Élaboration de nanostructures à une dimension à base de carbure de silicium - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2013

Synthesis of one-dimensional silicon carbide-based nanostructures

Élaboration de nanostructures à une dimension à base de carbure de silicium

Résumé

Le carbure de silicium est pressenti comme un matériau prometteur dans plusieurs domaines de l’électronique tels que la nano-électronique, l’électronique de puissance ou les capteurs travaillant en milieux hostiles (hautes températures, milieux corrosifs, milieux biologiques) du fait de ses propriétés physicochimiques supérieures à celles du silicium, notamment. Cependant, parmi les différentes méthodes d’élaboration par voie descendante ou ascendante permettant de fabriquer des nano-objets à 1D en SiC, aucune n’a pour l’instant permis d’obtenir du SiC d’excellente qualité cristalline. Le travail de cette thèse a porté sur la démonstration de l’élaboration de nanostructures 1D à base de SiC, à savoir nanofils coeur-coquille Si-SiC, nanofils de SiC et nanotubes de SiC, par un procédé original de carburation de nanofils de silicium, eux-mêmes élaborés par gravure plasma. Cette démonstration a été possible grâce au contrôle de la pression de carburation, ce qui permet la maîtrise de l’exodiffusion des atomes de silicium à travers le carbure de silicium. À pression atmosphérique l’exodiffusion des atomes de silicium est restreinte ce qui permet d’élaborer des nanofils coeur-coquille Si-SiC avec une coquille de SiC monocristalline et entièrement recouvrante. En se servant de la biocompatibilité du SiC et du bon contrôle électronique dans le silicium, il est possible d’envisager l’utilisation de ces nanofils coeur-coquille Si-SiC pour des bio-nano-capteurs. En diminuant la pression au cours de la carburation, il est possible d’augmenter l’exodiffusion et ainsi d’obtenir des nanotubes de SiC cubique de très bonne qualité cristalline avec des parois denses. Ces nanotubes de SiC sont largement modulables en termes de dimensions, et la faisabilité de leur ouverture a été démontrée, permettant ainsi l’utilisation du fort rapport surface sur volume de tels nano-objets pour des capteurs électroniques notamment. Un premier pas a été franchi vers les applications des nanofils coeur-coquille Si-SiC et des nanotubes de SiC, puisque les mesures électriques réalisées sur des nano-transistors à effet de champ utilisant ces deux types de nano-objets comme canal sont prometteurs.
Due to their superior physical and chemical properties —such as high breakdown field, high thermal conductivity and biocompatibility— compared to other semiconductors, silicon carbide is forseen to be a promising materials for power electronics, bio-nano-sensors and nano-electronics in harsh environments. However, among the numerous top-down or bottom-up methods used to synthesise silicon carbide 1D nano-objects, none has been able yet to produce SiC with a high cristalline quality. The aim of this project is to demonstrate the synthesis of silicon carbide- based 1D nanostructures —e.g. core-shell Si-SiC nanowires, SiC nanowires and SiC nanotubes— through an original process based on the carburization of plasma-etched silicon nanowires. This demonstration is based on the control of the pressure during the carburization process, which leads to the monitoring of the outdiffusion of silicon atoms through silicon carbide. Thus if the pressure is kept at the atmospheric pressure, the out-diffusion of silicon is limited and Si-SiC core-shell nanowires can be synthesized with a single-crystalline cubic SiC shell. Thanks to the biocompatibility of the SiC shell and the good electronic transport into the Si core, bio-nano-sensors can be considered. If the pressure is decreased during the carburization process, the outdiffusion of silicon atoms through SiC is enhanced, and leads to SiC nanotubes synthesis. SiC nanotubes sidewalls are dense, with an excellent crystalline quality. These original SiC nanotubes have a high surface to volume ratio and thus can be used for sensors or storage devices. The first step for direct applications has also been demonstrated since first results on electrical performances of nano-field effect transistors, with these nano-objects as channel, are promising.
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Dates et versions

tel-01100089 , version 1 (05-01-2015)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01100089 , version 1

Citer

Maelig Ollivier. Élaboration de nanostructures à une dimension à base de carbure de silicium. Matériaux. Universite de Grenoble, 2013. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-01100089⟩

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