Adsorption et condensation de gaz dans le silicium poreux

Abstract

Ce travail consiste à développer des capteurs de gaz d’hydrogène à base de silicium et de silicium poreux. Une étude comparative a été réalisée sur deux structures de capteurs élaborés : La première structure est réalisée par déposition direct d’une couche de Pd sur le silicium massif (Pd/Si), tandis que dans la deuxième structure le dépôt du palladium est réalisé sur le même substrat après une étape de prosification suivie par protection à l’aide d’une couche CHx (Pd/CHx/PSi/Si). L’analyse par spectroscopie infrarouge (FTIR) et l’observation par MEB ont confirmé l’efficacité de la fonctionnalisation de chaque étape d’élaboration. La comparaison des performances de détection des trois capteurs a révélé que la couche déposée de Pd a nettement amélioré la sensibilité du capteur et son temps de réponse dans la détection de l’hydrogène, en particulier pour une épaisseur optimale de 10 nm. En parallèle, une étude par une approche théorique ab-initio, basée sur la méthode pseudo-potentielle et d'ondes planes (PP-PW), dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT) périodique, a été menée afin de comprendre l'effet de la porosité et la taille des pores sur les propriétés structurales, électroniques et vibrationnelle du silicium poreux en présence de l’hydrogène. Le modèle supercellule a été utilisé pour créer des porosités de 3.12, 15.62, 28.12 et 40.62%. Une comparaison des énergies de formation des différentes porosités nous a permis de conclure que la porosité 40.62% est la plus favorable. Nos calculs ont montré que les quatre porosités étudiées possèdent un gap direct, contrairement au silicium massif. Une comparaison du spectre d’absorbance IR obtenu par la DFT pour une porosité de 40,62% montre un bon accord avec celui trouvé dans la partie expérimentale et ceux issus de la littérature.