Synthèse par faisceaux d'ions de nanocristaux semi-conducteurs fonctionnels en technologie silicium

Ion beam synthesis of functional semiconductor nanocrystals in silicon technology

• Auteur / Autrice : Rim Khelifi
• Direction : Daniel Mathiot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et technologie des composants
• Date : Soutenance le 05/03/2015
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, sciences de l'information et de l'ingénieur (Strasbourg ; 1997-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des sciences de l'ingénieur, de l'informatique et de l'imagerie (Strasbourg ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Fabrice Gourbilleau
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Duguay, Dominique Muller
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Caroline Bonafos, Hervé Rinnert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Microélectronique

Silicium cristallisé

Semiconducteurs -- Dopage

Nanocristaux semiconducteurs

Mots clés libres

Silicium

InAs

GaAs

InxGa1-xAs

Nanocristaux

Dopage

Silicon

InAs

GaAs

InxGa1-xAs

Nanocrystals

Doping

Résumé

Les boîtes quantiques sous formes de nanocristaux semi-conducteurs permettent de réaliser des matériaux à énergie de gap variable, propriété très intéressante pour les composants optoélectroniques. Ce travail est dédié à la création de nanocristaux de silicium dopés enfouis dans SiO2 et de nanocistaux binaires (InAs et GaAs) et ternaires d’InxGa1-xAs enfouis dans Si et à leurs caractérisations structurales, électriques et optiques. La synthèse par faisceaux d’ions permet d’avoir un contrôle de la quantité et de la taille des nanocristaux synthétisés. Des caractérisations structurales ont pu démontrer le dopage des nanocristaux de silicium avec le phosphore et l’arsenic à une concentration atomique moyenne de 8 %. Nous avons également montré la possibilité de moduler la taille et la composition chimique des nanocristaux d’InxGa1-xAs sur une large gamme à l’aide de la dose d’implantation et de la température de recuit.

Semiconductor nanocrystals can be used as quantum dots to produce band gap engineering by varying the nanocrystals size, which is a very interesting property for optoelectronic components. This work is dedicated to the creation of doped silicon nanocrystals embedded in SiO2 and binary (InAs and GaAs) and ternary nanocrystals of InxGa1-xAs embedded in Si and also to investigate their structural, electrical and optical properties. Ion beam synthesis allows a control of the nanocrystals amount and size. Structural characterizations were able to demonstrate the doping of silicon nanocrystals with phosphorus and arsenic at an average atomic concentration of 8 %. We have also shown the ability to modulate the size and the chemical composition of InxGa1-xAs nanocrystals in a large range by varying the implantation dose and the annealing temperature.