Thèse en cours

Etude de l'impact de l'effet piézoélectrique sur les nanoparticules semi-conductrices à base de nanofils de ZnO pour l'électronique flexible
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Triangle exclamation pleinLa soutenance a eu lieu le 16/02/2024. Le document qui a justifié du diplôme est en cours de traitement par l'établissement de soutenance.
Auteur / Autrice : Shruti Sharma
Direction : Céline Ternon
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Nano électronique et Nano technologies
Date : Inscription en doctorat le
Soutenance le 16/02/2024
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des matériaux et du génie physique
Jury : Président / Présidente : Alain Sylvestre
Examinateurs / Examinatrices : Céline Ternon, Pedro Barquinha, Benoit Guiffard, Carole Rossi
Rapporteurs / Rapporteuses : Pedro Barquinha, Benoit Guiffard

Résumé

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Ce travail se concentre sur l'étude des propriétés piézoélectriques des nanofils semi-conducteurs horizontaux de ZnO placés dans une structure de réseau orientée de manière aléatoire conduisant à la formation de nanonets (NN). Ces nanofils ont été cultivés verticalement par la méthode de synthèse hydrothermale et ont ensuite été transférés sur le substrat souhaité pour la fabrication de dispositifs afin d'effectuer d'autres caractérisations électriques. L'avantage de la synthèse hydrothermale est qu'elle permet de régler et d'obtenir des diamètres variés de nanofils en fonction de la concentration du bain de croissance. Cette capacité a été utilisée ici pour obtenir des échantillons en fonction des exigences conditionnelles finales de l'expérience. Ici, les propriétés piézoélectriques des fils semi-conducteurs ont été étudiées en utilisant l'effet piézoélectrique inverse et l'effet piézoélectrique direct. L'effet piézoélectrique inverse utilise l'entrée électrique pour apporter des changements mécaniques aux fils, tandis que l'effet piézoélectrique direct utilise la déformation mécanique comme entrée pour générer une sortie électrique. Tout d'abord, nous avons étudié le comportement d'un fil de ZnO unique placé latéralement en lui conférant un effet piézoélectrique inverse. Ces mesures ont été effectuées au synchrotron de l'ESRF en collaboration avec le projet LATINO de l'ANR. Par la suite, pour pouvoir transmettre avec succès la déformation mécanique, le NN a été transféré sur un substrat flexible en kapton et la fabrication éventuelle de résistances à base de NN a été effectuée. Ces résistances fabriquées ont été exposées à un environnement de salle blanche pour favoriser la fabrication de dispositifs à motifs de longueur de canal variable. Les caractéristiques mécaniques de ces NN soumis à une déformation par traction ont été étudiées à l'aide d'un MEB et d'un XRD in situ. Ces études ont été menées à l'aide d'un dispositif de traction qui allonge le substrat dans la direction x tout en enregistrant la modification des caractéristiques mécaniques, en collaboration avec le projet Carnot MECANET. En raison de l'augmentation de la force piézoélectrique et du module de Young des fils de ZnO lors de la diminution du diamètre des fils, ces fils de 20 nm de diamètre ont été choisis pour les études piézoélectriques. Enfin, les caractéristiques piézoélectriques de ces dispositifs de résistance NN à base de kapton ont été déterminées en exposant les dispositifs à différentes configurations de déformation, de traction et de flexion, et la sortie électrique correspondante générée a été enregistrée. L'ampleur de la déformation a été modifiée en même temps que la configuration de la déformation pour les tests de traction et de flexion. La liberté d'orientation, de compression et de traction, de la déformation a été permise dans la configuration de la déformation par flexion. Une tendance inverse des caractéristiques électriques a été observée lors de l'augmentation de l'amplitude de la déformation en compression et en traction. Ce comportement a été expliqué par la modification de la hauteur de la barrière Schottky à l'interface métal-semiconducteur. L'évolution du courant et de la courbe caractéristique IV a été étudiée pour les caractéristiques électriques de sortie enregistrées sous déformation mécanique. Une augmentation du courant de 6 ordres de grandeur a été observée ainsi qu'une transformation de la courbe schottky en courbe ohmique IV lors de l'augmentation de l'ampleur de la déformation par compression. Enfin, ces mesures ont montré que ces dispositifs à base de ZnO NN pourraient être utilisés à l'avenir pour des applications de production d'énergie.