Caractérisation mécanique par nanoindentation de couches nanostructurées de Silicium poreux oxydé et non oxydé

Nanoindentation caracterisation of nanostructured porous silicon oxidized and nonoxidize

¹ Unité de Recherche Matériaux et Energies Renouvelables, URMER, Université de Tlemcen Abou Bekr Belkaid, BP. 119, 13000 Tlemcen, Algérie
² Institut d’Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie, UMR CNRS 8520 IEMN-DHS, Avenue Poincaré – B.P. 60069, 59652 Villeneuve d'Ascq Cedex, France
³ Laboratoire Mechanics, Surfaces and Materials Processing, MSMP, Ecole Nationale Supérieure d’Arts et Métiers, 8 Boulevard Louis XIV, CS 50008-59046 Lille Cedex, France

^a Auteur de correspondance : souhila-physique@hotmail.fr

Reçu : 15 Décembre 2016
Accepté : 10 Avril 2017

Résumé

Dans cet article, nous nous sommes intéressés aux propriétés mécaniques du silicium mésoporeux nanostructuré et à l’amélioration de celles-ci par oxydation. Le silicium mésoporeux est généralement obtenu par gravure électrochimique d’un wafer de silicium fortement dopé P⁺⁺ (dopage Bore, ρ ~ 0,01Ω.cm) dans un électrolyte à base d’acide fluorhydrique (HF) et d’éthanol. Le dispositif utilisé dans le cadre de cette étude a permis de réaliser des cellules de forme circulaire présentant différents taux de porosité. Elles ont été caractérisées par nanoindentation à l’aide d’un pénétrateur Berkovich en diamant. Les résultats obtenus ont permis de relier la dureté et le module d’ Young de ces couches à leurs caractéristiques structurales, notamment à leurs porosités. L’influence de l’oxydation sur les propriétés mécaniques du silicium poreux a ainsi pu être mis en évidence et évalué.

Abstract

In this article, we are interested by the mechanical properties of nanostructured mesoporous silicon and of their improvement by oxidation. The mesoporous silicon is generally obtained by electrochemical etching of a heavily doped P ++ silicon wafer (doping Bore ρ ~ 0.01 Ω.cm) in an electrolyte based on hydrofluoric acid (HF) and ethanol. The device used in this study allowed to perform circular shaped cells with different porosity rates. They were characterized by nanoindentation using a Berkovich diamond indenter. The results obtained have permitted linking the hardness and the Young’s modulus of these layers to their structural characteristics, especially their porosity. The effect of oxidation on the mechanical properties of the porous silicon has been demonstrated and evaluated.