Étude de la croissance de vanadate de strontium par démouillage à l'état solide : mécanismes et corrélations avec la luminescence.

Description du projet

Le développement de nouvelles diodes électroluminescentes (DEL) à base de matériaux innovants répond à des enjeux technologiques, économiques et environnementaux majeurs. Les DEL actuelles, bien qu'efficaces, présentent des limites liées à l'utilisation de matériaux coûteux, parfois rares, dont l'extraction peut avoir un impact environnemental significatif. Par ailleurs, l’optimisation des performances des DEL, notamment en termes de rendement énergétique, de stabilité thermique, de durabilité et de rendu des couleurs, nécessite une exploration continue de nouveaux matériaux.

Les nanomatériaux offrent des propriétés optiques et électroniques uniques, telles qu'une luminescence ajustable, un haut rendement quantique et une capacité à couvrir un large spectre de couleurs. Ces caractéristiques permettent de répondre à des besoins croissants dans des domaines tels que l’éclairage à haute efficacité, les écrans haute résolution et les technologies portables. En outre, le développement de matériaux non toxiques et facilement recyclables s’inscrit dans une démarche de durabilité essentielle face aux enjeux environnementaux actuels. L’intégration de ces nouveaux matériaux dans les DEL promet ainsi d’améliorer leurs performances tout en réduisant leur impact écologique, contribuant à une transition vers des technologies plus respectueuses de l’environnement.

Problématique

Ce projet de thèse vise à poursuivre les travaux engagés sur l’émission de lumière blanche des complexes de vanadates de strontium pour le développement de nouvelles DEL, dans le cadre du projet ANR LEDVAN actuellement en cours entre le GPM de Rouen, le CIMAP et le CRISMAT de Caen. Des travaux récents menés entre ces partenaires ont mis en évidence des propriétés particulièrement intéressantes de ces matériaux (croissance cristalline compatible CMOS, propriétés optiques et électriques, propriétés d’oxydes transparents et conducteurs) pour de tels développements.

Cependant, très peu d’études ont été réalisées sur ces matériaux, et il n’existe à ce jour aucune littérature décrivant convenablement les observations expérimentales, en particulier sur le mécanisme de croissance. Nos travaux récents ont révélé une forte disparité dans les nanostructures observées après élaboration, en fonction de l’épaisseur initiale de la couche mince : allant de la présence d’îlots nanométriques à des films homogènes, en passant par des agglomérats de grains. La luminescence associée est partiellement corrélée à la nanostructure obtenue. Il est donc essentiel de comprendre l’influence des paramètres d’élaboration (épaisseur, recuit, etc.) afin d’optimiser la luminescence (couleur et intensité).

Objectif

L’objectif de cette thèse est d’identifier le mécanisme de croissance en couches minces et ultra-minces de vanadates de strontium de type Sr₂V₂O₇ sur substrat de silicium et de corréler la nanostructure au mécanisme d’émission lumineuse. Plus précisément, il s’agit de comprendre finement le mécanisme de formation permettant d’expliquer à la fois la croissance des îlots luminescents pour des couches ultra-minces et l’obtention de films compacts pour des couches plus épaisses. Il sera également nécessaire d’établir un lien entre la chimie, la cristallographie et la luminescence (intensité et colorimétrie) des phases obtenues.

Le Groupe de Physique des Matériaux travaille depuis plus de 15 ans sur la compréhension des mécanismes de croissance et de dopage des semi-conducteurs et des oxydes fonctionnels pour des applications optiques, électriques ou magnétiques, notamment grâce à des techniques de caractérisation structurale et chimique à l’échelle atomique (sonde atomique tomographique et microscopie électronique) en corrélation avec les propriétés optiques (cathodoluminescence).

Le(la) doctorant(e) s’appuiera sur le parc instrumental du laboratoire pour mener à bien les caractérisations structurales, chimiques et optiques. La thèse sera menée en étroite collaboration avec le laboratoire CIMAP de Caen, qui assurera l’élaboration des échantillons et une partie des mesures optiques.

Le laboratoire de recherches « Groupe de Physique des Matériaux (GPM) » est une Unité Mixte de Recherche (UMR 6634) entre le entre l’Université de Rouen Normandie, l’INSA de RouenNormandie.

Le laboratoire est spécialisé dans l’instrumentation scientifique et l’étude de la matière aux échelles les plus fines afin d’en expliquer les propriétés physiques et relier les échelles subnano-micro-macro-structures.

Le candidat devra être titulaire d’un diplôme de master en Physique, Sciences des matériaux ou Nanosciences. Le candidat devra justifier de connaissance en sciences des matériaux et en physique du solide, et d’un intérêt particulier pour l’expérimentation. Des connaissances sur les propriétés optiques des matériaux semi-conducteurs et/ou oxydes seront fortement appréciées.