Modification des propriétés optiques de nanofils à base de GaN par plasma N2/O2

Une sonde électrostatique de Langmuir cylindrique a été utilisée pour caractériser une post-décharge d’un plasma d’ondes de surface de N2-O2 par la mesure de la densité des ions et électrons ainsi que la température des électrons dérivée de la fonction de distribution en énergie des électrons (EEDF). Une densité maximale des électrons au centre de la early afterglow de l’ordre de 1013 m-3 a été déterminée, alors que celle-ci a chuté à 1011 m-3 au début de la late afterglow. Tout au long du profil de la post-décharge, une densité des ions supérieure à celle des électrons indique la présence d’un milieu non macroscopiquement neutre. La post-décharge est caractérisée par une EEDF quasi maxwellienne avec une température des électrons de 0.5±0.1 eV, alors qu’elle grimpe à 1.1 ±0.2 eV dans la early afterglow due à la contribution des collisions vibrationnelles-électroniques (V-E) particulièrement importantes. L’ajout d’O2 dans la décharge principale entraîne un rehaussement des espèces chargées et de la température des électrons suivi d’une chute avec l’augmentation de la concentration d’O2. Le changement de la composition électrique de la post-décharge par la création de NO+ au détriment des ions N2+ est à l’origine du phénomène. Le recours à cette post-décharge de N2 pour la modification des propriétés d’émission optique de nanofils purs de GaN et avec des inclusions d’InGaN a été étudié par photoluminescence (PL). Bien que l’émission provenant des nanofils de GaN et de la matrice de GaN recouvrant les inclusions diminue suite à la création de sites de recombinaison non radiatifs, celle provenant des inclusions d’InGaN augmente fortement. Des mesures de PL par excitation indiquent que cet effet n’est pas attribuable à un changement de l’absorption de la surface de GaN. Ceci suggère un recuit dynamique induit par la désexcitation des métastables de N2 suite à leur collision à la surface des nanofils et la possibilité de passiver les défauts de surface tels que des lacunes d’azote par l’action d’atomes de N2 réactifs provenant de la post-décharge. L’incorporation d’O2 induit les mêmes effets en plus d’un décalage vers le rouge de la bande d’émission des inclusions, suggérant l’action des espèces d’O2 au sein même des nanostructures.

Optical emission spectroscopy as a process-monitoring tool in PECVD of amorphous carbon coatings

Dans ce projet de recherche, le dépôt des couches minces de carbone amorphe (généralement connu sous le nom de DLC pour Diamond-Like Carbon en anglais) par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapor deposition en anglais) a été étudié en utilisant la Spectroscopie d’Émission Optique (OES) et l’analyse partielle par régression des moindres carrés (PLSR). L’objectif de ce mémoire est d’établir un modèle statistique pour prévoir les propriétés des revêtements DLC selon les paramètres du procédé de déposition ou selon les données acquises par OES. Deux séries d’analyse PLSR ont été réalisées. La première examine la corrélation entre les paramètres du procédé et les caractéristiques du plasma pour obtenir une meilleure compréhension du processus de dépôt. La deuxième série montre le potentiel de la technique d’OES comme outil de surveillance du procédé et de prédiction des propriétés de la couche déposée. Les résultats montrent que la prédiction des propriétés des revêtements DLC qui était possible jusqu’à maintenant en se basant sur les paramètres du procédé (la pression, la puissance, et le mode du plasma), serait envisageable désormais grâce aux informations obtenues par OES du plasma (particulièrement les indices qui sont reliées aux concentrations des espèces dans le plasma). En effet, les données obtenues par OES peuvent être utilisées pour surveiller directement le processus de dépôt plutôt que faire une étude complète de l’effet des paramètres du processus, ceux-ci étant strictement reliés au réacteur plasma et étant variables d’un laboratoire à l’autre. La perspective de l’application d’un modèle PLSR intégrant les données de l’OES est aussi démontrée dans cette recherche afin d’élaborer et surveiller un dépôt avec une structure graduelle.

Dynamique de croissance par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc

Le but de cette thèse était d’étudier la dynamique de croissance par pulvérisation par plasma RF magnétron des couches minces à base d’oxyde de zinc destinées à des applications électroniques, optoélectroniques et photoniques de pointe. Dans ce contexte, nous avons mis au point plusieurs diagnostics permettant de caractériser les espèces neutres et chargées dans ce type de plasmas, notamment la sonde électrostatique, la spectroscopie optique d’émission et d’absorption, ainsi que la spectrométrie de masse. Par la suite, nous avons tenté de corréler certaines caractéristiques physiques de croissance des couches de ZnO, en particulier la vitesse de dépôt, aux propriétés fondamentales du plasma. Nos résultats ont montré que l’éjection d’atomes de Zn, In et O au cours de la pulvérisation RF magnétron de cibles de Zn, ZnO et In2O3 n’influence que très peu la densité d’ions positifs (et donc la densité d’électrons en supposant la quasi-neutralité) ainsi que la fonction de distribution en énergie des électrons (populations de basse et haute énergie). Cependant, le rapport entre la densité d’atomes d’argon métastables (3P2) sur la densité électronique décroît lorsque la densité d’atomes de Zn augmente, un effet pouvant être attribué à l’ionisation des atomes de Zn par effet Penning. De plus, dans les conditions opératoires étudiées (plasmas de basse pression, < 100 mTorr), la thermalisation des atomes pulvérisés par collisions avec les atomes en phase gazeuse demeure incomplète. Nous avons montré que l’une des conséquences de ce résultat est la présence d’ions Zn+ suprathermiques près du substrat. Finalement, nous avons corrélé la quantité d’atomes de Zn pulvérisés déterminée par spectroscopie d’émission avec la vitesse de dépôt d’une couche mince de ZnO mesurée par ellipsométrie spectroscopique. Ces travaux ont permis de mettre en évidence que ce sont majoritairement les atomes de Zn (et non les espèces excitées et/ou ioniques) qui gouvernent la dynamique de croissance par pulvérisation RF magnétron des couches minces de ZnO.

Observation of the C2H2-N2O van der Waals complex in the overtone range using CW-CRDS

A slit nozzle supersonic expansion containing C2H2 (246 sccm) and N2O (355 sccm) seeded into Ar (1260 sccm) is investigated using CW cavity ring-down spectroscopy, in the 1.5 μm range. The C2H2-N2O van der Waals complex is observed around the 2CH acetylenic band. Despite strong perturbations, 117 b-type lines are assigned. Their combined fit with published microwave data leads to new upper state and improved lower state rotational constants. The Lorentzian width of the assigned line profiles sets the mean lifetime to 1.6 ns. The rotational temperature is estimated to be 15 K from the comparison between observed and simulated spectra. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

On the role of molecular clustering on infrared absorption line shapes of acetylene in a supersonic expansion

A supersonic expansion containing acetylene seeded into Ar and produced from a circular nozzle is investigated using CW/cavity ring down spectroscopy, in the 1.5 μm range. The results, also involving experiments with pure acetylene and acetylene-He expansions, as well as slit nozzles, demonstrate that the denser central section in the expansion is slightly heated by the formation of acetylene aggregates, resulting into a dip in the monomer absorption line profiles. Acetylene-Ar aggregates are also formed at the edge of the circular nozzle expansion cone. © 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Infrared spectra of C2H2 under jet-cooled and para-H2 matrix conditions

In spectra of jet-cooled C2H2 recorded with an FTIR spectrometer, the ν5, ν4 + ν5, ν3 and ν2 + ν4 + ν5 bands all exhibit an intensity distribution corresponding to ∼6 K for rotation, with no evidence of nuclear spin conversion. Spectra of C2H2 isolated in solid p-H2 show no evidence of rotation of C2H2. The strong interaction between ν3 and ν2 + ν4 + ν5 in the gas phase is diminished in solid p-H2. Lines associated with dimer, trimer and tetramer of C2H2 are identified. Spectral features characteristic of solid state acetylene are observed under jet-cooled conditions. © 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Resolved Torsional Splittings in the ν18 and ν19- Bands of Propene

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FT-jet spectroscopy: vibrational energy transfer in N2O

A set-up combining a high resolution Fourier transform interferometer and a quadrupole mass spectrometer with a supersonic jet expansion produced thanks to a large turbomolecular pumping unit is described. A rotational temperature close to 3 K is demonstrated. Vibration-vibration energy transfer in the expansion affecting the v2 = 1 state in N2O is monitored in the presence of various collision partners. The transfer from the v 2 = 1 state of N2O towards the quasi resonant, lower energy v2 = 1 state of OCS is demonstrated, in particular. © 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Operational retrieval of total and tropospheric ozone from IASI infrared measurements

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Operational retrieval of trace gases concentrations from IASI spectra

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Operational retrieval of trace gases concentrations from IASI spectra

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Water vapor line parameters in the 13 000-9250 cm-1 region.

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UV, visible and near-IR spectroscopy of atmospheric species

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Infrared light on molecule-molecule and molecule-surface collisions

By analyzing measured infrared absorption of pure CH4 gas under both "free" (large sample cell) and "confined" (inside the pores of a silica xerogel sample) conditions we give a demonstration that molecule-molecule and molecule-surface collisions lead to very different propensity rules for rotational-state changes. Whereas the efficiency of collisions to change the rotational state (observed through the broadening of the absorption lines) decreases with increasing rotational quantum number J for CH4-CH4 interactions, CH4-surface collisions lead to J-independent linewidths. In the former case, some (weak) collisions are inefficient whereas, in the latter case, a single collision is sufficient to remove the molecule from its initial rotational level. Furthermore, although some gas-phase collisions leave J unchanged and only modify the angular momentum orientation and/or symmetry of the level (as observed through the spectral effects of line mixing), this is not the case for the molecule-surface collisions since they always change J (in the studied J=0-14 range).

Quantitative laboratory spectroscopy of atmospheric trace gases

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