Synthèse et contrôle de la taille de nanocristaux de silicium par plasma froid. Application dans les domaines de l'optoélectronique et de la nanoélectronique.
2008
Dans cette these nous avons montre que l'on peut on peut synthetiser des nanocristaux de silicium en utilisant des plasmas pulses de silane dilue dans l'hydrogene. Dans nos conditions de depot, en changeant le temps de croissance entre 100 msec et 1 seconde, nous avons pu controler la taille des nanocristaux (de 4 nm a 12 nm). A partir de la mesure de la taille des nanocristaux sur les images MET, nous avons pu calculer la vitesse de croissance radiale. Cette vitesse est proportionnelle a la pression partielle de silane dans le melange gazeux. Nous avons egalement montre le role important de l'hydrogene atomique pour le processus de cristallisation des nanoparticules dans le plasma. La maitrise de la synthese des nanocristaux de silicium ouvre la voie a deux champs d'applications : (i) la fabrication de diodes electroluminescences et (ii) la realisation de transistors a un electron. Pour la premiere application, une etude prealable de photoluminescence a montre un deplacement vers le bleu du pic de photoluminescence lorsque la taille des nanocristaux diminue. Cela est interprete a la fois comme un effet de confinement quantique et de passivation de la surface des nanocristaux par une coquille de SiOx. Nous avons egalement elabore des diodes electroluminescence PIN basees sur les nanocristaux de silicium. Apres une optimisation de la structure PIN et des conditions de depot de la couche intrinseque, nous avons obtenu une electroluminescence dans la gamme infrarouge-visible a temperature ambiante. En vue de l'application aux transistors, nous avons fait des experiences prealables d'injection de charge dans les nanocristaux par AFM/KFM. L'observation qualitative des charges injectees a ete realisee. L'estimation quantitative de ces charges ainsi que l'etude de charges residuelles dans des nanocristaux dopes est un domaine qui merite d'etre explore dans l'avenir.
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