Etude par microscopie électronique in situ de la croissance de nanofils III-V

Selected area growth of III-V nanowires using in situ TEM

• Auteur / Autrice : Chen Wei
• Direction : Jean-Christophe Harmand, Federico Panciera
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 29/04/2021
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Semiconducteurs

Microscope électronique à transmission

Croissance cristalline

Nanofils

Épitaxie par jets moléculaires

Molecular Beam Epitaxy

Transmission Electron Microscopy

Nanowires

Semiconductors

Micro-fabrication

Crystal growth

Résumé

Les nanofils semi-conducteurs présentent des propriétés uniques qui en font des potentiels blocs de construction pour une variété de dispositifs nanoelectroniques tels que les biocapteurs, les cellules solaires, les transistors et les lasers. Afin d'exploiter les propriétés physiques des nanofils, il est crucial de contrôler leur géométrie, leur structure cristalline et leur dopage. Cet objectif sera finalement atteint par une compréhension approfondie des mécanismes de croissance. La microscopie électronique à transmission (MET) in situ a été utilisée avec succès pour étudier la croissance des nanomatériaux, car elle fournit une résolution inégalée et permet de capturer la dynamique de la croissance et l'effet des paramètres de croissance en temps réel. Jusqu'à présent, la microscopie TEM in situ a été utilisée pour étudier la croissance d'un seul nanofil sans tenir compte des interactions avec ses voisins. Cette configuration ne reflète pas les conditions de croissance requises pour la plupart des applications où des réseaux denses de nanofils identiques sont nécessaires. L'objectif de ce projet de thèse est d'étudier la croissance de nanofils dans des configurations «réelles» en reproduisant la croissance d'un réseau ordonné de nanofils d'arséniure de gallium (GaAs) à l'intérieur du microscope. Ce résultat sera obtenu en concevant et en fabriquant un nouveau type d'échantillons qui permettront la croissance de réseaux denses de nanofils. Grâce à cette avancée technique, nous pourrons observer directement la nucléation et la croissance de ces nanoobjets et comprendre ainsi les mécanismes qui contrôlent la croissance des réseaux de nanofils. Les résultats de ces travaux contribueront à l'utilisation des nanofils semiconduceurs pour des applications technologiques.

Semiconductor nanowires (NWs) exhibit unique properties that make them potential building blocks for a variety of next generation NanoElectronics devices such as biosensors, solar cells, transistors, quantum light sources and lasers. In order to take advantage of the physical properties of NWs, it is crucial to control their geometry, crystal structure and doping. This goal will ultimately be achieved by a deep understanding of the growth mechanisms. In situ transmission electron microscopy (TEM) has been used successfully to study the growth of nanomaterials because it provides unparalleled imaging resolution and allows the capturing of the growth dynamics and the effect of growth parameters in real time. Up to now, in situ TEM has been used to study the growth of a single NW without considering the interactions with its neighbours. This configuration does not reflect the growth conditions required for most applications where dense arrays of identical NWs are required. The aim of this PhD project is to study the nanowire growth in “real life” configurations by reproducing the growth of an ordered array of gallium arsenide (GaAs) NWs inside the microscope. This result will be achieved by designing and fabricating of a novel type of samples that will allow the growth of dense arrays of nanowires and that will be compatible with the microscope sample holder. Thanks to this technical advancement we will be able to directly observe the nucleation and growth of these nanoobjects, and thus to understand the mechanisms that control the growth of nanowire arrays. The results of this work will contribute to the use of nanowires for technological applications.