Silicon nanowires synthesized by VLS growth mode for gas sensing applications

par Liang Ni

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Laurent Pichon et de Anne-Claire Salaun.

Soutenue en 2012

à Rennes 1 .

  • Titre traduit

    Synthèse de nanofils de silicium par la méthode VLS : application aux capteurs de gaz


  • Résumé

    Ce travail de recherche a consisté à réaliser de dispositifs microélectroniques à partir de nanofils de silicium (SiNWs) synthétisés par la méthode VLS (Vapor Liquid Solid). 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 à partir i) de peignes inter-digités et ii) de cavités en « V ». Des premières mesures électriques qualitatives des résistances à base de SiNWs ont démontré une forte sensibilité à la fumée. Des mesures quantitatives dynamiques ont mis en évidence des performances élevées sous exposition à une faible concentration de gaz ammoniaque (350 ppm de NH3/N2), la sensibilité relative (Sg) pouvant 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.


  • Résumé

    This research work mainly focused on realization of microelectronic devices based on silicon nanowires (SiNWs) 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. The electrical behaviors of nanowires were studied in function of doping and temperature. Two different devices based on silicon nanowires were fabricated, i) inter-digital comb-shaped devices and ii) V-shaped groove devices. The first static measurements upon the SiNWs based resistor showed their high sensitivity under exposure to smoke. 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.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (127 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 118-127

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  • Bibliothèque : Université de Rennes I. Service commun de la documentation. Section sciences et philosophie.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TA RENNES 2012/10
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