Simulation, fabrication et caractérisation de nanofils piézoélectriques

 

                Période : premier semestre 2022
       Simulation, fabrication et caractérisation
de nanofils piézoélectriques
                                            IMEP-LaHC / LMGP/ MINATEC / Grenoble – France

Mots clefs :
Nanotechnologies, Nanofils, Piézoélectricité, Physique du semiconducteur, Caractérisation, Simulation FEM.

Description du projet :
Ces dernières années, un intérêt croissant s’est manifesté au sein de la communauté scientifique internationale pour l’étude des nanofils (NFs), dont le caractère unidimensionnel (1D) leur confère des propriétés (électriques, mécaniques…) uniques. Ces propriétés peuvent être exploitées avantageusement pour différentes applications de type capteurs, actionneurs ou systèmes de récupération d’énergie [1-4]. Un aspect encore très peu exploré est l’effet des non-linéarités électromécaniques qui peut affecter énormément l’efficacité de conversion d’énergie.

Le sujet de ce stage se focalise sur la transduction mécanique à électrique dans les NFs de de ZnO.

L’objectif du stage est de croître des NFs de ZnO avec des dimensions et  niveau de dopage contrôlés  (Fig.1a), puis de les intégrer dans différentes structures de test qui permettront leur caractérisation mécanique, électrique ou électromécanique(Fig.1b)      
Les NFs seront caractérisés par MEB, DRX entre autres pour contrôler leur qualité structurelle, puis ils seront caractérisés  par des modes avancés de l’AFM (Microscopie à Force Atomique) disponible dans l’équipe [5, 6] ou par d’autres techniques via des partenaires au niveau national (i.e. Synchrotron)

 

 

 

 

 

La.le candidat·e travaillera donc sur 4 objectifs différents mais corrélés :

•  Participer à la croissance de NFs par synthèse hydrothermale et le contrôle de leur dopage
•  Participer à l’intégration de NFs sur différentes structures de test.
• Participer à la caractérisation électrique et/ou électromécanique et/ou à l’analyse de ses mesures, par exemple via AFM.
• Eventuellement l’étudiant·e pourra participer à la modélisation de NFs intégrés dans les différentes structures de test en utilisant un logiciel commercial de calcul d’éléments finis (FEM).

La réalisation de ces objectifs nous permettra une meilleure compréhension des phénomènes linéaires et nonlinéaires mis en jeu et permettra de dégager des pistes d’optimisation pour différentes applications, par exemple de type capteur ou récupération d’énergie.

La.le candidat·e bénéficiera d’un cadre de collaboration déjà établi entre les laboratoires LMGP et IMEP-LaHC (projet ANR LATINO 2022-2025 incluant aussi IM2NP à Marseille et SOLEIL à Saclay).

Références :
[1] S. Lee, R. Hinchet, Y. Lee, Y. Yang, Z.-H. Lin, G. Ardila, L. Montes, M. Mouis, Z. L. Wang, « Ultrathin Nanogenerators as Selfpowered/Active Skin Sensors for Tracking Eye Ball Motion », Adv. Funct. Mater., 24 (2014) p. 1163-1168.
[2] R. Tao, M. Mouis, G. Ardila, “Unveiling the Influence of Surface Fermi Level Pinning on the Piezoelectric Response of Semiconducting Nanowires”, Adv. Electron. Mater., 4(1), (2018) p. 1700299.
[3] R. Tao, G. Ardila L. Montes and M. Mouis, “Modeling of semiconducting piezoelectric nanowires for energy harvesting and sensing” Nano energy, 14 (2015) p.62-76.
[4] R. Tao, M. Parmar, G. Ardila, P. Oliveira, D. Marques, L. Montès, M. Mouis, “Performance of ZnO based piezo-generators under controlled compression”, Semiconductor Science and Technology, 32(6) (2017) p. 064003.
[5] A. J. Lopez Garcia, G. Sico, M. Montanino, V. Defoor, M. Pusty, X. Mescot, F. Loffredo, F. Villani, G. Nenna and G. Ardila, « Low-Temperature Growth of ZnO Nanowires from Gravure-Printed ZnO Nanoparticle Seed Layers for Flexible Piezoelectric Devices”. Nanomaterials, vol. 11(6), p.1430 2021.
[6] Y.S. Zhou, R. Hinchet, Y. Yang, G. Ardila, R. Songmuang, F. Zhang, Y. Zhang, W. Han, K. Pradel, et al., « Nano-newton transverse force sensor using a vertical GaN nanowire based on the piezotronic effect », Adv. Mater., 25, p. 883-888 2013.

Compétences :
Les candidat·es doivent être titulaires d’un Master 1 datant de moins de 3 ans à la date limite de dépôt des candidatures dans un domaine connexe de la science des matériaux, des technologies microélectroniques et de la physique des semi-conducteurs. Des compétences en modélisation sont les bienvenues.
Merci d’aborder ces compétences directement dans votre candidature.
Des compétences transverses telles que capacité à travailler en équipe, ouverture d’esprit et maitrise de l’anglais parlé et écrit sont indispensables.

Détails :
Durée : de 4 à 6 mois (premier semestre 2022)
Niveau: PFE Ecole d’ingénieur, Master 2
Lieu : IMEP-LAHC / LMGP / Minatec / Grenoble
Encadrants : Gustavo ARDILA (ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr)
Céline TERNON (celine.ternon@grenoble-inp.fr)

Instructions relatives à la candidature
Un dossier de candidature complet se compose de :

• CV : Parcours académique et professionnel, détaillant l’expérience pertinente, en particulier la recherche.
  Indiquez le nom et les coordonnées d’au moins une référence universitaires ou professionnelle qui peut
  témoigner de vos aptitudes professionnelles et de votre capacité à travailler en équipe.
• Pertinence de la demande : Courte motivation et mise en avant de l’adéquation entre le sujet de stage et ses propres compétences. La·Le candidat·e doit inclure une description claire de la manière dont ses antécédents et son expertise académiques sont applicables et peuvent apporter une valeur ajoutée au projet décrit ci-dessus.

Notre équipe accueille des candidat·es ayant des origines et des expériences diverses. Nous considérons l’égale représentation des genres et la diversité comme une force et un atout pour notre équipe.

Une poursuite en thèse de doctorat est possible et souhaitons des candidatures ayant pour projet de continuer en thèse.

Laboratoire de recherche:
IMEP-LAHC / MINATEC / Grenoble
L’IMEP-LAHC est localisé dans le centre d’innovation de Minatec. Il collabore avec plusieurs grands industriels (STMicroelectronics, SOITEC, etc.) et centres microélectroniques préindustriels (LETI, LITEN, IMEC, Tyndall). La.Le stagiaire travaillera au sein du groupe Composant MicroNanoElectronique / Nanostructures & Nanosystèmes Intégrés et aura accès aux plateformes technologiques (salle blanche) et de caractérisation du laboratoire.

LMGP / MINATEC / Grenoble
Le LMGP est localisé dans le centre d’innovation de Minatec et regroupe des activités en physico-chimie des (nano)-matériaux incluant leur synthèse par dépôts chimiques et leur caractérisation structurale. La.Le stagiaire travaillera au sein de l’Equipe FunSurf

Contacts:
Gustavo ARDILA ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr 04.56.52.95.32
Céline TERNON celine.ternon@grenoble-inp.fr 04.56.52.93.66