Croissance localisée et caractérisation de nanofils de silicium

Localized growth and characterization of silicon nanowires

• Auteur / Autrice : Tao Xu
• Direction : Bruno Grandidier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 25/09/2009
• Etablissement(s) : Lille 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs -- Dopage

Tomographie

Microscopie tunnel à balayage

Épitaxie par faisceaux moléculaires

Dépôt chimique en phase vapeur

Silicium -- Substrats

Croissance

Nanofils

Mots clés libres

Catalyseurs d'or

Tomographie par sonde atomique

Résumé

Les nanofils de silicium semblent très prometteurs pour utilisation comme éléments d'assemblage des composants à l'échelle nanométrique grâce à leur compatibilité avec la technologie conventionnelle du silicium. Ce travail de thèse se focalise sur la croissance épitaxialle et la caractérisation de nanofils de silicium. Dans la première partie, les nanofils de silicium sont fabriqués par la méthode Vapeur-liquide-Solide (VLS) à partir de catalyseurs d'or, en utilisant deux techniques: dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et épitaxie par jets moléculaire (MBE). Les catalyseurs d'or sont déposés sur le substrat de Si (111) en ultravidel pour avoir un meilleur contrôle de leur distribution. La morphologie et la direction de croissance de nanofils ont été contrôlées en ajustant les paramètres de croissance. De plus, l'orientation de nanofils dans la direction <111> favorise l'intégration de nanofils dans les composants, alors que les dopants peuvent être incorporés en utilisant les gaz appropriés. Dans la deuxième partie, nous avons réussi à observer les structures atomiques de la surface de nanofils orientés <111> par microscopie à l'effet tunnel (STM) à basse température. Ensuite, les mécanismes physiques concernant l'origine de la morphologie de nanofils ont été étudiés En plus de l'analyse de la surface de nanofils, la tomographie pal'' sonde atomique (TAP) a été utilisée pour caractériser la distribution des impuretés dans le volume de nanofils de silicium dopés au bore. Enfin, les résultats ont été comparés avec les conductivités mesurées sur les nanofils individuels.

Silicon nanowires are of interest for use as building blocks in the: bottom-up assembly of nanoscale devices due to their compatibility with conventional silicon technology. This thesis focuses on the epitaxial growth and characterization of silicon nanowires. ln the first part, we have investigated the gold islandassisted Vapour-Liquid-Solid (VLS) silicon nanowire growth using Chemical Vapour Deposition (CVD) and Molecular Bearn Epitaxy (MBE) techniques. The gold islands were deposited in Ultra High Vacuum (UHV) on Si (Ill) substrate to get a better control of their distribution. The morphology and growth direction of nanowires can be controlled by regulating growth conditions. Moreov(:r, the controlled <Ill> orientation can favour the integration of silicon nanowires into devices, while dopants can be incorporated by using appropriate gas. ln the second part, we have succeeded to observe the atomic structures of the <lll>-Si nanowire faceted sidewalls by scanning tunnelling microscopy (STM) at low temperature. Then, the physical mechanisms at the origin of the nanowire morphology have been discussed. ln addition to the surface analysis, three-dimensional atom probe tomography (APT) characterizations were performed to study the impurity distribution in the volume of boron-doped silicon nanowires. Finally, such results were compared to the conductivities of single nanowires measured.