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Université Joseph-Fourier - Grenoble I (14/01/2010), Noël MAGNEA (Dir.)
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Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée
Olivier Demichel1

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.
1:  SP2M - UMR 9002 - Service de Physique des Matériaux et Microstructures
Nanofil – nanofils – silicium – Si – proprietes electroniques – croissance – CVD – liquide fermi – exciton – électron – trou
http://www.normalesup.org/~demichel

Electronic properties of silicon nanowires obtained by a catalyzed growth
For a bottom-up approach, the catalysed growth of nanowires opens the way for numerous applications: vertical nano-transistors with a surrounding gate, core-shell heterostructures and so on... With these new devices, new questions emerge concerning catalyst or surface influences on the nanowire electronic properties. My work, based on a spectroscopic study with photoluminescence experiments underlined the predominant role of the surface on the electronic properties of nanowires. The surface state passivation allowed to observe the radiative recombination of free carriers of a dense phase: the electron-hole liquid, in gold- and copper-catalysed nanowires. This liquid phase has the singularity to be stable and its density is constant. This property is unique in semiconductors and led to a quantitative study of the influence of the surface via a modification of the surface/volume ratio. An original method for the surface recombination velocity (SRV) measure has been developed and very low SRV have been measured which is linked to an efficient passivation of surfaces states. The volume properties of gold-catalysed nanowires were found to be very similar to those of standard bulk silicon used in micro-electronics. Finally, the sacrificial oxidation of silicon allowed to obtain nanowires whose diameter were smaller than 10 nm. The progressive oxidation of nanowires allowed the observation of a shift of the PL line towards lower energy attributed to strains, then the increase of the gap energy is correlated to the carrier quantum confinement.
Nanowire – nanowires – silicon – Si – electronic properties – growth – CVD – fermi liquid – exciton – electron – hole

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