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Olivier Demichel

Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée

Publié le 14 janvier 2010


Thèse soutenue le 14 janvier 2010 pour obtenir le grade de docteur de l'Université Joseph Fourier de Grenoble - Spécialité : Physique

Résumé :
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, hétérostructures 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.

Jury :
Rapporteur : Georges Bremond
Rapporteur : Christophe Delerue
Examinateur : Anna Fontcuberta i Morral
Examinateur : Henri Mariette
Examinateur : Jean-Christophe Harmand
Directeur de thèse : Noël Magnea
Encadrant de thèse : Vincent Calvo

Mots clés :
Nanofil, silicium, Si, propriétés électroniques, croissance, CVD, liquide Fermi, exciton

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