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Liaison pendante

Une liaison pendante (dangling bond en anglais) est une valence non satisfaite sur un atome d'une substance Ă  l'Ă©tat solide. On observe de telles liaisons pendantes notamment Ă  l'interface entre phases diffĂ©rentes, typiquement sur les surfaces des matĂ©riaux[1] ainsi que dans des phases amorphes, comme dans le silicium amorphe[2], mais elles existent Ă©galement sous forme de dĂ©fauts ponctuels au sein de phases cristallines[3]. Ces liaisons agissent sur les propriĂ©tĂ©s magnĂ©tiques de matĂ©riaux comme des cĂ©ramiques du fait du moment magnĂ©tique qu'elles sont susceptibles de gĂ©nĂ©rer[4], ainsi que, dans certains cas, sur leurs propriĂ©tĂ©s optiques en raison de leur influence sur la structure Ă©lectronique de ces matĂ©riaux, notamment sur leur bande interdite[5] — laquelle dĂ©pend Ă©galement de la gĂ©omĂ©trie des nanostructures considĂ©rĂ©es.

Du point de vue chimique, les liaisons pendantes sont par nature trĂšs rĂ©actives, et tendent Ă  ĂȘtre passivĂ©es par diverses impuretĂ©s. L'hydrogĂšne atomique est couramment utilisĂ© dans l'industrie des semiconducteurs pour obtenir des interfaces Si/SiO2 de bonne qualitĂ© dans les composants MOS comme les MOSFET[6]. Une analyse au deutĂ©rium montre que la passivation d'une couche mince de silicium polycristallin s'effectue prĂ©fĂ©rentiellement le long des joints de grains[7].

Dans le silicium amorphe hydrogĂ©nĂ© (a-Si:H), la densitĂ© de liaisons pendantes est nĂ©gligeable Ă  tempĂ©rature ambiante, mais peut ĂȘtre importante aux tempĂ©ratures couramment employĂ©es pour la croissance de ces matĂ©riaux[8]. Certaines de ces liaisons peuvent ĂȘtre induites dans ce matĂ©riau par l'exposition Ă  la lumiĂšre[9].

  • (en) ReprĂ©sentation schĂ©matique de silicium monocristallin (Ă  gauche), amorphe avec liaisons pendantes (au centre), et hydrogĂ©nĂ© (Ă  droite).
    (en) Représentation schématique de silicium monocristallin (à gauche), amorphe avec liaisons pendantes (au centre), et hydrogéné (à droite).

Notes et références
  1. (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)
  2. (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)
  3. (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)
  4. (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)
  5. (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)
  6. (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)
  7. (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)
  8. (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)
  9. (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)
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