Conclusion du chapitre III

Nous avons introduit le chapitre en présentant le dépôt chimique en phase vapeur, le réacteur de croissance et la technique de caractérisation par MEB des nanols.

Ce chapitre a traité de l'étude de la croissance des nanols de silicium. Les eets de la tem- pérature, de la pression, de la nature du précurseur gazeux, de l'épaisseur du lm d'or et de la préparation du substrat ont été étudiés. Il a été montré qu'à haute température (supérieure à 700C), l'étape limitante de la croissance est la diusion des espèces gazeuses, tandis qu'à plus basse température (500C-700C), la réaction limitante est la décomposition du précurseur gazeux. Par un choix adéquat de la nature du précurseur gazeux, il est possible d'obtenir des formes variées de nanols soit rectilignes, soit larges à la base ou bien encore larges au sommet. A partir des résultats de croissance, un choix optimal des paramètres a été fait pour synthétiser des nanols longs et rectilignes avec peu de changements de direction. La croissance à partir de colloïdes a également été réalisée et a permis d'obtenir des nanols de 40 nm de diamètre en moyenne.

Une étude structurale au microscope à transmission (MET) a mis en évidence la cristallinité des ls et la présence de défauts structuraux. Nous avons vu que les nanols peuvent comporter des macles dans toute leur longueur ou au niveau de changements de direction. Ils sont soit monocris- tallins soit polycristallins. Un l rectiligne n'induit pas qu'il soit monocristallin et vice-versa. Il a également été observé des fautes d'empilement et des micromacles. Les diractions anormales des nanols ont fait l'objet d'une étude de microscopie qui a permis de déduire que ces diractions sont la résultante d'une structure diamant classique contenant deux défauts microstructuraux : des micromacles et des nanomacles.

Dans le chapitre IV, nous aborderons la croissance de nanols dopés et de nanols hétéro- structurés ainsi que les analyses de dopage et de structure eectuées sur ces nanols.

Nanols de silicium dopés n et p,

nanols hétérostructurés

Sommaire

4.1 Dopage n et p des nanols de silicium . . . 136 4.2 Croissance de nanols dopés n . . . 138 4.2.1 Inuence du taux de dopage . . . 138 4.2.2 Inuence du substrat . . . 140 4.3 Croissance de nanols dopés p . . . 142 4.4 Caractérisation des dopants et mesures électriques . . . 144 4.4.1 La spectrométrie de masse des ions secondaires . . . 144 4.4.2 Mesures électriques sur un tapis de nanols dopés . . . 148 4.4.3 Mise en place de mesures thermiques des nanols . . . 152 4.5 Nanols hétérostructurés Si/SiGe . . . 153 4.5.1 Eet de la température et de l'épaisseur d'or . . . 155 4.5.2 Etude des hétérostructures . . . 156 4.6 Conclusion du chapitre IV . . . 159 Conclusion générale et Perspectives . . . 161

An d'obtenir des nanols conducteurs, il est nécessaire de les doper. Le silicium pur est un semi-conducteur intrinsèque. Les propriétés d'un semi-conducteur peuvent être contrôlées en le dopant avec des impuretés. Un semi-conducteur présentant plus de trous que d'électrons est dit de type p, tandis qu'un semi-conducteur présentant plus d'électrons que de trous est alors dit de type n.

Dans une première partie, nous présenterons le dopage n à partir de phosphine (PH3) des nanols

de silicium et, dans une seconde partie, le dopage p à partir de bore (B2H6).

Les caractérisations réalisées et en cours concernant la quantication du dopage et les mesures électriques et thermiques des nanols feront l'objet d'une partie de ce chapitre.

La synthèse de nanols hétérostructurés Si/SiGe a également été réalisée en CVD. Les résultats des croissances Si/SiGe seront présentés en dernière partie.

4.1 Dopage n et p des nanols de silicium

Figure 4.1  Schéma du panneau de gaz et de dilution des dopants de type n et p.

Le dopage des nanols est réalisé par l'introduction d'un élément dopant dans le mélange

gazeux introduit dans la chambre de réaction. Les précurseurs utilisés sont le diborane (B2H6)

et la phosphine (PH3) pour le dopage de type p et de type n, respectivement.

Les gaz dopants sont conditionnés en bouteille, dilués dans l'hydrogène à 1 %. Le réacteur CVD utilisé contient son propre circuit de dilution représenté en gure 4.1.

Le gaz de dopant pur subit deux dilutions. Le gaz diluant employé est l'hydrogène. La première dilution a lieu dans la bouteille et la seconde dilution est décidée par l'opérateur via le circuit de dilution présenté précédemment. En eet, l'opérateur xe une valeur en pourcentage (ratio noté R) qui va inuer sur les débits de la bouteille de gaz dopant et d'une bouteille d'hydrogène. En

amont du débitmètre de la chambre, il arrivera R x 500 sccm x dbouteille de dopant dilué, mélangé

à (1-R) x 20 slm d'hydrogène. Ensuite, le débit du mélange entrant réellement dans la chambre de réaction est réglé par un débitmètre ayant une gamme de 30 à 300 sccm. Le ux restant qui

n'entre pas dans la machine est rejeté par l'évacuation. Le débit de gaz dopant pur (ddopant pur)

est donc fonction de la dilution dans la bouteille en pourcentage (dbouteille), de la fraction de gaz

issue de la bouteille et gérée par le ratio (R) et du débit sélectionné à l'entrée de la chambre (dtotal chambre). Ainsi, le débit de dopant pur dans la chambre est donné par l'équation 4.1.

ddopant pur =

500 R dbouteilledtotal chambre

Dans notre cas, la dilution de la bouteille est la même pour les deux bouteilles et pour toutes

les expériences. dbouteille peut directement être remplacé par 1 % soit 0,01. Dans la suite du

manuscrit, les valeurs de dopage sont données en fraction du nombre d'atomes de phosphore ou de bore injectés par rapport au nombre d'atomes de silicium, que l'on notera P/Si et B/Si respectivement.

Le circuit de dilution de la machine présente l'avantage pratique de limiter le passage des deux types de dopants dans les mêmes lignes de gaz et mêmes débitmètres ce qui minimise les risques de contamination d'un dopant par l'autre dopant.

Les nanols dopés ont été réalisés toutes conditions expérimentales par ailleurs égales, à savoir une pression de 10 Torr, une température de 500C, une durée de 110 min et un débit de 150 sccm