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«Suivi de la formation d’un film de type polyphosphazène sur InP dans l’ammoniac liquide (-55°C) : Couplage électrochimie/XPS» par Christian Njel

Présentée par : Christian Njel Discipline : Chimie des matériaux Laboratoire : ILV

Résumé :
Le phosphure d’indium (InP) est un semiconducteur III-V aux propriétés adaptées aux applications optoélectroniques. Toutefois, son oxydation spontanée à l’air engendre une dégradation de ses propriétés électriques. La passivation de sa surface devient donc une étape clé pour son intégration dans des dispositifs optoélectroniques attractifs. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l’étude de la passivation de surface de InP par nitruration. Nous avons réalisé de manière reproductible la formation d’un film de type polyphosphazène (H2N- P=NH)n sur InP par voie électrochimique dans l’ammoniac liquide (-55°C). Le suivi de la croissance du film sur InP a été effectué grâce au couplage systématique de mesures électrochimiques (J=f(E), J=f(t), E=f(t) et C=f(E)) avec des analyses de composition chimique de surface par XPS (X-ray photoelectron spectroscopy). Chacune de ces techniques apporte des éléments sur la compréhension du mécanisme de nitruration de la surface de InP en solution (anodisation en milieu NH3 liq), nous permettant ainsi de proposer un mécanisme de formation du film de phosphazène de type «Electrochimique-Chimique-Electrochimique». L’étude par XPS de la stabilité à l’air de la composition chimique de surface de InP traité a révélé le caractère protecteur du film. La valeur élevée de la capacité interfaciale après traitement anodique suggère que l’interface modifié (de type Electrolyte-Insulator-Semiconductor) est en régime d’accumulation et se comporte comme un «vrai» condensateur.

Abstract :
Indium phosphide (InP) is all III-V semiconductor, which represents an ideal candidate for optoelectronic applications. However, its spontaneous oxidation in air leads to the loss of its electrical properties. The surface passivation becomes a key step for its integration in attractive optoelectronic devices. As part of this thesis, we are interested in studying the passivation of the InP surface in nitridation. We reproducibly realized the formation of a polyphosphazene-like (H2N-P=NH)n film on InP by electrochemical treatment in liquid ammonia (-55°C). The monitoring of the film formation was performed using a systematic coupling between electrochemical measurements (J=f(E), J=f(t), E=f(t) et C=f(E)) and XPS analysis (X-ray photoelectron spectroscopy) to follow the chemical composition of the surface. These techniques provide some answers about the nitridation mechanism of InP surface by a wet process (anodization in NH3 liq), leading to the formation of the phosphazene film through an ECE mechanism «Electrochemical-Chemical-Electrochemical». The study of the air ageing of the modified surface using XPS analysis revealed the protective nature of the film. The high value of the interfacial capacity after the anodic treatment suggests that the modified interface (Electrolyte-Insulator-Semiconductor-like) is in accumulation state and behaves like «a real capacitor».
Informations complémentaires
Danielle GONBEAU, Directeur de Recherche Emérite, à l’Université de Pau/Institut des Sciences Analytiques et de Physico-Chimie pour l’Environnement et les Matériaux (IPREM) - UMR 5254 - Pau - Rapporteur
Daniel LINCOT, Directeur de Recherche, à l’Institut de Recherche et Développement sur l’Energie Photovoltaïque (IRDEP)/ Unité mixte de recherche 7174 CNRS EDF-ENSCP - Chatou - Rapporteur
Anne-Marie GONCALVES, Maître de Conférences, Habilitée à Diriger des Recherches, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Directeur de thèse
Arnaud ETCHEBERRY, Directeur de Recherche, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Examinateur
Sophie PEULON, Chargée de Recherche, Habilité à Diriger des Recherches, à l’Université d’Evry-Val-d’Essonne/Laboratoire Analyse et Modélisation pour la Biologie et l’Environnement (LAMBE) - UMR 8587 - Evry – Examinateur
Jean-Luc PELOUARD, Directeur de Recherche, au CNRS/Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) - UPR 20 - Marcoussis - Examinateur
Nathalie STEUNOU, Professeur des Universités, à l’Université Versailles Saint-Quentin-en-Yvelines/Laboratoire Institut Lavoisier de Versailles (ILV) - Versailles - Examinateur
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