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].

  • (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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