Nouvelles morphologies du silicium nanostructuré issues de l'anodisation électrochimiques : élaboration, propriétés physico-chimiques et applications

New morphologies of nanostructured silicon issued from electrochemical anodization

• Auteur / Autrice : Tetyana Nychyporuk
• Direction : Daniel Barbier, Volodymyr Lysenko
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l’électronique intégrée
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium

Nanoparticules

Nanotechnologie

Résumé

L’anodisation électrochimique du Si monocristallin est apparue comme une technique efficace permettant la nanostructuration du Si à température et atmosphère ambiantes. En particulier, elle permet de fabriquer les nanostructures de Si poreux. Cependant, les interconnexions qui existent entre les nanoparticules constituant les couches poreuses empêchent le confinement complet de porteurs de charges. Durant cette thèse deux nouvelles approches de fabrication des nanoparticules de Si latéralement séparées ont été mises au point en utilisant la gravure électrochimique. La première approche est basée sur la gravure impulsionelle de Si en régime transitoire. La deuxième approche est basée sur le broyage mécanique des nanostructures de Si poreux. L’analyse dimensionnelle et morphologique des nanoparticules réalisées a été effectuée par la microscopie à force atomique et la microscopie électronique en transmission. En particulier, la structure fractale de la surface spécifique de nanoparticule a été mise en évidence. L’étude de la fluorescence à température ambiante de nanoparticules de Si diluées dans divers solvants a été effectué. Les propriétés optiques des nanoparticules ont été étudiées en fonction de leurs concentration, composition chimique et état cristallin. Quelques perspectives d’applications des nanostructures réalisées issues de ce travail (intégration dans la technologie « sol-gel », production de l’hydrogène) ont été soulignées.

The electrochemical anodization of monocristallin Silicon is appeared as an effective technological approach for Silicon nanostructuring at room temperature and atmospheric pressure. In particular, this approach is known to be used for the fabrication of porous Silicon nanostructures. However, the interconnections which exist between the nanoparticles constituting the porous Silicon layers brake down the total confinement of charge carriers. New approaches of fabrication of laterally separated Silicon nanoparticles by electrochemical anodization are reported. The first approach is based on short pulse electrochemical anodization in transition regime. The second approach is based on mechanical grinding of porous Silicon nanostructures. Structural and morphological analyses of the obtained Silicon nanoparticles were performed by means of transmission electron and atomic force microscopes. In particular, fractal shape of the nanoparticle specific surface was modeled. Fluorescence of the Silicon nanoparticles dissolved in different solutions was studied as function of the nanoparticle concentration, chemical composition and crystalline state. Some applications of the realized nanostructures (integration in “sol-gel” technology, hydrogen production…) were underlined.