memoire de magister

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MOULOUD MAMMERI DE TIZI-OUZOU
MEMOIRE DE MAGISTER
en ELECTRONIQUE
option : MICROELECTRONIQUE
Présenté par :
Mr AMARA Lounés
Sujet :
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Mémoire soutenu le : devant le jury composé de :
Arezki ISSOLAH Professeur à l’U.M.M.T.O Président
Mohamed Said BELKAID Professeur à l’U.M.M.T.O Rapporteur
Mohamed MEGHERBI Professeur à l’U.M.M.T.O Examinateur
Mourad LAGHROUCHE Maitre de conférence A, l’U.M.M.T.O Examinateur

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Ce travail a été effectué au Laboratoire d’Electronique option Microélectronique de l’Université
Mouloud Mammeri (Tizi-Ouzou).
Ma reconnaissance va à Monsieur le professeur M.S.BELKAID, doyen, pour avoir bien m’y
accueillir et pour l’intérêt qu’il a porté à ce sujet au cours de fructueuses discussions lors de la
rédaction de ce mémoire.
Qu’il veuille bien accepter l’expression de mes sincères remerciements pour l’intérêt qu’il a
manifesté pour ce travail en acceptant d’en être rapporteur.
Monsieur le professeur A.ISSOLAH ; de l’Université Mouloud Mammeri, Faculté des Sciences,
m’a fait l’honneur d’accepter de juger ce travail et de présider le jury du mémoire ; je lui en suis
particulièrement reconnaissant.
Il m’a fait l’honneur d’avoir accepter de juger ce travail; et je lui suis particulièrement
reconnaissant pour les remarques constructives qu’il a formulées.
Je remercie Monsieur le professeur M.MEGHERBI de l’UMMTO et Monsieur M.LAGHROUCHE,
Maitre de conférence à l’UMMTO ; d’avoir acceptés d’être membres du jury de soutenance.
Je remercie Monsieur A.SACUTTO et L.B.BENOSMAN du Laboratoire de Physiques des Solides
de L’Université Pierre et Marie Curie, qui m’ont permis de m’initier puis de maitriser avec
efficacité les techniques d’analyses spectroscopiques Raman et Photoluminescence; je leurs en
suis tout particulièrement reconnaissant.
J’exprime mes vifs remerciements à Monsieur M.EDDRIEF, ingénieur de recherche à l’Université
Pierre et Marie Curie, qui m’a initié aux techniques de croissances d’épitaxie (BEM).
Enfin ma reconnaissance va à toutes les personnes qui de loin ou de prés qui m’ont encouragé
par leurs soutiens.

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PREAMBULE
Les couches minces de GaSe et InSe constituent des cathodes d’insertion des ions alcalins
(Li,Na, etc.…), dans les microbatteries solides, à cause, de leurs structures lamellaires.
Ces batteries sont potentiellement intéressantes comme sources d’énergies stockées pour
des longues durées et intégrées dans les mémoires des ordinateurs.
Elles se composent essentiellement d’une anode métallique au lithium, d’un électrolyte
solide qui est un bon conducteur ionique et d’une cathode formée par un composé
lamellaire d’insertion tel que l’InSe.
Ce choix est motivé par la facilité d’intercalation des ions alcalins (Li+), lors de leur
diffusion entre les feuillets bidimensionnels quand la batterie fonctionne.
L’optimisation du transfert ionique à l’interface-électrolyte solide\cathode serait atteinte
avec une croissance des feuillets pratiquement perpendiculaires au plan du substrat.
Pour atteindre ce but, il nous est nécessaire de connaître la composition, la cristallinité
et l’orientation des couches déposées d’InSe ou de GaSe sur un substrat de silicium.
La caractérisation par les méthodes spectroscopiques optiques, surtout Raman pour les
propriétés vibratoires et photoluminescence pour les propriétés électroniques, on permit
de suivre l’évolution vers une bonne qualité de la croissance de ces lamellaires.
Leurs utilités apparaissent aussi dans trois autres domaines non moins intéressants qui
sont :
- La conception de cellules photovoltaïques pour la conversion d’énergie solaire en
énergie électrique à cause de leurs bandes interdites directes situés dans le visible et
infra- rouge.
- Les propriétés optiques non-linéaires de ces matériaux permettent de concevoir à
l’avenir des équivalents optiques des transistors ordinaires.
De tels composants diminueraient grandement la consommation d’énergie électrique et
augmentent la vitesse d’exécution des ordinateurs.
- La conception des lasers semi-conducteurs InSe ou GaSe et même des lasers
hétérostructures In xGa (1 -x) Se.
Pour cela il faut utiliser des couches ultraminces de quelques nanomètres.
Dans le but de mettre en évidence, les caractéristiques vibratoires (donc la structure
cristalline et le polytype) et aussi les caractéristiques électroniques, des couches
d’épaisseurs inférieures à 500A°, on s’est rendu compte que le signal spectroscopique
obtenu est noyé dans le bruit de fond et cela après avoir fait les expériences dans les
conditions les plus favorables pour l’analyse Raman optique et photoluminescence.

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Ces conditions sont les suivantes :
- L’échantillon de GaSe ou InSe est placé dans le vide
(la pression résiduelle est de 10-9 Torr).
- Analysé à basse température (T= 4K, température de l’hélium liquide) pour diminuer
le bruit de fond dû à la thermoluminescence (qui fait augmenter le nombre de phonons).
donc le nombre de transitions optiques émises et qui ne sont pas Raman ni photo
luminescente.
- La raie laser envoyé sur l’échantillon est choisie dans les conditions de résonance. Ce
qui permet d’amplifier certaines raies de vibration de GaSe et InSe.
Pour lever cette difficulté (bruit de fond) on a imaginé un système optique (appelé
I.E.R.S) multicouches amplificateur du signal Raman (composé de trois couches) GaSe /
SiO2
/ Ag avec en plus les mêmes conditions optimales classiques citées précédemment.
Ce qui permet d’augmenter l’absorption uniquement de la raie laser monochromatique
incidente d’une part et de faire croître la sensibilité des raies Raman de vibrations
émises (qui ont des longueurs d’ondes différentes de celle de la raie laser incidente).
Pour illustrer la validité de ce système optique on a caractérisé deux couches ultra -
minces de GaSe d’épaisseurs e1= 50A° et e2.= 40 A° et avec la même géométrie
optique.
Le spectre Raman obtenu est caractéristique de ce composé par comparaison au massif du
même matériau.
Evidemment on peut anticiper, par la suite, pour suggérer d’utiliser ce système
d’amplification pour augmenter l’absorption des piles photovoltaïques faites en cristaux
lamellaires ou en cristaux tridimensionnels.

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CHAPITRE I
I-1- Introduction :
I-2- Structure lamellaire des semi-conducteurs III – VI InSe et GaSe :
I -2- Cristaux : dimensionnalité
I-2-1- Dimension des cristaux :
I-2-2- Structure Cristalline
I-3- Propriétés Electriques et Optiques :
I-3-1-Composé InSe
I-3-2- Composé GaSe
I–4- Optique des milieux anisotropes:
I-4-1 Définitions
I-4-2-Milieux Uniaxes
1-4-3- Propagation d’une onde plane :