Etude des propriétés électriques et mécaniques de nanofils de GaAs : vers une modulation du transport par effet piézoélectrique ou ferroélectrique

• Auteur / Autrice : Jeanne Becdelievre
• Direction : Guillaume Saint-Girons, José Penuelas, Brice Gautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Soutenance le 09/11/2017
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École Centrale de Lyon (1857-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Christophe Harmand
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume Saint-Girons, José Penuelas, Brice Gautier, Rudeesun Songmuang
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Christophe Harmand, Bassem Salem

Mots clés

Mots clés contrôlés

Dispositifs piézoélectriques

Nanofils

Mots clés libres

Nanofils de GaAs

GaAs nanowires

Résumé

L’objectif de cette thèse est de moduler le transport électrique dans des nanofils de GaAs par effet piézoélectrique ou ferroélectrique. Pour cela, une étude préliminaire des propriétés électriques et mécaniques des nanofils est nécessaire. C’est donc le premier pas vers la fabrication de nouveaux dispositifs, tels que le transistor ferroélectrique à nanofil unique ou le nanogénérateur piézotronique. Le premier chapitre de ce travail est consacré à l’élaboration par épitaxie par jets moléculaires de nanofils autocatalysés de GaAs sur Si (111). L’optimisation des paramètres de croissance a permis la première fabrication de nanofils ultra-longs de GaAs de 80 μm, jamais mis en évidence par cette méthode de croissance à notre connaissance par le passé. Une étude de leur cinétique de croissance ainsi que de leurs propriétés structurales et optiques est présentée. Les deux chapitres suivants s’intéressent aux caractérisations électriques et mécaniques de ces nanofils de GaAs. Il a été montré que ces derniers présentent des propriétés de conduction tout à fait intéressantes et les caractéristiques mécaniques attendues pour de tels nanofils. Le dernier chapitre présente une étude préliminaire des couplages avec la piézoélectricité et la ferroélectricité. La piézoélectricité des nanofils de GaAs est tout d’abord examinée. On présente ensuite le couplage avec une matrice piézoélectrique de P(VDF-TrFE). Il a enfin été mis en évidence une modulation du transport dans un nanofil grâce à l’orientation de la polarisation de la couche ferroélectrique de PZT.

The aim of this thesis is to modulate the electrical transport in GaAs nanowires by piezoelectric or ferroelectric effect. To perform this, a preliminary study of electrical and mechanical properties of these nanowires is required. It is the first step towards the elaboration of new devices as nanowire ferroelectric transistor or piezotronic nanogenerator. First chapter is dedicated to elaboration by molecular beam epitaxy of self-catalyzed GaAs nanowires on Si (111). By optimization of growth parameter, we managed the first growth ultra-long nanowires, with length up to 80 μm by this elaboration technic. Growth kinetic and crystallographic and optical properties of these nanowires has been highligth. The two following chapters are focused on electrical and mechanical characterizations of theses nanowires. It has been shown that theses nanowires have interesting conduction properties and expected mechanical behaviour. The last chapter presents a preliminary study of coupling with piezoelectricity and ferroelectricity. First of all, piezoelectricity in GaAs nanowires is observed. Then, we present coupling with a piezoelectric matrix of P(VDF-TrFE). Finally, we proved a modulation of the transport by polarization orientation of a ferroelectric PZT thin film.