Modélisation des effets de l'hydrogène sur la morphogenèse des nanostructures de silicium hydrogéné dans un réacteur plasma.

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Brulin, Quentin (2006) Modélisation des effets de l'hydrogène sur la morphogenèse des nanostructures de silicium hydrogéné dans un réacteur plasma. Doctorat PICM, EP - LPICM Laboratoire de Physique des Interfaces et Couches Minces, EP/X p.151.

Autres Localisations: http://www.imprimerie.polytechnique.fr/Theses/Files/Brulin.pdf

Résumé

Les mécanismes liés à la morphogenèse des nanostructures de silicium hydrogéné dans un réacteur plasma sont étudiés par modélisation des trajectoires des atomes en dynamique moléculaire. Les méthodes quantiques semi-empiriques de calcul de potentiel d'interaction entre les espèces chimiques sont suffisament rapides pour simuler sur des temps raisonnables. A partir des outils numériques développés, la croissance d'agrégats moléculaires peut etre simulée en utilisant comme paramètres les données issues de calculs de magnéto-hydrodynamique des conditions règnant au sein des réacteurs plasma. Des agrégats de silicium hydrogéné sont simulés par captures successives de molécules de silane.
Les structures obtenues ne sont pas dans un état de minimum d'énergie, contrairement à certains résultats expérimentaux. Ces résultats ont cependant été obtenus sans la prise en compte de la présence d'hydrogène atomique dans le plasma. L'étude de l'interaction de l'hydrogène atomique sur la surface de l'agrégat permet de trouver des proportions de mécanismes (désorption d'Eley-Rideal, atome chaud) en accord avec des expériences de recombinaison sur des surfaces de silicium. Les interactions de l'hydrogène atomique avec la surface des agrégats induisent aussi une modification de l'organisation interne des atomes de silicium. L'organisation des atomes de silicium de l'agrégat en fonction sa taille (nombre magique) explique les observations expérimentales. Enfin cette étude mène à la prédiction d'une structure particulièrement stable qui pourrait servir de germe de croissance pour les nanofils de silicium.

Table des Matières

1 Introduction
2 Simulation de la dynamique moléculaire
3 Modèle de croissance d'une chaine linéaire
4 Croissance des nanocristaux de silicium hydrogéné
5 Dynamique de la cristallisation des agrégats
6 Conclusions et perspectives
7 Etudes annexes

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