Les nanofils de silicium attirent beaucoup l'attention de l'industrie électronique en raison de la recherche d'appareils électroniques de plus en plus petits, des téléphones portables aux ordinateurs. Le fonctionnement de ces futurs appareils, et un large éventail d'applications supplémentaires, dépendra des propriétés mécaniques de ces nanofils. De nouvelles recherches de la North Carolina State University montrent que les nanofils de silicium sont beaucoup plus résistants que leurs homologues plus gros, un constat qui pourrait ouvrir la voie à des plus petits, nanoélectronique plus robuste, nanocapteurs, diodes électroluminescentes et autres applications.

Il n'est pas surprenant que les propriétés mécaniques des nanofils de silicium soient différentes des matériaux de silicium "en vrac" - ou de taille régulière, car au fur et à mesure que le diamètre des fils diminue, il y a un rapport surface/volume croissant. Malheureusement, les résultats expérimentaux rapportés dans la littérature sur les propriétés des nanofils de silicium ont rapporté des résultats contradictoires. Les chercheurs de NC State ont donc entrepris de quantifier les propriétés élastiques et de rupture du matériau.

"L'industrie traditionnelle des semi-conducteurs est construite sur le silicium, " dit le Dr Yong Zhu, professeur adjoint de génie mécanique à NC State et chercheur principal sur ce projet. "Ces fils sont les éléments constitutifs de la future nanoélectronique." Pour cette étude, les chercheurs ont entrepris de déterminer les abus que ces nanofils de silicium peuvent supporter. Comment se déforment-ils, c'est-à-dire jusqu'à quel point pouvez-vous étirer ou déformer le matériau avant qu'il ne se brise ? Et à quelle force peuvent-ils résister avant de se briser ou de se fissurer ? Les chercheurs se sont concentrés sur les nanofils fabriqués à l'aide du procédé de synthèse vapeur-liquide-solide, qui est un moyen courant de produire des nanofils de silicium.

Zhu et son équipe ont mesuré les propriétés des nanofils à l'aide d'essais de traction in situ en microscopie électronique à balayage. Un nanomanipulateur a été utilisé comme actionneur et un micro porte-à-faux utilisé comme capteur de charge. "Notre méthode expérimentale est directe mais simple, " dit Qingquan Qin, un doctorat étudiant à NC State et co-auteur de l'article. "Cette méthode offre une observation en temps réel de la déformation et de la rupture des nanofils, tout en fournissant simultanément des données quantitatives de contrainte et de déformation. La méthode est très efficace, ainsi un grand nombre d'échantillons peuvent être testés dans un délai raisonnable."

Comme il s'avère, les nanofils de silicium se déforment d'une manière très différente du silicium massif. "Le silicium en vrac est très cassant et a une déformabilité limitée, ce qui signifie qu'il ne peut pas être étiré ou déformé beaucoup sans se casser." dit Feng Xu, un doctorat étudiant à l'état NC et co-auteur de l'article, "Mais les nanofils de silicium sont plus résistants, et peut supporter une déformation beaucoup plus importante. D'autres propriétés des nanofils de silicium incluent l'augmentation de la résistance à la rupture et la diminution du module d'élasticité à mesure que le nanofil devient de plus en plus petit."

Le fait que les nanofils de silicium aient plus de déformabilité et de résistance est un gros problème. « Ces propriétés sont essentielles à la conception et à la fiabilité de nouveaux nanodispositifs en silicium, " dit Zhu. " Les connaissances acquises grâce à cette étude font non seulement progresser la compréhension fondamentale des effets de taille sur les propriétés mécaniques des nanostructures, mais aussi donner aux concepteurs plus d'options dans la conception de nanodispositifs allant des nanocapteurs à la nanoélectronique en passant par les cellules solaires nanostructurées."

Plus d'information: L'étude, "Propriétés mécaniques des nanofils de silicium synthétisés vapeur-liquide-solide, " a été co-écrit par Zhu, Xu, Qin, Wei Lu, chercheur à l'Université du Michigan (UM) et Ph.D. de l'UM. étudiant Wayne Fung. L'étude est publiée dans le numéro du 11 novembre de Lettres nano .

Source :North Carolina State University (actualité :web)