Impact de la dimensionnalité, de la concentration de donneurs et des charges de surface sur la réponse piézoélectrique des nanofils de ZnO synthétisés par MOCVD

Soutenance de thèse de Lisa LEGARDINIER , pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " NANO ELECTRONIQUE et NANO TECHNOLOGIES "

Résumé :
En tant que semi-conducteur abondant et durable avec des coefficients piézoélectriques relativement élevés, les nanofils de ZnO sont apparus comme un matériau prometteur pour les applications piézoélectriques. Les nanofils de ZnO peuvent être synthétisés à l'aide d'une grande variété de techniques de dépôt chimique et physique, ce qui montre leur spécificité dans la famille des nanofils semi-conducteurs. Parmi ces méthodes, une attention particulière a été portée à la technique de dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques par injection liquide pulsée (MOCVD), qui se distingue comme une méthode de croissance rapide compatible avec une grande surface, tout en produisant des fils de ZnO d'une grande qualité structurelle et optique. Bien que la technique MOCVD ait été largement explorée pour la croissance de nanofils de ZnO destinés à des dispositifs optoélectroniques, son potentiel pour les applications piézoélectriques reste largement ouvert. Notamment, la morphologie des nanofils obtenue par MOCVD a démontré des performances piézoélectriques supérieures à celles des couches minces. Cependant, en utilisant la méthode de simulation par éléments finis, il a été révélé que les dimensions des fils pourraient être d'une importance cruciale pour améliorer leurs performances piézoélectriques. En outre, le contrôle de l'effet d'écrantage, en modifiant à la fois la concentration des porteurs libres qui en sont responsables et la quantité de pièges de surface qui le compensent, est essentiel dans les applications piézoélectriques.

Ce travail étudie l'amélioration des propriétés piézoélectriques des nanofils de ZnO obtenus par MOCVD à l'aide de plusieurs stratégies. La première approche consiste à étudier l'impact de la dimensionnalité sur l'amélioration des propriétés piézoélectriques. Cela implique l'optimisation des dimensions des nanofils, y compris le diamètre et la longueur dans une large gamme de valeurs, en faisant varier le temps de croissance. L'influence de divers traitements post-croissance, tels que le plasma d'oxygène, l'ozone UV et le recuit thermique, est également examinée afin de déterminer leur impact sur une multitude de paramètres. Enfin, le développement de structures cœur-coquille avec une fine couche de Ga2O3 agissant comme couche de passivation est étudié.

Membres du jury :

• Dr.N.Gogneau, C2N, CNRS, Palaiseau (France) : Rapporteur
• Dr.V.SalletGemac, CNRS, Versailles (France) : Rapporteur
• Prof.B.GautierINL, INSA Lyon, Villeurbanne (France) : Examinateur
• Prof.J.Pernot, Institut Néel, UGA, Grenoble (France) : Examinateur
• Dr.V.Consonni, LMGP, CNRS, Grenoble (France) : Directeur de thèse
• Dr.G.ArdilaCROMA, UGA, Grenoble (France) :  Co-Directeur de thèse