Adsorption et condensation de gaz dans le silicium poreux.

الموضوعات

علوم بحتة وطبيعية

الملخص

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.

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088dc597-9920-4d4d-9e41-bdcc6ba1cfe2

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0

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رسائل دكتوراة

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2224361_1.pdf

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ألقاب المؤلفين

[{"name_ar":" Hanane Lachenani","title_ar":"اعداد","title_en":"Preparation"},{"name_ar":"Noureddine Gabouze ","title_ar":"اشراف","title_en":"Supervision"}]

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French

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اسم المصدر

Adsorption et condensation de gaz dans le silicium poreux.

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ترجمة الملخص

This work involves developing hydrogen gas sensors based on silicon and porous silicon. A comparative study was carried out on two sensor structures: bulk silicon covered by a palladium layer (Pd / Si) and a catalytic layer of palladium deposited on porous silicon stabilized by a protective layer of CHx (Pd/CHx / PSi / Si).Infrared spectroscopic analysis (FTIR) and SEM observation confirmed the effectiveness of the functionalization of each development step. Comparison of the detection performance of the three sensors revealed that the deposited layer of Pd has significantly improved the sensitivity of the sensor and its response time in the detection of hydrogen, in particular for an optimum thickness of 10nm.A parallel study by an ab-initio theoretical approach based on the pseudo-potential and plane wave (PP-PW) method in the framework of the periodic density functional theory (DFT) was conducted to understand the effect of porosity and pore size on the structural, electronic and vibrational properties of porous silicon in the presence of hydrogen. The supercell model is used to create porosities of 3.12, 15.62, 28.12 and 40.62%.A comparison of the formation energies of the different porosities allowed us to conclude that the 40.62% porosity is the most favorable. Our calculations showed that the four porosities studied have a direct gap unlike bulk silicon. A comparison of the IR absorbance spectrum obtained by the DFT for a porosity of 40.62% shows good agreement with that measured in experimental part and those published in the literature. This work involves developing hydrogen gas sensors based on silicon and porous silicon. A comparative study was carried out on two sensor structures: bulk silicon covered by a palladium layer (Pd / Si) and a catalytic layer of palladium deposited on porous silicon stabilized by a protective layer of CHx (Pd/CHx / PSi / Si).Infrared spectroscopic analysis (FTIR) and SEM observation confirmed the effectiveness of the functionalization of each development step. Comparison of the detection performance of the three sensors revealed that the deposited layer of Pd has significantly improved the sensitivity of the sensor and its response time in the detection of hydrogen, in particular for an optimum thickness of 10nm.A parallel study by an ab-initio theoretical approach based on the pseudo-potential and plane wave (PP-PW) method in the framework of the periodic density functional theory (DFT) was conducted to understand the effect of porosity and pore size on the structural, electronic and vibrational properties of porous silicon in the presence of hydrogen. The supercell model is used to create porosities of 3.12, 15.62, 28.12 and 40.62%.A comparison of the formation energies of the different porosities allowed us to conclude that the 40.62% porosity is the most favorable. Our calculations showed that the four porosities studied have a direct gap unlike bulk silicon. A comparison of the IR absorbance spectrum obtained by the DFT for a porosity of 40.62% shows good agreement with that measured in experimental part and those published in the literature.

كلمات الباحثين

Hydrogène Silicium poreux DFT capteur de gaz

إشراف وإعداد

الإشراف

Noureddine Gabouze

الإعداد

Hanane Lachenani

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