Soutenance de thèse HASSAK Siham

Le jeudi 06 novembre2025 à 9h30

 Amphithéâtre Cabannes , Faculté des Sciences de Saint Jérôme, Marseille

Mots-clés :  Sélénium (Se), Chalcogénures, Films minces, Matériaux thermoélectriques, Cu₄SnSe₄, Pulvérisation cathodique magnétron, Calculs ab initio (DFT), Structuration par faisceau d’électrons

Résumé :

Cette thèse porte sur l’étude des propriétés de films minces à base de Se, compatibles avec la microélectronique CMOS. Deux types d’études ont été réalisés : 
Une première étude a été menée sur un nouveau composé du système ternaire Cu–Sn–Se pour la thermoélectricité. Le composé orthorhombique Cu₄SnSe₄, encore non étudié théoriquement et expérimentalement au début de ce travail, présente des propriétés intéressantes pour la thermoélectricité d’après nos calculs DFT. C’est un semi-conducteur de type p avec une bande interdite indirecte ~0,65 eV et une énergie de formation de −0,365 eV 
at−1. Son élaboration a été étudiée par réaction non diffusive et diffusion réactive en film mince et ses propriétés structurales et électriques ont été caractérisées. Les résultats montrent que la phase attendue, de structure orthorhombique, ne se forme pas en film mince. Une phase de même stœchiométrie, mais de structure cfc, est obtenue à la place. Cette phase de nature métastable présente des propriétés thermoélectriques en dessous de celles de la phase ortho-Cu₄SnSe₄.Une seconde étude a été réalisée sur la structuration de films de Se faiblement alliés sous irradiation électronique. Grâce à ce procédé nous avons montré pouvoir former et organiser 
des îlots sur la surface des films pour des applications optoélectroniques pouvant être intégrées aux dispositifs CMOS. La formation et la forme des îlots dépendent de la composition, de la résistivité et de la structure des films. Nos résultats confirment l’effet de charge sur le mécanisme de formation des îlots, mais montre aussi une contribution non négligeable de la chaleur transférée au film par le faisceau d’électrons.

Keywords : Selenium (Se), Chalcogenides, Thin films, Thermoelectric materials, Cu₄SnSe₄, Magnetron sputtering, Ab initio calculations (DFT), X-ray diffraction (XRD), Electron beam structuring, Charge accumulation, Diffraction gratings

Abstract :  

This PhD work concerns the study of Se-based thin films, compatible with the CMOS microelectronic technology. Two types of studies were executed:
A first study was performed on a new ternary compound belonging to the Cu–Sn–Se system for thermoelectric applications. The orthorhombic compound Cu₄SnSe₄, unstudied so far (neither theoretically nor experimentally), show interesting thermoelectric properties according to our DFT calculations. This is a p-type semiconductor with a band gap ~0,65 eV and a formation energy −0,365 eV at−1. The elaboration of ortho-Cu₄SnSe₄ thin films by non-diffusive reaction and reactive diffusion was studied, as well as their structural and electrical properties. The results show that the expected orthorhombic phase does not form in thin films. A phase of same stoichiometry but exhibiting a fcc structure is obtained instead. This metastable phase shows poorer thermoelectric properties compared to that of ortho-Cu₄SnSe₄.The second study concerned the surface structuration of Se alloys under electronic irradiation. We showed that islands can be formed and organized on the films surface thanks to this process, allowing the possible integration of optoelectronic devices in CMOS microelectronic circuits. The formation and the shape of the islands depend on the composition, the resistivity, and the structure of the films. Our results confirm the charge effect on the islands formation mechanism, but also show a non-negligible contribution of the heat transferred to the film by the electron beam.Keywords : Selenium (Se), Chalcogenides, Thin films, Thermoelectric materials, Cu₄SnSe₄, Magnetron sputtering, Ab initio calculations (DFT), X-ray diffraction (XRD), Electron beam 
structuring, Charge accumulation, Diffraction gratings