LŠintérêt du HCl

Après la révélation des problèmes de gravures par le HCl, nous pouvons nous demander si lŠutilisation de ce gaz est vraiment bénéĄque aux croissances. Mais comme dit brièvement

2.1 La croissance des nanoĄls semi-conducteurs IV-IV 43 précédemment, la présence de HCl permet de limiter la difusion de lŠor sur le substrat durant la phase de croissance. Ceci est dû à une meilleure passivation de la surface de silicium par le chlore que par lŠhydrogène (énergie de liaison SiŰCl ESi–Cl= 20,5kJ/mol et

celle de SiŰH ESi–H = 16,8kJ/mol [84]). Ainsi il accroît également la sélectivité du dépôt au

niveau du catalyseur dŠor en empêchant le silane de se décomposer de manière nonŰcatalysé sur le substrat et sur les Ćancs du nanoĄl. Cette sélectivité peut-être due également à la gravure de ce dépôt 2D par le HCl, et la maîtrise de celle-ci se fait par son Ćux. De plus, il a été montré que lŠinsertion du HCl permettait de diminuer le nombre de défauts cristallins dans les nanoĄls, comme présenté par exemple sur la Ągure2.12, car elle diminue la vitesse de croissance, le nombre de liaisons pendantes et stabilise le catalyseur [85,69].

Figure 2.12: a) Image TEM dŠun nanoĄl coeur/coquille Ge/ Si0,25Ge0,75 cru sans HCl. On

voit que la coquille a des dislocations ń misĄt ż. b) Image TEM dŠun nanoĄl cru selon les mêmes conditions que a) mais avec lŠaddition de 10sccm de Ćux de HCl [85].

EnĄn, pour les Ąls de Si1⊗xGex, le HCl permet dŠatteindre des concentrations de germanium

supérieures à 70%, dans des conditions de croissance où la fraction de germanium saturerait sans lŠapport de celui-ci. En efet dans le catalyseur, les sites dŠadsorption du germanium favorisent la désorption des atomes de chlore par rapport aux sites dŠadsorption du silicium (la désorption du Cl dŠune liaison SiŰCl est à ♠ 630◇_{C alors que pour une liaison GeŰCl}

cela se produit à ♠ 350◇_{C). Les sites libres nécessaires à lŠadsorption et à la décomposition}

des précurseurs seront donc plus nombreux pour les atomes de germanium que pour les atomes de silicium. De plus, le HCl crée préférentiellement des composés chlorés avec le silane plutôt quŠavec le germane. Les composés chlorosilanes étant moins réactifs que SiH4,

le taux dŠincorporation du silicium dans la goutte diminue, ce qui permet dŠatteindre des concentrations élevées de germanium insérées dans le nanoĄl.

En conclusion, le HCl nous permet de prévenir plusieurs problèmes liés à lŠutilisation de nanoĄls VLS dans des dispositifs électroniques, tels que : des défauts cristallins [85], un recouvrement le long du nanoĄl dŠun Ąlm de silicium dopé [64], dŠune faible incorporation des dopants [74] et du germanium [78].

44

2 Élaboration des transistors à nanoĄls Si et Si/SiGe et méthode dŠextraction des paramètres électriques

2.2 Transistors à nanofil planaires et verticaux

Les étapes de fabrication des transistors à partir de nanoĄls utilisés durant ce travail, ont été développées lors de la thèse de Guillaume Rosaz [86], et nous les avons optimisées pour lŠintégration de hétérojonctions et hétérostructures à base de nanoĄls de Si et SiGe.

2.2.1 Le nettoyage des nanofils

Avant de réaliser les étapes de fabrication sur les nanoĄls, nous avons systématiquement nettoyé les Ąls après croissance, lorsque le matériau était compatible avec les solutions de nettoyage, pour enlever le catalyseur dŠor présent au sommet des Ąls. Pour ce faire, nous avons procédé à la séquence de nettoyage présentée sur la Ągure2.13.

Figure 2.13: Procédé chimique de retrait de lŠor des nanoĄls

La gravure de lŠor a été réalisée par une solution chimique appelée "Gold Etch", cette solution est un mélange de diŰiode, dŠiodure de potassium et dŠeau dé-ionisée (IKI). Ce traitement nŠétant pas compatible avec les nanoĄls contenant une forte concentration de germanium, nous ne lŠavons pas utilisé sur les Ąls qui en contenaient plus de 50%.

2.2.2 Le procédé d’intégration planaire des nanofils

2.2.2.1 Dispersion des nanoĄls

Pour procéder à lŠintégration horizontale des nanoĄls, nous avons plongé les nanoĄls après nettoyage dans une Ąole contenant environ 2 mL dŠIPA. Puis nous avons suspendu les nanoĄls par sonication dans un bain à ultra-son durant une vingtaine de secondes. Environ 10 µL de la solution contenant les nanoĄls en suspension a été déposé sur un substrat de 1 cm2 _{de silicium recouvert de 100 nm de nitrure Si}

3N4. Nous avons choisi dŠutiliser ce

substrat pour isoler les nanoĄls dŠun contact face arrière. La goutte de solution est ensuite évaporée par chaufage sans contact au dessus dŠune plaque chaufante à 120◇_{C. De cette}

manière les nanoĄls sont dispersés sur le substrat de façon aléatoire. 2.2.2.2 Réalisation du TFET à base dŠun nanoĄl horizontal :

Une fois les nanoĄls dispersés sur le substrat, nous pouvons réaliser les premiers contacts, cŠestŰàŰdire métalliser les parties drain et source du futur transistor. Comme les nanoĄls sont des diodes pŰiŰn nous devons nous assurer que lŠespacement, entre ces deux contacts, est suisant pour ne pas mettre lŠun dŠentreŰeux sur la partie intrinsèque du nanoĄl. Nous allons donc toujours utiliser des masques de lithographie avec un espacement dŠau moins

2.2 Transistors à nanoĄl planaires et verticaux 45