Liaison pendante
Une liaison pendante (dangling bond en anglais) est une valence non satisfaite sur un atome d'une substance à l'état solide. On observe de telles liaisons pendantes notamment à l'interface entre phases différentes, typiquement sur les surfaces des matériaux[1] ainsi que dans des phases amorphes, comme dans le silicium amorphe[2], mais elles existent également sous forme de défauts ponctuels au sein de phases cristallines[3]. Ces liaisons agissent sur les propriétés magnétiques de matériaux comme des céramiques du fait du moment magnétique qu'elles sont susceptibles de générer[4], ainsi que, dans certains cas, sur leurs propriétés optiques en raison de leur influence sur la structure électronique de ces matériaux, notamment sur leur bande interdite[5] — laquelle dépend également de la géométrie des nanostructures considérées.
Du point de vue chimique, les liaisons pendantes sont par nature très réactives, et tendent à être passivées par diverses impuretés. L'hydrogène atomique est couramment utilisé dans l'industrie des semiconducteurs pour obtenir des interfaces Si/SiO2 de bonne qualité dans les composants MOS comme les MOSFET[6]. Une analyse au deutérium montre que la passivation d'une couche mince de silicium polycristallin s'effectue préférentiellement le long des joints de grains[7].
Dans le silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H), la densité de liaisons pendantes est négligeable à température ambiante, mais peut être importante aux températures couramment employées pour la croissance de ces matériaux[8]. Certaines de ces liaisons peuvent être induites dans ce matériau par l'exposition à la lumière[9].
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(en) Représentation schématique de silicium monocristallin (à gauche), amorphe avec liaisons pendantes (au centre), et hydrogéné (à droite).
Notes et références[modifier | modifier le code]
- (en) M. Chen, J. Hack, A. Iyer, X. Lin, R. L. Opila, « Chemical and Electrical Passivation of Semiconductor Surfaces », Encyclopedia of Interfacial Chemistry – Surface Science and Electrochemistry, , p. 547-552 (DOI 10.1016/B978-0-12-409547-2.13127-0, lire en ligne)
- (en) David K. Biegelsen et Martin Stutzmann, « Hyperfine studies of dangling bonds in amorphous silicon », Physical Review B, vol. 33, no 5, , p. 3006-3011 (PMID 9938678, DOI 10.1103/PhysRevB.33.3006, Bibcode 1986PhRvB..33.3006B, lire en ligne)
- (en) Minseok Choi, Anderson Janotti et Chris G. Van de Walle, « Native point defects and dangling bonds in α-Al2O3 », Journal of Applied Physics, vol. 113, no 4, , article no 044501 (DOI 10.1063/1.4784114, Bibcode 2013JAP...113d4501C, lire en ligne)
- (en) Ting-ting Sun, Yong-xin Wang, Zheng Chen et Xiu-juan Du, « The effects of dangling bond on the electronic and magnetic properties of armchair AlN/SiC heterostructure nanoribbons », Computational Materials Science, vol. 92, , p. 372-376 (DOI 10.1016/j.commatsci.2014.06.011, lire en ligne)
- (en) E. Gordanian, S. Jalali-Asadabadi, Iftikhar Ahmad, S. Rahimi et M. Yazdani-Kachoei, « Effects of dangling bonds and diameter on the electronic and optical properties of InAs nanowires », RSC Advances, vol. 5, no 30, , p. 23320-23325 (DOI 10.1039/c4ra13168a, lire en ligne)
- (en) E. Cartier, J. H. Stathis et D. A. Buchanan, « Passivation and depassivation of silicon dangling bonds at the Si/SiO2 interface by atomic hydrogen », Applied Physics Letters, vol. 63, no 11, , p. 1510-1512 (DOI 10.1063/1.110758, Bibcode 1993ApPhL..63.1510C, lire en ligne)
- (en) N. M. Johnson, D. K. Biegelsen et M. D. Moyer, « Deuterium passivation of grain‐boundary dangling bonds in silicon thin films », Applied Physics Letters, vol. 40, no 10, , p. 882-884 (DOI 10.1063/1.92934, Bibcode 1982ApPhL..40..882J, lire en ligne)
- (en) Z. E. Smith et S. Wagner, « Intrinsic dangling-bond density in hydrogenated amorphous silicon », Physical Review B (Condensed Matter), vol. 32, no 8, , p. 5510-5513 (PMID 9937788, DOI 10.1103/PhysRevB.32.5510, Bibcode 1985PhRvB..32.5510S, lire en ligne)
- (en) H. Dersch, J. Stuke et J. Beichler, « Light‐induced dangling bonds in hydrogenated amorphous silicon », Applied Physics Letters, vol. 38, no 6, , p. 456-458 (DOI 10.1063/1.92402, Bibcode 1981ApPhL..38..456D, lire en ligne)
