Élaboration par voie solaire et caractérisation de nanomatériaux à base de Silicium
Institution:
PerpignanDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
The aim of this work was to realise and test solar processes for the preparation of silicon based nanomaterials such as SiOx nanopowders and, especially, silicon thin films. Evaporation of silicon placed on ZrO2 plate and melted at the focus of a solar furnace enabled us to produce condensed amorphous SiOx nanopowders, with powder grain sizes close to 30 nm. Thermodynamic calculations could forecast constant x values which were close to 1. These SiOx nanopowders presented photoluminescence properties. Evaporation of silicon massive cylindrical samples into high vacuum solar reactors resulted in the preparation of high density amorphous silicon thin films. Temperature distributions at the surface of the silicon cylinder, measured experimentally and calculated from numerical model, were used to simulate the film growth process. SEM imaging experiments have shown that the film thickness was about 100 nm for 10 minutes of experiment with growth rate near 0. 25 nm. Min-1. XPS characterisations suggest that the films contains Si-O chemical bonds randomly distributed into an amorphous silicon matrix.
Abstract FR:
L'objectif de ce travail était de réaliser et évaluer des procédés solaires d'élaboration de nanomatériaux tels que des nanopoudres SiOx et, surtout, des couches minces de Silicium. Nous avons obtenus des nanopoudres amorphes de composition SiOx avec des tailles de grains de l'ordre de 30 nm par évaporation et condensation de Silicium fondu au foyer d'un four solaire sur des supports en ZrO2. Des calculs thermodynamiques ont permis d'expliquer les valeurs de x toujours proches de 1. Ces nanopoudres sont photoluminescentes. L'élaboration sous vide secondaire d'échantillons massifs de Silicium a permis l'obtention de couches amorphes, denses et peu oxydées. La modélisation thermique de la cible de Silicium aboutissant à l'évaluation des distributions de température à la surface du cylindre, permet de simuler la phase de croissance du dépôt. Des observations MEB de différentes couches ont montré des épaisseurs de l'ordre de la centaine de nanomètres avec une vitesse de croissance d'environ de 0,25 nm. Min-1. Des caractérisations XPS suggèrent que ces dépôts sont composés de liaisons Si-O distribuées aléatoirement dans une matrice de Silicium amorphe non-oxydé.