Croissance de nanofils de silicium et de Si/SiGe

Nanowires are promising materials for thermoelectrical or photovoltaïc microgenerators and as building block for nanoelectronics systems. They answer to miniaturization, autonomy and wireless needs of nomade devices. This work is focused on the synthesis of silicon and Si/SiGe nanowires and more specifically on the growth study and structure analysis. Silicon and Si/SiGe nanowires grow following gold-catalyzed VLS (Vapour-Liquid-Solid) method. Silane or silane-germane mixture were injected in a chemical vapour deposition (CVD) reactor, and undergo thermal decomposition. Two routes were chosen for nanoparticles preparation and led to nanowire growth : gold thin film dewetting and use of gold colloïds. A parametric study was performed on Si nanowires growth to achieve a good control of diameter, lenght and shape. A structural study by transmission electronic microscopy highlighted the nanowire cristallinity, the presence of defects and the one-dimensional Si/SiGe heterostructures. To obtain p-type or n-type doped nanowires, phosphine or diborane were added to the gas mixture. The first doping measurements have been carried out by secondary ion mass spectrometry and electrical characterization.Les nanofils sont des matériaux prometteurs, d'une part en tant qu'éléments de micro-générateurs, thermoélectriques ou photovoltaïques, d'autre part en tant que briques de base de systèmes nanoélectroniques. Ils répondent aux exigences de miniaturisation, d'autonomie et de mobilité des appareils nomades. Ces travaux de thèse ont consisté en la synthèse de nanofils de Si et de Si/SiGe, et plus particulièrement l'étude paramétrique de la croissance ainsi que l'analyse de leur structure. Les nanofils de Si et de Si/SiGe croissent selon la méthode VLS (Vapeur-Liquide-Solide) à partir d'un catalyseur d'or. Du silane ou un mélange de silane-germane est injecté dans un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) subissant une décomposition thermique. Deux techniques de mise en œuvre des catalyseurs d'or ont été expérimentées et ont permis la croissance de nanofils : le démouillage d'un film continu d'or ou l'utilisation de colloïdes d'or. Les synthèses de nanofils de silicium, non dopés et dopés, et de nanofils de Si/SiGe ont été réalisées. La croissance des nanofils de silicium a fait l'objet d'une étude paramétrique détaillée qui permet de maîtriser la croissance, notamment pour la maîtrise de la longueur, du diamètre et de la forme des nanofils. Une étude structurale au microscope électronique en transmission a mis en évidence la cristallinité des fils, la présence de défauts structuraux ainsi que la confirmation de la synthèse d'hétérostructures Si/SiGe. Afin d'obtenir des nanofils dopés de types n ou p, de la phosphine ou du diborane ont été rajoutés au mélange. Les premières mesures du dopage ont été réalisées par spectrométrie de masse des ions secondaires et caractérisation électrique. La quantification du dopage par d'autres techniques est en cours de développement