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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MENTOURI CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES EXACTES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
N0 d'ordre:
Série:……
MEMOIRE
PRESENTE POUR OBTENIR LE DIPLOME DE MAGISTER EN PHYSIQUE
OPTION RAYONNEMENT ET APPLICATIONS
Par ABDELALI AOUINA
THEME
Soutenu le :
Devant le jury :
Président : A. Roustila M.C. Université MENTOURI
Rapporteur : N. Keghouche Prof. Université MENTOURI
Examinateurs : A. Djemel Prof. Université MENTOURI
A. Lechehe M.C Université MENTOURI
ROLE DU RAYONNEMENT DANS LELABORATION ET LETUDE
DE NANOAGREGATS SEMI CONDUCTEURS DE ZnS
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Remerciements
Ce travail a été réalisé au laboratoire de Microstructures et défauts dans les
matériaux (LMDM) du département de physique de l
université de Mentouri-Constantine.
Sous la direction du Mme N. Keghouche professeur à l
université de Mentouri-Constantine.
Je tiens à la remercie pour le sujet de recherche qu
elle m
a proposé, et lui exprime
ma profonde reconnaissance pour toute son aide scientifique, sa disponibilité, ses conseils, sa
gentillesse et pour l
intérêt qu
elle m
a porté à mon travail.
Je suis sensible à l
honneur que m
a fait Mlle A. Roustila Maître de Conférence à
l
université de Mentouri-Constantine d
avoir accepter de présider ce jury.
J
ai un grand plaisir à remercier Monsieur A. Djemel professeur à l
université de
Mentouri- Constantine pour avoir accepté de faire partie de jury.
Je remercie également Monsieur A. Lecheheb Maître de Conférences à l
université
de Mentouri- Constantine d
avoir accepté d
être membre du jury.
Mes remerciements les plus vifs vont aux membres du laboratoire (LMDM) et à tous
les chercheurs de notre équipe à Mme S. Chettibi, Mr L. Hioul, Mme Z. Chafi, Mlle S.
Benguedouare, Mme N. Ouafek , Mr H. Boudjned Mr F. Torche. Mlle A. Kimouche
pour leur aide, et en particulier à Mr. A. Souici pour l
irradiation des échantillons et pour
les nombreuses discussions scientifiques.
Enfin mes remerciements les plus sinres vont à mes parents, mes sœurs, mes frères, pour
leur aide, leurs encouragements et leur soutien moral.
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TABLE DES MATIERS
INTRODUCTION GENERALE ………………………………………………………....1
Chapitre1.GENERALITES SUR LES SEMI CONDUCTEURS, LES
NANOPARTICULES ET SUR LA RADIOLYSE
I- LES SEMI CONDUCTEURS …………………………………………………………….3
I-1. Introduction ………...…………………………………………………………..3
I-2. Différents types de Semi conducteurs...…………………...………..........3
I-2-1. Semi conducteur intrinsèque…………………………………………...........3
I-2-2. Semi conducteur extrinsèque……………………………………..................3
I-2-2-a. Type n. ………………………………………………...........................3
I-2-2-b. Type p. ..................................................................................................4
I-3. Gap direct et indirect…………………………………..........................................4
I-3-1. Gap direct ……………………………………...………………..................4
I-3-2. Gap indirect……………………………………………...…………............4
I-4. Structure de bandes……………………………………………………….............5
I-5. Interaction rayonnement - semi conducteur…………………................................5
I-5-1. Absorption fondamentale ……………………………………………........5
I-5-2. Emission spontanée ……………………………………………….................5
I-5-3. Emission stimulée ………………………………………………………........5
I-6. La recombinaison dans les semi conducteurs………...............................................5
I-6-1. Recombinaisons radiative et non radiative ……………………...........5
I-6-2. Centres de recombinaison et niveaux pièges ………………..…………….....6
I-7. Les excitons dans les semi conducteurs massifs …………………….…………......6
I-8. Semi conducteurs II-VI…………………………………….………………......7
I-8-1.Caractéristiques ……………………………………………………………..7
I-8-2. Structure cristalline………………………………………………………........8
II-NANOAGREGATS SEMI CONDUCTEURS .................................................................9
II-1. Définitions ………………………………………..…….…………………...9
II-2. Effet quantique de taille………………………………...…………….....10
II-3. Propriétés optiques des nano semi conducteurs………………………. .......10
II-4. Applications des nano semi conducteurs ……….……………………...........11
II-4-1. Sources de la lumière……………………………………………..........11
a) Diodes électroluminescentes……………………………………….……......11
6
b) Lasers………………………………………………………………………….11
II-4-2. Photovoltaïque…………………………………………….……………..12
II-4-3. Biologie……………………………………………….…………………..12
II-5. Différentes méthodes délaboration………………………………….............13
II-5-1. Système micellaire …………………………………….……………........13
II-5-2. Précipitation arrêtée…………………………………………………...…….14
II-5-3. Méthode sol gel………………………………………………….............14
II-5-4. Implantation ionique…………………………………………..……….....14
II-5-5. Epitaxie par jet moléculaire (EJM) ……………………………...............14
II-5-6. Évaporation par des rayons laser………………………………...……........15
II-5-7. Voie radiolytique…………………………………………………........15
III- MODELISATION DE LEFFET QUANTIQUE DE TAILLE……………….....
III-1. Modélisation…………………………..………………………………….......16
III-1-1. Confinement sur 0 dimensions………………..…………………........17
III-1-2. Confinement sur une dimension……………….………………...............17
III-1-3. Confinement sur deux dimensions…………………………............17
III-1-4. Confinement sur trois dimensions ………………………….……...........17
III-2. Modèles théoriques…………………….…………………………….........19
III-2-1. Le modèle de masse effective (puit infini) ……………………...........19
III-2-2. Le modèle du puit fini………………………….……...............20
III-2-3. Le pseudo potentiel……………………………...……………….....21
III-3. Divers Régimes de confinement……………………………………......21
III-3-a) Confinement fort (R/ax << 1) …………………………………............22
III-3-b) Confinement faible (R/ax>>1) ...……………………………...……22
III-3-c) Confinement intermédiaire……………………………...…….……22
IV-APPLICATION DU RAYONNEMENT IONISANT POUR LA SYNTHESE DE
NANOAGREGATSDATOMES…………….………………………………….23
IV-1. Radiolyse ……………………………………………………….…….………23
IV-1-1. Introduction ……………………………………………………….... .23
IV-1-2. Interaction rayonnement ionisant- matière……………...…………... ....23
IV-2.Les espèces radiolytiques……………………………………………. ……....24
IV-2-1. Etude quantitative…………………………..…………………………....24
IV-2-2. Etude qualitative………………………………...…………………….....25
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IV-2. Principe de la synthèse radiolytique ..………………………..………….27
IV-2- 1) Agrégats datomes ..……………………………………………….27
a) Réduction ……..…………………………………………………………..27
b) Stabilisation des nanoparticules………………………..…………….. 28
IV-2- 2) Agrégats semi conducteurs……..……………………………………...28
a) Sélection des entités radicalaires ………………………………………...28
b) Réduction et agrégation……………………………………………….....29
IV-2-3). Avantages de la réduction radiolytique.………….…………....29
V- CONCLUSION ……………………………………………………………...31
I-PRODUITS CHIMIQUES………...…………………………………………......32
II-PROTOCOLE DE PREPARATION DES ECHANTILLONS………...…… 32
III- IRRADIATION …………………………………………………..…………...34
III-1-Source d'irradiation……………………………………….………………… 34
III-2- Dose dirradiation………………………………………..……………..34
IV-TECHNIQUES D'ANALYSE ET CARACTERISATION......………….35
IV- 1-Spectrophotomètrie UV visible…………………………………………...35
IV-2- Microscopie Electronique à Transmission (MET)……………………….35
IV-3- Photoluminescence………………………………………………………..35
IV-4- P H- Métrie…………………………………………………………………..36
V- CONCLUSION ……………………………………………………...……………36
Chapitre 3. NANOPARTICULES SEMI-CONDUCTRICES de
ZnS FORMATIONSOUS RAYONNEMENT γ et
CARACTERISATION
I. RADIOLYSE DES COMPOSES INTERVENANT DANS LA SYNTHESE DE
ZnS…………………………………………………………………………………
I- 2- Radiolyse du zinc…………………………………………………………37
I- 2- Radiolyse des thiols………………………………………………………38
I-3-Radiolyse dune solution dions Zn+2 en préscence dun thiol ………....39
II. FORMATION DE PARTICULES DE ZnS SOUS IRRADIATION…………..39
II- 1- Principe……………………………………………………………………..39
II-2- Préparation des échantillons……………………………………………. 40
Chapitre 2 : TECHNIQUES EXPERIMENTALES
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