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Soutenance de thèse de Ran TAO

Publié le 27 janvier 2017
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Soutenance 31 janvier 2017 | Plan d'accès
Soutenance de thèse de Ran TAO,  pour une thèse de DOCTORAT de l' Université de  Grenoble Alpes , spécialité  "NANO ELECTRONIQUE ET NANO TECHNOLOGIES ", intitulée:
Salle Z108 (Bâtiment Z 1er étage) - Phelma/Minatec
3 rue parvis Louis Néel
38016 Grenoble cedex1

«Générateurs piézoélectrique à base de nanofils semi-conducteurs : simulations et études expérimentales»

Ran TAO

Ran TAO

Mardi 31 Janvier  2017 à 10h30

Résumé:
L’alimentation en énergie des réseaux de capteurs miniaturisés pose une question fondamentale, dans la mesure où leur autonomie est un critère de qualité de plus en plus important pour l’utilisateur. C’est même une question cruciale lorsque ces réseaux visent à assurer une surveillance d’infrastructure (avionique, machines, bâtiments…) ou une surveillance médicale ou environnementale. Les matériaux piézoélectriques permettent d’exploiter l’énergie mécanique inutilisée présente en abondance dans l’environnement (vibrations, déformations liées à des mouvements ou à des flux d’air…). Ils peuvent ainsi contribuer à rendre ces capteurs autonomes en énergie. Sous la forme de nanofils (NF), les matériaux piézoélectriques offrent une sensibilité qui permet d’exploiter des sollicitations mécaniques très faibles. Ils sont également intégrables, éventuellement sur substrat souple. Dans cette thèse nous nous intéressons au potentiel des nanofils de matériaux semi-conducteurs piézoélectriques, tels que ZnO ou les composés III-V, pour la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. Depuis peu, ceux-ci ont fait l’objet d’études relativement nombreuses, avec la réalisation de nanogénérateurs (NG) prometteurs. De nombreuses questions subsistent toutefois avec, par exemple, des contradictions notables entre prédictions théoriques et observations expérimentales. Notre objectif est d’approfondir la compréhension des mécanismes physiques qui définissent la réponse piézoélectrique des NF semi-conducteurs et des NG associés. Le travail expérimental s’appuie sur la fabrication de générateurs de type VING (Vertical Integrated Nano Generators) et sur leur caractérisation. Pour cela, un système de caractérisation électromécanique a été construit pour évaluer les performances des NG réalisés et les effets thermiques sous une force compressive contrôlée. Le module d’Young et les coefficients piézoélectriques effectifs de NF de GaN; GaAs et ZnO et de NF à structure cœur/coquille à base de ZnO ont été évalués également dans un microscope à force atomique (AFM).
Les nanofils de ZnO sont obtenus par croissance chimique en milieu liquide sur des substrats rigides (Si) ou flexibles (inox) puis sont intégrés pour former un générateur. La conception du dispositif VING s’est appuyée sur des simulations négligeant l’influence des porteurs libres, comme dans la plupart des études publiées.
Nous avons ensuite approfondi le travail théorique en simulant le couplage complet entre les effets mécaniques, piézoélectriques et semi-conducteurs, et en tenant compte cette fois des porteurs libres. La prise en compte du piégeage du niveau de Fermi en surface nous permet de réconcilier observations théoriques et expérimentales. Nous proposons notamment une explication au fait que des effets de taille apparaissent expérimentalement pour des diamètres au moins 10 fois plus grands que les valeurs prévues par simulation ab-initio ou au fait que la réponse du VING est dissymétrique selon que le substrat sur lequel il est intégré est en flexion convexe ou concave.
 
Membres du jury :
Mireille MOUIS - Directeur de these
Laurent MONTèS - CoDirecteur de these
Gustavo ARDILA-RODRIGUEZ - CoDirecteur de these
Philippe DOLLFUS - Rapporteur
Alain FOUCARAN - Rapporteur
Daniel ALQUIER - Examinateur
Carole ROSSI - Examinateur

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Partenaires

Thèse préparée dans le laboratoire : UMR 5130 - IMEP-LAHC  , sous la direction de Mireille MOUIS, directeur de thèse et Laurent MONTES , co-encadrant.

Rédigé par Brigitte Rasolofoniaina

mise à jour le 27 février 2017

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