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Synthèse et caractérisation de couches minces de ferrite de bismuth pour leur intégration dans des photodétecteurs

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Bouzidi, Soraya (2020). Synthèse et caractérisation de couches minces de ferrite de bismuth pour leur intégration dans des photodétecteurs. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

L’effet ferroélectrique et photovoltaïque (FEPV) de la ferrite de bismuth (BiFeO3 ou BFO), pourtant très prometteur, n’a que rarement été étudié dans des dispositifs optoélectroniques. Dans cette étude, nous avons souhaité comprendre comment les propriétés d’une couche mince de ferrite de bismuth, et plus particulièrement son effet FEPV, pouvaient impacter les performances d’un dispositif optoélectronique.

Pour ce faire, nous avons développé, par voie chimique, une couche mince de ferrite de bismuth polycristalline que nous avons intégrée dans un dispositif photodétecteur actif à base de pérovskite pseudo organométallique. Hautement efficaces, et économiques, les dispositifs développés avec la couche de BFO ont montré une amélioration considérable de la responsivité et de la détectivité, sur tout le spectre du visible, par rapport aux dispositifs sans BFO. Ces caractéristiques sont davantage améliorées par l’introduction dans le dispositif d’une couche de BFO dopé à 10 mol% de chrome. Aussi les temps de réponse sont réduits de près de 20% par l’intégration du BFO pur dans les dispositifs et de près de 50% par l’intégration du BFO dopé au chrome.

Nous avons pu mettre en évidence que la couche de ferrite de bismuth joue, dans ce dispositif, le rôle de couche bloquante de porteurs de charge positive (HBL) et de couche de passivation réduisant considérablement les courants de fuite du dispositif. L’introduction de la couche de ferrite de bismuth dans le photodétecteur a aussi permis d’améliorer le photo-courant généré par le dispositif. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence que l’insertion de la couche de BFO, dopé au chrome ou non, améliorait nettement les performances du photodétecteur.

Titre traduit

Synthesis and characterization of bismuth ferrite thin films for its integration in photodetectors

Résumé traduit

Ferroelectric and photovoltaic (FEPV) effect of bismuth ferrite (BiFeO3 or BFO) is extremely promising but has rarely been studied in optoelectronic devices. In this study, we wanted to understand how the properties of bismuth ferrite, especially its FEPV effect, can affect the performances of an optoelectronic device.

Here, we developed, by chemical solution deposition, a thin layer of polycristallin bismuth ferrite that we integrated into an active photodetector based of pseudo organometallic perovskite. Highly efficient and low cost, the devices made of BFO showed a significant improvement of responsivity and detectivity, over the visible spectrum, compared to the device without BFO. These features are futher improved by the introduction of a 10 mol% chromium doped BFO layer into the device. Also, response times were reduced by around 20% by the integration of pure BFO in the device and 50% by the integration of chromium doped BFO.

In this study, we first showed that BFO layer played the role of a hole blocking layer (HBL) and passivation layer reducing drastically the leakage current of the device. The introduction of BFO layer into the photodetector leads to an increase of generated photo-current in the device. Here, we highlighted that the introduction of BFO layer, pure or chromium doped, into a photodetector results in a considerable improve in the photodetector performances.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie électrique". Comprend des références bibliographiques (pages 157-181).
Mots-clés libres: ferrite de bismuth, BFO, effet ferroélectrique et photovoltaïque, FEPV, chrome, dopage, photodétecteur, pérovskite pseudo organométallique
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Cloutier, Sylvain G.
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie électrique
Date de dépôt: 14 juin 2021 17:03
Dernière modification: 14 juin 2021 17:03
URI: https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2655

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