Incorporations de nanoparticules de silicium dans des matrices obtenues par voie Sol-Gel : élaboration et caractérisations
Institution:
Lyon 1Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
The optoelectronic properties of silicon nanoparticles are very different from those of bulk silicon. Their low sizes (a few nanometers) provide the quantum properties and they present a strong luminescence in the visible at ambient temperature. Therefore, they are very interesting for different applications (for example: light-emitting diode (LED) based on silicon only, non volatile memory, sensor, drugs transport, etc…). In general, these nanoparticles have to be integrated in the matrix in order to be able to exploit their properties. In this work, we have proposed to incorporate the silicon nanoparticles, obtained by electrochemical etching of a silicon substrate and then milling, in oxide matrices by using the Sol-Gel method. The principal advantages of these techniques are: low cost, simplicity, and various choices of matrix offered. Three matrices chosen herein (SiO2, ZrO2 and TiO2) allow us to sweep a wide range of band gap and dielectric constant. For each matrix, different concentrations of nanoparticles and annealing conditions were carried out. The obtained results are quite satisfactory. Structural studies confirm the presence of nanoparticles in every matrix. The compressive stress induced by their matrix is also observed. Photoluminescence studies show that the nanoparticles conserve their optical properties when they are incorporated in the SiO2 matrix and the ZrO2 matrix but not in the TiO2 matrix. The stability of the nanoparticles towards the influence of annealing temperature is more important for the SiO2 matrix. Besides, in photoluminescence study, the coupling effect among nanoparticles increasing with their concentration is observed
Abstract FR:
Les nanoparticules de silicium présentent des propriétés optoélectroniques très différentes du silicium massif. Leurs faibles tailles (quelques nanomètres) leurs confèrent des propriétés quantiques et elles présentent une forte luminescence dans la visible à température ambiante. Elles sont donc potentiellement très intéressantes pour différentes applications (par exemple: LED tout silicium, mémoire non volatile, capteur, transport des médicaments, etc…). Cependant ces nanoparticules nécessitent souvent d’être incorporées dans des matrices afin de pouvoir exploiter leurs propriétés originales. Nous proposons alors dans le cadre de ce travail d’incorporer des nanoparticules de silicium, obtenues par gravure électrochimique d’un substrat de silicium massif puis broyage, dans des matrices d’oxydes réalisées à l’aide de la méthode Sol-Gel. Les principaux avantages de ces techniques sont leurs bas-coûts, la simplicité de leurs mises en œuvre, et le large choix de matrices offert. Trois matrices ont été choisies (SiO2, ZrO2 et TiO2) afin de balayer un large spectre de bande interdites et de constantes diélectriques. Pour chaque matrice, différentes concentrations de nanoparticules et conditions de recuit ont été réalisées. Les résultats obtenus sont assez satisfaisants. Les analyses structurales confirment l’incorporation des nanoparticules dans chaque matrice et une mise en compression de ces dernières par leur matrice est observée. L’étude par spectroscopie de photoluminescence montre qu’elles conservent également leurs propriétés optiques lorsqu’elles sont incorporées dans les matrices de SiO2 et de ZrO2 mais pas dans celle de TiO2. La stabilité des nanoparticules vis-à-vis de l’influence de la température de recuit est plus importante dans le cas de la matrice de SiO2. Par ailleurs, un effet de couplage entre nanoparticules, observé par photoluminescence, est aussi mis en évidence avec l’augmentation de la concentration de ces dernières