Silicon nanowires synthesized by VLS growth mode for gas sensing applications
Nanofils de silicium synthétisés par VLS pour des capteurs de gaz
Résumé
This research work mainly focused on realization of microelectronic devices based on silicon nanowires synthesized by VLS (Vapor Liquid Solid) method. The growth of these nanowires was carried out by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) using a metal catalyst (gold). The N-type in-situ doping (from phosphorus) levels of the VLS silicon nanowires were demonstrated for a range varying from 2.1016 to 2.1020 at.cm-3 controlled by LPCVD. The electrical behaviors of nanowires were studied in function of doping and temperature. Two different devices based on silicon nanowires were fabricated, inter-digital comb-shaped devices and V-shaped groove devices. The first static measurements upon the SiNWs based resistor showed their sensitivity under exposure to smoke, which serves as proof-of-conception. Then the quantitative dynamic measurements under exposure to a low concentration of ammonia gas (350 ppm NH3/N2) were carried out, which demonstrated high performances of the SiNWs based resistors (the relative sensitivity, Sg can reach 740 %). This research work demonstrated the feasibility of electronic devices from silicon nanowires with potential applications as gas sensors with promising performances.
Ce travail de recherche a consisté à réaliser de dispositifs microélectroniques à partir de nanofils de silicium synthétisés par la méthode VLS (Vapeur Liquide Solide). La croissance de ces nanofils a été effectuée par dépôt LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) à l’aide d’un catalyseur métallique (or). Le dopage in-situ de type N (à partir de phosphore) des nanofils de silicium a été démontré pour une gamme comprise entre 2.1016 et 2.1020 at.cm-3. Les propriétés électriques des nanofils ont été étudiées en fonction du dopage et de la température. Deux dispositifs différents à base de nanofils de silicium ont été réalisés i) en forme de peignes-inter-digités et en forme de cavité en « V ». Des premières mesures électriques qualitatives ont démontrée une sensibilité à la fumée de la résistance de ces structures à base de SiNWs. Puis des mesures quantitatives dynamiques sous exposition à une faible concentration de gaz ammoniaque (350 ppm NH3/N2) ont été réalisées, et ont démontré des performances élevées de ces résistances (la sensibilité relative, Sg peut atteindre 740%). Ce travail de recherche a permis de démontrer la faisabilité de dispositifs électroniques à partir de nanofils de silicium présentant des applications potentielles comme capteurs de gaz aux performances prometteuses.
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