STUDY OF IN-PLANE SILICON NANOWIRES OBTAINED VIA A SOLID-LIQUID-SOLID GROWTH PROCESS AND THEIR SELF- ORGANIZATION FOR ELECTRONIC APPLICATIONS
ETUDE DE NANOFILS DE SILICIUM HORIZONTAUX D’UN MODE DE CROISSANCE SOLIDE-LIQUIDE-SOLIDE ET LEUR AUTO-ORGANISATION DANS DISPOSITIFS ELECTRONIQUES
Résumé
This is the first Ph.D. thesis on studying the growth of in-plane silicon nanowires (SiNWs) and developing a method for self-organising them for nano-electronics applications. The growth of in-plane SiNWs is based on plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) thin film techniques and results from the interaction between a metal droplet and a hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) thin film. This in-plane solid-liquid-solid (IPSLS) growth mode can be considered as a reactive-spreading and moving behaviour of indium droplet on a-Si:H activated by the establishment of a surface energy gradient due to the phase transition from a-Si:H at the advancing NP edge to c-Si at the NP receding edge. In order to integrate IPSLS SiNWs in nano-electronic devices it is of prime importance to organise them in a controllable way. We propose a growth-in-place strategy which enables the SiNWs to grow along pre-patterned guiding steps. Moreover, this technique is applied to form In NPs on the sidewall of buried ITO layers, which facilitates the localization of the step-guided SiNWs. This work sets the basis for the fabrication of SiNW field effect transistors on insulator, which also allows for gate engineering and the obtaining of Fully Depleted Silicon-On-Insulator (FD-SOI).
Celle-ci est la première thèse sur la fabrication et caractérisation de nanofils de silicium (SiNWs) horizontaux basé sur des techniques de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (PECVD). La croissance de nanofils de silicium dans le plan de l’échantillon découle de l’interaction entre une goutte métallique et une couche de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H). Dans ce procédé la nanoparticule d’indium liquide (NP) se déplace sur un substrat couvert d’une couche d’a-Si:H. Lors de son déplacement la NP dissout et absorbe la couche d’a-Si:H sur sa face avant et précipite un nanofil de silicium cristallin (c-Si) par sa face arrière. Ce mode de croissance de nanofils, que nous avons appelé in-plane solid-liquid-solid (IPSLS), peut être considéré comme un processus de mouillage réactif dans lequel le déplacement de l’indium liquide sur le a-Si:H est activé par l’établissement d’un gradient d’énergie superficielle entre le a-Si:H en face avant de la NP et le c-Si à l’arrière. Afin d’intégrer les nanofils dans dispositifs électroniques (transistors), il est primordial de les organiser d’une manière contrôlée. Nous proposons une méthode pour guider la croissance des nanofils basée sur la formation de marches sur le substrat par des techniques de nanofabrication. Qui plus est, nous avons développé une technique de formation de NPs d’In à la surface d’une paroi d’oxyde d’indium et étain (ITO) enterrée. Ceci permet la localisation du point de départ des nanofils. Cette stratégie de croissance de nanofils établit les bases pour la fabrication de transistors à base de nanofils de silicium sur l’isolant, ce qui ouvre la voie à la réalisation de transistors complétement déplétés sur isolant (FD-SOI).