Etude des effets électromécaniques non-linéaires sur des nanofils piézoélectriques et semiconducteurs

 Sujet de thèse aux laboratoires IMEP-LAHC et LMGP à Grenoble
Etude des effets électromécaniques non-linéaires sur des nanofils piézoélectriques et semiconducteurs

Sujet détaillé :
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.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet ANR LATINO (2022 – 2026) en collaboration avec les laboratoires LMGP et IMEP-LaHC à Grenoble, IM2NP à Marseille et SOLEIL à Saclay. Le travail de cette thèse consistera, d’une part à croitre des nanofils de ZnO par synthèse hydrothermale et à les intégrer sur diverses structures de test (Fig. 1). Ces structures permettront leur caractérisation mécanique, électrique ou électromécanique. 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). D’autre part, le doctorant développera des modèles théoriques lié aux expériences en exploitant la méthode d’éléments finis, par exemple avec le logiciel commercial COMSOL. La réalisation de ces travaux théoriques et expérimentaux nous permettra une meilleure compréhension des phénomènes linéaires et non-linéaires mis en jeu et permettra de dégager des pistes d’optimisation pour différentes applications, par exemple de type capteur ou récupération d’énergie.

Références :
[1] S. Lee et al., « Ultrathin Nanogenerators as Self-powered/Active Skin Sensors for Tracking Eye Ball Motion », Adv. Funct. Mater., 24 (2014) p. 1163-1168.
[2] R. Tao et al., “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 et al., “Modeling of semiconducting piezoelectric nanowires for energy harvesting and sensing” Nano energy, 14 (2015) p.62-76.
[4] R. Tao et al., “Performance of ZnO based piezo-generators under controlled compression”, Semiconductor Science and Technology, 32(6) (2017) p. 064003.
[5] A. J. Lopez Garcia et al., « 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 et al., « Nano-newton transverse force sensor using a vertical GaN nanowire based on the piezotronic effect », Adv. Mater., 25, p. 883-888 2013.

Lieu et durée :
La personne recrutée travaillera au sein du Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique (LMGP, équipe Funsurf) pour le développement et la caractérisation structurelle des nanofils puis à l’Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique (IMEP-LAHC, équipe Composants Micro Nano Electroniques) pour l’intégration de NFs ainsi que pour des caractérisations électromécaniques (AFM, etc.). Des caractérisations complémentaires pourront être réalisées via des collaborations locales, par exemple avec le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM).

Site web des laboratoires :
IMEP-LAHC, http://imep-lahc.grenoble-inp.fr/,
LMGP http://www.lmgp.grenoble-inp.fr/

Début de la thèse:
Entre octobre et décembre 2022 (durée de 36 mois)

Financement :
acquis sur projet ANR, montant brut d’environ 2100€/mois

Profil & compétences requises :
Le ou la candidate recherchée est élève d’école d’ingénieurs et/ou de Master Recherche dont la formation est axée principalement sur la science et le génie des matériaux, la physique des semiconducteurs et/ou la physique des composants. Des connaissances en technologies de la microélectronique sont souhaitées. Des aptitudes pour le travail en équipe et l’expression en anglais orale et écrite seront appréciées. Nous recherchons des personnes dynamiques et motivées par le travail en laboratoire et la recherche fondamentale.

Contacts :
Gustavo ARDILA ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr Tel : 04 56 52 95 32
Céline TERNON celine.ternon@grenoble-inp.fr Tel : 04 56 52 93 66

Date limite de candidature: 30 Septembre 2022

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