Caractéristiques morphologiques et optiques du silicium nanoporeux préparé par anodisation électrochimique

Abstract

L'anodisation du silicium dans des solutions d’acide hydrofluorique HF est une méthode acquise dans la préparation du silicium poreux avec des applications potentielles dans les domaines tels l’électronique, l’optique ainsi que la technologie chimique et celle des capteurs de gaz et des biocapteurs. Le contrôle de la densité de courant et du temps d’anodisation permet de modifier l’épaisseur et le taux de porosité de la couche du silicium poreux ainsi formé. Les échantillons du silicium nanoporeux sont préparés par anodisation électrochimique à partir du silicium monocristallin de type P, d’orientation (1,0,0) avec une faible résistivité de l’ordre de 1 Ωcm et d’épaisseur voisine de 400 μm. Les caractéristiques morphologiques, optiques ainsi que la composition chimique de nos échantillons sont étudiées et analysées pour différentes conditions d’anodisation. Dans notre travail on a utilisé plusieurs techniques de caractérisations .Parmi ces techniques l’ellipsométrie. Pour comprendre le comportement optique de ce matériau, on utilise un modèle théorique basé sur l’approximation des milieux effectifs (modèle de Bruggeman) afin de déterminer la relation entre l’indice de réfraction du film nanoporeux, sa porosité et son degré d’oxydation.

Mots clés: silicium nanoporeux; modèle de Bruggeman; indice de réfraction; degrés d’oxydation.

The silicon anodisation in hydrofluoric acid solutions HF is an acquired method in the preparation of porous silicon, with potential applications in many fields such as electronics, optics as well as chemical technology and that of gas sensors and biosensors. The control of the density of current and the time of anodisation make it possible to modify the thickness and the proportion of porosity of the layer of porous silicon thus formed. Samples of nanoporous silicon are prepared by electrochemical anodization starting from the single-crystal silicon of type P, orientation (1,0,0) with a low resistivity of about 1 Ωcm and a thickness close to 400 μm. The morphological, optical characteristics as well as the chemical composition of our samples are studied and analyzed for various conditions of anodization. We have used several techniques of characterizations among them ellipsometry. To understand the optical behavior of this material, we have used a theoretical model based on the approximation of the effective mediums (model of Bruggeman) in order to determine the relation between the index of refraction of nanoporous film, its porosity and its oxidation degrees.

Keywords: nanoporous silicon; model of Bruggeman; index of refraction; oxidation degrees.