Study and analysis of the catalyzed growth mechanisms of silicon nanowires obtained by Chemical Vapour Deposition
Etude et compréhension des mécanismes de croissance catalysés des nanofils de silicium obtenus par Dépôt Chimique en phase Vapeur
Résumé
Silicon nanowires hold many technological promises but require a strict dimension and shape control. Growth of silicon nanowires can be performed by Chemical Vapour Deposition using gold catalysts and silicon precursors, with and without chlorine. We identify here the roles of chlorine on the growth stability and the wire morphology. The silicon surface is shown to chlorinate in the presence of chlorine, which reduces the gold migration on the wire surface without changing the (axial) growth kinetics. Growth conditions that use chlorine are then suitable for the stable growth of small diameter silicon nanowire down to 20 nm whereas chlorine-free growth can be unstable. The effect of chlorine is also visible on the wire sidewalls, where the facets evolution depends on the radial growth speed. Passivation of the surfaces is then a key point to stabilize the growth of wires and to control their morphology.
Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel technologique, qui ne se révèle que lorsque la taille des objets est bien maîtrisée. L'obtention de ces structures par Dépôt Chimique en phase Vapeur est réalisée par croissance catalysée à partir de précurseurs du silicium chlorés ou hydrogénés. On détaille ici les effets du chlore sur la passivation des surfaces de silicium et des flancs des nanofils. Cette passivation ralentit la diffusion du catalyseur (Au) sur la surface mais ne change pas la cinétique de la croissance (axiale) du fil. On obtient ainsi une croissance reproductible et stable de nanofils notamment pour les diamètres supérieurs à 20 nm. L'effet du chlore est également visible sur les flancs des nanofils, où les facettes évoluent plus ou moins vite selon la vitesse de croissance radiale. La passivation de la surface des nanofils permet donc la stabilisation de leur croissance et le contrôle de leur morphologie.
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