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silicon nanowires

in this work i will presant the elaboration techniques of SiNWs and some applications of the SINWs in nanotechnology and MOSFETs

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Université de Sousse
Institut Supérieur des Sciences
Appliquées et de Technologie
de Sousse
Les nanofils de silicium
Et microsystèmes
Présenté par: Mohamed Amin ELaguech
AU: 2017/2018
1
Plan du travail
 Introduction et motivation
 Techniques de croissances des nanofils
 C’est quoi un microsystème
 Application des SiNWs dans les microsystèmes
 conclusion
2
I- Introduction et motivation
3
Les nanofils de silicium
 Ce sont des matériaux de classe 1D dans les quelles l’ électron possède une seule degré de liberté
 Les nanofils sont des fils de diamètre inferieure à 100nm
 La découverte des nanofils s’est faite en 1964 (1) de façon non intentionnelle en croissance
par dépôt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Deposition : CVD) de Si à partir d’agrégats
d’or. Les fils étaient alors de dimensions micrométriques et connus sous le nom de « whiskers »
4
Pourquoi les SiNWs
Propriétés thermique
 Propriétés optiquesPropriétés mécaniques
5
Propriétés électriques
II- Techniques de croissances des nanofils
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  • 1. Université de Sousse Institut Supérieur des Sciences Appliquées et de Technologie de Sousse Les nanofils de silicium Et microsystèmes Présenté par: Mohamed Amin ELaguech AU: 2017/2018 1
  • 2. Plan du travail  Introduction et motivation  Techniques de croissances des nanofils  C’est quoi un microsystème  Application des SiNWs dans les microsystèmes  conclusion 2
  • 3. I- Introduction et motivation 3
  • 4. Les nanofils de silicium  Ce sont des matériaux de classe 1D dans les quelles l’ électron possède une seule degré de liberté  Les nanofils sont des fils de diamètre inferieure à 100nm  La découverte des nanofils s’est faite en 1964 (1) de façon non intentionnelle en croissance par dépôt chimique en phase vapeur (Chemical Vapor Deposition : CVD) de Si à partir d’agrégats d’or. Les fils étaient alors de dimensions micrométriques et connus sous le nom de « whiskers » 4
  • 5. Pourquoi les SiNWs Propriétés thermique  Propriétés optiquesPropriétés mécaniques 5 Propriétés électriques
  • 6. II- Techniques de croissances des nanofils 6
  • 7. L’approche « top-down » Il existe deux approches permettant d’ obtenir les nanofils L’approche « pottum-up » 7
  • 8. Avantages Limites  avoir les mêmes propriétés que celles du cristal utilisé au départ:  Dopage  direction cristallographique  mauvaise qualité morphologique  un coût élevé du procédé L’approche « top-down » 8
  • 9. Avantages  obtenir un structure de haute précision cristalline à l’échelle nanométrique Limites  Nanofils intrinsèques L’approche « top-down » 9
  • 11. • l’ablation laser La méthode consiste à diriger un faisceau laser pulsé (UV et non IR, pour empêcher de surchauffer le matériau) sur une cible constituée du matériau à déposer 11
  • 12. • Epitaxie par jet moléculaire(2)  Dans le procédé d’épitaxie par jet moléculaire (MBE), du silicium pur est évaporé pour former les nanofils de silicium  ce qui nécessite l’utilisation une enceinte ultra- vide (avec une pression inférieure à 10-10Mbar) 12
  • 13. • CVD pour Chemical Vapor Deposition(3) Dans ce type de réacteur la synthèse de nanofils de silicium est possible grâce à l’utilisation de particules de catalyseur à la surface de l’échantillon 13
  • 14. • Vapeur Liquide Solide (VLS) ou Vapeur Solide Solide (VSS) 14
  • 15. III- C’est quoi un microsystème 15
  • 16. Définition : Un microsystème est un dispositif compacte miniaturise multifonctionnelle fabriqué collectivement qui interagie avec Le mande extérieure avec des capteurs et des actionneurs 16
  • 17. IV- Application des SiNWs dans les microsystèmes 17
  • 18. Applications de SiNWs Détecteurs chimiques : (3) Les diamètres nanométriques des nanofils de taille comparable à celles des espèces chimiques et biologiques à détecter font d’eux un excellent transducteur primaire produisant un signal pouvant interférer avec des instruments macroscopiques. 18
  • 19. Dans le domaine de la Nano- microélectronique(4)  Source et drain fortement dopé P  Substrat dopé N  Grille métallique  Offre des performances plus élevées qu’un transistor 19
  • 20. Dans le domaine de la Nano-microélectronique  Transistor MOS vertical à canal nanofil enrobé par la grille ou VS-FET)  Il n y a pas ni nécessiter de le déplacement du nanofil du substrat de croissance ni l’alignement du nanofil vu l’enrobage du canal nanofil par la grille 20
  • 21. Dispositifs nano-électromécaniques Nanodétecteur de pH à NF (5)  Drain  Source  Canale NF à Si Détection en temps réel de la conductance d’un NF de Si 21
  • 23. Conclusion Les nanostructures ont apporté beaucoup pour le microélectroniques surtout dans notre cas les nanostructures 1D, Les nanofils : ils ont améliorer les performances des micro et macro systèmes aussi comme dans le cas des cellules photovoltaïques et nombreux autre applications Même l’introduction des nanofiles dans des autres structures permet de modifier les propriétés des ces derniers 23
  • 24. • Références • (1): VAPORLIQUIDSOLID MECHANISM OF SINGLE CRYSTAL GROWTH R. S. Wagner and W. C. Ellis,1964 • (2)thèse de LEVEAU Lucie Etude de nanofils de silicium comme matériau d’électrode négative de batterie lithium-ion,2015 • (3): F. Patolsky, G. Zheng, O. Hayden, M. Lakadamyali, X. Zhuang, and C. M. Lieber. Electrical detection of single viruses. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 101, 14017– 14022 (2004) • (4): thèse de Houssem KALLEL ´ Etude des propriétés optiques de nanofils individuels de Si, de Ge, et d’alliages et hétérostructures SiGe pour le contrôle de l’absorption et de la diffusion de la lumière, 2014 • (5): thèse de Florian DHALLUIN Nanofils de Silicium : D´ epˆot chimique en phase vapeur assist´ e par catalyseurs m´ etalliques et pr´ emices d’int´ egration , 2009 24
  • 25. 25 Merci pour votre attention

Notes de l'éditeur

  1. gravureBottom-up methods usually require complex equipment, and involve high temperatures, high vacuum and hazardous silicon precursors, all of which drastically increase the cost of the processes
  2. Les nanofils de silicium peuvent encore être synthétisés par ablation laser. Dans ce cas, la cible est attaquée par un laser « Nd:YAG » à haute température et les nanofils sont synthétisés grâce au catalyseur, au sein du gaz. Il n’est donc pas nécessaire d’avoir un substrat. Un autre avantage de cette technique est qu’en modifiant la nature de la cible il est possible de varier la composition des nanofils.
  3. Dans ce type de réacteur la synthèse de nanofils de silicium est possible grâce à l’utilisation de particules de catalyseur à la surface de l’échantillon. Selon le type de catalyseur utilisé, deux types de mécanismes sont possibles
  4. En biologie et en chimie, l’intérêt porté pour les nanofils vient du fort rapport surface sur volume permettant une détection électrique très sensible de substances chimiques ou biologiques (Cui, 2001). La figure 1.3 montre la variation de la conductance du nanofil en fonction de son état lié ou non au virus
  5. cette configuration permet un meilleur contrôle électrostatique 18 I.3 Applications potentielles à base de nanofils de Si et de Ge des porteurs de charge dans le canal.