Fabrication et caractérisation de nanofils de silicium pour des applications électroniques sur substrats flexibles basse température (≤300 ˚C)

Fabrication and characterization of silicon nanowires for devices applications compatible with low temperature (≤300 ˚C) flexible substrates

• Auteur / Autrice : Kai Yang
• Direction : Laurent Pichon, Anne-Claire Salaün
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 13/12/2019
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium -- Couches minces

Basses températures

Nanofils

Mots clés libres

Nanofils de silicium

Basse température

Procédé SLS

Méthode des espaceurs

ICP-CVD

Silicon nanowires

Low temperature

SLS process

Spacer method

ICP-CVD

Résumé

La fabrication et la caractérisation de nanofils de silicium à basse température (≤300 °C) a été menée suivant deux approches: par la méthode des espaceurs et par la méthode de croissance Solide Liquide Solide (SLS). La synthèse des nanofils de silicium a été étudiée à l'aide de deux technologies de dépôts: le dépôt CVD assisté par plasma (PECVD) et le dépôt à couplage inductif (ICP CVD). Les études ont démontré la faisabilité des nanofils de silicium par le procédé ICP-CVD. De plus, les propriétés d'isolation électrique des couches de SiO2 et la fabrication de transistors à effet de champ à couche mince ont été démontrées à l'aide de la technologie de dépôt plasma ICP. Par ailleurs, des nanofils de silicium ont été synthétisés par le procédé SLS à 250 ° C utilisant l'indium comme catalyseur. La croissance 3D de ces nanofils à partir de substrats de silicium (film mince de silicium monocristallin ou amorphe) a été démontrée. Les nanofils sont obtenus sous plasma d'hydrogène. Des études ont été menées en fonction de l'épaisseur de l'indium déposé, de la durée et de la température du plasma d'hydrogène. Les résultats originaux obtenus permettent d'envisager la possibilité de fabriquer des dispositifs électroniques à base de ces nanofils de silicium sur des substrats flexibles basse température.

The fabrication and characterization of silicon nanowires (SiNWs) at low temperature (≤300° C) has been focused for two mainstream approaches: spacer method and Solid Liquid Solid method. The feasibility of such silicon nanowires has been explored using two deposition technologies: conventional plasma enhanced deposition (PECVD) and inductively coupled plasma deposition (ICP CVD). The studies demonstrated the feasibility of silicon nanowires using the ICP CVD process. In addition, the electrical insulation properties of SiO2 layers and the fabrication of thin-film field effect transistors were demonstrated using ICP plasma deposition technology. Furthermore, indium catalyzed SLS SiNWs were fabricated for the first time at 250 °C. Synthesis of 3D SiNWs by SLS process from silicon substrates (monocrystalline or amorphous silicon thin film) has been demonstrated. The growth of nanowires is obtained under hydrogen plasma. Studies were conducted based on the thickness of indium deposited, duration and temperature of the hydrogen plasma. All these results were concluded originally and they enable the possibility of fabrication of SiNWs based electronic devices onto low temperature flexible substrates.