Growth Route Toward III-V Multispectral Solar Cells on Silicon

To date, high efficiency multijunction solar cells have been developed on Ge or GaAs substrates for space applications, and terrestrial applications are hampered by high fabrication costs. In order to reduce this cost, we propose a breakthrough technique of III-V compound heteroepitaxy on Si substrates without generation of defects critical to PV applications. With this technique we expect to achieve perfect integration of heterogeneous Ga1-xInxAs micro-crystals on Si substrates. In this paper, we show that this is the case for x=0. GaAs crystals were grown by Epitaxial Lateral Overgrowth on Si (100) wafers covered with a thin SiO2 nanostructured layer. The cristallographic structure of these crystals is analysed by MEB and TEM imaging. Micro-Raman and Micro-Photomuminescence spectra of GaAs crystals grown with different conditions are compared with those of a reference GaAs wafer in order to have more insight on eventual local strains and their cristallinity. This work aims at developping building blocks to further develop a GaAs/Si tandem demonstrator with a potential conversion efficiency of 29.6% under AM1.5G spectrum without concentration, as inferred from our realistic modeling. This paper shows that Epitaxial Lateral Overgrowth has a very interesting potential to develop multijunction solar cells on silicon approaching the today 30.3% world record of a GaInP/GaAs tandem cell under the same illumination conditions, but on a costlier substrate than silicon.Comment: Preprint of the 28th EUPVSEC proceedings, September 2013, Paris, France. (5 pages

MAVS-Mediated Apoptosis and Its Inhibition by Viral Proteins

BACKGROUND: Host responses to viral infection include both immune activation and programmed cell death. The mitochondrial antiviral signaling adaptor, MAVS (IPS-1, VISA or Cardif) is critical for host defenses to viral infection by inducing type-1 interferons (IFN-I), however its role in virus-induced apoptotic responses has not been elucidated. PRINCIPAL FINDINGS: We show that MAVS causes apoptosis independent of its function in initiating IFN-I production. MAVS-induced cell death requires mitochondrial localization, is caspase dependent, and displays hallmarks of apoptosis. Furthermore, MAVS(-/-) fibroblasts are resistant to Sendai virus-induced apoptosis. A functional screen identifies the hepatitis C virus NS3/4A and the Severe Acute Respiratory Syndrome coronavirus (SARS-CoV) nonstructural protein (NSP15) as inhibitors of MAVS-induced apoptosis, possibly as a method of immune evasion. SIGNIFICANCE: This study describes a novel role for MAVS in controlling viral infections through the induction of apoptosis, and identifies viral proteins which inhibit this host response

Dépôts chimiques en phase vapeur d'hétérostructures Si/Si(1-x-y)Ge(x)C(y) et Si/Si(1-y)C(y) (application aux transistors n et pMOS à canaux épitaxiés)

GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Apport des techniques d'épitaxie à la technologie du MOSFET ultime (réalisation et étude d'hétérostructures IV-IV contraintes en tension sur Si(001))

L'objectif de cette étude est de déterminer les conditions d'épitaxie en UHV-CVD adaptées à la réalisation sans pseudo-substrat d'un canal enterré de type n dans un MOSFET. Pour obtenir la contrainte en tension nécessaire au confinement d'un gaz 2D d'électrons, il convient d'optimiser la concentration de carbone incorporé en substitution dans le silicium et l'alliage SiGe. Le mode de croissance, la morphologie du matériau, en surface et en volume, le champ de déformations du réseau et la composition du matériau sont étudiés. La vitesse de croissance des alliages SiGeC pauvres en Ge est modélisée en la supposant dominée par l'incorporation du Si. L'évaluation des probabilités de collage du méthylsilane confirme l'hypothèse du modèle à deux sites. Ces mesures montrent aussi que la présence de Ge favorise l'incorporation de C. La diffraction électronique in situ, montre une évolution de la rugosité de surface, qui dépend des conditions de croissance et est associée à l'incorporation de C en sites non-substitutionnel (interstitiel, b-SiC ou complexes SinC). Nous proposons un modèle qualitatif pour l'apparition de la rugosité qui suppose la formation de complexes carbonés diminuant localement la vitesse de croissance. Il implique que la longueur moyenne de diffusion des adatomes de C doit être au moins égale à la distance moyenne entre ces adatomes, d'où une condition seuil sur le rapport V_G/DN_C où D est le coefficient de diffusion des adatomes de C et N_C, la couverture en C. À partir de l'interprétation de nos résultats selon ce modèle, nous avons pu déterminer que la diffusion du C en surface est limitée par la couverture en hydrogène. L'analyse de couches ultra-minces (2 à 5 nm) riches en carbone permet de vérifier que le C est majoritairement incorporé en substitution lorsque la croissance reste bi-dimensionnelle. La concentration de C substitutionnel peut ainsi dépasser 3% dans une couche de 2 nm et 2% dans une couche de 5 nm, ce qui répond aux caractéristiques requises.The target of this study is to determine UHV-CVD growth conditions suitable for the achievement of a n-type channel in a MOSFET. In order to obtain the tensile strain needed to confine a 2D electron gas, we must optimise the incorporation of substitutional carbon in silicon and SiGe alloys. The growth mode, the bulk and surface material morphology, the strain field and the material composition are studied. The growth rate of low Ge content SiGeC alloys is modelised assuming it is dominated by incorporation of Si. The evaluation of methylsilane sticking probabilities confirms the hypothesis of the two sites mechanism. These measurements show that the presence of Ge enhance the incorporation of C. In situ electron diffraction shows an evolution of the surface roughening which depends on the growth conditions and is related to the incorporation of C into non-substitutional sites (interstitial sites, b-SiC or Si_nC complexes). We propose a qualitative model for the occurrence of roughness. It supposes that the growth rate is locally decreased by the formation of carboneous complexes. This implies the mean diffusion length of C adatoms must be at least equal to the mean distance between this adatoms and lead to a threshold condition on the ratio V_G /DN_c where D is the C adatoms diffusion coefficient and N_c the C coverage. Based on the interpretation of our results according to this model, we determined that C diffusion is limited by hydrogen coverage. The analysis of ultra-thin (2-5 nm) C rich layers enable to verify that C is mainly incorporated into substitutional sites while the growth remains bi- dimensional. The substitutional C content can then exceed 3% in a 2 nm thick layer and 2% in a 5 nm one, which corresponds to the required characteristics.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF

Croissance et caractérisation des nanofils de silicium et de germanium obtenus par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide.

Les nanofils de silicium et de germanium présentent un fort potentiel technologique, d autant plus important que leur position et leur taille sont contrôlées. Dans le cadre de cette thèse, la croissance de ces nano-objets a été réalisée par dépôt chimique en phase vapeur sous ultravide à l aide d un catalyseur d or via le mécanisme vapeur-liquide-solide.Dans un premier temps, différentes techniques, le démouillage d un film mince, l évaporation par faisceau d électrons et l épitaxie par jet moléculaire, ont été mises en œuvre pour l obtention du catalyseur métallique pour la croissance des nanofils.Dans un deuxième temps, la cinétique de croissance des nanofils de silicium a été étudiée en fonction de la pression, de la température de croissance et du diamètre des gouttes. Le gaz précurseur qui a été utilisé est le silane. Cette étude a permis de déterminer un diamètre critique de changement de direction de croissance, au-dessus duquel les nanofils sont épitaxiés sans défauts cristallins et préférentiellement selon la direction . Le diamètre critique a été estimé à 80 nm. La cinétique de croissance en fonction de la pression a pu être interprétée de façon satisfaisante par la relation de Gibbs-Thomson. Ceci a permis la détermination du coefficient de collage des molécules de silane sur la surface de l'or et la pression de vapeur saturante du silicium P. Le changement morphologique de la section du nanofil et la distribution de nanoclusters d or sur les parois ont été aussi détaillé à l aide d analyses par microscopie électronique en transmission.L intégration des nanofils dans un dispositif nécessite de pouvoir les connecter. Pour les localiser et les orienter, un procédé basé sur le procédé d oxydation localisée du silicium est proposé, pour former des ouvertures Si(111), à partir d un substrat Si(001). Les gouttes d or sont alors localisées dans ces ouvertures et vont servir à la croissance de nanofils orientés suivant une seule des directions [111]. Enfin, la cinétique de croissance de nanofils de germanium a été étudié. La limitation de l utilisation du germane dilué à 10% dans l hydrogène dans notre système d épitaxie UHV-CVD a été démontrée. Compte tenu de notre dispositif expérimental, le gaz précurseur a été changé pour du digermane dilué à 10% dans de l hydrogène afin de favoriser une croissance verticale de nanofils de Ge. Ceci nous a permis d élaborer des nanofils de Ge avec des vitesses de croissance pouvant atteindre 100 nm/min. Des analyses structurales montrent l existence d un évasement des nanofils. Ceci est engendré par la présence d une croissance latérale qui augmente avec la température. Comme dans le cas des nanofils de Si, nous observons la présence de l or sur les parois latérales des nanofils. Cependant la présence de l or est limitée à la partie supérieure des nanofils. Cette diffusion des nanoclusters d or sur les parois peut être diminuée en augmentant la pression de croissance. En outre, l étude de la vitesse de croissance des nanofils de Ge en fonction du rayon des gouttes d or a permis de déterminer un rayon critique de 6 nm en dessous duquel la croissance de nanofil ne peut avoir lieu. Ce résultat a été interprété à l aide d un modèle basé sur l effet Gibbs-Thomson et prenant comme hypothèse que l étape limitante dans la croissance vapeur-liquide-solide est l adsorption et l évaporation du germanium.Silicon and germanium nanowires have a high technological potential, which makes them more interesting when their position and size are controlled. As part of this thesis, the growth was achieved by chemical vapor deposition using a gold catalyst through the vapor-liquid-solid mechanism.Initially, various techniques such as dewetting, electron beam evaporation and molecular beam epitaxy to obtain the metal catalyst for the growth of nanowires were performed.In a second step, the growth kinetics of silicon nanowires has been studied as a function of pressure, temperature and catalyst diameter. Silane was used as precursor gas. A critical diameter change of direction of growth and above which the nanowires grow without crystal defects and preferentially in the direction was estimated at 80 nm. The growth kinetics depending on the pressure could be explained by the Gibbs-Thomson. This allowed the determination of the adsorption coefficient of silane molecules on the surface of gold and the saturated vapor pressure of silicon P. The morphological change of the section of the nanowire and the distribution of gold nanoclusters on their walls were also detailed analysis using transmission electron microscopy.The integration of nanowires into devices requires to connect them. A process based on the method of local oxidation of silicon is proposed to form Si(111) seeds, from Si(001) substrate. Gold droplets are then located in these seeds and are used to grow nanowires oriented along one of the directions [111].Finally, the growth kinetics of germanium nanowires was studied. Restrictions on the use of 10% germane diluted in hydrogen in our system epitaxy UHV-CVD has been demonstrated. Given our experimental setup, the precursor gas was changed to the digermane diluted to 10% in hydrogen to promote vertical growth of Ge nanowires. This enabled us to develop Ge nanowires with growth rates up to 100 nm / min. Structural analysis showed the existence of a tapering of the nanowires. This is caused by the presence of lateral growth which increases with temperature. As in the case of Si nanowires, gold nanoclusters were observed on the sidewalls of the nanowires. However, the presence of gold is limited to the top of the nanowires. This diffusion of gold nanoclusters on the walls can be reduced by increasing the growth pressure. In addition, the variation of the speed of growth of Ge nanowires according to the radius of drops of gold has identified a critical radius of 6 nm below which the nanowire growth can occur. This result was interpreted using a model based on the Gibbs-Thomson effect and assuming that the limiting step in the vapor-liquid-solid growth is adsorption and evaporation of germanium.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Epitaxie sélective et propriétés optiques, électriques des îlots quantiques de Ge sur Si(001)

L'objectif de cette thèse consiste à développer une nouvelle approche d'élaboration des îlots quantiques de Ge sur substrat de Si(001) par épitaxie sélective et à étudier les propriétés optiques et électriques de ces îlots. Deux méthodes d'épitaxie sélective ont été utilisées : La première est la croissance d'îlots quantiques de Ge dans des ouvertures obtenues par désorption partielle d'une couche de silice native. Cette approche qui ne nécessite pas de préalable technologique permet d'obtenir des ouvertures, dont la dimension latérale varie entre 100 et 300 nm. Nous obtenons un ou plusieurs îlots de Ge par ouverture en fonction de cette dimension. Le silicium épitaxié sélectivement dans ces ouvertures évolue vers une forme de pyramide tronquée. En contrôlant la hauteur de cette couche, nous pouvons obtenir au sommet de celle-ci un seul îlot de Ge dans une grande ouverture. Dans la deuxième partie, nous exposons les résultats de croissance d'îlots quantiques de Ge dans des fenêtres obtenues par lithographie. Le nombre d'îlots et leurs positions dépendent de la taille, de la forme des fenêtres, et de la surface de la couche supérieure de Si. Des couches simples et des multicouches d'îlots de Ge ont été réalisées. Les propriétés optiques des îlots sélectifs sont étudiées par spectroscopie de photoluminescence et Raman. La comparaison avec les îlots auto-assemblés révèle l'absence de signal provenant de la couche de mouillage et un décalage vers les hautes énergies. Les propriétés électriques des îlots sélectifs sont étudiées à travers les caractéristiques courant-tension de diodes Schottky en fonction de la température et des mesures par la pointe AFM à température ambiante.The goal of this thesis consists in the development a new method to obtain Ge quantum dots on Si(001) substrates by selective epitaxial growth (SEG) and in studying theirs optical and electrical properties. Two methods of selective growth were chosen: The first one is SEG of Ge quantum dots on SiO2/Si(001) surfaces prepared by partial thermal desorption. We show that the voids, which are a few hundreds nanometers wide were formed. We obtain one or several Ge dots per void as a function of its dimension. A silicon layer grown selectively prior to deposit the Ge dots has a truncated pyramid shape limited by {113} facets. By monitoring the facets formation, we show that it is possible to form a single Ge dot in a broad void. In the second method, we present our results on selectively grown Ge quantum dots in windows patterned by DUV lithography and RIE etching. The number of Ge dots as well as theirs positions depend not only on window size and shape, but also on the area of the Si layer's apex. We obtain single layer and multiple layers of Ge quantum dots. Optical properties of SEG Ge dots were studied by PL and Raman spectroscopies. In comparison with self-assembled Ge dots, we observe an absence of signal from the Ge wetting layer and a blue shift of the emission line of SEG Ge dots, which is related to a higher confinenement of the carriers. Electrical properties of SEG of Ge dots have been studied via the current-voltage characteristics as a function of temperature of the Schottky diodes and via an AFM cantilever in contact mode at room temperature.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF