Développement des techniques de Microscopie à Force Atomique pour la caractérisation de matériaux piézo-électriques semi-conducteurs – Applications en conversion d’énergie

             Sujet de Post- doctorat :

Développement des techniques de Microscopie à Force Atomique pour la caractérisation de matériaux piézo-électriques semi-conducteurs – Applications en conversion d’énergie

Mots clefs :
AFM, Physique du semi-conducteur et technologie, Nanotechnologies, Nano fils, Piézoélectricité, simulation multi-physique

Description du projet :
Les nanofils (NF) piézo-électriques semi-conducteurs (GaN et ZnO entre autres) présentent des propriétés piézoélectriques améliorées par rapport aux couches minces et au matériau massif, du fait de leur plus grande flexibilité et de leur sensibilité à des forces plus faibles. Une amélioration intrinsèque des coefficients piézoélectriques a également été identifiée par de récentes études théoriques et expérimentales [1-5]. Ces NFs peuvent être intégrés dans de nano-composites (formés de NFs englobés dans une matrice diélectrique). Des études théoriques très récentes dans notre équipe montrent que ces nano-composites peuvent présenter des performances améliorées par rapport aux couches minces [6-8]. Ce type de matériau est donc très intéressant pour différentes applications innovantes, par exemple de type capteur et récupération d’énergie mécanique [9-11].

La performance piézo-électrique de ces nanostructures est fortement affectée par ses propriétés semi-conductrices [7, 12]. Il est donc très important de considérer les états de surface et dopage dans les modèles théoriques et dans les caractérisations électromécaniques. Une de ces méthodes de caractérisation est la Microscopie à Force Atomique (AFM), où des modes différents, incluant les plus avancés, peuvent être utilisés simultanément pour caractériser les propriétés électriques, mécaniques et électromécaniques de couches minces et nanostructures piézo-électriques [13, 14].

Le/la candidat(e) travaillera sur la caractérisation AFM de couches minces et nanostructures (GaN et ZnO entre autres) avec l’appui de plusieurs projets européens et nationaux. Il/Elle contribuera au développement de nouvelles techniques AFM accompagnées de simulations théoriques et à l’évaluation de ces nanostructures pour des applications innovantes.

En fonction de son expertise, le/la candidat(e) participera au co-encadrement des étudiants de niveau Master et Thèse sur plusieurs activités au sein du groupe, notamment: (i) la caractérisation de nanofils, couches minces et nano-composites en utilisant des techniques AFM puis (ii) la simulation multi-physique de nanostructures et du nano-composite en utilisant des logiciels de simulation commerciaux FEM (par exemple COMSOL Multiphysique).

Le/la candidat(e) acquerra ou renforcera son expertise dans les domaines de (i) la conversion d’énergie à base de matériaux piézoélectriques, (ii) les techniques AFM (iii) la caractérisation électromécanique des nanofils, couches minces et nano-composites (iv) le design et la simulation des transducteurs à base de nanofils semiconducteurs piézoélectriques, (v) l’encadrement d’étudiants.

Références :

[1] X. Xu, A. Potié, R. Songmuang, J.W. Lee, T. Baron, B. Salem and L. Montès, Nanotechnology 22 (2011)
[2] H. D. Espinosa, R. A. Bernal, M. Minary‐Jolandan, Adv. Mater. 24 (2012)
[3] A. Lopez, T. Jalabert et al. , Nanoenergy Advances, 2(2), (2022)
[4] T. Jalabert, M. Pusty et al., Nanotechnology, 34(11) (2023)
[5] N. Gogneau et al. Nanoscale, 14(13) (2022)
[6] R. Tao, G. Ardila, L. Montès, M. Mouis Nano Energy 14 (2015)
[7] R. Tao, M. Mouis, G. Ardila, Adv. Elec. Mat. 4 (2018)
[8] A. Lopez, M. Mouis et al., Journal of Physics D: Applied Physics, 55(40) (2022)
[9] S. Lee, R. Hinchet, Y. Lee, Y. Yang, Z. H. Lin, G. Ardila, et al., Adv. Func. Mater. 24 (2014)
[10] R. Hinchet, S. Lee, G. Ardila, L. Montès, M. Mouis, Z. L. Wang Adv. Funct. Mater. 24 (2014)
[11] M. Parmar, E.A.A.L. Perez, G. Ardila, et al., Nano Energy 56 (2019)
[12] C. H. Wang et al., 4 Adv. Energy Mat. (2014)
[13] Y.S. Zhou, R. Hinchet, Y. Yang, G. Ardila et al., 25 Adv. Mater. (2013)
[14] Q. C. Bui, G. Ardila et al., ACS Appl. Mater. Interfaces 12 (2020).

Détails :
Compétences requises:
Le candidat doit être titulaire d’un doctorat en physique, physique appliquée ou génie électrique/électronique et doit avoir des bases solides dans un ou plusieurs de ces domaines : physique du semi-conducteur, Microscopie à Force Atomique (AFM), simulation par éléments finis (FEM), techniques de salle blanche et caractérisations associées (SEM, etc.). Un bon niveau d’anglais est nécessaire.

Lieu : IMEP-LAHC / Minatec / Grenoble
Début du contrat : Septembre/Octobre 2023
Durée du contrat : 1 an éventuellement renouvelable

Encadrant :
Gustavo Ardila (ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr)

Laboratoire de recherche:
IMEP-LAHC / MINATEC / Grenoble
L’IMEP-LAHC est localisé dans le centre d’innovation de Minatec. Il collabore avec de nombreux laboratoires nationaux et étrangers ainsi qu’avec plusieurs grands industriels, des centres microélectroniques préindustriels et PMEs. Le/La post-doctorant(te) travaillera au sein de l’équipe Composants Micro Nano Electroniques, dans le groupe Nanostructures & Nanosystèmes Intégrés, et aura accès aux plateformes technologiques (salle blanche) et de caractérisation du laboratoire.

Contacts:
Gustavo ARDILA  ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr   +33.4.56.52.95.32

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