Elaboration et étude des propriétés physiques des composés III-nitrure

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Notre travail de thèse porte sur la synthèse de nanoparticules de nitrure de gallium (GaN) par co-implantation ionique de gallium et d’azote dans deux matrices hôtes : le silicium (Si) et le dioxyde de silicium (SiO₂). Les énergies et les doses d’implantation ont été choisies de manière à atteindre une concentration atomique de 5 à 10 % à une profondeur proche de 100 nm, afin de ne pas excéder les limites de solubilité de ces éléments dans les matrices considérées. Des recuits successifs, réalisés à 800 °C, 900 °C, 1000 °C et 1100 °C sous atmosphère d’azote à différents temps de recuit, ont permis de réparer les défauts induits par l’implantation ionique et de favoriser la nucléation des nanoparticules. Les échantillons ont été caractérisés à l’aide de plusieurs techniques analyses, notamment la rétrodiffusion de Rutherford (RBS), la diffraction des rayons X (DRX), la microscopie électronique en transmission (MET), la spectroscopie Raman, ainsi que des mesures d’absorption UV-visible et de photoluminescence. Ces analyses ont confirmé la formation de nanoparticules de GaN stœchiométriques de taille nanométrique. De plus, dans la matrice de SiO₂, le GaN cristallise selon deux phases cristallines : hexagonale et cubique. Les échantillons GaN/SiO₂ présentent une photoluminescence dans le domaine visible. Dans un second temps, les résultats expérimentaux ont été complétés par des calculs abinitio utilisant la méthode FP-LAPW (Full-Potential Linearized Augmented Plane Wave) dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), avec les approximations GGA, LDA, EV-GGA et mBJ. Les paramètres structuraux obtenus sont en accord avec les données expérimentales et avec d’autres travaux publiés ; ils confirment l’existence d’un gap direct selon la direction Γ–Γ, ainsi que des transitions interbandes ont été identifiées par l’analyse optique.

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