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Découverte d’un nouveau processus d’hydrogénation de la surface de Si(100)

Hydrogénation intra-dimère localisée du Si(100) par STM à basse température

Les processus de passivation de la surface de silicium par l’hydrogène ont passionné pendant des dizaines d’années les chercheurs de tous domaines. Largement utilisée en microélectronique, cette surface est aujourd’hui énormément étudiée en nanosciences car elle peut être manipulée à l’échelle atomique par des techniques de sondes locales. Il a été démontré depuis plusieurs années que le processus de passivation implique initialement une dissociation de la molécule de H2 neutre à la surface du Si (100) 2x1 suivant un schéma inter-dimères c’est-à-dire impliquant deux dimères de silicium consécutifs de la même ligne de dimères.

En réalisant des expériences avec un microscope à effet tunnel (STM) à basse température (5K), l’équipe MoNaDe de l’ISMO a réussi à induire un nouveau processus d’hydrogénation très local et suivant un schéma intra-dimère, c’est à dire faisant intervenir le processus de dissociation de l’hydrogène sur un seul dimère de silicium. Nous avons pu démontrer que ce processus est induit par les électrons tunnel du STM permettant la formation de l’anion H2- sur la pointe du STM. L’anion est ensuite désorbé de la pointe du STM par l’action du champ électrique polarisant la jonction STM pour être ensuite dissocié très localement à la surface du silicium. La structure fondamentale des dimères tiltés c(4x2) de la reconstruction du Si(100) à basse température permet de montrer que ce processus inédit d’hydrogénation est lié à la diminution de l’énergie de dissociation de H2- (par rapport à H2 neutre) à la surface du silicium et à l’orientation de l’anion par la présence d’un léger moment dipolaire le long du dimère tilté de silicium.

L’impact de ce travail n’est pas uniquement fondamental car il ouvre également la possibilité d’hydrogéner des zones nanométriques de taille contrôlée à la surface du Si(100) mais également de fabriquer un environnement d’adsorption spécifique autour de molécules que l’on souhaite manipuler.

Voir en ligne : Phys. Rev. B 86, 165441 – Publié le 25 Octobre 2012