises en siderurgie en particulier pour l'elaboration d'acier a faible teneur en c. Deux familles de composites, obtenues par des voies d'elaboration differentes, ont ete etudiees: si#3n#4-bn par compression a chaud et si alon-bn par frittage naturel. Dans le premier cas, un precurseur organique du bn, qui semble activer le frittage, a aussi ete utilise. Pour tous ces materiaux, nous avons etudie les procedes de fabrication, les microstructures, les proprietes mecaniques, les resistances aux chocs thermiques, a l'oxydation, a la corrosion par le fer liquide. La presence de bn, si elle est nefaste aux proprietes mecaniques, est favorable dans le cas des utilisations a haute temperature. De tous les ajouts de frittage testes: y#2o#3, nd#2o#3, la#2o#3, ceo#2, les oxydes de neodyme et de lanthane semblent conduire a une resistance a hautes temperatures legerement meilleure
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Laude, Thomas. "Nanotubes de nitrure de Bore : produits par chauffage laser non-ablatif : synthèse, caractérisation et mécanismes de croissance." Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 2001. http://www.theses.fr/2001ECAP0708.
Full textAbstract:
Le faisceau d'un laser CO2, continu et de basse puissance (40-80 W), focalisé sur une cible de nitrure de bore (BN) hexagonal, n'induit pas d'ablation, mais un gradient de température stable, radial le long de la surface avant. Un tel chauffage, sous basse pression d'azote, produit une croissance macroscopique de nano-tubes de BN. Les tubes croissent sur un anneau autour de l'impact, formant une couronne de tubes enchevêtrés perpendiculaire à la surface de la cible. Cette méthode est efficace pour synthétiser des nano-tubes de BN ainsi que des nano-particules sphériques de BN, souvent riches en bore. Les tubes sont extrêmement longs (mesurés jusqu'à 120 microns), fins (typiquement 2 a 4 couches) et souvent assemblés en cordes. Dans les tubes, le BN est stœchiométrique, et bien cristallisé. Les particules sphériques sont des oignons facettés de nitrure de bore, contenant souvent un nano-cristal de bore à l'intérieur de leur cavité. La méthode de synthèse est simple et peu coûteuse. La croissance se produit à température élevée, mais pas directement depuis les plaquettes de h-BN. Après dissociation puis évaporation, le bore condense dans l'atmosphère d'azote, en formant les particules sphériques riches en bore, qui se déposent autour de l'impact. Le bore se recombine ensuite avec l'azote gazeux si et seulement si le bore est liquide; d'où une croissance sur un anneau de température déterminée. En formant des coquilles de BN, certaines particules sphériques évoluent vers des extrusions tubulaires. L'évolution d'une particule sphérique vers un tube peut être entraînée par la chute de sa température. Un gradient de température se forme le long du tube, essentiellement à cause du rayonnement thermique. Le gradient décroît exponentiellement avec la longueur du tube, de l'ordre de 200 K, sur une distance de quelques dizaines de microns. La vitesse de croissance diminue aussi rapidement avec la longueur de tube. Elle est de l'ordre de 10 µm/s en début de croissance<br>The beam of a CO2 laser, both continuous and low power (40-80 W), focused on a hexagonal boron nitride (h-BN) target (hot pressed powders), induces no ablation, but a stable temperature gradient, radial along target surface. Such a heating, in low nitrogen pressure, produces a macroscopic growth of BN nano-tubes. Tubes grow on a ring around impact, forming a crown of entangled tubes, perpendicular to target surface. This method is efficient to synthesise BN nano-tubes and other nano-spherical BN particles, often rich in boron. Tubes are extremely long (measured up to 120 microns), mostly thin (typically 2 to 4 layers) and self-assembled in ropes. In a tube, BN is stoichiometric and well crystallised. Spherical particles are faceted BN onions, often containing a boron nano-crystal inside their cavity. The synthesis method is simple and low cost. Quantity produced may be extended for commercial purposes, by scanning the laser beam (or the target), by using a higher laser power, or by collecting the material dropped from the target,. . . Growth occurs at bigh temperature but not directly from h-BN platelets. After dissociation and evaporation, boron condenses in nitrogen atmosphere, forming spherical particles, rich in boron, which spread around impact. Then, boron recombines with gaseous nitrogen if and only if boron is liquid, and hence, growth occurs on a ring of specific temperatures. While forming BN shells, some spherical particles evolve toward tubular extrusions. The evolution of a spherical particle toward a tube can be driven by its temperature decrease. A temperature gradient forms along the tube, essentially because of thermal radiation. The gradient is exponentially decreasing with tube length, by an order of 200 K over a few tens of microns. Growth speed also decreases quickly with tube length. It is of an order of 10 µm/s in the beginning of the growth
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Montigaud, Hervé. "Synthèses sous hautes pressions et caractérisations physicochimiques du nitrure de bore cubique et du nitrure de carbone C3N4." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 1998. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00164570.
Full textAbstract:
Les composés appartenant au système bore-carbone-azote présentent des liaisons fortement covalentes à l'origine de propriétes exceptionnelles. C'est le cas de BN-cubique pour lequel une nouvelle voie de synthèse mettant en oeuvre un fluide nitrurant a l'état supercritique a été développée. La première partie de ce travail porte sur l'étude de la nucléation et de la croissance de BN-c en présence d'hydrazine anhydre. La nature du précurseur de BN, celle de l'additif modifiant l'ionicite du milieu ainsi que la proportion de ces produits de départ ont été particulièrement étudiées. La seconde partie de ce travail est consacrée au nitrure de carbone (ou carbonitrure) C3N4 dont l'interet a été révelé par COHEN en 1989. Cet interêt fut, par la suite, confirmé par des calculs ab initio qui proposèrent cinq différentes structures. Diverses méthodes de synthèse impliquant la condensation de molécules organiques ont été mises en oeuvre. Ces travaux ont abouti a la préparation de la variété graphitique de C3N4 à l'état massique par traitement haute pression-haute température (2,5GPa, 800°C) de la mélamine en présence d'hydrazine. Des essais de synthèse d' une des variétés tridimensionnelles ont également été réalisés.
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Gonnet, Valérie. "Le nitrure de bore cubique : domaine de stabilité et nouvelles voies d'élaboration." Bordeaux 1, 1994. http://www.theses.fr/1994BOR10647.
Full textAbstract:
Le nitrure de bore-cubique isostructural du diamant est de part ses proprietes exceptionnelles un materiau porteur d'applications variees. Son domaine de stabilite a ete etudie notamment au travers d'une caracterisation par spectroscopie de pertes d'energie des electrons (eels) ainsi que sa structure electronique par application de la methode asw. Sur la base de calculs thermodynamiques suggerant que ce materiau pouvait etre stable a pression ordinaire, une nouvelle voie de originale de synthese mettant en uvre des fluides nitrurants a l'etat supercritique a ete developpee
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Maguer, Aude. "Manipulation et fonctionnalisation de nanotube : Application aux nanotubes de nitrure de bore." Phd thesis, Paris 11, 2007. http://www.theses.fr/2007PA112215.
Full textAbstract:
Cette thèse se divise en deux parties autour des nanotubes de nitrure de bore (NTBN) et de carbone. La première partie concerne la synthèse, la purification et la fonctionnalisation chimique des NTBN. Des NTBN monofeuillets sont synthétisés par vaporisation LASER d’une cible de hBN. L’amélioration des paramètres de la synthèse a d’abord permis de limiter les sous-produits (hBN, acide borique). Un procédé de purification des échantillons a ensuite été développé pour les enrichir en nanotubes. Les échantillons purifiés ont été ensuite utilisés pour développer deux nouvelles voies de fonctionnalisation chimique des NTBN impliquant des molécules possédant une affinité marquée pour le réseau de BN. L’utilisation d’une quinuclidine et d’une borazine greffées par des chaînes alkyles a ainsi permis la solubilisation des NTBN en milieu organique. La purification et la fonctionnalisation développées pour les NTBN monofeuillets ont été appliquées avec succès à des NTBN multifeuillets. La sensibilité du bore aux neutrons thermiques a enfin servi de point de départ à l’étude des possibilités de fonctionnalisation covalente du réseau. La seconde partie de cette thèse concerne la séparation des nanotubes de carbone en fonction de leurs propriétés. L’irradiation microondes de nanotubes de carbone a d’abord permis l’enrichissement d’échantillons initialement polydisperses en nanotubes de grand diamètre. Une seconde stratégie impliquant une interaction sélective entre un type de tubes et des micelles de fullérènes fonctionnalisés a enfin été envisagée pour solubiliser sélectivement des nanotubes de carbone de propriétés électroniques données<br>This PhD work is divided into two parts dealing with boron nitride (BNNT) and carbon nanotubes. The first part is about synthesis, purification and chemical functionalization of BNNT. Single-walled BNNT are synthesized by LASER ablation of a hBN target. Improving the synthesis parameters first allowed us to limit the byproducts (hBN, boric acid). A specific purification process was then developed in order to enrich the samples in nanotubes. Purified samples were then used to develop two new chemical functionalization methods. They both involve chemical molecules that present a high affinity towards the BN network. The use of long chain-substituted quinuclidines and borazines actually allowed the solubilization of BNNT in organic media. Purification and functionalization were developed for single-walled BNNT and were successfully applied to multi-walled BNNT. Sensibility of boron to thermic neutrons finally gave birth to a study about covalent functionalization possibilities of the network. The second part of the PhD work deals with separation of carbon nanotubes depending on their properties. Microwave irradiation of carbon nanotubes first allowed the enrichment of initially polydisperse samples in large diameter nanotubes. A second strategy involving selective interaction between one type of tubes and fullerene micelles was finally envisaged to selectively solubilize carbon nanotubes with specific electronic properties
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Le, Gallet Sophie. "L'interphase de nitrure de bore multicouche dans les composites thermostructuraux SiC/SiC." Bordeaux 1, 2001. http://www.theses.fr/2001BOR12476.
Full textAbstract:
En vue d'améliorer la durée de vie des composites SiC/BN/SiC en atmosphère sèche et humide à haute température, deux voies ont été envisagées (i) l'amélioration de la résistance à l'oxydation de l'interphase de nitrure de bore et (ii) la déviation des fissures matricielles le plus loin possible des fibres, afin de ralentir la progression de l'oxygène vers celles-ci. La première voie consiste soit à accroître le degré de cristallisation du nitrure de bore, afin de retarder la formation de B2O3, soit à doper le nitrure de bore à l'aide de silicium, pour réduire la sensibilité de B2O3 à l'humidité. L'amélioration du degré de cristallisation du nitrure de bore requiert un traitement thermique post-élaboration et la présence d'oxygène au sein du dépôt. La seconde voie consiste à réaliser une interphase ou une matrice multicouche selon un concept de liaison fibre/matrice plus forte que la liaison matrice/matrice. Un meilleur transfert de charge entre les fibres et la matrice est assuré lorsque (i) la couche de carbone initialement présente en surface des fibres est éliminée, (ii) le nitrure de bore est exempt d'oxygène et ne subit pas de traitement thermique post-élaboration, (iii) l'épaisseur d'interphase est faible ou (iv) le nitrure de bore contient une faible quantité de silicium.
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Mballo, Adama. "Détecteurs de neutrons à base de nitrure de bore et ses alliages." Electronic Thesis or Diss., Université de Lorraine, 2021. http://www.theses.fr/2021LORR0236.
Full textAbstract:
Les détecteurs de neutrons jouent un rôle crucial dans plusieurs domaines telles que la sécurité (aéroports, frontières) pour contrôler les activités illicites des matériaux nucléaires, les centrales nucléaires pour la sécurité et la surveillance des rayonnements neutroniques, la physique des hautes énergies et la science nucléaire. En outre, des événements récents tels que l'explosion de Fukushima et l'empoisonnement au polonium ont stimulé l'intérêt pour le développement de petits détecteurs de neutrons à base semi-conducteurs (DNS), portables et peu coûteux. Pour atteindre une efficacité élevée dans les DNS, des facteurs tels que l'absorption des neutrons et la collecte des charges (électrons et trous) sont essentiels. L'objectif général de ce travail est de développer des détecteurs de neutrons thermiques efficaces à partir des nitrure d’éléments III contenant du bore tels que le nitrure de bore (BN) et les alliages de BGaN. Ces matériaux sont très prometteurs pour les applications de détection des neutrons en raison de la section efficace de capture des neutrons de l'isotope 10 du bore (10B) et de leur faible sensibilité aux rayons gamma. Cependant, le principal défi que pose le III-N contenant du bore pour la détection des neutrons est la qualité des matériaux eux-mêmes. Par exemple, la synthèse de BGaN monocristallin épais avec une teneur importante en bore, nécessaire pour les détecteurs de neutrons, est très difficile avec la méthode MOVPE en raison des dégradations induites par la déformation, telles que la séparation de phase et la formation d’une morphologie 3D en colonne. Nous avons donc développé une approche innovante consistant en des super-réseaux (SLs) BGaN/GaN avec une teneur en bore de 3% dans la couche BGaN. Ces matériaux BGaN/GaN SLs ont été utilisés pour fabriquer des dispositifs MSM et PIN, qui ont montré un signal significatif induit par les neutrons. Même avec cette approche, on constate qu'il y a toujours plusieurs limites concernant la teneur en bore, la qualité du matériau et l'épaisseur globale, qui sont des facteurs importants pour la réalisation de détecteurs de neutrons à haute efficacité. L'utilisation de couches épitaxiales de BN (100 % de bore) devrait permettre d'améliorer l'absorption des neutrons thermiques et les performances des détecteurs de neutrons. Notre groupe est le premier à publier des films de h-BN en couches 2D de grande surface et de haute qualité cristalline sur un substrat de saphir par la méthode MOVPE. Ces films de BN ont été utilisés pour démontrer des photodétecteurs UV. Dans ce travail, nous avons synthétisé des échantillons de BN naturel et enrichi en 10B d'une épaisseur allant jusqu'à 2.5µm et les avons utilisés pour fabriquer des détecteurs MSM. Les avantages des structures MSM sont la possibilité de réaliser un fonctionnement autonome, similaire à celui démontré pour les photodétecteurs UV, et de bénéficier d'un gain interne afin d'augmenter le signal neutronique. Ce travail vise également à étudier le dopage du BN en utilisant Mg comme dopant dans l’objectif de réaliser dans le future de détecteurs de neutrons BN à base de junction p-n. Comme une teneur élevée en bore est hautement souhaitable pour les détecteurs de neutrons, nous avons aussi exploré expérimentalement un nouveau matériau : les alliages BAlN riches en bore<br>Neutron detectors play a crucial role in various applications such as homeland security (airports, borders and ports) to control illegal activities involving nuclear materials, nuclear power plants for neutron radiation safety and monitoring, high energy physics and nuclear science. In addition, recent events such as the Fukushima explosion and the polonium poisoning have stimulated interest in the development of small, portable and low-cost solid-state neutron detectors (SSND). To achieve high efficiency in SSND factors such as neutron absorption and charge collection are critical.The general objective of this work is to develop efficient solid-state thermal neutron detectors based on boron containing III-nitride materials such as boron nitride (BN) and boron-gallium nitride (BGaN). Boron in these materials is very important for the detection of thermal neutrons due to the high neutron capture cross section of the isotope boron-10 (10B) and its low sensitivity to gamma radiation. However, the main challenge with boron containing III-N for neutron detection is the quality of the materials. For instance, growth of thick, high quality single crystalline boron-rich BGaN needed for neutron detectors is difficult due to strain-induced degradations such as phase separation and columnar 3D growth. Therefore, we developed an innovative approach consisting of BGaN/GaN superlattices (SLs) with a nominal boron content of 3% in the BGaN layer. These BGaN/GaN SLs materials were used to fabricate metal-semiconductor-metal (MSM) and p-i-n heterojunction devices, which showed significant neutron-induced signal. Even with this approach, it is found that there are several constraints on the boron content, the quality of the material, and the overall thickness, which are key factors for the realization of high-efficiency neutron detectors.By using binary BN (100% boron) epitaxial layers, higher thermal neutron absorption and performance of neutron detectors are expected. Our group has reported for the first time large area 2D layered h-BN films with high crystalline quality on sapphire substrate by metal organic vapor phase epitaxy (MOVPE). These BN films were used to demonstrate high efficiency deep UV photodetectors. In this work, we have grown up to 2.5µm thick natural and 10B enriched BN samples and used them to fabricate MSM based detectors. The advantages of MSM structures are the ability to achieve self-powered operation, similar to that demonstrated for UV photodetectors, and to benefit from internal gain in order to increase the neutron signal.This work also aims to investigate the control of the electrical conductivity of h-BN by in-situ Mg doping for the future realization of p-n based BN neutron detectors. Since a high boron content is highly desirable for neutron detectors, we have further explored experimentally for the first time a new material: boron-rich BAlN alloys
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Mortet, Vincent. "Croissance et caractérisation de couches minces de nitrure d'aluminium et de nitrure de bore cubique obtenues par pulvérisation triode." Valenciennes, 2001. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/3b61f736-adf1-4988-81b5-f6851c6cfa9b.
Full textAbstract:
Le nitrure de bore cubique (c-BN) et le nitrure d'aluminium (AIN) possèdent des propriétés exceptionnelles (dureté, stabilité thermique, stabilité chimique, gap optique) qui les rendent particulièrement intéressants sous forme de films minces dans différents domaines d'activité : la mécanique, l'optique, la microélectronique. Les propriétés des films minces déposés par les méthodes de dépôt en phase vapeur (PVD-CVD) dépendent de la température de dépôt, du flux et de l'énergie de chacune des espèces arrivant sur le substrat. Ainsi, la croissance des films de c-BN n'est possible que dans un domaine de conditions de dépôt limité, avec un bombardement ionique important. Les films d'AIN et de BN ont été déposés par pulvérisation triode réactive avec polarisation du substrat. L’effet de chacun des paramètres de dépôt sur la décharge a été étudié par sonde de Langmuir et collecteur d'ions. L'étude des propriétés des films d'AIN et de BN par spectrométries infrarouge (FTIR), spectrométrie UV-visible, spectrométrie RAMAN, diffraction de rayons X (DRX) microscopie électroniques à balayage (MEB) couplée avec un système d'analyse en spectrométrie a dispersion d'énergie (EDS) et microscopie électroniques en transmission haute résolution (MET-HR) a permis de déterminer les conditions optimales en composition du gaz de décharge et polarisation du substrat pour la croissance de films de c-BN et d'AIN (0002) pour des applications SAWS. L’étude systématique de la contrainte des films a permis de mettre en évidence l'effet de différents paramètres (le flux d'ions, l'énergie des ions, la vitesse de dépôt, l'épaisseur de film) sur la contrainte des films. L'étude de la croissance des films de c-BN par profil de contrainte a permis de montrer le rôle de la contrainte dans la formation des films de c-BN conformément au modèle de Mackenzie. Le changement de condition de dépôt après la nucléation du c-BN ne permet pas de réduire la contrainte ni d'améliorer l'adhérence des films de c-BN. Ces résultats indiquent que la contrainte des films dépend non seulement des conditions de dépôt mais aussi des propriétés mécaniques du matériau déposé<br>Cubic boron nitride (c-BN) and aluminum nitride (AIN) possess a variety of hightly interesting mechanical, thermal, electrical and optical properties, and therefore, have significant technological potential for thin films applications. Layer properties obtained by PVD and CVD methods depend on substrate temperature and on flux and energy of each species reaching substrates. For instance, c-BN growth is obtained only for a limited range of process parameters with a significant level of energetic ion bombardment during film growth. AIN and BN fims wer deposited by reactive and substrate bias sputtering. The effect of each deposition parameters on the discharge was studied by means of a Langmuir probe and an ion collector. AIN and BN properties were studied by infrared spectrometry (FTIR), UV-Visible spectrometry, RAMAN spectrometry, X-Ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) equipped with an energy dispersive spectrometry analysis system (EDS) and high resolution transmission electron microscopy (HRTEM). Optimal nitrogen ratio and bias voltage were determined for c-BN growth and AIN (002) growth. Systematic studies of film stress have shown the effect of ion flux, ion energy, deposition rate and films thickness on stress. The c-BN growth studied by stress profile has shown the effect of stress on c-BN nucleation in accordance with Mackenzie stress model. The deposition conditions change after c-BN nucleation neither allows to reduce stress nor increases adherence of c-BN films. Our results indicate that film stress depends not only on deposition condition but also on the mechanical properties of deposited material
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Pierret, Aurélie. "Propriétés structurales et optiques de nanostructures III-N semiconductrices à grand gap : nanofils d’AlxGa1−xN synthétisés par épitaxie par jets moléculaires et nanostructures de nitrure de bore." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066549.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse s'intéresse aux propriétés structurales et optiques de semiconducteurs à grand gap de nitrure d'éléments III (AlxGa1-xN et h-BN), émettant dans l'ultraviolet (4-6 eV). Les propriétés des nano-objets étant modifiées par la réduction de dimensionnalité, un point central de ce travail a consisté à étudier des nanostructures de ces matériaux (nanofils d'AlN et d'AlxGa1-xN, nanotubes et nanofeuillets de BN). Un soin particulier a aussi été apporté à la corrélation à l'échelle nanométrique, entre la structure et la luminescence. Dans un premier temps, les nanofils d'AlxGa1-xN ont été synthétisés par épitaxie par jets moléculaires, sur des nanofils de GaN afin de promouvoir la croissance de nanostructures 1D non coalescées. Nous montrons que le gallium s'incorpore difficilement, aboutissant à des nanofils d'un alliage fortement inhomogène à plusieurs échelles (du nanomètre à la centaine de nanomètres). Ces inhomogénéités influencent grandement les propriétés optiques, dominées par des états localisés. L'ensemble des résultats nous a permis de proposer un mécanisme de croissance de ces nanofils. Dans un deuxième temps, les propriétés des nanostructures de BN ont été comparées à celles du matériau massif (le BN hexagonal). Nous montrons que jusqu’à 6 couches les nanofeuillets présentent une luminescence similaire au h-BN. Cela indique une faible influence de la réduction de dimensionnalité dans le h-BN, contrairement aux nanofils des autres nitrures. Enfin, nous montrons que les principaux nanotubes étudiés dans ce travail, multiparois, présentent une structure complexe, microfacettée, et que les défauts sont probablement responsables de la luminescence observée<br>This work focuses on structural and optical properties of III-nitrides wide-band gap semiconductors (AlxGa1-xN and h-BN), emitting in the ultraviolet range (4-6 eV). Nano-objects properties being modified by dimensional reduction, this work was mostly focused on the study of nanostructures of these materials (AlN and AlxGa1-xN nanowires, BN nanotubes and nanosheets). Careful search for correlation between their structure and luminescence has also been carried out. Concerning AlxGa1-xN materials, nanowires have been grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy. The use of GaN nanowires bases has allowed us to promote the growth of non-coalesced 1D AlxGa1-xN nanostructures. We have shown that the incorporation of gallium is very temperature-dependent, giving rise to nanowires made of a highly inhomogeneous alloy at several scales (from nanometer to a hundred nanometers). These inhomogeneities strongly influence the optical properties, dominated by localized states. Altogether these results allow us to propose a growth mechanism of these nanowires. Concerning BN materials, comparison of the properties of nanostructures with those of the bulk material (hexagonal BN) has been carried out. After that h-BN bulk has been further investigated, we have revealed that nanosheets with more than 6 monolayers present a luminescence similar to h-BN. This indicates a low influence of dimensional reduction in h-BN, contrary to the case of nanowires made of other nitrides. Finally we have shown that the main nanotubes investigated in this work, which are multiwall, have a complex structure that is micro-faceted, and that the defects are likely responsible of the observed luminescence
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Vuong, Phuong. "Optical spectroscopy of boron nitride heterostructures." Thesis, Montpellier, 2018. http://www.theses.fr/2018MONTS075/document.
Full textAbstract:
Le nitrure de bore hexagonal (h-BN) est un semi-conducteur à large bande interdite (~ 6 eV) avec une stabilité thermique et chimique très élevées lui offrant la possibilité d'être utilisé dans des dispositifs fonctionnant dans des conditions de fonctionnements extrêmes. La nature indirecte de la bande interdite dans h-BN a été étudiée à la fois par des calculs théoriques et par des expériences. Un exciton indirect et des recombinaisons assistées par phonons dans h-BN ont été observées par photoluminescence.Durant cette thèse, nous avons étudié les propriétés optiques de cristaux massifs et de couches hétéro-épitaxiales de nitrure de bore hexagonal. Nous avons étudié des échantillons provenant de différentes sources et des cristaux qui ont été fabriqués en utilisant différentes méthodes de croissance pour nous permettre de mesurer les propriétés optiques intrinsèques de h-BN. Nous rapportons l'impact des symétries des phonons sur la réponse optique du h-BN en effectuant des mesures photoluminescence résolues par polarisation. L’analyse des données en polarisation, nous permet de mesurer la contribution du phonon manquant, celui qui n'a pas été détectée avant cette thèse. En suite, nous démontrons que l'origine de la structure fine du spectre de PL provient pour chaque réplique phonon d’une diffusion complémentaire de type Raman faisant intervenir le mode de phonon E2g à basse énergie (mode de cisaillement inter-feuillets). Les spectroscopies de photoluminescence et de diffusion inélastique Raman ont été combinées pour quantifier l'influence des effets isotopiques sur les propriétés optiques de h-BN ainsi pour révéler que les modifications des interactions de van de Waals liées à l'utilisation de 10B et 11B ou du bore naturel pour la croissance de cristaux h-BN massifs.Enfin, nous étudions des epitaxis de h-BN crues par Épitaxie sous Jets Moléculaires. L'utilisation conjointe de l’imagerie par microscopie à force atomique (AFM) et de la spectroscopie de photoluminescence permet de comprendre la première observation de recombinaison assistée par phonons dans des épitaxies de h-BN sur le saphir et le graphite. Ce résultat indique que la croissance de h-BN à large échelle par méthode épitaxiales est en voie d'acquérir la maturité nécessaire au développement technologique de h-BN<br>Hexagonal boron nitride (h-BN) is a wide bandgap (~ 6 eV) semiconductor with a very high thermal and chemical stability often used in devices operating under extreme conditions. The indirect nature of the bandgap in h-BN is investigated by both theoretical calculations and experiments. An indirect excion and phonon-assisted reombinations in h-BN are observed in photoluminescene spectroscopy.This thesis focus on the optical properties of bulk and epilayers of h-BN. We investigated samples from different sources grown different methods in order to confirm the intrinsic optical properties of h-BN. We report the impact of the phonon symmetry on the optical response of h-BN by performing polarization-resolved PL measurements. From them, we will measure the contribution of all the phonon-assisted recombination which was not detected before this thesis. We follow by addressing the origin of the fine structure of the phonon-assisted recombinations in h-BN. It arises from overtones involving up to six low-energy interlayer shear phonon modes, with a characteristic energy of about 6.8 meV.Raman and photoluminescence measurements are recorded to quantify the influence of isotope effects on optical properties of h-BN as well as the modifications of van de Waals interactions linked to utilization of 10B and 11B or natural Boron for the growth of bulk h-BN crystals.Finally, we study h-BN thin epilayers grown by Molecular Beam Epitaxy at Nottingham University, atomic force microscopy (AFM) images and photoluminescence features are combined to confirm the first observation of phonon-assisted recombination in high quality thin h-BN epilayers grown on c-plane sapphire and Highly Ordered Pyrolitic Graphite. This demontrates that large scale growth of h-BN by epitaxy is getting a technologically required maturity
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Montigaud, Hervé. "Synthèse sous hautes pressions et caractérisations physico-chimiques du nitrure de bore cubique et du nitrure de carbone C₃N₄." Bordeaux 1, 1998. http://www.theses.fr/1998BOR10555.
Full textAbstract:
Les composes appartenant au systeme bore-carbone-azote presentent des liaisons fortement covalentes a l'origine de proprietes exceptionnelles. C'est le cas de bn-cubique pour lequel une nouvelle voie de synthese mettant en oeuvre un fluide nitrurant a l'etat supercritique a ete developpee. La premiere partie de ce travail porte sur l'etude de la nucleation et de la croissance de bn-c en presence d'hydrazine anhydre. La nature du precurseur de bn, celle de l'additif modifiant l'ionicite du milieu ainsi que la proportion de ces produits de depart ont ete particulierement etudiees. La seconde partie de ce travail est consacree au nitrure de carbone (ou carbonitrure) c#3n#4 dont l'interet a ete revele par cohen en 1989. Cet interet fut, par la suite, confirme par des calculs ab initio qui proposerent cinq differentes structures. Diverses methodes de synthese impliquant la condensation de molecules organiques ont ete mises en oeuvre. Ces travaux ont abouti a la preparation de la variete graphitique de c#3n#4 a l'etat massique par traitement haute pression-haute temperature (2,5gpa, 800c) de la melamine en presence d'hydrazine. Des essais de synthese d'une des varietes tridimensionnelles ont egalement ete realises.
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Zhong, Wenli. "Préparation de matériaux à base de nitrure de bore pour des applications 'énergie'." Thesis, Montpellier 2, 2012. http://www.theses.fr/2012MON20186.
Full textAbstract:
Bien que proposant des avantages importants par rapport à d'autres matériaux, les céramiques présentent un défaut récurrent, qui est leur plus ou moins grande fragilité due à des défauts de structure ou à des impuretés dans les réseaux structuraux. On s’affranchit de ces contraintes en améliorant la pureté des matériaux de base, en maîtrisant mieux les processus de fabrication, en les renforçant et en nanostructurant le matériau. C’est ce qui a donné naissance aux méthodes chimiques d’élaboration dites de « Bottom-up » qui reprennent le schéma de principe de la conception de la céramique naturelle en s’adaptant à la démarche des chimistes : des briques élémentaires représentant une architecture moléculaire sont assemblées pour former un composé macromoléculaire dont la composition est contrôlée à l’échelle atomique. Ce composé est mis en forme, durcit pour être transformé par cuisson en une céramique dont la composition est directement liée à la structure moléculaire des briques. Cette démarche est à l’origine de la voie dite des « polymères précéramiques ». Cette voie chimique s’adapte aux exigences des domaines de l’énergie. Notamment et afin d’exploiter et de saisir les opportunités que constituent l’apparition de nouveaux besoins en matériaux et/ou l’établissement de cahiers des charges stricts au regard des propriétés des matériaux dans ce domaine, la présente étude a pour objet d’élaborer des matériaux à base de BN comme les composites à renforts fibreux, les nanocomposites et les mousses.Après une introduction générale, le chapitre 1 décrit l’état de l’art de BN. Il s’intéresse à la littérature sur les propriétés des différentes formes du BN. La voie PDCs est détaillée et son application à l’élaboration du h-BN. Les différents types de précurseurs et de polymères sont décrits et l’accent est mis sur le borazine et le polyborazylène. La dernière partie concerne l’élaboration des composites à renforts fibreux, les nanocomposites et les mousses à base de BN qui sont considérés.Le chapitre 2 s’intéresse à l’élaboration de C/BN composites à partir de polyborazylènes qui est un projet de recherche sur ITER. Après un rappel sur le contexte de CEA, les différentes étapes liées au procédé d’élaboration des composites sont décrites et étudiées à l’aide d’outils de caractérisation comme la RMN solide,TGA, XRD et SEM. Le chapitre 3 s’intéresse à des nanocomposites qui se caractérisent par des phases nanocristallines de nitrure métallique parmi le nitrure de titane, de zirconium et d’hafnium dispersés dans une matrice de BN faiblement cristallisée. L’accent est mis sur la chimie moléculaire et sur la synthèse de polymétalloborazines qui permettent de conduire par pyrolyse à la formation directe de ces nanocomposites par croissance in-situ de la phase nanocristalline dans la matrice BN. Une étude préliminaire sur la possibilité de mettre en forme les polyméres en vue d’élaborer des structures massives nanocomposites est abordée.Le chapitre 4 se consacre à deux procédés de préparation de mousses. Le premier procédé qui combine la voie PDCs à la chimie intégrative vise à élaborer des mousses BN à porosité hiérarchisée. Le second procédé consiste à mélanger PMMA avec polyborazylènes pour subir des étapes de compactage et de pyrolyse générant des mousses. Pour ces deux types de matériaux, des mesures texturales comme BET et la porosimétrie mercure sont entreprises.Une conclusion générale termine le manuscrit. Elle fait un rappel des travaux entrepris dans chacun des trois chapitres et donne des perspectives liées aux trois types de matériau étudiés pendant la thèse<br>Energy developments have brought hexagonal boron nitride-based materials increasing interest for future materials and technologies. The objective of this thesis concerns the preparation of BN shapes for energy applications including fiber-reinforced BN composites, BN-based nanocomposites and BN foams. Fiber-reinforced BN composite and BN nanocomposites display potential as tiles for protection limiters for the Ion Cyclotron Range Frequency antennas in fusion nuclear reactors. Porous BN materials have interests as host material for hydrogen storage and as catalyst supports. The Polymer-Derived Ceramics route which offers new preparation opportunities in chemistry and ceramic sciences is applied to manufacture shaped BN-based materials.Firstly, in the context of C/BN composite, polyborazylene vacuum-assisted infiltration and pyrolysis process was successfully introduced. We focused on the design, elaboration and properties of the C/BN composite through the study of the (1) synthesis and polymerization of borazine, (2) the polyborazylene-to-boron nitride conversion, (3) the morphological texture and mechanical properties of derived C/BN composites. We firstly demonstrated that it is possible to obtain dense-derived C/BN composites (density: 1.773 g cm-3, open porosity: 5.09%) by tuning the viscosity of polyborazylene in the infiltration process. SEM observation presented a very strong bonding between fibers and matrix. TGA under air analysis confirmed the improved oxidation resistance property of C/BN composite compared with C fiber.Secondly, we investigated the design, processing, and properties of transition metal-containing boron nitride nanocomposites from polymetalloborazine. With proper choice of boron nitride precursor, and by controlling the B/M ratio (M = Ti, Zr, Hf), a set of representative polymetalloborazines has been prepared as precursors of nanocomposites. In the reaction of BN source with metal precursor leading to polymetalloborazines, two main mechanisms are mainly concerned: N-H and B-H units of BN percursor react with N-alkyl groups presented in metal precursors. After its pyrolysis under ammonia up to 1000 oC then nitrogen from 1000 to 1500oC, the derived nanocomposites reveal the presence of metal nitride nanocrystales with an average diameter of 6.5 nm homogeneously embedded in a poorly crystallized boron nitride matrix. A preliminary study is presented on the preparation of monolith-type nanocomposites from selected polytitanoborazines. Finally, we applied two PDCs route-based strategies to prepare hierarchically porous and micro cellular BN foams. In the first strategy, monolith-type BN foams with a hierarchical porosity were synthesized from polyborazylene using an integrative chemistry combined-based sequence set-up that consists of the impregnation of silica and carbonaceous templates followed by pyrolysis process and elimination of the template. These novel porous BN architectures display hierarchical and high porosity (76 %) with an open-cell interconnected macroporosity and a surface area up to 300 m2g-1. In the second strategy, a sacrificial processing route has been proposed to fabricate micro cellular BN foams with a porosity of 79 % from a mixture of polyborazylene and poly(methylmethacrylate) (PMMA) microbeads by warm-pressing followed by pyrolysis consisting of the burn-out of PMMA while polyborazylene is converted into BN. These novel BN foams display potential as catalyst supports and host material for hydrogen storage
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Bardoux, Richard. "Spectroscopie de boîtes quantiques individuelles GaN/AlN en phase hexagonale." Phd thesis, Montpellier 2, 2007. http://www.theses.fr/2007MON20173.
Full textAbstract:
Nous étudions les propriétés optiques de boîtes quantiques GaN/AlN élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrats Si(111). La spectroscopie résolue en temps de l'émission collective de plans de boîtes quantiques nous conduit à une détermination appropriée de l'état fondamental des boîtes quantiques et du champ électrique interne le long de l'axe de croissance. Nous observons et modélisons une dynamique de recombinaison non conventionnelle des porteurs. Ces résultats préliminaires nous permettent de sélectionner les boîtes quantiques idéales pour l'étude individuelle en micro-photoluminescence. Nos mesures sur boîte unique révèlent des effets de diffusion spectrale que nous étudions en détails. En analysant la polarisation linéaire des raies d'émission de boîtes individuelles, nous observons des propriétés liées à la structure fine excitonique, très différentes de celles de boîtes quantiques étudiées auparavant, ce que nous expliquons à l'aide d'un modèle tenant compte des effets d'échange et d'anisotropie<br>We study the optical properties of GaN/AlN quantum dots (QDs) grown by molecular beam epitaxy on Si(111) substrates. Time-resolved spectroscopy of the collective emission from QD planes leads us to an appropriate determination of the QD ground state and of the on-axis internal electric field. We observe and model a nonconventional carrier recombination process. These preliminary results allow us to select the QDs that are ideal for individual studies by micro-photoluminescence. Our measurements on single QDs reveal spectral diffusion effects that we study in detail. By analyzing linear polarization of the emission lines of individual quantum dots, we observe properties related to the excitonic fine structure, very different from those of previously studied QDs, which we explain via a modeling accounting for exchange and anisotropy effects
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Bardoux, Richard. "Spectroscopie de boîtes quantiques individuelles GaN/AlN en phase hexagonale." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00201492.
Full textAbstract:
Nous étudions les propriétés optiques de boîtes quantiques GaN/AlN élaborées par épitaxie par jets moléculaires sur substrats Si(111). La spectroscopie résolue en temps de l'émission collective de plans de boîtes quantiques nous conduit à une détermination appropriée de l'état fondamental des boîtes quantiques et du champ électrique interne le long de l'axe de croissance. Nous observons et modélisons une dynamique de recombinaison non conventionnelle des porteurs. Ces résultats préliminaires nous permettent de sélectionner les boîtes quantiques idéales pour l'étude individuelle en micro-photoluminescence. Nos mesures sur boîte unique révèlent des effets de diffusion spectrale que nous étudions en détails. En analysant la polarisation linéaire, nous observons des propriétés liées à la structure fine excitonique, très différentes de celles de boîtes quantiques étudiées auparavant, ce que nous expliquons à l'aide d'un modèle tenant compte des effets d'échange et d'anisotropie.
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Malhouitre, Stéphane. "Etude et réalisation de couches minces de nitrure de bore par dépôt ionique réactif." Limoges, 1997. http://www.theses.fr/1997LIMO0010.
Full textAbstract:
L'etude et la realisation de couches minces de nitrure de bore par depot ionique reactif a fait l'objet de ce travail. L'objectif principal a ete d'obtenir des depots de nitrure de bore cubique ayant une composition proche de la stchiometrie. Pour dissocier et ioniser les molecules d'azote, divers modes d'activation du gaz ont ete employes lors de la synthese des films. Tout d'abord, un plasma radiofrequence seul a ete utilise, puis il a ete assiste d'un dispositif d'intensification de la decharge. Le second mode d'activation a consiste en une source portee a haute temperature sur laquelle est dirige l'azote. Enfin, un plasma microonde a ete employe. Les resultats obtenus montrent que la composition et la structure des couches deposees sont etroitement liees. Les depots qui presentent des liaisons sp#3 possedent un rapport atomique n/b faible (n/b 0,1) et ne sont pas cristallises. Ces couches sont en fait composees de nitrure de bore sous forme de liaisons sp#2 et sp#3, ainsi que du bore non lie a l'azote. Les depots qui presentent une composition plus riche en azote ont une structure de type h-bn et possedent une excellente transmission optique dans le visible.
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Tran, Van Truong. "Propriétés électroniques et thermoélectriques des hétérostructures planaires de graphène et de nitrure de bore." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS133/document.
Full textAbstract:
Les excellentes propriétés électroniques, thermiques et mécaniques du graphène confèrent à ce matériau planaire (bi-dimensionnel) un énorme potentiel applicatif, notamment en électronique. Néanmoins, ce matériau présente de sérieux inconvénients qui pourraient limiter son champ d'applications. Par exemple, sa structure de bandes électronique sans bande interdite rend difficile le blocage du courant dans un dispositif. De plus, pour les applications thermoélectriques, sa forte conductance thermique est aussi une forte limitation. Il y a donc beaucoup de défis à relever pour rendre ce matériau vraiment utile pour des applications. Cette thèse porte sur l'étude des propriétés électroniques et thermoélectriques dans les hétérostructures planaires constituées de graphène et de nitrure de bore hexagonal (BN). Différentes configuration de ce nouveau matériau hybride permettent de moduler la bande interdite, la conductance thermique et le coefficient Seebeck. Cette étude a été menée au moyen de calculs atomistiques basés sur les approches des liaisons fortes (TB) et du modèle à constantes de force (FC). Le transport d'électrons et de phonons a été simulé dans le formalisme des fonctions de Green hors équilibre. Les résultats montrent que, grâce à la modulation de la bande interdite, des transistors à base d'hétérostructures de BN et de graphène peuvent présenter un très bon rapport courant passant / bloqué d'environ 10⁴ à 10⁵. En outre, nous montrons l'existence d'états quantiques hybrides à l'interface zigzag entre le graphène et le BN donnant lieu à des propriétés de transport électronique très intéressantes. Enfin, ce travail montre qu'en agençant correctement des nano-flocons de BN sur les côtés d'un nanoruban de graphène, la conductance des phonons peut être fortement réduite alors que l'ouverture de bande interdite conduit à un accroissement important du coefficient Seebeck. Il en résulte qu'un facteur de mérite thermoélectrique ZT plus grand que l'unité peut être réalisé à température ambiante<br>Graphene is a fascinating 2-dimensional material exhibiting outstanding electronic, thermal and mechanical properties. Is this expected to have a huge potential for a wide range of applications, in particular in electronics. However, this material also suffers from a strong drawback for most electronic devices due to the gapless character of its band structure, which makes it difficult to switch off the current. For thermoelectric applications, the high thermal conductance of this material is also a strong limitation. Hence, many challenges have to be taken up to make it useful for actual applications. This thesis work focuses on the theoretical investigation of a new strategy to modulate and control the properties of graphene that consists in assembling in-plane heterostructures of graphene and Boron Nitride (BN). It allows us to tune on a wide range the bandgap, the thermal conductance and the Seebeck coefficient of the resulting hybrid nanomaterial. The work is performed using atomistic simulations based on tight binding (TB), force constant (FC) models for electrons and phonons, respectively, coupled with the Green's function formalism for transport calculation. The results show that thanks to the tunable bandgap, it is possible to design graphene/BN based transistors exhibiting high on/off current ratio in the range 10⁴-10⁵. We also predict the existence hybrid quantum states at the zigzag interface between graphene and BN with appealing electron transport. Finally this work shows that by designing properly a graphene ribbon decorated with BN nanoflakes, the phonon conductance is strongly reduced while the bandgap opening leads to significant enhancement of Seebeck coefficient. It results in a thermoelectric figure of merit ZT larger than one at room temperature
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Goeuriot, Dominique. "Réactivité, frittage et caractérisation de céramiques dans les systèmes alumine-oxynitrure d'aluminium gamma et nitrure de bore." Lyon 1, 1987. http://www.theses.fr/1987LYO19045.
Full textAbstract:
On etudie la reactivite et la densification de melanges de poudres d'al::(2)o::(3) en exces et de aln (densite, diffraction rx, meb et met, proprietes mecaniques). Les resultats remettent en cause les diagrammes etablis et precisent les phases formees a haute temperature : alon-gamma se forme des 1550**(o)c; au-dela de 1700**(o)c, il evolue vers des structures quadratique et monoclinique par dissolution de al::(2)o::(3); une phase liquide apparait vers 1780**(o)-1800**(o)c. Le processus de fabrication optimise (cobroyage des poudres, frittage avec ou sans charge) conduit a une ceramique composite al::(2)o::(3)-alon dense, interessante par ses proprietes mecaniques. On a aussi etudie la reactivite de al::(2)o::(3) vis-a-vis de bn, qui reagissent a plus de 1700**(o)c pour former aln, b::(2)o::(3) et alon spinelle et quadratique. Des composites al::(2)o::(3)-alon-bn ont ete frittes : bn a un effet benefique sur la resistance aux chocs thermiques
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Postole, Georgeta. "Le nitrure : un nouveau support en catalyse." Lyon 1, 2006. http://www.theses.fr/2006LYO10106.
Full textAbstract:
Une méthode classique d'imprégnation en milieu aqueux et une méthode innovante de type sol-gel ont été appliquées pour synthétiser des matériaux à base de métaux nobles supportés sur nitrure de bore et des matériaux à base d'oxydes supportés sur BN. Les catalyseurs ont été caractérisés par BET, DRX, spectroscopie IR, TG, XPS, RTP, microscopie électronique et microcalorimétrie d'adsorption. Les performances catalytiques des échantillons testés ont été étudiées dans deux procédés catalytiques : l'oxydation totale du méthane et la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote par des hydrocarbures en présence d'un excès d'oxygène (HC-SCR). Les résultats de l'activité catalytique (conversion, sélectivité, production) ont été fortement influencés par l'historique de l'échantillon : méthode de préparation, nature des précurseurs, degré de dispersion
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Serin, Virginie. "Caractérisation d'éléments de matériaux composites, fibres de carbone et nitrure de bore en microscopie électronique." Toulouse 3, 1989. http://www.theses.fr/1989TOU30043.
Full textAbstract:
Notre travail a porte sur l'application de la microscopie electronique analytique a l'etude de materiaux composites a fibres longues. Dans ce domaine, nous avons essentiellement utilise la spectroscopie de pertes d'energie d'electrons (eels) qui, par l'exploitation des signaux associes a l'excitation des niveaux atomiques profonds, permet de caracteriser les elements presents dans une portion de volume (<10#-#3 m#3) de l'echantillon. Les experiences ont ete conduites sur le microscope a tres haute tension 1 mv du laboratoire et le microscope philips em400t a 120 kv, equipes d'un systeme dispersif d'electrons, la resolution spatiale d'analyse varie de 100 nm a 10 nm. La technique eels, bien adaptee a la caracterisation des elements de faible numero atomique, nous a permis d'etudier plus particulierement les fibres de carbone et les revetements de nitrure de bore (bn), qui interviennent comme des composants importants des materiaux composites. La connaissance de la composition et de la nature structurale de ces elements est tout a fait essentielle pour la maitrise de leurs proprietes physiques. Au cours de ce travail, nous avons determine par analyse elementaire quantitative la repartition de l'azote dans certains types de fibres de carbone. L'azote est concentre pres de la surface. Ce resultat est un element important dans le developpement des theories sur l'elaboration des fibres de carbone et la maitrise de leurs proprietes mecaniques. L'analyse structurale, rendue possible par l'exploitation du signal exelfs, a porte sur differentes varietes de carbone et de nitrure de bore. Cette etude a permis de caracteriser les differences structurales des formes cristallisees, semi-cristallisees et amorphes et d'identifier la structure dite turbostratique dans ce type de materiau