Etudes spectroscopiques du dopage dans les matériaux II-VI pour les détecteurs infrarouge et les cellules photovoltaïques

Orateur : Soutenance de Thèse de Frédérique GEMAIN

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à 3 matériaux II-VI utilisés dans les technologies de détection de lumière, quelle soit infrarouge ou visible. Dans un premier temps, une étude du dopage intrinsèque par les lacunes de mercure et du dopage extrinsèque par incorporation d’arsenic de l’alliage CdHgTe, couche active des détecteurs IR a été réalisée. Pour cela, des mesures optiques par photoluminescence (sur un banc mis en place au laboratoire pendant la 1ere année de thèse permettant de travailler depuis les basses températures jusqu’à l’ambiante entre 1µm et 12 µm dans l’IR) sur des couches de CdHgTe réalisées par épitaxie en phase liquide (EPL) de différentes compositions en Cd ont été effectuées. La corrélation de ces mesures optiques avec des mesures électriques par effet Hall en température a permis d’identifier les énergies d’activation des 2 niveaux de la lacune de mercure ainsi que de démontrer le phénomène de U-négativité de la lacune de mercure. De plus, la comparaison de spectres de PL d’échantillons dopés arsenic pendant la croissance par épitaxie par jets mol éculaires (EJM) avec des mesures précédentes réalisées par absorption de rayons X (EXAFS) a permis d’observer des transitions optiques associées aux différents complexes arsenic formés avant et après le recuit d’activation. Par ailleurs, un travail de modélisation du phénomène du désordre d’alliage dans le CdHgTe a été réalisé à partir de spectres de PL et d’absorption. Dans un deuxième temps, toujours dans le cas des détecteurs IR, le travail a porté sur l’étude du substrat CdZnTe utilisé pour l’épitaxie du CdHgTe. Des comparaisons des spectres de PL avec les paramètres de croissance ont été effectuées. Plus particulièrement, une étude sur une zone spécifique de certains échantillons présentant une absorption du rayonnement IR a été réalisée afin d’en comprendre l’origine. Enfin, nous nous sommes intéressés à la couche de CdS, matériau II-VI dopé intrinsèquement (type n) utilisé comme fenêtre transparente et formant la jonction p-n avec le CdTe dans les cellules solaires, détecteurs de lumière visible. Dans cette partie, nous avons chercher à étudier l’influence des différentes méthodes de dépôts , évaporation ou bain chimique de la couche de CdS sur un substrat de verre, en comparant les spectres d’émission de photoluminescence obtenus ainsi que les types de traitements thermiques effectués après dépôts. Ces mesures ont été corrélées avec le rendement des cellules solaires finales.

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