Fabrication, modélisation et caractérisation de transducteurs mécaniques à base de nanofils piézoélectriques

Mots clefs :
Nanotechnologies, Nano fils, Piézoélectricité, Physique du semi-conducteur et technologie, modélisation multi-physique, nanogénérateur, récupération d’énergie

Description du projet :
Les dispositifs à base de nanofils attirent actuellement un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique internationale car le caractère unidimensionnel (1D) leur confère des propriétés (électriques, mécaniques…) uniques. Ces propriétés sont exploitées avantageusement pour différentes applications de type capteurs et systèmes de récupération d’énergie.
Cette thèse se focalise sur la transduction mécanique à électrique utilisant un matériau composite à base de nanofils de ZnO. Des nanogénérateurs (Figure 1) basées sur ce principe sont actuellement développés à l’IMEP-LaHC [1][2] en partenariat avec plusieurs laboratoires et industriels en France et à l’étranger (par exemple LMGP, INL, CEA/LETI, Georgia Tech, Korea Univ., STMicroelectronics…).

Ce projet, à la fois théorique et expérimental a trois objectifs principaux :
Le développement de modèles multi-physiques : Des méthodes analytiques ou utilisant la méthod des éléments finis ont été développés préalablement dans notre équipe pour décrire la conversion d’énergie dans les nanofils individuels et dans les transducteurs à base de nanofils pour des sollicitations mécaniques différentes. La nouveauté sera de tenir en compte le caractère semi-conducteur du nanofil, les états de surface et les effets non-linéaires qui sont suspectés d’affecter les performances des dispositifs. Ces résultats nous permettront une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et de leur poids respectif et nous permettra de dégager des pistes d’optimisation des dispositifs.

Fabrication : Des nanofils de ZnO seront fabriqués en collaboration avec différents partenaires (LMGP, INL…). Ces nanofils seront intégrés dans des composites sur des substrats flexibles et rigides à l’IMEP-LaHC.
Caractérisation : Ces transducteurs rigides et flexibles seront caractérisés grâce à des bancs de test spécifiques développés à l’IMEP-LaHC. La méthodologie et les techniques seront améliorées pendant la thèse. Un objectif important du projet sera d’étudier la fiabilité de ces transducteurs. Eventuellement leur performances seront comparés à d’autres solutions (par exemple les couches minces ou d’autres mécanismes de transduction mécanique/électrique).

L’analyse des résultats expérimentaux et théoriques permettra de mieux comprendre ce mécanisme de transduction à l’échelle nanométrique et d’améliorer l’efficacité de conversion.
Le/La doctorant/doctorante bénéficiera d’un cadre de collaboration déjà établi et aura l’opportunité de contribuer à des projets nationaux et Européen liés à la récupération d’énergie.
Ce sujet de thèse suivra la procédure de recrutement sélective de l’école doctorale EAATS de l’Université Grenoble Alpes .

Références:
[1] R. Tao, G. Ardila L. Montes and M. Mouis, Nano energy, 14, p.62-76 2015
[2] S. Lee, R. Hinchet, Y. Lee, Y. Yang, Z.-H. Lin, G. Ardila, L. Montes, M. Mouis, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater., 24, p. 1163-1168 2014.

Détails :
Compétences souhaités pour le doctorat :
– Formation en électronique/physique ou sciences de matériaux
– Connaissances de base en technologie de salle blanche
– Des connaissances de base en techniques de caractérisation électrique seront appréciées
– Une expérience en MEMS/NEMS sera aussi appréciée
– Connaissances de base en outils de simulation (logiciels d’éléments finis…)

Encadrants :
Gustavo ARDILA 
Mireille MOUIS

Financement :
Bourse Ministérielle (salaire net 1367.80€/mois)

Début de la thèse :
Octobre/Novembre 2016

Durée : 
3 ans

Date limite de candidature:
31/05/2016

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 (ST-Microelectronics, SOITEC, etc.) et centres microélectroniques préindustriels (LETI, LITEN, IMEC, Tyndall). Le/La doctorant/doctorante travaillera au sein du groupe Composant MicroNanoElectronique / Nanostructures & Nanosystèmes Intégrés et aura accès aux plateformes technologiques (salle blanche) et de caractérisation du laboratoire.

Contacts:
Gustavo ARDILA  04.56.52.95.32

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