Dissertations / Theses: 'Nanofils'

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Maras, Emile. "Du nanofil bimétallique isolé à la distribution de nanofils codéposés : une vision d'ensemble(s)." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765965.

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Abstract:

Les nano-objets unidimensionnels alliés présentent des propriétés physiques spécifiques qui résultent à la fois de leur morphologie, de leur taille et de la répartition chimique des atomes. Nous exploitons un modèle d'Ising sur réseau qui rend compte en particulier des effets de ségrégation au sein de nanofils bimétalliques pour obtenir une compréhension fine des effets gouvernant cette répartition à l'équilibre.Dans une première section, nous détaillons l'équilibre d'un nanofil en fonction de sa taille et de sa composition, de manière à mettre en évidence le rôle des effets de taille finie sur la thermodynamique d'équilibre d'objets bimétalliques 1D. Contrairement aux systèmes infinis, l'équilibre dépend de l'ensemble statistique considéré. Ainsi la ségrégation est plus marquée dans l'ensemble canonique, où la concentration du nanofil est imposée, que dans l'ensemble pseudo-Grand Canonique (p-GC) où le nanofil est en équilibre avec un réservoir qui fixe la différence de potentiel chimique entre les espèces. De même, la contrainte de composition dans l'ensemble canonique induit des corrélations chimiques d'occupation des sites qui favorisent davantage les paires hétéroatomiques. Nous montrons que l'écart observé entre les isothermes des deux ensembles croît avec la courbure de l'isotherme canonique et avec l'amplitude des fluctuations de la concentration nominale dans l'ensemble p-GC. Ces fluctuations diminuant avec la taille du nanofil considéré, l'écart entre les ensembles s'annule à la limite thermodynamique. Les effets de taille finie se traduisent par ailleurs par l'apparition, à basse température et pour de petits nanofils, d'une coexistence d'un mode pur en l'espèce ségrégeante et d'un mode de faible concentration nominale constitué principalement de configurations de type cœur-coquille et Janus. Nous développons alors un formalisme permettant de caractériser cette bimodalité.Alors que les résultats évoqués précédemment concernent un nanofil considéré seul, nous étudions dans la deuxième section l'équilibre de l'ensemble des nanofils formant un co-dépôt unidimensionnel inférieur à la mono-couche. Nous montrons que la distribution en taille de ces nanofils varie globalement selon une loi de puissance, quelle que soit la composition du codépôt, de sorte que la ségrégation n'a que peu d'influence sur la microstructure observée. Par contre, en raison du rapport surface/volume et des corrélations chimiques dans ces objets, la composition des nanofils du co-dépôt varie très fortement selon leur taille, les petits nanofils étant plus riches en l'espèce ségrégeante que les plus grands. Enfin, nous étendons le diagramme de bimodalité d'un nanofil seul à l'ensemble des nanofils du co-dépôt et montrons que cette bimodalité est difficilement observable car elle ne concerne que des amas de petite taille qui sont très minoritaires du fait de la cohésion atomique.

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Diarra, Mamadou. "Etude théorique de nanofils semiconducteurs." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00432564.

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Abstract:

Le dopage des nanofils de semiconducteurs est un paramètre essentiel gouvernant leurs propriétés optiques et de transport. Alors que dans les nanofils d'une centaine de nanomètres de diamètre les impuretés servant au dopage se comportent certainement comme dans le matériau massif, les confinements quantique et diélectrique influent fortement sur leur structure électronique pour des dimensions de l'ordre de la dizaine de nanomètres ou en dessous. Les récentes techniques de croissance des nanofils semiconducteurs ouvrent de grandes opportunités pour des applications à l'échelle nanométrique. Ils restent semiconducteurs indépendamment de leur diamètre et de leur orientation, donnant la possibilité de contrôler leurs propriétés par dopage. Alors qu'il n'y a pas de doute que des nanofils de type p et n peuvent être produits, la question sur « comment leur conductivité électrique dépend du dopage ? » reste largement ouverte. En fait, la plupart des travaux montrant de bonnes propriétés de transport concernent des nanofils dopés avec une forte concentration de dopants (près de la densité de Mott ou au dessus). Dans ce cadre, notre travail présentera les résultats de calculs de structure électronique d'impuretés hydrogénoïdes dans des nanofils de silicium. L'évolution de l'énergie de liaison des donneurs et accepteurs sera présentée en fonction de la taille des nanofils. Des simulations de l'efficacité de dopage à température ambiante permettront de prédire des caractéristiques essentielles du transport électronique dans les nanofils. Nous montrons que l'énergie de liaison croit, dû aux confinements. Le confinement quantique pour les petites tailles de nanofils (diamètre < 5 nm) et le confinement dit « diélectrique » qui se produit quand il y a une importante discontinuité entre la constante diélectrique dans le nanofil et celle de son environnement. Pour les nanofils dans un environnement avec une faible constante diélectrique, nous montrons que les impuretés ne peuvent être ionisées à température ambiante même pour des diamètres jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Nous expliquons l'origine de ce comportement en considérant l'effet du potentiel de l'impureté et de la self-énergie des porteurs, nous donnons l'énergie d'ionisation dans différentes configurations. Ces résultats nous permettent de conclure qu'un fort dopage est nécessaire pour obtenir de bonnes propriétés électriques dans le nanofil.

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Horvath, Christophe. "Réalisation de nanofils de protéines." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00647308.

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Abstract:

Ce travail de thèse propose de réaliser un nanofil électrique auto-assemblé constitué de protéines. L'unité de base de ce nanofil est une protéine chimère comprenant un domaine capable de former des fibres amyloïdes (Het-s 218-289) et un domaine capable d'effectuer des transferts d'électrons (une rubrédoxine). Le premier domaine permet la réalisation d'une fibre par auto-assemblage tandis que le deuxième est exposé à la surface de cette structure. Les caractéristiques redox du domaine exposé permettent aux électrons de se déplacer d'un bout à l'autre de la fibre par sauts successifs. Un tel nanofil a été créé et caractérisé par différentes techniques biophysiques. Ensuite, la preuve de la conduction des nanofils a été apportée sur des ensembles d'objets, de manière indirecte par électrochimie, et de manière directe par des mesures tension/courant. Ces travaux ouvrent la voie à la réalisation d'objets biocompatibles, biodégradables, possédant des propriétés électroniques exploitables dans des dispositifs technologiques.

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Diarra, Mamadou Marcel. "Étude théorique de nanofils semiconducteurs." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10010/document.

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Abstract:

Le dopage des nano-fils de semi-conducteurs est un paramètre essentiel gouvernant leurs propriétés optiques et de transport. Alors que dans les fils d'une centaine de nanomètres de diamètre les impuretés servant au dopage se comportent certainement comme dans le matériau massif, les confinements quantique et diélectrique influent fortement sur leur structure électronique pour des dimensions de l'ordre de la dizaine de nanomètres ou en dessous. Les récentes techniques de croissance des nano-fils semi-conducteurs ouvrent de grandes opportunités pour des applications à l'échelle nanométrique. Ils restent semi-conducteurs indépendamment de leur diamètre et de leur orientation, donnant la possibilité de contrôler leurs propriétés par dopage. Alors qu'il n'y a pas de doute que des nano-fils de type p et n peuvent être produits, la question sur «comment leur conductivité électrique dépend du dopage ?» reste largement ouverte. En fait, la plupart des travaux montrant de bonnes propriétés de transport concernent des nano-fils dopés avec une forte concentration de dopants (près de la densité de Mott ou au dessus). Dans ce cadre, notre travail présentera les résultats de calculs de structure électronique d'impuretés hydrogénoïdes dans des nano-fils de silicium. L'évolution de l'énergie de liaison des donneurs et accepteurs sera présentée en fonction de la taille des nano-fils. Des simulations de l'efficacité de dopage à température ambiante permettront de prédire des caractéristiques essentielles du transport électronique dans les nano-fils. Nous montrons que l'énergie de liaison croit, dû aux confinements. Le confinement quantique pour les petites tailles de nano-fils (diamètre < 5 nm) et le confinement dit « diélectrique» qui se produit quand il y a une importante discontinuité entre la constante diélectrique dans le nano- fil et celle de son environnement. Pour les nano- fils dans un environnement avec une faible constante diélectrique, nous montrons que les impuretés ne peuvent être ionisées à température ambiante même pour des diamètres jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Nous expliquons l'origine de ce comportement en considérant l'effet du potentiel de l'impureté et de la self-énergie des porteurs, nous donnons l'énergie d'ionisation dans différentes configurations. Ces résultats nous permettent de conclure qu'un fort dopage est nécessaire pour obtenir de bonnes propriétés électriques dans le nano-fil
Recent breakthroughs in the growth of semiconductor nanowires (SNWs) have opened up great opportunities for nanoscale device applications. SNWs remain semiconducting independent oftheir diameter and orientation, giving the ability to control their properties by doping. Therefore a large number of experimental works have addressed the problem of doping and of its modulation in SNWs. While there is no doubt that p- and n-type SNWs can be produced, the question of how their electrical conductivity depends on the doping level remains largely open. ln fact, most of the works showing good transport properties concern SNWs doped with high impurity concentration, near or above the Mott density. ln order to investigate the doping efficiency in SNWs, we present calculations of the electronic structure of donor and acceptor impurities in Si nanowires. We show that their ionization energy increases due to the confinement, the quantum confinement at small sizes (diameter < 5 nm) and above aIl the so-called dielectric confinement which occurs when there is an important dielectric mismatch between the wire and its surrounding. For SNWs embedded in a material with a low dielectric constant, we obtain that the impurities cannot be ionized at room temperature even for diameters up to several tens of nanometers. We explain the origin of this behavior by considering the effect of the impurity potential and of the self-energy of the carrier, and we make predictions for the ionization energy in different configurations. These results allow us to conclude on the necessity to use heavy doping to obtain good electrical properties in SNWs

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Diarra, Mamadou Marcel. "Étude théorique de nanofils semiconducteurs." Electronic Thesis or Diss., Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10010.

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Abstract:

Le dopage des nano-fils de semi-conducteurs est un paramètre essentiel gouvernant leurs propriétés optiques et de transport. Alors que dans les fils d'une centaine de nanomètres de diamètre les impuretés servant au dopage se comportent certainement comme dans le matériau massif, les confinements quantique et diélectrique influent fortement sur leur structure électronique pour des dimensions de l'ordre de la dizaine de nanomètres ou en dessous. Les récentes techniques de croissance des nano-fils semi-conducteurs ouvrent de grandes opportunités pour des applications à l'échelle nanométrique. Ils restent semi-conducteurs indépendamment de leur diamètre et de leur orientation, donnant la possibilité de contrôler leurs propriétés par dopage. Alors qu'il n'y a pas de doute que des nano-fils de type p et n peuvent être produits, la question sur «comment leur conductivité électrique dépend du dopage ?» reste largement ouverte. En fait, la plupart des travaux montrant de bonnes propriétés de transport concernent des nano-fils dopés avec une forte concentration de dopants (près de la densité de Mott ou au dessus). Dans ce cadre, notre travail présentera les résultats de calculs de structure électronique d'impuretés hydrogénoïdes dans des nano-fils de silicium. L'évolution de l'énergie de liaison des donneurs et accepteurs sera présentée en fonction de la taille des nano-fils. Des simulations de l'efficacité de dopage à température ambiante permettront de prédire des caractéristiques essentielles du transport électronique dans les nano-fils. Nous montrons que l'énergie de liaison croit, dû aux confinements. Le confinement quantique pour les petites tailles de nano-fils (diamètre < 5 nm) et le confinement dit « diélectrique» qui se produit quand il y a une importante discontinuité entre la constante diélectrique dans le nano- fil et celle de son environnement. Pour les nano- fils dans un environnement avec une faible constante diélectrique, nous montrons que les impuretés ne peuvent être ionisées à température ambiante même pour des diamètres jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Nous expliquons l'origine de ce comportement en considérant l'effet du potentiel de l'impureté et de la self-énergie des porteurs, nous donnons l'énergie d'ionisation dans différentes configurations. Ces résultats nous permettent de conclure qu'un fort dopage est nécessaire pour obtenir de bonnes propriétés électriques dans le nano-fil
Recent breakthroughs in the growth of semiconductor nanowires (SNWs) have opened up great opportunities for nanoscale device applications. SNWs remain semiconducting independent oftheir diameter and orientation, giving the ability to control their properties by doping. Therefore a large number of experimental works have addressed the problem of doping and of its modulation in SNWs. While there is no doubt that p- and n-type SNWs can be produced, the question of how their electrical conductivity depends on the doping level remains largely open. ln fact, most of the works showing good transport properties concern SNWs doped with high impurity concentration, near or above the Mott density. ln order to investigate the doping efficiency in SNWs, we present calculations of the electronic structure of donor and acceptor impurities in Si nanowires. We show that their ionization energy increases due to the confinement, the quantum confinement at small sizes (diameter < 5 nm) and above aIl the so-called dielectric confinement which occurs when there is an important dielectric mismatch between the wire and its surrounding. For SNWs embedded in a material with a low dielectric constant, we obtain that the impurities cannot be ionized at room temperature even for diameters up to several tens of nanometers. We explain the origin of this behavior by considering the effect of the impurity potential and of the self-energy of the carrier, and we make predictions for the ionization energy in different configurations. These results allow us to conclude on the necessity to use heavy doping to obtain good electrical properties in SNWs

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Rosaz, Guillaume. "Intégration 3D de nanofils Si-SiGe pour la réalisation de transistors verticaux 3D à canal nanofil." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00981971.

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Abstract:

Le but de cette thèse est de réaliser et d'étudier les propriétés électroniques d'un transistor à canal nanofil monocristallin à base de Si/SiGe (voir figure), élaboré par croissance CVD-VLS, à grille enrobante ou semi-enrobante en exploitant une filière technologique compatible CMOS. Ces transistors vont nous permettre d'augmenter la densité d'intégration et de réaliser de nouvelles fonctionnalités (par exemple : des interconnections reconfigurables) dans les zones froides d'un circuit intégré. La thèse proposée se déroulera dans le cadre d'une collaboration entre le laboratoire LTM-CNRS et le laboratoire SiNaPS du CEA/INAC/SP2M et utilisera la Plateforme Technologique Amont (PTA) au sein du pôle MINATEC.

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Da, Col Sandrine. "Parois magnétiques dans les nanofils cylindriques." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY083/document.

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Abstract:

La richesse de la physique sous-jacente au déplacement de parois magnétiques suscite actuellement un fort intérêt, réhaussé par les possibilités d'applications dans les mémoires magnétiques.Les nanobandes fabriquées par lithographie constituent la quasi-totalité des systèmes dans lesquels les parois sont étudiées.Une géométrie cylindrique implique cependant des structures et dynamiques de parois qui se démarqueraient de celles observées dans les nanobandes et résoudraient notamment les limitations des vitesses de propagation observées.Leur procédé d'élaboration, fabrication d'une membrane nanoporeuse et remplissage électrolytique des pores, permet d'obtenir des fils auto-organisés en réseau, de grand rapport d'aspect et de faible distribution en diamètre.Malgré leur intérêt indéniable, peu d'études ont été consacrées aux parois dans ces systèmes cylindriques.Cette thèse se propose donc de contribuer au sujet.Une partie de cette thèse a été consacrée à la mise en place et au développement de certaines étapes du procédé de fabrication : réduction de la porosité des membranes, modulation du diamètre des pores, dépôt électrolytique d'un alliage magnétique.Ces ajustements de la géométrie et de la structure des fils ont permis d'étudier plusieurs aspects des parois dans les nanofils.Dans un premier temps, une méthode expérimentale a été proposée pour réduire les interactions magnétostatiques qui gêneraient la propagation des parois dans les réseaux denses de fils.Son efficacité a été démontrée sur le mécanisme de nucléation des parois qui intervient en bout de fil lors du renversement de l'aimantation, en mesurant les cycles d'hystérésis des réseaux de fils.D'autres mécanismes de piégeage ont ensuite été mis en évidence par l'analyse de courbes de première aimantation mesurées suite à la nucléation contrôlée de parois.Les champs de propagation de l'ordre de quelques milliteslas, mesurés par microscopie à force magnétique sur des fils individuels, ouvrent cependant la voie aux études dynamiques dans ces systèmes.Enfin, l'observation de la structure interne des parois par dichroïsme circulaire magnétique de rayons X en microscopie de photoémission d'électrons (PEEM-XMCD) a permis de mettre en évidence les deux types de parois prédits par la théorie et les simulations, pour lesquels des mobilités très différentes sont attendues
The underlying physics of magnetic domain wall motion is currently arousing a strong interest, enhanced by the possibilities of applications into magnetic memories.Domain walls are mostly studied in nanostripes made by lithography.Nevertheless, a cylindrical geometry would involve domain walls with different structures and dynamical behaviors that could resolve issues, such as the speed limitation observed in nanostripes.Their elaboration process, via the fabrication of nanoporous template followed by the electrolytic filling of the pores, leads to self-organized nanowires with high aspect ratio and weak distribution in diameter.In spite of their undeniable interest, for now only very few domain walls studies have been conducted on such cylindrical systems.This thesis hence intends to contribute to the subject.Part of the thesis have been devoted to the setting and development of some steps of the fabrication process : reduction of membrane porosity, modulation of the pore diameter, electrodeposition of a magnetic alloy.These geometrical and structural adjustments of the nanowires have been used to study several facets of domain walls in nanowires.In the first place, an experimental way to reduce the magnetostatic interactions that could disturb domain wall propagation in dense arrays of nanowires have been proposed.Its efficency have been demonstrated through array hysteresis cycles, on the domain wall nucleation that occurs at nanowires extremities during magnetization reversal.Others pinning mechanisms have then been evidenced by analyzing initial magnetization curves measured after a controlled nucleation of domain walls.However, the observation of propagation fields of a few milliteslas by magnetic force microscopy (MFM) on individual nanowires opens the way to dynamical studies on such systems.At last, the observation of domain wall internal structure by X-ray magnetic circular dichroism in photoemission electron microscopy (XMCD-PEEM) evidenced the two types of domain walls theoretically and numerically predicted, for which very different mobilities are expected

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Chen, Wanghua. "Modélisation de la croissance des nanofils de Si et métrologie à l'échelle atomique de la composition des nanofils." Phd thesis, Université de Rouen, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00651352.

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Abstract:

Les nanofils de silicium (Si) sont des nano-objets à une dimension. Ils font l'objet de beaucoup d'intérêt ces dernières années en raison de leurs bonnes propriétés et leur grand potentiel d'applications. Pour ces applications, il est important de parfaitement contrôler la croissance de ces objets ainsi que leurs dopages. Dans ce contexte, l'objectif de ce travail de thèse est la modélisation de la croissance des nanofils de Si et la métrologie à l'échelle atomique de la composition des nanofils. Dans la première partie de ce travail, nous avons étudié le taux de croissance (longueur) ainsi que l'évolution de la morphologie des nanofils, en particulier l'effet d'effilage. Plusieurs modèles sont proposés selon la nature des nanofils synthétisés via différentes méthodes d'élaboration: Dépôt Chimique en phase Vapeur et Epitaxie par Jets Moléculaires. Les taux de croissance varient selon les méthodes de synthèse. Le modèle reproduit fidèlement les données expérimentales. L'influence des conditions expérimentales sur la morphologie des nanofils est également étudiée dans cette partie. L'objectif de la seconde partie de ce travail est la métrologie des impuretés (catalyseur et dopant) dans les nanofils de Si. Cette étude est réalisée à l'aide de la technique de Sonde Atomique Tomographique (SAT). Cette technique permet une analyse à l'échelle atomique, dans l'espace réel et en trois dimensions de l'objet analysé. Des nanofils synthétisés par différentes techniques telles : la gravure chimique, la méthode Vapeur-Liquide-Solide (VLS) et la méthode Solide-Liquide-Solide (SLS), en utilisant différents catalyseurs de croissance tels Au, In et Sn, sont étudiés. La présence d'atomes des catalyseurs dans les nanofils se trouve être un phénomène général. Un travail sur la métrologie des dopants a également été réalisé. La concentration des dopants et leurs distributions dans les nanofils synthétisé par gravure chimique est inchangée. En revanche, dans les nanofils de Si dopés via un mécanisme de croissance VLS, une structure cœur-coquille avec un cœur sous-dopé et une coquille sur-dopée est observée. Ceci est retrouvé quelque soit la morphologie du nanofil et la nature chimique du dopant. Un modèle basé sur la diffusion latéral (via la surface du nanofil) des dopants est proposé afin de reproduire les profils expérimentaux observés et aussi préciser une voie d'incorporation possible des dopants.

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Singhal, Dhruv. "Forêt de nanofils semiconducteurs pour la thermoélectricité." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAY016/document.

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Abstract:

La conversion thermoélectrique a suscité un regain d'intérêt en raison des possibilités d'augmenter l'efficacité tout en exploitant les effets de taille. Par exemple, les nanofils montrent théoriquement une augmentation des facteurs de puissance ainsi qu'une réduction du transport des phonons en raison d'effets de confinement et/ou de taille. Dans ce contexte, le diamètre des nanofils devient un paramètre crucial à prendre en compte pour obtenir des rendements thermoélectriques élevés. Une approche habituelle consiste à réduire la conductivité thermique phononique dans les nanofils en améliorant la diffusion sur les surfaces tout en réduisant les diamètres.Dans ce travail, la caractérisation thermique d'une forêt dense de nanofils de silicium, germanium, silicium-germanium et alliage Bi2Te3 est réalisée par une méthode 3-omega très sensible. Ces forêts de nanofils pour le silicium, le germanium et les alliages silicium-germanium ont été fabriqués selon une technique "bottom-up" suivant le mécanisme Vapeur-Liquide-Solide en dépôt chimique en phase vapeur. La croissance assistée par matrice et la croissance par catalyseurs en or des nanofils à diamètres contrôlés ont été réalisés à l'aide d'alumine nanoporeuse comme matrice. Les nanofils sont fabriqués selon la géométrie interne des nanopores, dans ce cas le profil de surface des nanofils peut être modifié en fonction de la géométrie des nanopores. Profitant de ce fait, la croissance à haute densité de nanofils modulés en diamètre a également été démontrée, où l'amplitude et la période de modulation peuvent être facilement contrôlées pendant la fabrication des matrices. Même en modulant les diamètres pendant la croissance, les nanofils ont été structurellement caractérisés comme étant monocristallins par microscopie électronique à transmission et analyse par diffraction des rayons X.La caractérisation thermique de ces nanofils a révélé une forte diminution de la conductivité thermique en fonction du diamètre, dont la réduction était principalement liée à une forte diffusion par les surfaces. La contribution du libre parcours moyen à la conductivité thermique observée dans ces matériaux "bulk" varie beaucoup, Bi2Te3 ayant une distribution en libre parcours moyen (0,1 nm à 15 nm) très faible par rapport aux autres matériaux. Même alors, des conductivités thermiques réduites (~40%) ont été observées dans ces alliages attribuées à la diffusion par les surfaces et par les impuretés. D'autre part, le silicium et le germanium ont une conductivité thermique plus élevée avec une plus grande distribution de libre parcours moyen. Dans ces nanofils, une réduction significative (facteur 10 à 15 ) a été observée avec une forte dépendance avec la taille des nanofils.Alors que les effets de taille réduisent la conductivité thermique par une meilleure diffusion sur les surfaces, le dopage de ces nanofils peut ajouter un mécanisme de diffusion par différence de masse à des échelles de longueur atomique. La dépendance en température de la conductivité thermique a été déterminée pour les nanofils dopés de silicium afin d'observer une réduction de la conductivité thermique à une valeur de 4,6 W.m-1K-1 dans des nanofils de silicium fortement dopés avec un diamètre de 38 nm. En tenant compte de la conductivité électrique et du coefficient Seebeck calculé, on a observé un ZT de 0,5. Avec l'augmentation significative de l'efficacité du silicium en tant que matériau thermoélectrique, une application pratique réelle sur les appareils n'est pas loin de la réalité
Thermoelectric conversion has gained renewed interest based on the possibilities of increasing the efficiencies while exploiting the size effects. For instance, nanowires theoretically show increased power factors along with reduced phonon transport owing to confinement and/or size effects. In this context, the diameter of the nanowires becomes a crucial parameter to address in order to obtain high thermoelectric efficiencies. A usual approach is directed towards reducing the phononic thermal conductivity in nanowires by achieving enhanced boundary scattering while reducing diameters.In this work, thermal characterisation of a dense forest of silicon, germanium, silicon-germanium and Bi2Te3 alloy nanowires is done through a sensitive 3ω method. These forest of nanowires for silicon, germanium and silicon-germanium alloy were grown through bottom-up technique following the Vapour-Liquid-Solid mechanism in Chemical vapour deposition. The template-assisted and gold catalyst growth of nanowires with controlled diameters was achieved with the aid of tuneable nanoporous alumina as templates. The nanowires are grown following the internal geometry of the nanopores, in such a case the surface profile of the nanowires can be modified according to the fabricated geometry of nanopores. Benefiting from this fact, high-density growth of diameter-modulated nanowires was also demonstrated, where the amplitude and the period of modulation can be easily tuned during the fabrication of the templates. Even while modulating the diameters during growth, the nanowires were structurally characterised to be monocrystalline through transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis.The thermal characterisation of these nanowires revealed a strong diameter dependent decrease in the thermal conductivity, where the reduction was predominantly linked to strong boundary scattering. The mean free path contribution to the thermal conductivity observed in the bulk of fabricated nanowire materials vary a lot, where Bi2Te3 has strikingly low mean free path distribution (0.1 nm to 15 nm) as compared to the other materials. Even then, reduced thermal conductivities (~40%) were observed in these alloys attributed to boundary and impurity scattering. On the other hand, silicon and germanium have higher thermal conductivity with a larger mean free path distribution. In these nanowires, a significant reduction (10-15 times) was observed with a strong dependence on the size of the nanowires.While size effects reduce the thermal conductivity by enhanced boundary scattering, doping these nanowires can incorporate mass-difference scattering at atomic length scales. The temperature dependence of thermal conductivity was determined for doped nanowires of silicon to observe a reduction in thermal conductivity to a value of 4.6 W.m-1K-1 in highly n-doped silicon nanowires with 38 nm diameter. Taking into account the electrical conductivity and calculated Seebeck coefficient, a ZT of 0.5 was observed. With these significant increase in the efficiency of silicon as a thermoelectric material, a real practical application to devices is not far from reality

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Jamond, Nicolas. "Des nanofils Nitrure à la génération piézoélectrique." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066511/document.

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Abstract:

Les nanofils nitrures, de par leurs propriétés mécaniques et piézoélectriques exceptionnelles, sont des nanomatériaux très prometteurs pour la réalisation de dispositifs piézogénérateurs ultra-compacts et de haute efficacité. Les nanofils de GaN étudiés dans cette thèse sont synthétisés par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma. Grâce à des caractérisations employant un AFM résiscope spécialement adapté, nous démontrons le fort potentiel des nanofils de GaN dopés de type-n et dopés de type-p pour convertir une énergie mécanique en énergie électrique. Nous confirmons la corrélation entre la polarité des nanofils, leurs dopages et l'établissement du potentiel piézoélectrique dans les nanostructures. Nous étudions également la capacité de récupération de l'énergie générée par les nanofils, qui se fait au travers d'une diode Schottky de dimension nanométrique. De ce nanocontact, résulte une conduction à l'interface métal/semi-conducteur accrue et donc une meilleure collection de l'énergie piézogénérée par les nanofils de GaN. Enfin, en nous basant sur les mécanismes de piézoconversion mis en évidence, nous fabriquons un piézogénérateur intégrant un réseau de nanofils verticaux de GaN et fonctionnant sous compression. Le prototype délivre une densité de puissance de l'ordre de 12,7 mW/cm3, ce qui le place à l'état de l'art des piézogénérateurs à base de nanofils nitrures
Nitride nanowires are a promising material for the fabrication of efficient and compact piezogenerators. Their tremendous piezoelectric and mechanical properties give them the ability to convert efficiently mechanical energy into electrical energy. The piezoelectric material studied in this thesis is GaN, synthetised as nanowires by PA-MBE. Thanks to an adapted AFM résiscope, we show the great potential of nitride nanowires for piezogeneration and the correlation between the polarity of the nanostructure, its deformation and the establishment of the piezopotential. We also study the harvesting efficiency of the nanostructures’ polarization, through a nanometric Schottky contact. Due to scale effects, this Schottky nanocontact shows a reduced barrier height and resistance, which lead to an enhanced conduction and thus to a better harvesting of the piezoelectric energy generated by the GaN nanowires. Based on the understanding of those mechanisms, we have built a piezogenerator integrating a vertical array of p-type GaN nanowires, embedded in HSQ resist and with their top connected by a Pt metallic electrode, leading to a Schottky contact. This prototype delivered a power density of about 12,7 mW.cm-3, which is the state of the art for GaN nanowires based piezogenerator

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Jamond, Nicolas. "Des nanofils Nitrure à la génération piézoélectrique." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066511.

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Abstract:

Les nanofils nitrures, de par leurs propriétés mécaniques et piézoélectriques exceptionnelles, sont des nanomatériaux très prometteurs pour la réalisation de dispositifs piézogénérateurs ultra-compacts et de haute efficacité. Les nanofils de GaN étudiés dans cette thèse sont synthétisés par épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma. Grâce à des caractérisations employant un AFM résiscope spécialement adapté, nous démontrons le fort potentiel des nanofils de GaN dopés de type-n et dopés de type-p pour convertir une énergie mécanique en énergie électrique. Nous confirmons la corrélation entre la polarité des nanofils, leurs dopages et l'établissement du potentiel piézoélectrique dans les nanostructures. Nous étudions également la capacité de récupération de l'énergie générée par les nanofils, qui se fait au travers d'une diode Schottky de dimension nanométrique. De ce nanocontact, résulte une conduction à l'interface métal/semi-conducteur accrue et donc une meilleure collection de l'énergie piézogénérée par les nanofils de GaN. Enfin, en nous basant sur les mécanismes de piézoconversion mis en évidence, nous fabriquons un piézogénérateur intégrant un réseau de nanofils verticaux de GaN et fonctionnant sous compression. Le prototype délivre une densité de puissance de l'ordre de 12,7 mW/cm3, ce qui le place à l'état de l'art des piézogénérateurs à base de nanofils nitrures
Nitride nanowires are a promising material for the fabrication of efficient and compact piezogenerators. Their tremendous piezoelectric and mechanical properties give them the ability to convert efficiently mechanical energy into electrical energy. The piezoelectric material studied in this thesis is GaN, synthetised as nanowires by PA-MBE. Thanks to an adapted AFM résiscope, we show the great potential of nitride nanowires for piezogeneration and the correlation between the polarity of the nanostructure, its deformation and the establishment of the piezopotential. We also study the harvesting efficiency of the nanostructures’ polarization, through a nanometric Schottky contact. Due to scale effects, this Schottky nanocontact shows a reduced barrier height and resistance, which lead to an enhanced conduction and thus to a better harvesting of the piezoelectric energy generated by the GaN nanowires. Based on the understanding of those mechanisms, we have built a piezogenerator integrating a vertical array of p-type GaN nanowires, embedded in HSQ resist and with their top connected by a Pt metallic electrode, leading to a Schottky contact. This prototype delivered a power density of about 12,7 mW.cm-3, which is the state of the art for GaN nanowires based piezogenerator

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Bounor, Botayna. "Micro-supercondensateurs 3D tout solide à électrodes hiérarchiques fabriqués à l'échelle du wafer." Thesis, Nantes, 2019. http://www.theses.fr/2019NANT4024/document.

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Abstract:

Notre étude porte sur la fabrication des micro-supercondensateurs à base d'électrodes hiérarchiques à large surface spécifique. Ces électrodes hiérarchiques combinent des approches top down et bottom up afin de développer des surfaces spécifiques importantes en cumulant les gains des microstructures 3D (top down - gravure) et des nanofils (bottom up - croissance). Des microstructures 3D usinées dans un substrat de silicium (microtubes / micropiliers / micromurs) constituent le socle de base de ces électrodes hiérarchiques. Deux volets ont été donc explorés pour décorer ces microstructures 3D par des nanofils. La première voie est basée sur la synthèse hydrothermale des nanofils de ZnO à partir d'une couche de germination nanométrique déposée par ALD sur ces microstructures 3D. La seconde voie explorée s'articule autour d'un procédé de recuit rapide (< 10 min) à haute température (1000 °C) d'un empilement SiO2/Pt. Ce recuit rapide permettait la formation des nanofils de silice (SiO2). Les matériaux pseudocapacitifs ont été ensuite déposés par voie électrolytique sur ces électrodes hiérarchiques. Le procédé d'élaboration de ces électrodes était couplé à celui de fabrication des MSCs complets afin d'obtenir des densités d'énergie surfaciques encore jamais atteintes à ce jour (>100 µWh/cm2) en maintenant les performances en densité de puissance raisonnables (> 10 mW/cm2) par l'utilisation des couches minces (-200 nm). Cette thèse a été réalisée dans 3 laboratoires du RS2E : l'IMN, l'ICGM et l'IEMN
Our study focuses on the fabrication of micro-supercapacitors based on hierarchical electrodes with a large surface area. These electrodes combine top down and bottom up approaches in order to develop important specific area by combining the surface gain of the 3D microstructures (top down / etching) and the nanowires (bottom up / growth). 3D microstructures etched within silicon substrate (microtubes / micropiliers / micromurs) forme the base of these hierarchical electrodes. Two aspects was explored to decorate 3D microstructures with nanowires. The first route is based on the hydrothermal synthesis of ZnO nanowires from a nanometric seed layer deposited by ALD on these 3D microstructures. The second explored route is based on a fast annealing process (<10 min) at high temperature (1000 ° C) of a SiO2 / Pt stack. This rapid annealing allowed therefore the formation of silica nanowires. The pseudocapacitive materials was then deposited electrolytically on these hierarchical electrodes. The method of elaboration of these electrodes was coupled with that of manufacturing complete MSCs in order to obtain high surface energy densities never before reached (> 100 uWh / cm2) while maintaining reasonable power density performances. (> 10 mW / cm2) by the use of thin films (~ 200 nm). This thesis was conducted between 3 laboratories of the RS2E: IMN, ICGM and IEMN

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Demichel, Olivier. "Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée." Phd thesis, Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00437370.

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Abstract:

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

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Terris, Damian. "Transfert de chaleur à échelles de temps et d'espace ultra-courtes : simulation numérique pour des nanofils et nanofilms de semiconducteur." Poitiers, 2008. http://theses.edel.univ-poitiers.fr/theses/2008/Terris-Damian/2008-Terris-Damian-These.pdf.

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Abstract:

Le développement des nouvelles technologies entraîne une réduction considérable de la taille des systèmes des composants. Afin de prédire leur comportement, il est nécessaire de connaître leurs propriétés physiques. Dans ce contexte, ce travail s’attache à approfondir les connaissances des propriétés thermiques des semiconducteurs en effectuant des simulations numériques des transferts de chaleur dans des nanostructures. Les transferts de chaleur sont analysés grâce à l’équation de Boltzmann en utilisant la méthode des ordonnées discrètes. Le comportement spectral des porteurs de chaleur, caractérisés par les phonons, est pris en compte à travers leurs vitesses de déplacement et leurs temps de relaxation. Des résultats sont exploités en régime stationnaire afin d’établir les propriétés thermiques des composants. Il a été montré que la loi de Fourier décrit correctement les transferts de chaleur dans les nanofils. En revanche, pour que cette loi soit valable dans les films à température ambiante l’épaisseur de ces structures doit être supérieure au micromètre. Pour des plus petites épaisseurs, les transferts de chaleur par conduction présente une forte composante balistique et ont un comportement analogue à celui du rayonnement en milieu faiblement absorbant. Enfin, la prise en compte de la dépendance spectrale a permis des études en régime instationnaire. Il est, ainsi, montré l’évolution thermique dans les nanostructures aux échelles ultracourtes. On observe que la propagation de la chaleur par conduction dans les systèmes balistiques présente deux vagues, conséquence de la différence entre les vitesses propres aux polarisations des phonons
Since high technology progress decreases system dimensions, it is necessarily to understand their physical properties. Therefore, this work contributes in the thermal property knowledge. Numerical simulations are then done to predict heat transfer. To achieve this request, Boltzmann transfer equation is solved, using the discrete ordinate method. Since nanowires and nanofilms are frequently found in microelectronics, their geometries are studied. Furthermore, heat carrier spectral dependence is taken into account trough their velocities and relaxation times. In a first hand, steady state results are used to define thermal properties. It is shown that, in nanowires, diffusive regime is always observed whereas, in films, Fourier’s law can only be used for thickness greater than 1 m, at ambient temperature. For lower temperatures or thicknesses, heat transfers are governed by ballistic phenomena. Finally, taken into account spectral dependences allow us to predict heat transfer at small time scales. It is then viewed that conduction heat transfers in ballistic regime have two temperature waves due to phonon polarizations

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Terris, Damian Joulain Karl Lemonnier Denis. "Transfert de chaleur à échelles de temps et d'espace ultra-courtes simulation numérique pour des nanofils et nanofilms de semiconducteur /." Poitiers : I-Médias, 2008. http://08.edel.univ-poitiers.fr/theses/index.php?id=1924.

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Coulon, Pierre-Marie. "Croissance et caractérisation de nanofils/microfils de GaN." Phd thesis, Université Nice Sophia Antipolis, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01002342.

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Abstract:

Ce travail de thèse ce focalise sur la croissance et la caractérisation de Nanofils (NFs) et de Microfils (µFs) de GaN. L'élaboration de telles structures est obtenue par épitaxie en phase vapeur d'organométalliques à partir de deux stratégies de croissances: l'une dite auto-organisée, réalisée sur substrat saphir, l'autre appelée sélective ou localisée, obtenue sur template GaN de polarité Ga. Quelque soit la stratégie employée, nous montrons que la croissance de structures verticales suivant l'axe c requièrent l'utilisation d'un flux de NH3 et d'un rapport V/III faible, lorsque nous les comparons avec les valeurs utilisées pour la réalisation de couches planaires de GaN. Les paramètres et les étapes de croissances ayant une influence sur le rapport d'aspect (hauteur/diamètre) sont étudiées et mises en évidence pour chacune des stratégies employées. Par ailleurs, les mécanismes de croissance ainsi que les propriétés structurales et optiques de ces objets sont caractérisés par MEB, MET, CL et µPL. En particulier, les expériences réalisées sur les µFs auto-organisés permettent d'observer et d'expliquer l'origine de la double polarité, de mettre en lueur la différence d'incorporation de dopants/d'impuretés entre les domaines Ga et N, d'identifier la présence de deux sections de propriétés électriques et optiques différentes, et de révéler la présence de deux types de résonances optiques: des Modes de galerie et des Modes de Fabry-Perot. D'autres part, nous étudions la courbure des dislocations vers les surfaces libres des NFs localisés et µFs auto-organisés, et pointons la présence de fautes d'empilement basales dans des régions de faibles dimensions.

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Lucot, Damien. "Propriétés de transport électronique de nanofils supraconducteurs électrodéposés." Reims, 2007. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000529.pdf.

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Abstract:

Dans le cas des supraconducteurs unidimensionnels (1D), la conservation du paramètre d'ordre supraconducteur sur de grandes distances n'est plus possible. Les fluctuations de ce paramètre d'ordre induisent alors des phénomènes résistifs hors équilibre qui se traduisent par la formation de "phase-slip center" (PSC). L'étude de tels systèmes supraconducteurs hors équilibre est très intéressante, tant sur le plan expérimental que théorique. Cela permet d'obtenir des informations sur la dynamique de la supraconductivité, et plus généralement sur les mécanismes de décohérence quantique. Dans ce contexte, les fils supraconducteur 1D suscitent un fort intérêt. Une voie élégante pour élaborer de tels nanofils consiste à utiliser des milieux nanoporeux dont les pores cylindriques sont remplis par dépôt électrolytique. Dans ce travail de thèse, nous avons étudié les propriétés de transport de ces nanofils supraconducteurs électrodéposés. La lithographie électronique a été utilisée pour poser plusieurs contacts électriques le long d’un nanofil, permettant ainsi de sonder localement, sur quelques centaines de nanomètres, les propriétés électriques de ce fil. Des mesures jusqu'à 30 mK sur des nanofils d'étain de 50 nm de diamètre ont montrés des PSCs et un effet Meissner incomplet. Par ailleurs, nous avons montré l'impact de l'effet de proximité inverse induit par des électrodes normales sur le paramètre d'ordre supraconducteur du fil. Ce qui a permis de mettre en évidence deux régimes différents de relaxation des quasi-particules. De plus, ce couplage avec un environnement dissipatif semble permettre la stabilisation de la supraconductivité dans un fil 1D de longueur finie
In one-dimensional (1D) superconducting systems, any long-range order is impossible. Superconducting order parameter fluctuations destroy the zero resistance state and induce a non-equilibrium phenomenon which leads to the successive nucleation of phase-slip-center (PSC). Study of such superconducting systems is of importance not only for dynamical properties of 1D superconductivity, but also for understanding the decoherence mechanisms of quantum systems due to interaction with their environment. In this context, superconducting nanowires attract a lot of attention due to their fundamental properties as well as their potential applications in nanotechnologies. An elegant approach to fabricate those kind of nanowires, consists in the use of track-etched polymer membranes as a template for electrodeposition. In this work, we studied transport properties of single superconducting nanowire. Electronic lithography has been used to realise several electrical contacts along isolated nanowires spread over a substrate. This allows one to locally probe the electrochemical potential of wires, over a length of several hundreds of nanometers. Multiprobes measurements of a 50nm diameter tin wire, at 30 mK, show PSCs and incomplete Meissner effect. This geometry allows us to precisely study the evolution of PSCs under magnetic field. In addition, one could show the impact of the inverse proximity effect induced by normal electrodes on superconducting order parameter. We highlight two different modes of quasiparticle relaxation. Moreover one observed that coupling with a dissipative environment allowed the stabilization of superconductivity in a 1D finite wire

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Lucot, Damien Mailly Dominique Yu-Zhang Kui. "Propriétés de transport électronique de nanofils supraconducteurs électrodéposés." Reims : S.C.D. de l'Université, 2007. http://scdurca.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000529.pdf.

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Zhu, Mingxuan. "Nanofils de silicium pour les cellules solaires hybrides." Phd thesis, Aix-Marseille Université, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00945787.

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Abstract:

Le contexte énergétique actuel est un enjeu sociétal. L'utilisation de l'énergie solaire au travers de cellules solaires photovoltaïques à bas-coût et à haut rendement, est une des voies envisagées pour répondre aux besoins énergétiques. Ce travail de thèse a permis de démontrer la faisabilité de cellules solaires hybrides, basées sur une jonction de type " cœur/coquille " entre des nanofils de silicium obtenus par gravure chimique et du PEDOT polymérisé par voie électrochimique. Les principaux avantages d'une telle structure sont à la fois la simplicité et le faible coût des méthodes utilisées pour la réalisation de la cellule. Les nanofils de silicium, grâce à leur capacité à piéger la lumière, conduisent à des propriétés d'anti-reflet très intéressantes avec notamment des valeurs de réflexion inférieures à 3% sur toute la gamme spectrale du visible. La réalisation de telles jonctions a fait l'objet d'une étude poussée sur les différentes caractéristiques de dépôt du polymère, tels que l'intensité lumineuse, le potentiel appliqué et la durée du procédé. L'influence de ces paramètres sur la mesure I(V) de la cellule solaire hybride complète a également été étudiée. On peut noter en particulier que l'on obtient ainsi une densité de courant de fuite très faible et une résistance de fuite très élevée, permettant d'émettre l'hypothèse d'une bonne passivation des états de surface. Ceci constitue une voie prometteuse pour obtenir un bon transport de charges en polarisation inverse.

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Ajay, Akhil. "Nanofils de GaN/AlGaN pour les composants quantiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY030/document.

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Abstract:

Ce travail se concentre sur l'ingénierie Intersubband (ISB) des nanofils où nous avons conçu des hétérostructures de GaN / (Al, Ga) N intégrées dans un nanofil GaN pour le rendre optiquement actif dans la région spectrale infrarouge (IR), en utilisant un faisceau moléculaire assisté par plasma épitaxie comme méthode de synthèse. Les transitions ISB se réfèrent aux transitions d'énergie entre les niveaux confinés quantiques dans la bande de conduction de la nanostructure.Un contrôle précis des niveaux élevés de dopage est crucial pour les dispositifs ISB. Par conséquent, nous explorons Ge comme un dopant alternatif pour GaN et AlGaN, pour remplacer le Si couramment utilisé. Nous avons cultivé des couches minces de GaN dopé Ge avec des concentrations de porteurs atteignant 6,7 × 1020 cm-3 à 300 K, bien au-delà de la densité de Mott, et nous avons obtenu des couches minces conductrices AlxGa1-xN dopées Ge avec une fraction molaire Al jusqu'à x = 0,64. Dans le cas de GaN, la présence de Ge n'affecte pas la cinétique de croissance ou les propriétés structurales des échantillons. Cependant, dans des échantillons AlxGa1-xN dopés par Ge avec x> 0,4, la formation de grappes riches en Ge a été observée, avec une baisse de la concentration du porteur.Ensuite, nous avons réalisé une étude comparative du dopage Si vs Ge dans des hétérostructures GaN / AlN pour des dispositifs ISB dans la gamme IR à courte longueur d'onde. Nous considérons les architectures planaire et nanofils avec des niveaux de dopage et des dimensions de puits identiques. Sur la base de cette étude, nous pouvons conclure que les deux Si et Ge sont des dopants appropriés pour la fabrication d'hétérostructures GaN / AlN pour l'étude des phénomènes optoélectroniques ISB, à la fois dans les hétérostructures planaires et nanofils. Dans cette étude, nous rapportons la première observation de l'absorption d'ISB dans des puits quantiques GaN / AlN dopés au Ge et dans des hétérostructures de nanofils GaN / AlN dopés au Si. Dans le cas des nanofils, nous avons obtenu une largeur de ligne d'absorption ISB record de l'ordre de 200 meV. Cependant, cette valeur est encore plus grande que celle observée dans les structures planaires, en raison des inhomogénéités associées au processus de croissance auto-assemblé.En essayant de réduire les inhomogénéités tout en gardant les avantages de la géométrie des nanofils, nous présentons également une analyse systématique de l'absorption de l'ISB dans les micro et nanopillars résultant d'un traitement top-down des hétérostructures planaires GaN / AlN. Nous montrons que lorsque l'espacement du réseau de piliers est comparable aux longueurs d'onde sondées, les résonances des cristaux photoniques dominent les spectres d'absorption. Cependant, lorsque ces résonances sont à des longueurs d'onde beaucoup plus courtes que l'absorption ISB, l'absorption est clairement observée, sans aucune dégradation de son amplitude ou de sa largeur de raie.Nous explorons également la possibilité d'étendre cette technologie de nanofils à des longueurs d'onde plus longues, pour les absorber dans la région IR à mi-longueur d'onde. En utilisant des hétérostructures de nanofils GaN / AlN, nous avons fait varier la largeur du puits GaN de 1,5 à 5,7 nm, ce qui a conduit à un décalage rouge de l'absorption ISB de 1,4 à 3,4 μm. Remplaçant les barrières AlN par Al0.4Ga0.6N, le composé ternaire représente une réduction de la polarisation, ce qui conduit à un nouveau décalage rouge des transitions ISB à 4,5-6,4 um.L'observation de l'absorption de l'ISB dans des ensembles de nanofils nous a motivés pour le développement d'un photodétecteur infrarouge à puits quantiques à base de nanofils. La première démonstration d'un tel dispositif, incorporant une hétérostructure de nanofils GaN / AlN qui absorbe à 1,55 μm, est présentée dans ce manuscrit
Due to its novel properties nanowires have emerged as promising building blocks for various advanced device applications. This work focuses on Intersubband (ISB) engineering of nanowires where we custom design GaN/(Al,Ga)N heterostructures to be inserted in a GaN nanowire to render it optically active in the infrared (IR) spectral region. ISB transitions refer to energy transitions between quantum confined levels in the conduction band of the nanostructure. All the structures analised in this thesis were synthesized by plasma-assisted molecular beam epitaxy.Precise control of high doping levels is crucial for ISB devices. Therefore, we explored Ge as an alternative dopant for GaN and AlGaN, to replace commonly-used Si. We grew Ge-doped GaN thin films with carrier concentrations of up to 6.7 × 1020 cm−3 at 300 K, well beyond the Mott density, and we obtained conductive Ge-doped AlxGa1-xN thin films with an Al mole fraction up to x = 0.66. In the case of GaN, the presence of Ge does not affect the growth kinetics or structural properties of the samples. However, in Ge doped AlxGa1-xN samples with x > 0.4 the formation of Ge rich clusters was observed, together with a drop in the carrier concentration.Then, we performed a comparative study of Si vs. Ge doping in GaN/AlN heterostructures for ISB devices in the short-wavelength IR range. We considered both planar and nanowire architectures with identical doping levels and well dimensions. Based on this study, we concluded that both Si and Ge are suitable dopants for the fabrication of GaN/AlN heterostructures for the study of ISB optoelectronic phenomena, both in planar and nanowire heterostructures. Within this study, we reported the first observation of ISB absorption in Ge-doped GaN/AlN quantum wells and in Si-doped GaN/AlN nanowire heterostructures. In the case of nanowires, we obtained a record ISB absorption linewidth in the order of 200 meV. However, this value is still larger than that observed in planar structures, due to the inhomogeneities associated to the self-assembled growth process.Trying to reduce the inhomogeneities while keeping the advantages of the nanowire geometry, we also presented a systematic analysis of ISB absorption in micro- and nanopillars resulting from top-down processing GaN/AlN planar heterostructures. We showed that, when the spacing of the pillar array is comparable to the probed wavelengths, photonic crystal resonances dominate the absorption spectra. However, when these resonances are at much shorter wavelengths than the ISB absorption, the absorption is clearly observed, without any degradation of its magnitude or linewidth.We also explore the possibility to extend this nanowire technology towards longer wavelengths, to absorb in the mid-wavelength IR region. Using GaN/AlN nanowire heterostructures, we varied the GaN well width from 1.5 to 5.7 nm, which led to a red shift of the ISB absorption from 1.4 to 3.4 µm. Replacing the AlN barriers by Al0.4Ga0.6N, the reduction of polarization led to a further red shift of the ISB transitions to 4.5-6.4 µm.The observation of ISB absorption in nanowire ensembles motivated us for the development of a nanowire-based quantum well infrared photodetector (NW-QWIP). The first demonstration of such a device, incorporating a GaN/AlN nanowire heterostructure that absorbs at 1.55 µm, is presented in this manuscript

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Rogdakis, Konstantinos. "Experimental and theoretical study of 3C-silicon carbide nanowire field effect transistors." Grenoble INPG, 2010. http://www.theses.fr/2010INPG0004.

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Abstract:

Recently, the growth and characterization of one-dimensional (1D) nanostructures (nanowires, nanorods, nanotubes) of wide-band-gap semiconductors have been extensively studied due to their potential for applications in nanoelectronics, sensors, batteries, and field emission displays (FEDs). The nanowire (NW) approach allows for a coaxial gate-dielectric channel geometry that is ideal for further downscaling and electrostatic control. Among the wideband-gap materials, 3C-SiC exhibits high values of thermal conductivity, breakdown electric field, electron drift velocity, Young’s modulus and hardness as well as excellent chemical and physical stability. Therefore, one dimensional 3C-SiC semiconductor nanowires, grown either with top-down or bottom-up techniques, are expected to generate a new family of high-performance nanowire devices as an add-on to mainstream Si technology. The thesis is divided into three main parts. In the first, we will present a theoretical study of 3C-SiC nanowire-based FETs (NWFETs) operating both in ballistic and dissipative transport regimes. More precisely, we will introduce numerical simulations of gate-all-around (GAA) 3C-SiC and Si NWFETs using a full quantum self-consistent Poisson-Schrödinger algorithm within the non equilibrium Green’s functions (NEGF) formalism. A direct comparison between Si and 3C-SiC device performances will shed some light on the different transport properties of the two materials. In the second part, the fabrication and the electrical characterization of 3C-SiC NWFETs will be presented. The last part of the talk will be devoted to the simulation of the electrical behaviour of the experimental NWFETs (both 3C-SiC and Si NWFETs) by using the Silvaco simulation tool. The accurate fitting of the experimental data, allows us to calculate the nanowire carrier concentration and mobility, and estimate the nanowire/dielectric interface quality as well as to study the effect of carrier concentration lowering, Schottky barriers height at contacts and the interface quality on device performance
Recently, the growth and characterization of one-dimensional (10) nanostructures taanowires, nanorods, nanotubes) of wide-band-gap semiconductors have been extensively studied. . To their potential for applications in nanoelectronics, sensors, batteries, and field emission élisplays (FEDs). The nanowire (NW) approach allows for a coaxial gate-dielectric channel pmetry that is ideal for further downscaling and electrostatic control. Among the wide band-gap materials, 3C-SiC exhibits high values of thermal conductivity, breakdown electric field, electron drift velocity, Young's modulus and hardness as well as excellent chemical and physical stability. Therefore, 3C-SiC semiconductor nanowires, grown either with top-down or bottom-up techniques, Me expected to generate a new family of high-performance nanowire devices as an add-on to mainstream Si technology. This thesis is divided into three main parts. Ln the first chapter, an introduction to nanowire growth, properties and devices is presented. Our theoretical work follows in chapter two, where a study of 3C-SiC nanowire-based FETs (NWFETs) operating either in ballistic or in dissipative transport regime is indicated. More precisely, we introduce numerical simulations of gate-all-around (GAA) 3C-SiC and Si NWFETs using a full quantum self-consistent Poisson¬SchrOdinger algorithm within the non-equilibrium Green's functions (NEGF) formalism. A direct comparison between Si and 3C-SiC device performances sheds some light on the different transport properties of the two materials. Ln the third and forth chapter, the nanowire growth, the fabrication and the electrical characterization of 3C-SiC NWFETs is presented. The last part of the thesis is devoted to the simulation of the electrical behaviour of the experimental NWFETs (both 3C-SiC and Si NWFETs) by using the Silvaco simulation tool. The accurate fitting of the experimental data, allows us to calculate the nanowire carrier concentration and mobility, and estimate the nanowireldielectric interface quality as well as to study the effect of carrier concentration lowering, Schottky barriers height at contacts and the interface quality on the device's performance

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Demichel, Olivier. "Propriétés électroniques de nanofils de silicium obtenus par croissance catalysée." Phd thesis, Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY001.

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Abstract:

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles. . . Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs
For a bottom-up approach, the catalysed growth of nanowires opens the way for numerous applications: vertical nano-transistors with a surrounding gate, core-shell heterostructures and so on. . . With these new devices, new questions emerge concerning catalyst or surface influences on the nanowire electronic properties. My work, based on a spectroscopic study with photoluminescence experiments underlined the predominant role of the surface on the electronic properties of nanowires. The surface state passivation allowed to observe the radiative recombination of free carriers of a dense phase: the electron-hole liquid, in gold- and copper-catalysed nanowires. This liquid phase has the singularity to be stable and its density is constant. This property is unique in semiconductors and led to a quantitative study of the influence of the surface via a modification of the surface/volume ratio. An original method for the surface recombination velocity (SRV) measure has been developed and very low SRV have been measured which is linked to an efficient passivation of surfaces states. The volume properties of gold-catalysed nanowires were found to be very similar to those of standard bulk silicon used in micro-electronics. Finally, the sacrificial oxidation of silicon allowed to obtain nanowires whose diameter were smaller than 10 nm. The progressive oxidation of nanowires allowed the observation of a shift of the PL line towards lower energy attributed to strains, then the increase of the gap energy is correlated to the carrier quantum confinement

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Landré, Olivier. "Étude de la nucléation et de la croissance de structures filaires GaN et AlN." Phd thesis, Grenoble, 2010. http://www.theses.fr/2010GRENY019.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce manuscrit traite de la compréhension des processus de croissance de structures colonnaires de matériaux semiconducteurs nitrures. La technique de croissance utilisée est l'épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PA-MBE). Plusieurs types d'expériences viennent étayer ce travail: des expériences de microscopie électronique à balayage et à transmission, des expériences de diffraction multi-longueurs d'onde et de spectroscopie en condition de diffraction (menées à l'ESRF sur les lignes BM2 et BM32), et des expériences de photoluminescence. Tout d'abord les mécanismes de nucléation des nanofils nitrure de gallium (GaN) réalisés sur un fin (3nm) buffer de nitrure d'aluminium (AlN) épitaxié sur un substrat de silicium (111) sont étudiés. Il est démontré que la relaxation complète des précurseurs des nanofils GaN est un élément clé du mécanisme de nucléation. Dans le cas des fils de GaN, il apparaît en outre que la morphologie granulaire du buffer AlN joue un rôle essentiel. Ensuite le développement des nanofils GaN, une fois la nucléation achevée, est analysé. Nous identifions la diffusion du gallium dans le plan de croissance ainsi que sur les facettes des nanofils comme étant le mécanisme responsable de la croissance. Nous montrons en particulier que l'In, qui joue le rôle de surfactant, active la diffusion du Ga dans le plan et permet la croissance de nanofils GaN à des températures relativement basses. Sur la base de la compréhension de la nucléation et du développement des nanofils GaN, la croissance de nanofils AlN sur 4nm de SiO2 amorphe déposé sur Si(001) est développée. C'est la première fois que ce type de nanofils est réalisé par MBE. La relaxation des contraintes au cours de la réalisation d'un super réseau AlN/GaN sur des nanofils GaN a ensuite été étudiée. Nous comparons les résultats expérimentaux à des simulations théoriques pour conclure à la relaxation élastique des contraintes. La croissance de nanofils AlGaN est finalement abordée de façon préliminaire
The work presented in this thesis deals with the growth mechanisms of nitride semiconductor nanowires produced by plasma-assisted molecular beam epitaxy (PA-MBE). The following experimental techniques were used to support the investigations: scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), multi-wavelength diffraction experiments and spectroscopy in diffraction condition (performed on beamlines BM2 & BM32 at the ESRF), and photoluminescence experiments. The nucleation of gallium nitride (GaN) nanowires initiated on a 3nm thin epitaxial layer of aluminum nitride (AlN), which is grown on a (111) silicon substrate has been investigated. It is demonstrated that the full relaxation of the nanowires precursors is one of the key points of the GaN nanowires nucleation process. It is furthermore demonstrated that the granular morphology of the AlN buffer plays a crucial role. Further growth of GaN nanowires in the steady state regime following the nucleation stage has been studied. It has been established that Ga diffusion on the growth plane and on the nanowire side facets is responsible for the growth of GaN nanowires. It has been shown in particular that In may play the role of a surfactant and promote in-plane Ga diffusion, making possible the growth of GaN nanowires at relatively low temperature. Based on the understanding of GaN nanowires nucleation and growth, the PA-MBE growth of AlN nanowires deposited on a 4nm thick SiO2 layer on Si (001) has been studied, for the first time Next, strain relaxation in AlN/GaN super-lattices grown on GaN nanowires has been studied. Comparison with theoretical simulations allows us to conclude that strain relaxation occurs elastically. Finally, the subject of AlGaN nanowire growth is briefly introduced

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Landré, Olivier. "Étude de la nucléation et de la croissance de structures filaires GaN et AlN." Phd thesis, Grenoble, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00529998.

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Le travail présenté dans ce manuscrit traite de la compréhension des processus de croissance de structures colonnaires de matériaux semiconducteurs nitrures. La technique de croissance utilisée est l'épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma (PA-MBE). Plusieurs types d'expériences viennent étayer ce travail: des expériences de microscopie électronique à balayage et à transmission, des expériences de diffraction multi-longueurs d'onde et de spectroscopie en condition de diffraction (menées à l'ESRF sur les lignes BM2 et BM32), et des expériences de photoluminescence. Tout d'abord les mécanismes de nucléation des nanofils nitrure de gallium (GaN) réalisés sur un fin (3nm) buffer de nitrure d'aluminium (AlN) épitaxié sur un substrat de silicium (111) sont étudiés. Il est démontré que la relaxation complète des précurseurs des nanofils GaN est un élément clé du mécanisme de nucléation. Dans le cas des fils de GaN, il apparaît en outre que la morphologie granulaire du buffer AlN joue un rôle essentiel. Ensuite le développement des nanofils GaN, une fois la nucléation achevée, est analysé. Nous identifions la diffusion du gallium dans le plan de croissance ainsi que sur les facettes des nanofils comme étant le mécanisme responsable de la croissance. Nous montrons en particulier que l'In, qui joue le rôle de surfactant, active la diffusion du Ga dans le plan et permet la croissance de nanofils GaN à des températures relativement basses. Sur la base de la compréhension de la nucléation et du développement des nanofils GaN, la croissance de nanofils AlN sur 4nm de SiO2 amorphe déposé sur Si(001) est développée. C'est la première fois que ce type de nanofils est réalisé par MBE. La relaxation des contraintes au cours de la réalisation d'un super réseau AlN/GaN sur des nanofils GaN a ensuite été étudiée. Nous comparons les résultats expérimentaux à des simulations théoriques pour conclure à la relaxation élastique des contraintes. La croissance de nanofils AlGaN est finalement abordée de façon préliminaire.

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Guan, Xin. "Growth of semiconductor ( core) / functional oxide ( shell) nanowires : application to photoelectrochemical water splitting." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC057/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de développer un réseau de nanofils GaAs (coeur) / oxyde (coquille) pour la photoélectrolyse de l'eau. Pour cela, la géométrie des nanofils GaAs a été d’abord optimisée en ajustant différents paramètres expérimentaux de la croissance auto-catalysée de ces nanofils par Épitaxie par Jets Moléculaires. Nous avons ensuite étudié systématiquement l'oxydation de surface des nanofils GaAs et son effet négatif sur la croissance de la coquille. Nous avons donc développé une méthode dite d'encapsulation / désencapsulation d'une couche d'arsenic (As) amorphe qui protège les facettes des NFs de l'oxydation. Une étude physico-chimique a montré l'effet bénéfique d'une telle méthode sur la croissance de la coquille. La croissance d'une coquille de SrTiO3 sur des nanofils de GaAs a ensuite été réalisée. Des caractérisations approfondies de la croissance de la coquille de SrTiO3 sur les NFs de GaAs ont été réalisées. La plus grande partie de la structure pérovskite SrTiO3 était en relation d'épitaxie avec le réseau cristallin de GaAs. La dernière partie de cette thèse concerne l’utilisation de tels réseaux de nanofil GaAs / oxyde pour les dispositifs PEC où l'oxyde sert de couche de passivation. L'influence du dopage et de la morphologie des nanofils GaAs a d'abord été étudiée. Les propriétés des réseaux de nanofils de GaAs / SrTiO3 et de GaAs / TiO2 servant de photoélectrodes dans des dispositifs PEC sont étudiées
The objective of this PhD is to develop the network of GaAs (core) / oxide (shell) nanowires for solar water splitting. The geometry of the GaAs nanowires was firstly optimized by adjusting different experimental parameters of the self-catalyzed growth of these nanowires by molecular beam epitaxy. We then systematically studied the surface oxidation of the GaAs nanowires and its negative effect on the growth of the shell. We have therefore developed a method called the arsenic (As) capping / decapping method that protects the facets of nanowires from the oxidation. A physico-chemical study has shown the beneficial effect of such a method on the growth of the shell. The growth of a SrTiO3 shell on GaAs nanowires was then performed. In-depth characterizations of SrTiO3 shell growth on GaAs nanowires were carried out. Most of the SrTiO3 perovskite structure was in epitaxial relationship with the GaAs crystalline lattice. The last part of this thesis concerns the application of such GaAs / oxide nanowire networks to PEC devices where the oxide serves as a passivation layer. The influence of the doping and the morphology of GaAs nanowires was first studied. The properties of GaAs / SrTiO3 and GaAs / TiO2 nanowire networks used as photoelectrodes in PEC devices are finally studied

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Becdelievre, Jeanne. "Etude des propriétés électriques et mécaniques de nanofils de GaAs : vers une modulation du transport par effet piézoélectrique ou ferroélectrique." Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEC041/document.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse est de moduler le transport électrique dans des nanofils de GaAs par effet piézoélectrique ou ferroélectrique. Pour cela, une étude préliminaire des propriétés électriques et mécaniques des nanofils est nécessaire. C’est donc le premier pas vers la fabrication de nouveaux dispositifs, tels que le transistor ferroélectrique à nanofil unique ou le nanogénérateur piézotronique. Le premier chapitre de ce travail est consacré à l’élaboration par épitaxie par jets moléculaires de nanofils autocatalysés de GaAs sur Si (111). L’optimisation des paramètres de croissance a permis la première fabrication de nanofils ultra-longs de GaAs de 80 μm, jamais mis en évidence par cette méthode de croissance à notre connaissance par le passé. Une étude de leur cinétique de croissance ainsi que de leurs propriétés structurales et optiques est présentée. Les deux chapitres suivants s’intéressent aux caractérisations électriques et mécaniques de ces nanofils de GaAs. Il a été montré que ces derniers présentent des propriétés de conduction tout à fait intéressantes et les caractéristiques mécaniques attendues pour de tels nanofils. Le dernier chapitre présente une étude préliminaire des couplages avec la piézoélectricité et la ferroélectricité. La piézoélectricité des nanofils de GaAs est tout d’abord examinée. On présente ensuite le couplage avec une matrice piézoélectrique de P(VDF-TrFE). Il a enfin été mis en évidence une modulation du transport dans un nanofil grâce à l’orientation de la polarisation de la couche ferroélectrique de PZT
The aim of this thesis is to modulate the electrical transport in GaAs nanowires by piezoelectric or ferroelectric effect. To perform this, a preliminary study of electrical and mechanical properties of these nanowires is required. It is the first step towards the elaboration of new devices as nanowire ferroelectric transistor or piezotronic nanogenerator. First chapter is dedicated to elaboration by molecular beam epitaxy of self-catalyzed GaAs nanowires on Si (111). By optimization of growth parameter, we managed the first growth ultra-long nanowires, with length up to 80 μm by this elaboration technic. Growth kinetic and crystallographic and optical properties of these nanowires has been highligth. The two following chapters are focused on electrical and mechanical characterizations of theses nanowires. It has been shown that theses nanowires have interesting conduction properties and expected mechanical behaviour. The last chapter presents a preliminary study of coupling with piezoelectricity and ferroelectricity. First of all, piezoelectricity in GaAs nanowires is observed. Then, we present coupling with a piezoelectric matrix of P(VDF-TrFE). Finally, we proved a modulation of the transport by polarization orientation of a ferroelectric PZT thin film

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Mouchet, Céline. "Croissance de nanofils de silicium et de Si/SiGe." Grenoble INPG, 2008. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345969.

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Les nanofils sont des matériaux prometteurs, d'une part en tant qu'éléments de micro-générateurs, thermoélectriques ou photovoltaïques, d'autre part en tant que briques de base de systèmes nanoélectroniques. Ils répondent aux exigences de miniaturisation, d'autonomie et de mobilité des appareils nomades. Ces travaux de thèse ont consisté en la synthèse de nanofils de Si et de Si/SiGe, et plus particulièrement l'étude paramétrique de la croissance ainsi que l'analyse de leur structure. Les nanofils de Si et de Si/SiGe croissent selon la méthode VLS (Vapeur-Liquide-Solide) à partir d'un catalyseur d'or. Du silane ou un mélange de silane-germane est injecté dans un réacteur de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) subissant une décomposition thermique. Deux techniques de mise en œuvre des catalyseurs d'or ont été expérimentées et ont permis la croissance de nanofils : le démouillage d'un film continu d'or ou l'utilisation de colloïdes d'or. Les synthèses de nanofils de silicium, non dopés et dopés, et de nanofils de Si/SiGe ont été réalisées. La croissance des nanofils de silicium a fait l'objet d'une étude paramétrique détaillée qui permet de maîtriser la croissance, notamment pour la maîtrise de la longueur, du diamètre et de la forme des nanofils. Une étude structurale au microscope électronique en transmission a mis en évidence la cristallinité des fils, la présence de défauts structuraux ainsi que la confirmation de la synthèse d'hétérostructures Si/SiGe. Afin d'obtenir des nanofils dopés de types n ou p, de la phosphine ou du diborane ont été rajoutés au mélange. Les premières mesures du dopage ont été réalisées par spectrométrie de masse des ions secondaires et caractérisation électrique. La quantification du dopage par d'autres techniques est en cours de développement
Nanowires are promising materials for thermoelectrical or photovoltaïc microgenerators and as building block for nanoelectronics systems. They answer to miniaturization, autonomy and wireless needs of nomade devices. This work is focused on the synthesis of silicon and Si/SiGe nanowires and more specifically on the growth study and structure analysis. Silicon and Si/SiGe nanowires grow following gold-catalyzed VLS (Vapour-Liquid-Solid) method. Silane or silane-germane mixture were injected in a chemical vapour deposition (CVD) reactor, and undergo thermal decomposition. Two routes were chosen for nanoparticles preparation and led to nanowire growth : gold thin film dewetting and use of gold colloïds. A parametric study was performed on Si nanowires growth to achieve a good control of diameter, length and shape. A structural study by transmission electronic microscopy highlighted the nanowire cristallinity, the presence of defects and the one-dimensional Si/SiGe heterostructures. To obtain p-type or n-type doped nanowires, phosphine or diborane were added to the gas mixture. The first doping measurements have been carried out by secondary ion mass spectrometry and electrical characterization

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Xu, Tao. "Croissance localisée, caractérisation structurale et électronique de nanofils silicium." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00460328.

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Abstract:

En raison de leur compatibilité avec la technologie conventionnelle du silicium, les nanofils de silicium semblent très prometteurs pour être utilisés comme briques de base de composants électroniques à l'échelle. Ce travail de thèse se focalise sur la croissance épitaxiale et la caractérisation de tels nanofil. Les nanofils de silicium sont fabriqués par la méthode Vapeur-Liquide-Solide (VLS) à partir de catalyseurs d'or, en utilisant deux techniques: dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et épitaxie par jets moléculaire (MBE). Dans la première partie de cette étude, les catalyseurs d'or sont déposés sur le substrat Si(111) en ultravide pour bénéficier d'interface or-silicium de grande qualité. A partir de ces ilôts d'or, des nanofils orientés <111> sont obtenus par MBE et CVD, lorsque la pression partielle de silane est faible. En profitant de l'orientation contrôlée des fils qui favorise leur intégration dans les composants, plusieurs structures basées sur les nanofils ont donc été développées. Dans la deuxième partie de cette étude, les structures atomiques des surfaces facettées de nanofils orientés <111> ont été étudiées par microscopie à l'effet tunnel (STM) à basse température. En combinant ces observations avec des images de fils identiques en microscopie électronique, nous avons révélé la diffusion d'atomes d'or depuis le catalyseur le long des fils. Cette diffusion a plusieurs conséquences : elle conduit en partie à la forme conique des nanofils et est certainement à l'origine de l'alternance de la taille des parois des nanofils. Une troisième partie a porté sur le dopage des nanofils. Des gaz tels que la phosphine ou le diborane peuvent être utilisés pour incorporer des dopants de type n ou type p dans les nanofils pendant la croissance. La tomographie par sonde atomique (TAP) a été utilisée pour caractériser la distribution des impuretés dans le volume de nanofils de silicium dopés au bore et orientés <111>. Une distribution uniforme de bore à été observée au centre de nanofils et la concentration des impuretés mesurée correspond bien à la valeur estimée par le rapport entre le flux de silane et de diborane. Enfin, ces observations ont été comparés avec des mesures de conductivité dans des nanofils individuels.

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Roy, Emmanuel. "Elaboration Electrochimique et Caractérisations de Nanofils d'Antimoine et d'Or." Phd thesis, Université de Marne la Vallée, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00351667.

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Abstract:

L'étude et la réalisation de nanomatériaux font à l'heure actuelle l'objet d'une attention scientifique très soutenue. Atteindre la taille nanométrique ouvre en effet de nouvelles perspectives tant fondamentales que technologiques. L'objectif de cette thèse est de corréler les conditions d'élaboration et les propriétés structurales et électriques de matériaux à travers l'étude des nanofils d'antimoine (Sb) et d'or (Au). Par électrochimie, méthode peu onéreuse, nous avons élaboré des nanofils dans les pores de membranes. La détermination des conditions de synthèse nous a permis l'obtention de nanofils de qualité. L'analyse des processus d'électrodéposition nous a également conduit à la compréhension de certains mécanismes de la synthèse spécifique de nanomatériaux. Nous avons montré que pour des synthèses inscrites dans les cavités nanométriques d'une membrane d'épaisseur micrométrique l'extension de la couche de diffusion pouvait être réduite à l'épaisseur de la membrane. La seconde partie de ce mémoire concerne la caractérisation structurale et la détermination de la composition chimique des nanofils électrodéposés. Compte tenu de la taille nanométrique de nos objets, ce genre d'investigations requièrent des techniques de caractérisation bien spécifiques, notamment de haute résolution. Les études menées par la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie d'énergie dispersive des rayons-X (EDXS), ainsi que par la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS), ont révélé entre-autres le caractère monocristallin de nos nanofils d'antimoine et d'or. Enfin, nous avons également exploité les propriétés électriques des nanofils d'or, en vue de nouveaux dispositifs pour écrans plats. Pour optimiser les conditions de mesure d'émission de champs, une méthode originale de fabriquer des réseaux de nanofils fixés verticalement sur un substrat a été mise au point. Les résultats préliminaires révèlent déjà un champ seuil d'émission (Ethr) égal à 3,2 V/µm, valeur prometteuse et comparable à celles obtenues à partir de nanotubes de carbone.

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Vaurette, Francois. "Fabrication top-down, caractérisation et applications de nanofils silicium." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00342294.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de nanofils silicium réalisés par approche top-down. Elle s'inscrit dans le contexte de la miniaturisation des composants et la compréhension du transport dans les systèmes 1D.

Deux voies de fabrication sont envisagées : la lithographie par AFM (Microscope à Force Atomique) et la lithographie électronique. Cette dernière étant plus reproductible, les dispositifs finaux sont fabriqués par cette technique, à partir d'un substrat SOI et plusieurs étapes de gravure et métallisation.

L'étude des nanofils par mesures I(V) nous permet de mettre en évidence une zone déplétée à l'interface Si/SiO2 natif. Grâce à l'utilisation de nanofils de largeurs et de longueurs différentes, nous sommes capables de déterminer la largeur de la zone déplétée, la densité d'états d'interface ainsi que le niveau de dopage des nanofils. L'évolution de la résistance des nanofils avec la température est également étudiée et montre une dépendance associée à la diffusion des phonons de surface.

Trois applications sont ensuite décrites : un décodeur, un commutateur de courant et un capteur biologique. En effet, la gravure locale des nanofils conduit à une modulation de la bande de conduction, rendant possible la réalisation d'un décodeur. D'autre part, la fabrication de croix à base de nanofils et de grilles latérales à proximité des croix qui contrôlent le passage du courant dans les différentes branches permet de former un commutateur de courant. Enfin, grâce au rapport important de la surface par rapport au volume des nanofils et leur bonne fonctionnalisation chimique, ceux-ci sont utilisés pour détecter électriquement des interactions biologiques (détection de l'ovalbumine).

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Song, Mingxia. "Propagation des plasmons de surface dans des nanofils métalliques." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00842236.

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Abstract:

Plasmonic circuitry is considered as a promising solution-effectivetechnology for miniaturizing and integrating the next generation ofoptical nano-devices. The realization of a practical plasmonic circuitry strongly depends on the complete understanding of the propagation properties of two key elements: surface plasmons and electrons. The critical part constituting the plasmonic circuitry is a waveguide which can sustain the two information-carriers simultaneously. Therefore, we present in this thesis the investigations on the propagation of surface plasmons and the co-propagation of surface plasmons and electrons in single crystalline metal nanowires. This thesis is therefore divided into two parts. In the first part, we investigate surface plasmons propagating in individual thick penta-twinned crystalline silver nanowires using dual-plane leakage radiation microscopy. The effective index and the losses of the mode are determined by measuring the wave vector content of the light emitted in the substrate. Surface plasmon mode is determined by numerical simulations and an analogy is drawn with molecular orbitals compound with similar symmetry. Leaky and bound modes selected by polarization inhomogeneity are demonstrated. We further investigate the effect of wire geometry (length, diameter) on the effective index and propagation losses. On the basis of the results obtained during the first part, we further investigate the effect of an electron flow on surface plasmon properties. We investigate to what extend surface plasmons and current-carrying electrons interfere in such a shared circuitry. By synchronously recording surface plasmons and electrical output characteristics of single crystalline silver and gold nanowires, we determine the limiting factors hindering the co-propagation of electrical current and surface plasmons in these nanoscale circuits. Analysis of wave vector distributions in Fourier images indicates that the effect of current flow on surface plasmons propagation is reflected by the morphological change during the electromigration process. We further investigate the possible crosstalk between co-propagating electrons and surface plasmons by applying alternating current bias

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Choi, Jihoon. "Nanofils de SiC : de la croissance aux dispositifs associés." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061784.

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Abstract:

Les nanostructures de semi-conducteurs de faibles dimensions (comme les nanofils(NFs)) sont devenues l'objet de recherches intensives pour explorer de nouveaux phénomènes émergents à l'échelle nanométrique et sonder leur possibilités d' utilisation dans l'électronique du futur. Parmi les différents nanofils semi-conducteurs, SiC a des propriétés très particulières, comme une large bande interdite, une excellente conductivité thermique, un haut champ électrique de claquage, une stabilité chimique et physique, une haute mobilité des électrons et une haute biocompatibilité.Nous proposons dans cette étude ; d'examiner une nouvelle approche pour fabriquer des nanostructures de SiC par l'approche " top-down ". Cela permet l'élaboration de nanostructures cristallines de SiC de haute qualité monocristalline avec un niveau de dopage contrôlé. Le comportement de nanostructures de SiC gravées a également été étudié en fonction de polytypes et des orientations cristallographiques.Nous avons également étudié les trois principaux sujets de SiC nano-devices pour atteindre une excellente performance. Pour répondre à ces questions, deux types de SiC nanoFET (SiC NFFET et SiC NPFET) ont été fabriqués et caractérisés par l'utilisation de nanofils de SiC et de nanopiliers de SiC préparés respectivement par les méthodes " bottom-up " et " top-down ".

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Solanki, Amit. "Propriétés électriques et optiques des nanofils uniques de silicium." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00846580.

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Abstract:

Ce travail présente la caractérisation des propriétés d'absorption de lumière par des nanofils uniques (NF) de silicium en utilisant la spectroscopie de photocourant, ainsi qu'une étude préliminaire des processus d'incorporation des dopants et de réalisation de jonction dans les NFs. Tout d'abord, nous commençons par décrire les méthodes de croissance utilisées pour synthétiser des NFs actifs pour la génération de photocourant, avec l'utilisation du chlorure d'hydrogène dans les procédés classiques de croissance CVD catalysée or de fils dopés. Cette méthode offre des structures très faiblement coniques, élargit les températures de procédé, permettant en particulier d'incorporer très efficacement le bore, avec des densités d'accepteurs ionisés allant jusqu'à 1.8E19 cm-3, tout en inhibant la diffusion d'or depuis le catalyseur. L'attention est ensuite portée à la fabrication de jonctions, l'étude de ses caractéristiques électriques, ainsi que sur l'influence de paramètres morphologiques (rayon, position axiale) du fil sur sa résistivité apparente. Dans une seconde partie, nous étudions la réponse en photocourant d'un jeu de NFs actifs de différents diamètres et corrélons nos résultats à un traitement analytique de l'absorption des photons à l'échelle du nanoobjet dans le cadre de la théorie de Mie adaptée au cas cylindrique. L'accord expérience-théorie est très bon pour les deux polarisations (TE-TM). Des résonances dans le spectre d'absorption sont mises en évidence, correspondant à l'excitation de modes propres du fil, et associées à des sections efficaces d'absorption pouvant être supérieures à l'unité. Dans une dernière partie, nous adaptons la stratégie de dépôt antireflet utilisée dans les cellules solaires pour améliorer le couplage de la lumière incidente aux NFs. Pour cela, des dépôts de SiO2 et Si3N4 sont réalisés sur des NFs via la technique de PECVD, nous fournissant par là-même un jeu de structures pourvues d'un dépôt de diélectrique à haute conformité. Se basant sur les spectres d'absorption ainsi acquis, nous obtenons les gains relatifs d'absorption induits par le dépôt de diélectrique et les comparons aux calculs analytiques développés spécifiquement pour obtenir l'absorption dans le cœur seulement du cylindre coaxial, ceci nous permettant également d'estimer la partie du rayonnement incident absorbé dans la coquille diélectrique.

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Kouriba, Timothe. "Propriétés optiques de microstructures à base de nanofils métalliques." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845919.

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Abstract:

Nous avons utilisé une nouvelle méthode de photochimie laser pour la fabrication de microstructure 3D à base de nanofils métalliques. Les nanofils sont obtenus par photoréduction laser de sels métalliques dissous dans une matrice polymère. La réaction chimique est initiée par absorption à deux photons de photoréducteurs uniquement au point focal du laser. La géométrie des microstructures est obtenue en déplaçant le point focal du laser selon des trajectoires adaptées. Dans cette thèse nous avons étudié les propriétés optiques de structures à base de nanofils d'argent. Un nanofil qui occulte une onde plane crée un champ diffracté qui présente des trajectoires paraboliques de maximas et minimas d'intensité. Les calculs de Rayleigh-Sommerfeld montre que cette figure de diffraction typique correspond à l'inférence entre l'onde plane incidente et les ondes sphériques qui sont générées par diffraction sur les deux bords du nanofil. Lorsque les nanofils sont organisés en ensemble de nanofils parallèles distants de quelques microns, les champs diffractés donne des distributions d'intensité qui sont similaires à celles de microlentilles cylindriques. Dans ce cas l'interférence entre l'onde incidente et les ondes sphériques diffractées par les nanofils créée une distribution de phase quadratique qui est à l'origine de la focalisation. La fabrication de réseaux 2D de nanofils permet d'obtenir des réseaux de microlentilles très denses (10000x10000 DPI, dots per inch) qui ne sont pas réalisable avec des microlentilles réfractives. La possibilité de fabriquer des géométries 3D permet de manipuler les trajectoires des maxima et minima d'intensité pour obtenir de nouvelles fonctions diffractives à l'échelle microscopique. Par exemple, la fabrication de nanofils décalés dans l'espace nous a permis de développer un nouveau type de microdisposif optique qui permet la séparation spatiale des couleurs rouge, vert et bleu à l'échelle microscopique.

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Hsu, Chuan-Lun. "Réalisation, caractérisation et modélisation de nanofils pour application RF." Phd thesis, Université de Grenoble, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00951398.

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Abstract:

Les composants nano électroniques ont fait l'objet d'intérêt marqué, au sein de la communauté des concepteurs de circuits radiofréquence au cours de ces dernières années. Non seulement ils peuvent présenter des caractéristiques intéressantes, mais ils offrent la perspective d'améliorations de la miniaturisation des composants les plus avancés. Les nanotubes de carbone et les nanofils conducteurs sont attendus comme pouvant potentiellement constituer des blocs utilisables dans les futurs circuits aux très faibles dimensions. Les conducteurs métalliques sont utilisés depuis longtemps pour réaliser des composants passifs dans les circuits intégrés radio fréquence, cependant très peu de travaux ont été menés sur des conducteurs ayant des dimensions nanométriques et fonctionnant dans le domaine millimétrique. L'objectif de cette thèse est d'exploré les propriétés RF de conducteurs métalliques aux dimensions nanométriques et la possibilité de les intégrés dans des circuits utilisant des technologies CMOS. Dans cette thèse, des lignes de transmission et des antennes intégrées sur puce, utilisant des nanofils conducteurs, ont été conçues et réalisées en utilisant un processus de fabrication "top-down". Les caractéristiques en terme de transmission de signal ont été observées expérimentalement dans le domaine millimétrique par la mesure de paramètres S. Deux types de lignes ont été conçus : des lignes micro-ruban de faible épaisseur et des lignes coplanaires. Les caractéristiques en fonction de la fréquence du signal d'excitation ont été analysées. Différents paramètres comme la largeur, l'épaisseur, le nombre de nanofils et la distance entre les nanofils ont été étudiés. De plus, un modèle de propagation basée sur des ondes quasi-TEM a été proposé pour obtenir une compréhension fine du comportement physique des nanofils. Par ailleurs, une étude approfondies concernant les techniques d'épluchage (de-embedding) a été menée afin d'améliorer la précision des mesures. En parallèle, des antennes dipôle et IFA, utilisant des nanofils, ont été réalisées pour tester la transmission sans ligne de propagation. Différentes dimensions de conducteurs et différents types de substrats ont été utilisés pour étudier leurs propriétés et obtenir les meilleures performances.

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Auzelle, Thomas. "Nanofils de GaN/AlN : nucléation, polarité et hétérostructures quantiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY057/document.

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Abstract:

Usant de certaines conditions, la croissance épitaxiale de GaN sur un large panel de substrats donne lieu à une assemblée de nanofils. Cette géométrie filaire peut permettre la croissance d'hétérostructures libres de tous défauts cristallins étendus, ce qui les rendent attractives pour créer des dispositifs de hautes performances. En premier lieu, mon travail de thèse a visé à clarifier le mécanisme de nucléation auto-organisé des nanofils de GaN sur substrat de silicium. Dans ce but, une étude approfondie de la couche tampon d'AlN, déposée préalablement à la nucléation des nanofils, a été réalisée, mettant en évidence une inattendue forte réactivité de l'Al avec le substrat. La nécessité de la polarité azote pour la croissance des nanofils de GaN a été mise en lumière, bien que des nanofils contenant dans leur cœur un domaine de polarité Ga ont également été observés. Dans ces nanofils, une paroi d'inversion de domaine est présente et a été démontrée être optiquement active, exhibant une photoluminescence à 3.45 eV. Ensuite des hétérostuctures filaires GaN/AlN ont été synthétisée pour des caractérisations structurales et optiques. Il a été montré que le mode de croissance de l'hétérostructure peut être changé en fonction du diamètre du nanofil. En dernier lieu, en prenant avantage de la géométrie cylindrique des nanofils, des mesures de diffusion de porteurs de charge ont été réalisées dans des nanofils de GaN et d'AlN
Using specific conditions, GaN can be epitaxially grown on a large variety of substrates as a nanowire (NW) array. This geometry allows the subsequent growth of wire-like heterostructures likely free of extended defects, which makes them promising for increasing device controllability and performance. First, my PhD work has been devoted to the understanding of self-organized nucleation of GaN NWs on silicon substrates. For this purpose, a deep characterization of the growth mechanism of the AlN buffer deposited prior to NW nucleation has been done, emphasizing an unexpected large reactivity of Al with the substrate. The requirement of the N polarity to nucleate GaN NWs has been evidenced, although the possible existence of NWs hosting a Ga polar core has been observed as well. In these NWs, an inversion domain boundary is present and has been demonstrated to be optically active, having a photoluminescence signature at 3.45 eV. Next, GaN/AlN wire heterostructures have been grown for structural and optical characterization. It has been shown that by changing the wire diameter, different growth mode for the heterostructure could be reached.At last, thanks to the cylindrical geometry of NWs, the measurement of diffusion length for charge carriers in GaN and AlN NWs have been performed

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Jamet, Ségolène. "Etude des parois de domaines dans les nanofils magnétiques." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY068/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l'étude des parois de domaines dans des nanofils magnétiques. Nous avons étendu le diagramme de phase des parois de domainesdéjà connu pour des géométries allant des nanobandes aux nanofils. Les différents types de parois et des transitions de phases sont présentés.Nous avons introduit de nouveaux estimateurs s'appuyant sur des grandeurs physiques connues, pour mieux caractériser les configurations magnétiques des parois et prédire leur type en fonction de la géométrie.Pour valider notre approche théorique, nous nous sommes ensuite intéressés à les observer par microscopie.Nous avons choisi le Dichroisme Circulaire Magnétique des rayons X associé à la Microscopie par Emission de PhotoElectrons (XMCD-PEEM). Ce type de microscopie permet d'atteindre une résolution spatiale suffisante pour observer les parois de domaine. Les configurations expérimentales (échantillons et dispositif expérimental) permettent d'avoir accès à la fois à l'aimantation de surface maisaussi à l'ombre du fil projetée sur le substrat. Cette ombre contient l'information sur l'aimantation dans le volume, moyennée le long du chemin desrayons X dans le matériau. Cette configuration donne lieu à des contrastes magnétiques complexes. Nous avons donc développé un modèle permettant de simuler le contraste XMCD à partir de configurations micromagnétiques à l'équilibre. La comparaison entre les contrastes expérimentaux et les contrastes simulés donne lieu à un très bon accord quantitatif.De plus, les paramètres expérimentaux ont été étudiés afin d'obtenir le meilleur contraste réflétant au mieux la configuration micromagnétique de l'échantillon.La suite de ce travail consistera, notamment, à étudier la propagation de la paroi point de Bloch dans les nanofils
The work performed during my thesis was based on magnetic domain walls in magnetic nanowires. We extended the phase diagram of domain walls already known to a geometry ranging from nanostrips to nanowires. The various types of domain wall and transition phase types are presented. We introduced new estimators based on physical known features, in order to better characterize domain walls magnetic configurations of domain walls and then to predict the type of domain wall according to the geometry.To validate our theoretical approach, we were interested in imaging these domain walls. We chose the X-ray Magnetic Circular Dichroism along with the PhotoEmission Electron Microscopy (XMCD PEEM). This microscopy method enables to reach spatial resolution required to observed domain wall configuration. The experimental conditions (sample and set up) enable to have access both the surface magnetization and also the shadow of the wire projected on to the substrate. This enable caries information about volume magnetization, averaged along the path of the X-ray through the wire. This experimental configuration gives rise to complex contrasts. Thus, we developped a model that enables to simulate the XMCD contrast from steady state micromagnetic configurations. Comparison between experimental and simulated contrasts gives rise to a good quantitative agreement. Moreover, experimental parameters were studied in order to get the best magnetic contrast, reflecting the true magnetic configuration of the sample.For the future, the work consists in the study of the domain wall propagation in nanowires, particularly the propagation of the Bloch point wall

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Mayousse, Céline. "Élaboration d’électrodes transparentes souples à base de nanofils métalliques." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENI085/document.

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Abstract:

Les matériaux conducteurs transparents font partie intégrante de très nombreux dispositifs optoélectroniques (de type cellule solaire, OLED, capteur tactile, etc.). Pour des raisons techniques et économiques (évolution des marchés vers les applications flexibles),d’importantes recherches sont mises en œuvre pour remplacer les couches minces d’oxydes métalliques (principalement en ITO) actuellement utilisées. En effet, de par sa faible résistance mécanique à la flexion et son coût d’élaboration élevé, l’ITO ne répond pas aux besoins de ces marchés émergents. L’utilisation de nanomatériaux en solution, et en particulier de nanofils métalliques, apparaît comme une alternative très prometteuse qui offre la possibilité d’utiliser des méthodes d’impression bas coût et grande surface. Ces travaux de thèse présentent les procédés de synthèse et purification de nanofils d’argent et de cuivre à forme facteur de forme. L’impression par spray de réseaux 2D percolants permet la réalisation d’électrodes flexibles démontrant d’excellentes propriétés optoélectroniques.Les nanofils d’Ag semblent toutefois être de meilleurs candidats que les nanofils de Cu (synthèse multi-grammes, impression grande surface, meilleure stabilité à l’air, etc.). Ainsi,après avoir identifié les principaux verrous technologiques ayant trait à l’utilisation des AgNF (rugosité, adhésion, travail de sortie, stabilités environnementales/électriques), différentes solutions ont été proposées dans le but d’améliorer les performances et de rendre les nanofils d’argent compatibles avec l’intégration en dispositif. Le potentiel des nanofils d’argent en tant que remplaçants de l’ITO a été confirmé grâce à l’intégration d’électrodes dans divers dispositifs fonctionnels (cellule solaire organique, capteur capacitif ou encore film chauffant)
Transparent conductive thin films are widely used in technologies like solar cells, light-emitting diodes, and display technologies. The fabrication of transparent conductive films is currently realized with thin films of transparent conductive oxides (TCOs), and in particular indium tin oxide (ITO). The as-made ITO transparent conductors suffer from limitations like costly fabrication process and brittleness. The use of solution-processable nanomaterials, and especially metallic nanowires, appears as a promising alternative since it affords a large area, low-cost deposition method with high performances.This thesis report that by optimizing synthesis methods and printing methods, flexible electrodes demonstrating excellent opto-electronic properties were performed, either with the use of a percolating network of silver nanowires or copper nanowires. The silver nanowires, however, seem to be better candidates than the copper nanowires (synthesized substantial amount, printing large area, better stability in air, etc.). Thus, having identified the main technological barriers related to the use of Ag NW (roughness, adhesion, work function, electrical/environmental stabilities), different solutions have been proposed in order to make the silver nanowires compatible with as many devices for integration.The potential of silver nanowires as replacements for ITO was confirmed through the integration of electrodes in various functional devices (organic solar cell, capacitive touch sensor or the film heater)

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Kouriba, Timothé. "Propriétés optiques de microstructures à base de nanofils métalliques." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENY084/document.

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Abstract:

Nous avons utilisé une nouvelle méthode de photochimie laser pour la fabrication de microstructure 3D à base de nanofils métalliques. Les nanofils sont obtenus par photoréduction laser de sels métalliques dissous dans une matrice polymère. La réaction chimique est initiée par absorption à deux photons de photoréducteurs uniquement au point focal du laser. La géométrie des microstructures est obtenue en déplaçant le point focal du laser selon des trajectoires adaptées. Dans cette thèse nous avons étudié les propriétés optiques de structures à base de nanofils d'argent. Un nanofil qui occulte une onde plane crée un champ diffracté qui présente des trajectoires paraboliques de maximas et minimas d'intensité. Les calculs de Rayleigh-Sommerfeld montre que cette figure de diffraction typique correspond à l'inférence entre l'onde plane incidente et les ondes sphériques qui sont générées par diffraction sur les deux bords du nanofil. Lorsque les nanofils sont organisés en ensemble de nanofils parallèles distants de quelques microns, les champs diffractés donne des distributions d'intensité qui sont similaires à celles de microlentilles cylindriques. Dans ce cas l'interférence entre l'onde incidente et les ondes sphériques diffractées par les nanofils créée une distribution de phase quadratique qui est à l'origine de la focalisation. La fabrication de réseaux 2D de nanofils permet d'obtenir des réseaux de microlentilles très denses (10000x10000 DPI, dots per inch) qui ne sont pas réalisable avec des microlentilles réfractives. La possibilité de fabriquer des géométries 3D permet de manipuler les trajectoires des maxima et minima d'intensité pour obtenir de nouvelles fonctions diffractives à l'échelle microscopique. Par exemple, la fabrication de nanofils décalés dans l'espace nous a permis de développer un nouveau type de microdisposif optique qui permet la séparation spatiale des couleurs rouge, vert et bleu à l'échelle microscopique
We used a novel method of laser photochemistry to fabricate 3D microstructures based on metallic nanowires. Nanowires are obtained by laser photoreduction of metallic salt dissolved in a polymer matrix. The chemical reaction is initiated by the two-photon absorption of a photoreductor only at laser focal point. The geometry of microstructures is obtained by moving laser focal point according to suitable trajectories. In this thesis, we have studied the optical properties of of structures based on silver nanowires. A nanowire that stops a plane wave creates a diffracted field which shows parabolic trajectories of maxima and minima intensities. Calculations based on Rayleigh-Sommerfeld diffraction show that this typical figure corresponds to interferences between the incident plane wave and spherical waves generated at the two nanowire edges. When nanowires are arranged into set of parallel nanowires, spaced by a few microns, their diffracted fields generate intensity distributions similar to those of cylindrical refractive microlenses. In that case interference between the incident wave and the diffracted wave leads to a quadrative phase which is the at origin of focalisation. Manufacturing 2D arrays of nanowires allow to achieve very dense arrays of microlenses (10000x10000 DPI, dots per inch), which are impossible to make with refractive microlenses. The possibility to make 3D geometry permit to manipulate maxima and minima intensity trajectories for new diffractive functions at the microscopic scale. For instance manufacturing nanowires shifted in space leads to a new type of optical microdevice that allows the spatial separation of colors red, green and blue at microscopic scale

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Roy, Emmanuel. "Élaboration électrochimique et caractérisations de nanofils d'antimoine et d'or." Marne-la-Vallée, 2002. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00351667.

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Abstract:

L'étude et la réalisation de nanomatériaux font à l'heure actuelle l'objet d'une attention scientifique très soutenue. Atteindre la taille nanométrique ouvre en effet de nouvelles perspectives tant fondamentales que technologiques. L’objectif de cette thèse est de corréler les conditions d’élaboration et les propriétés structurales et électriques de matériaux à travers l’étude des nanofils d’antimoine (Sb) et d’or (Au). Par électrochimie, méthode peu onéreuse, nous avons élaboré des nanofils dans les pores de membranes. La détermination des conditions de synthèse nous a permis l'obtention de nanofils de qualité. L’analyse des processus d’électrodéposition nous a également conduit à la compréhension de certains mécanismes de la synthèse spécifique de nanomatériaux. Nous avons montré que pour des synthèses inscrites dans les cavités nanométriques d’une membrane d’épaisseur micrométrique l’extension de la couche de diffusion pouvait être réduite à l’épaisseur de la membrane. La seconde partie de ce mémoire concerne la caractérisation structurale et la détermination de la composition chimique des nanofils électrodéposés. Compte tenu de la taille nanométrique de nos objets, ce genre d’investigations requièrent des techniques de caractérisation bien spécifiques, notamment de haute résolution. Les études menées par la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie d’énergie dispersive des rayons-X (EDXS), ainsi que par la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS), ont révélé entre-autres le caractère monocristallin de nos nanofils d'antimoine et d'or. Enfin, nous avons également exploité les propriétés électriques des nanofils d’or, en vue de nouveaux dispositifs pour écrans plats. Pour optimiser les conditions de mesure d’émission de champs, une méthode originale de fabriquer des réseaux de nanofils fixés verticalement sur un substrat a été mise au point. Les résultats préliminaires révèlent déjà un champ seuil d’émission (Ethr) égal à 3,2 V/µm, valeur prometteuse et comparable à celles obtenues à partir de nanotubes de carbone
One-dimensional nanostructures attract a great deal of research interest because they allow both fundamental studies and potential applications. The aim of this work is to investigate the electrodeposited nanowires such as antimony (Sb) and gold (Au). By correlation of the synthesis conditions, growth morphology and crystal quality, we have successfully elaborated single crystalline nanowires using template method, i. E. Both Sb and Au nanowires were deposited in the pores of a polycarbonate membrane with a diameter variation from 400 to 20 nm. Analysis of the electrochemical behaviors during deposition processing results in a preliminary comprehension of the electrodeposition mechanism for template nanowire preparation, which is related to a special diffusion layer thickness in the case of nano-deposition. Characterization of nano-scaled structures requires specific techniques, particularly in high resolution. Therefore, SEM-FEG, HRTEM, EXDS-TEM, EELS-STEM-FEG as well as AFM have been used in this work for both the growth morphology investigation and the chemical composition determination of the electrodeposited Sb and Au nanowires. Finally, field emission properties of the free-standing Au nanowires have been measured in order to fabricated field emission displays (FEDs). A threshold field (Ethr) equal to 3,2 V/µm (for an emission current density of 10 mA/cm2) was deduced. This value is comparable to that obtained with carbon nanotubes

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Mallet, Jérémy. "Electrodéposition et propriétés magnétiques de nanofils d'alliage CoxPt1-x." Reims, 2004. http://theses.univ-reims.fr/exl-doc/GED00000023.pdf.

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Abstract:

Afin d'augmenter la densité de stockage d'information des media magnétiques de stockage, un nouveau procédé d'enregistrement perpendiculaire est à l'étude. Dans ce but, des matériaux possédant une forte anisotropie perpendiculaire sont requis. L'alliage CoxPt1-x, par sa forte anisotropie magnétocristalline associée à sa structure ordonnée (L10), est un excellent candidat. Les nanofils de CoxPt1-x étudiés ont été électrodéposés dans les nanopores de différentes membranes : polycarbonate et alumine (supportée par des monocristaux de Si dopé). Leurs propriétés structurales et magnétiques ont été investies dans leur état de dépôt ainsi qu'après recuit. La structure cristalline et la composition de l'alliage ont été caractérisées par diffraction de rayons X, TEM et EDX. Les propriétés magnétiques ont été mesurées par magnétométrie à échantillon vibrant et SQUID. Les nanofils élaborés cristallisent dans une structure métastable cfc et révèlent une nature ferromagnétique relativement dure. Leurs caractéristiques magnétiques, comme l'aimantation à saturation, le champ coercitif ou le procédé de retournement d'aimantation ont été étudiées. Les nanofils recuits présentent des structures cristallines différentes (L10 ou L12) suivant la composition de l'alliage ou le traitement thermique. L'influence de plusieurs facteurs sur leurs propriétés magnétiques, comme la nature du substrat, les conditions de recuit ainsi que la température de mesure, a été étudiée. Des résultats très prometteurs ont été obtenus avec un réseau de nanofils de 80 nm de diamètre enchevêtrés dans une membrane d'alumine, où un champ coercitif dépassant les 10 kOe a été mesuré à température ambiante
The constant drive in the fabrication of magnetic recording media to increase the aerial density has implied to use another storage process such as perpendicular recording. To this end, new materials with strong perpendicular anisotropy, high coercive field and nanoscaled grain size are required. CoxPt1-x alloy is an excellent candidate due to the large magnetocrystalline anisotropy associated with its ordered face centred tetragonal phase (L10). CoxPt1-x nanowires have been electrodeposited into the nanopores of two different substrates: polycarbonate membranes or alumina membranes supported on doped Si wafers. The properties of the nanowires have been studied in both their as-deposited and annealed states. The crystalline structure and alloying composition have been systematically analyzed by X-Ray diffraction, TEM and EDX. The magnetic properties have been measured by VSM and SQUID magnetometers. The as-deposited nanowires have a metastable fcc structure and exhibit a quite hard ferromagnetic behavior. Magnetic characteristics, such as saturated magnetization, coercive field or magnetic reversal process, have been determined. The annealed nanowires can show different crystalline structures (fcc, L10 or L12) depending on both the alloy composition and the heat treatment processing. Influence of several factors on the magnetic properties of the nanowires, such as substrate nature, annealing conditions and measurement temperature, has been investigated. Very promising results were obtained with nanowires of 80 nm in diameter embedded in the alumina membrane, which exhibit a coercive field higher than 10 kOe at room temperature

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Ghaddar, Abbas. "Dynamique de renversement de l’aimantation dans les nanofils ferromagnétiques." Brest, 2010. http://www.theses.fr/2010BRES2016.

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Abstract:

Les nanotechnologies recouvrent un grand nombre de domaines technologiques ayant pour dénominateur commun la taille nanométriqne des structures (un nanomètre = un millième de micron). Les progrès accomplis dans la maîtrise de la matière à l’échelle du nanomètre ouvrent des perspectives nouvelles, sources d’enjeux scientifiques, techniques et économiques majeurs dans des champs d’activité variés et au croisement de plusieurs disciplines. L’étude et l’utilisation de matériaux nanostructurés de basse dimension (films 2D, fils 1D et grains 0D) connaissent actuellement un essor considérable en raison de leurs propriétés particulières par rapport aux matériaux massifs (3D). L’objectif de la thèse est de corréler les conditions d’élaboration et les propriétés structurales et magnétiques de matériaux à travers l’étude des nanofils de Nickel et de Cobalt, La première partie du travail concerne l’élaboration des nanofils par un procédé de l’électrodéposition dans les pores de membranes de polycarbonate. L’analyse des processus d’électrodéposition a conduit à la compréhension de certains mécanismes de la synthèse spécifique des nano-matériaux. La caractérisation structurale et la détermination de la composition chimique des nanofils électrodéposés sont y également présentées. La seconde partie de thèse concerne les propriétés magnétiques des nanofils. Les caractérisations magnétiques sont faites à l’aide d’une magnétométrie VSM et d’un dispositif de la résonance ferromagnétique FMR. L’étude quasi-statique de renversement de l’aimantation effectuée au cours des travaux de thèse a montré la présence de plusieurs modes de retournement de l’aimantation dans les nanofils en dépendance avec la géométrie des fils. L’étude de la dynamique de renversement de l’aimantation a confirmé les résultats relatifs à ce phénomène en statique et a mis en évidence la possibilité de contrôler le champ effectif d’anisotropie magnétique dans les réseaux des nanofils. Les études FMR (9 GHz, basse température) ont montré la présence des nouveaux effets qui influencent l’anisotropie magnétique de l’échantillon. Les résultats obtenus sont interprétés et simulés numériquement à l’aide de différents modèles théoriques (renversement uniforme de Stoner-Wohlfarth, renversement non-uniforme ou “curling”, modèle de “Preisach” et modèle de Landau-Lifshitz-Gilbert). On constate un bon accord entre théorie et expérience
Nanotechnology encompasses large number of scientific and technical areas with a common length of interest, the nanometer (a thousandth of a micron). Progress in the control of matter al the nanometer scale opens new opportunities, scientific challenge, technical and economic challenges in various economy sectors and at the crossing point of several fields. The study and use of reduced dimension (2D films, 1D wires and 0D grains) nanostructured materials generates substantial progress due to their unique properties compared to bulk materials (3D). The objective of this thesis is to correlate conditions of preparation, to structural and magnetic properties of materials through the study of nanowires made of nickel and cobalt. The first part of this work involves production of nanowires in polycarbonate membrane pores. Determination of growth conditions allowed us to obtain high quality nanowires. Analysis of the electroplating process led to the understanding of growth mechanisms pertaining to nanomaterials. Structural characterization and determination of the chemical composition of electrodeposited nanowires are also presented. In the second part, we study the magnetic properties of the nanowires. Magnetic characterisation is based on VSM magnetometry and FMR. The quasi-static study of magnetization reversal reveals the presence of several modes of magnetization reversal depending on the nanowire geometry. Dynamic (frequency) studies confirm our static (zero frequency) results and allow us to control the effective anisotropy field strength in nanowire arrays. FMR measurements at low temperature unveiled the presence f novel terms in addition b tire magnetic anisotropy of the sample. Our studies are interpreted using several theoretical models such as Stoner-Wohlfarth, “Curling”, “Preisach” and “Landau-Lifshitz-Cilbert”. Good agreement is obtained between theory and experiment in our work

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Vaurette, François. "Fabrication top-down, caractérisation et applications de nanofils silicium." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10009/document.

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Abstract:

Cette thèse porte sur l'étude de nanofils silicium réalisés par approche top-down. Elle s'inscrit dans le contexte de la miniaturisation des composants et la compréhension du transport dans les systèmes 1D. Deux voies de fabrication sont envisagées: la lithographie par AFM (Microscope à Force Atomique) et la lithographie électronique. Cette dernière étant plus reproductible, les dispositifs finaux sont fabriqués par cette technique, à partir d'un substrat SOI et plusieurs étapes de gravure et métallisation. L'étude des nanofils par mesures l(V) nous permet de mettre en évidence une zone déplétée à l'interface Si/SiO2 natif. Grâce à l'utilisation de nanofils de largeurs et de longueurs différentes, nous sommes capables de déterminer la largeur de la zone déplétée, la densité d'états d'interface ainsi que le niveau de dopage des nanofils. L'évolution de la résistance des nanofils avec la température est également étudiée et montre une dépendance associée à la diffusion des phonons de surface. Trois applications sont ensuite décrites : un décodeur, un commutateur de courant et un capteur biologique. En effet, la gravure locale des nanofils conduit à une modulation de la bande de conduction, rendant possible la réalisation d'un décodeur. D'autre part, la fabrication de croix à base de nanofils et de grilles latérales à proximité des croix qui contrôlent le passage du courant dans les différentes branches permet de former un commutateur de courant. Enfin, grâce au rapport important de la surface par rapport au volume des nanofils et leur bonne fonctionnalisation chimiques, ceux-ci sont utilisés pour détecter électriquement des interactions biologiques (détection de l'ovalbumine)
This work focuses on the study of silicon nanowires made by a top-down approach. The context of the study is the miniaturisation of the components and the understanding of the transport in 1D systems. Two fabrication approaches are studied : AFM lithography (Atomic Force Microscope) and e-beam lithography. The latter being more reproducible, the final devices are fabricated by this technique using a SOI substrate and multiple steps of etching and metallization.Transport characterization of the Si nanowires allows us to highlight a depleted area at the interface Si/native SiO2. Using nanowires with different widths and lengths, we can determine the depletion width, the surface state density as well as the doping level of the nanowires. The evolution of the nanowires resistance with temperature is also investigated, showing a dependence associated with surface phonons scattering. In the last chapter, three applications are described : a decoder, a current switch and a biosensor. The use of a local etching allows the modulation of the conduction band of the nanowires, opening the way to build a decoder using two local gates. Crossbar structures, where lateral gates which can derive the current in the di_erent branches, lead to the fabrication of a current switch. Finally, thanks to the large surface to volume ratio in these structures, the nanowires are used to detect electrically the interactions between molecules (ovalbumine detection)

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Zehani, Emir. "Etude du dopage dans les nanofils d'oxyde de zinc." Thesis, Versailles-St Quentin en Yvelines, 2015. http://www.theses.fr/2015VERS022V/document.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif d’étudier le dopage p des nanofils de ZnO par deux procédés différents : in-situ (durant la croissance) et ex-situ par diffusion des impuretés dans les nanofils à partir d’une phase gazeuse. Les nanofils de ZnO étudiés ont été élaborés par MOCVD et caractérisés par différentes techniques : MEB, MET, EDX, XPS, nano-Auger, DRX, SIMS, Sonde atomique tomographique, Raman, PL et I(V). Les tentatives de dopage ex-situ n’ont pas permis aux dopants (arsenic, phosphore et antimoine) de diffuser et de s’incorporer dans la matrice de ZnO. Ces derniers sont restés en surface. Néanmoins, ce procédé a mis en évidence l’importance du traitement de surface des nanofils, avec un recuit sous zinc, afin de réduire d'une part les défauts associés à la surface très réactive de ZnO, et d'autre part de diminuer la densité d’impuretés résiduelle de type n, condition préliminaire à l’incorporation de dopants de type p électriquement actifs. Concernant le dopage in-situ des nanofils de ZnO, le dopant (azote) s’incorpore plus facilement dans la matrice ZnO atteignant une concentration de l’ordre de 1020 at.cm-3. Les analyses de μ-Raman et de μ-PL montrent que l’azote est reparti de façon inhomogène le long des fils. Si les mesures optiques confirment la présence d'accepteurs dans le matériau après dopage, les mesures électriques révèlent toutefois que la conduction des fils dopés azote restent de type n
The work presented in this thesis aims to study the p-doping of ZnO nanowires by two different methods: in-situ (during growth) and ex-situ by diffusion of impurities in the nanowires from a gas phase. ZnO nanowires were prepared by MOCVD and characterized by different techniques: SEM, TEM, EDX, XPS, nano-Auger, XRD, SIMS, atom probe tomography, Raman, PL and I (V). The ex-situ doping attempts have not allowed the dopants (arsenic, phosphorus and antimony) to be diffused and incorporated into the ZnO matrix. They still remained on the surface. However, this process has highlighted the importance of nanowire surface annealing treatment with zinc, in order to reduce i) the density of surface related defects, and ii) the density of residual impurities n-type. This is a precondition for the incorporation of electrically active p-type dopants. For in-situ doping of ZnO nanowires, the dopant (nitrogen) is incorporated more easily into the ZnO matrix, reaching a concentration of about 1020 at.cm-3. Analyses of μ-Raman and μ-PL show that nitrogen atoms are inhomogeneously incorporated along the nanowires. If optical measurements confirm the presence of acceptors in the material after doping, the electrical measurements show, however, that nitrogen doped nanowires remain n-type

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Israel, Mahmoud. "Croissance et caracterisation de nanofils de Si et Ge." Thesis, Rennes 1, 2015. http://www.theses.fr/2015REN1S062/document.

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Abstract:

Nous nous sommes intéressés à la croissance et la caractérisation de nanofils de silicium (Si) et de germanium (Ge). Les nanofils ont été synthétisés par le mécanisme VLS (Vapeur Liquide Solide) dans un réacteur LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition), en utilisant l'or (Au) comme catalyseur et le silane (SiH4) ou le germane (GeH4) comme gaz précurseur. Pour que ce procédé de croissance conduise à l'obtention de nanofils, le catalyseur Au doit être nano-structuré sous la forme de nanoparticules de diamètre si possible contrôlé. Ceci est fait dans cette étude par « démouillage » d'une couche continue déposée initialement par effet Joule sur le substrat choisi. L'épaisseur de cette couche continue initiale est un paramètre essentiel dans l'étude. Une partie préliminaire de ce travail a concerné l'étude de la façon dont se démouillage s'effectue, en fonction des divers paramètres. Nous avons ensuite effectué une étude exhaustive du rôle de tous les paramètres (nature du substrat, température, pression, épaisseur de la couche continue d'or, temps de croissance, durée et température de démouillage) qui contrôlent le procédé de croissance LPCVD sur les caractéristiques des nanofils de Ge notamment. Nous avons fait varier ces paramètres dans de larges fenêtres de valeurs afin de maîtriser et contrôler leur croissance. La caractérisation structurale des nanofils par microscopie électronique en transmission montre leur structure monocristalline avec une direction de croissance <111> pour les nanofils de Si et <110> pour les nanofils de Ge. Enfin, dans le cas des nanofils de Ge coniques isolés et déposés sur différents substrat, l'analyse micro-Raman nous a permis de mettre en évidence un phénomène de résonance optique à l'intérieur du nanofils et qui dépend fortement du diamètre local du nanofil. L'intensité Raman augmente avec la diminution du volume excité. Ces effets sont expliqués par les modes optiques apparaissant selon le diamètre local du nanofil, la longueur d'onde d'excitation et la nature du substrat utilisé. En plus, Le profil de la fréquence obtenu a montré qu'aucune anomalie particulière n'est observée. Ces profils obtenus en fonction du substrat et de la longueur d'onde utilisés sur différents nanofils montrent une faible variation de la fréquence. Le profil de la largeur à mi-hauteur est constant. Ces résultats montrent l'absence des effets de confinement de modes de phonons dans les nanofils individuels caractérisés
This work deals with the growth and characterization of silicon (Si) and germanium (Ge) nanowires. The nanowires were synthesized by the growth mechanism VLS (Vapor Liquid Solid) in a LPCVD reactor (Low Pressure Chemical Vapor Deposition) using gold (Au) as the catalyst and silane (SiH4) and germane (GeH4) as precursor gas. In order to grow nanowires, the Au catalyst must be nano-structured in the form of nano-particles with controlled diameter if possible. This is done in this study by “dewetting” of a continuous layer evaporated on the chosen substrate. The thickness of this initial continuous layer is an essential parameter in the study. A preliminary part of this work deals with the problem of how the “dewetting” occurs, depending on various parameters (type of substrate, temperature, pressure, thickness of the continuous gold layer, growth duration and “dewetting” temperature) that control the LPCVD growth process. We varied these process parameters over wide ranges to determine how the influence the properties of Ge nanowires grown. The structural characterization of nanowires by transmission electron microscopy shows their single crystal structure with growth direction along <111> in the case of Si nanowires and along <110> for Ge nanowires. Finally, in the case of conical Ge nanowires isolated and deposited on different substrates, the micro-Raman analysis allowed us identifies an optical resonance phenomenon inside the nanowires which strongly depends on their local diameter. The Raman intensity increases with the decrease of volume excited. These effects are explained by the optical modes appearing according to the local diameter of the nanowire, the excitation wavelength and the nature of the substrate used. In addition, the Raman lines recorded along the same profiles did not show any spectral shift, reinforcing the idea that the behavior of their intensity has to be related to resonances associated with the development of local optical modes. These effects were observed to be dependent upon the type of substrate on which the isolated nanowires were transferred (dielectric versus metallic substrates). No effect of the confinement of phonon mode in our nanowires was observed

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Bavencove, Anne-Laure. "Réalisation de diodes électroluminescentes à base de nanofils GaN." Thesis, Grenoble, 2012. http://www.theses.fr/2012GRENY037/document.

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Abstract:

Ces travaux de thèse portent sur l'évaluation des propriétés de nanofils InGaN/GaN en vue de la réalisation de diodes électroluminescentes (LEDs). Deux types d'architecture, obtenus par des techniques de croissance différentes, ont été étudiés. La technique MBE a conduit à la réalisation de LEDs en structure axiale émettant du domaine spectral bleu au rouge. Les émetteurs uniques présentent dans ce cas des diamètres typiquement inférieurs à 100 nm. La technique MOCVD a conduit quant à elle la fabrication de LEDs émettant des longueurs d'onde plus courtes à partir d'hétérostructures InGaN/GaN en Coeur/Coquille présentant des dimensions micrométriques. Dans les deux cas, la croissance est réalisée de manière spontanée sur un substrat Silicium (111) de conductivité élevée permettant l'injection verticale du courant dans les dispositifs intégrés à l'échelle macroscopique. L'ensemble des briques technologiques nécessaires à la fabrication de LEDs a été évalué par un panel important de techniques expérimentales adaptées aux structures à fort rapport de forme. Ainsi, l'effet de l'incorporation d'espèces dopantes de type n (Silicium) et de type p (Magnésium) a été caractérisé par des expériences de spectroscopie optique couplées à des mesures électriques sur fils uniques. De plus, la cathodoluminescence basse température a été largement utilisée afin d'étudier les propriétés optiques de la zone active à base d'InGaN dans les deux architectures considérées. Après intégration technologique, des caractérisations électro-optiques résolues à l'échelle du fil unique ont montré que les performances des LEDs à nanofils restent principalement limitées par la fluctuation des propriétés électriques et optiques entre émetteurs uniques
This thesis aims at studying the intrinsic properties of InGaN/GaN nanowires (NWs) in order to fabricate efficient light emitting diodes (LEDs). Two active region designs, obtained through different growth techniques, have been extensively investigated. Axial NW-based LEDs emitting from the blue to the red spectral range have been grown by MBE. In this case, single emitters present diameters typically smaller than 100 nm. MOCVD allowed the fabrication of LEDs emitting shorter wavelengths from Core/Shell heterostructures with typical dimensions in the micrometre range. In both cases, the spontaneous growth has been conducted on Silicon (111) highly conductive substrates in order to inject the current vertically into macroscopically contacted devices. Technological building blocks needed to fabricate LEDs have been investigated using a wide range of characterization techniques adapted for high aspect ratio structures. Thus, n-type (Silicon) and p-type (Magnesium) dopings have been assessed thanks to optical spectroscopy techniques, and these results have been confirmed by electrical measurements carried out on single wires. Furthermore, low temperature cathodoluminescence has been widely used to study the optical properties of InGaN-based active regions. After technological integration, electro-optical characterizations with spatial resolution down to the single wire level have revealed that device performances are mainly limited by the fluctuation of electrical and optical properties between single emitters

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Godet, Adrien. "Spectroscopie Brillouin des micro et nanofils optiques de silice." Thesis, Bourgogne Franche-Comté, 2018. http://www.theses.fr/2018UBFCD067/document.

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Abstract:

Cette thèse de doctorat porte sur la conception et la fabrication de microfils optiques de silice par la technique de fusion et d'étirage de fibres optiques standards, ainsi qu'une étude détaillée de leurs propriétés élastiques par spectroscopie Brillouin. Nous apportons une description complète, théorique et expérimentale, des spectres Brillouin rétro-diffusés par les microfils, révélant ainsi l'existence de plusieurs familles d'ondes élastiques, telles que les ondes hybrides et surfacique, ainsi que de nombreux anti-croisements. En exploitant l'ensemble de ces propriétés élastiques, nous démontrons ensuite une technique de mesure optique, simple et non-destructive, du diamètre des microfils et de leur uniformité, avec une très grande précision et une sensibilité de quelques nanomètres, comparable aux techniques conventionnelles comme la microscopie par balayage électronique. Nous réalisons en supplément une cartographie des ondes élastiques le long des microfils optiques par la technique de corrélation Brillouin de phase. Une autre étude majeure de cette thèse a porté sur la dépendance du spectre Brillouin en fonction d'une déformation axiale des microfils optiques qui présentent une très grande élasticité et des coefficients de contraintes élevés. Pour la première fois à notre connaissance, nous avons observé l’effet des non-linéaritiés des constantes élastiques de la silice dans un microfil optique fortement déformé sur les coefficients de contraintes. L'ensemble de ces travaux représente une étude fondamentale du processus de diffusion Brillouin dans les microfils optiques et permet également d'ouvrir la voie aux développements de dispositifs photoniques compacts dans le domaine des capteurs et des télécommunications
This thesis reports the design and fabrication of subwavelength-diameter silica optical fibers, also known as optical micro and nanowires. These hair-like slivers of glass, manufactured by tapering optical fibers down to a size hundred times smaller than a strand of human hair, have a number of optical and mechanical properties that make them very attractive for both fundamental physics and technological applications. In addition to providing strong light confinement and enhanced nonlinear optical effects, they exhibit a large evanescent field, enabling applications not currently possible with comparatively bulky optical fibers.We here explore their elastic properties through Brillouin spectroscopy. We specifically provide a complete description, both theoretically and experimentally, of the backward Brillouin spectra including the observation of both bulk hybrid and surface acoustic waves with many anti-crossings. A very good agreement is found between numerical simulations of the elastodynamics equation and the experimental Brillouin spectra for a wide range of wire diameters. From this study, we demonstrate a simple and non-destructive in-situ technique for measuring the diameter of these ultra-thin fibers and their uniformity with a high sensitivity of only a few nanometers. A distributed measurement of both the surface and hybrid acoustic waves along an optical microwire was then performed using Brillouin optical correlation technique. We further investigate the tensile strain dependence of Brillouin scattering in optical microwires and report, for the first time to our knowledge, evidence of a strong elasticity and non-linearity of the elastic constants of silica. This thesis therefore demonstrates that optical microwires can find various potential applications for strain optical sensing

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Fan, Zheng. "Study of in-plane silicon nanowires obtained via a solid-liquid-solid growth process and their self-organization for electronic applications." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2015. http://www.theses.fr/2015EPXX0117.

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Bourgeois, Emmanuel. "Couplage électron-phonon dans les semi-conducteurs dopés et ses applications à la supraconductivité." Lyon 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LYO10105.

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Abstract:

L'étude du carbone et du silicium s'est considérablement développée ces dernières années avec la mise au point de techniques de synthèse originales permettant d'obtenir des taux de dopages spectaculaires de la structure conventionnelle diamant, ou de fabriquer des objets nouveaux aux propriétés prometteuses comme les nanofils de silicium. Dans cette thèse, on a étudié, en utilisant des simulations ab initio, les propriétés supraconductrices du diamant et du silicium et le couplage électron-phonon dans les nanofils. On a ainsi pu proposer une interprétation à plusieurs résultats expérimentaux complexes obtenus sur le diamant fortement dopé au bore, et caractérisé de manière théorique la découverte de la supraconductivité du silicium. On a également, en simulant des systèmes modèles, proposé l'utilisation d'un dopant qui pourrait permettre d'augmenter significativement la température de transition supraconductrice dans le silicium : l'aluminium. Enfin, on a montré l'influence du diamètre des nanofils de silicium sur leurs propriétés électroniques et vibrationnelles, et son impact sur les propriétés de transport
Carbon and silicon arouse much interest since new synthesis methods have been settled that allow to heavily dope diamond and silicon, and to develop promising objects such as silicon nanowires. Using ab initio calculations, we studied superconducting properties of diamond and silicon and transport properties in nanowires. Thus, we were able to interprete several experimental results relating either to heavily boron-doped diamond or to superconductivity in silicon. Simulating model systems, we also suggested to use aluminium as a relevant dopant in order to enhance superconducting transition temperature in silicon. At last, we showed a great impact of nanowires diameter on their electronic and vibrational properties and questioned the consequences on electron-phonon coupling properties. Keywords: diamond, silicon, doping, superconductivity, nanowire, phonon, electron-phonon -coupling, electronic transport, DFT

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Bechelany, Mikhael. "Nouveau procédé de croissance de nanofils à base de SiC et de nanotubes de BN : étude des propriétés physiques d’un nanofil individuel à base de SiC." Lyon 1, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/13/94/30/PDF/These_Bechelany.pdf.

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Abstract:

Les nanofils (NFs) à base de SiC et les nanotubes (NTs) de BN ont fait l’objet de ce travail de thèse. Un nouveau procédé de synthèse de NFs SiC a été mis au point. Il est basé sur la pyrolyse à 1400°C de précurseurs de silicium et de carbone à la surface d’un support de condensation en graphite. Les avantages de ce procédé sont le faible coût des NFs SiC produits, l’absence d’étape de purification post-synthèse et la possibilité de générer in situ un revêtement à la surface des nanofils de nature chimique (silice ou carbone) et d’épaisseur modulable. Des modifications chimiques et structurales de ces NFs ont permis de synthétiser des nanostructures 1D multifonctionnelles, notamment à base de BN et ZnO. Ce procédé a été étendu avec succès à la fabrication de NTs BN. Ces derniers ont également été préparés par voie template à partir du borazine, H3B3N3H3, un précurseur moléculaire de BN. Une avancée vers les applications a été réalisée avec la localisation de la croissance des NFs SiC sur substrat Si ou SiC et l’incorporation des NFs en matrice inorganique. Les propriétés physiques d’un NF SiC individuel ont été étudiées par Spectroscopie Raman et par émission de champ
This study is focused on SiC nanowires (NWs) and BN Nanotubes (NTs). A new process, based on the high-temperature (1400°C) reaction of carbon precursors with silicon precursors on the surface a graphite plate, was found to yield mass-production of SiC NWs. The main advantages of this process are the low-cost of the ensuing NWs, no requirement of any purification step, and the possibility to generate in situ a coating on the NWs surface with tunable chemical composition (silica or carbon) and tunable thickness. Chemical and Structural modifications of these SiC NWs have been performed and yielded multifunctional 1D nanostructures, incorporating for instance BN and ZnO. The process was successfully extended to the synthesis of BN NTs. The latter have also been prepared by template route associated with the polymer-derived ceramics approach. Borazine, H3B3N3H3, was used as molecular precursor. Advances towards applications were performed with the localization of SiC NWs onto Si or SiC substrates, and the successful incorporation of SiC NWs into inorganic matrices. Physical properties of an individual SiC NW was studied by Raman Spectroscopy and Field Emission

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Dissertations / Theses on the topic 'Nanofils'

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