Microcavités optiques verticales à base de cristaux photoniques

Institut des Nanotechnologies de Lyon UMR CNRS 5270
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Propriétés électriques et piezoélectriques d’hétérostructures localisées à nanofils de semi-conducteurs à grands gaps pour dispositifs hybrides
ED Matériaux INSA Lyon
Directeurs de thèse: G. Bremond (50%) et B. Gautier (50%)

Collaboration : LMGP (Vincent Consonni) et GEMAC (Vincent Sallet)

Lieu : INSA de Lyon

Equipe(s) : Spectroscopies et Nanomatériaux, Dispositifs Electroniques
Ce projet de thèse s’inscrit dans la thématique d’étude des propriétés électriques, capacitives et piézoélectriques d’hétérostructures à base de nanofils de matériaux à grand gap. Les matériaux à grand gap sont déjà très utilisés pour les technologies UV en optoélectronique, pour la fabrication de capteurs de gaz ou pour l’électronique de puissance. Cependant, le verrou majeur est la maitrise du dopage contrôlé essentiellement par les défauts (cristallins et électrique). La technologie à base de nanofils est pressentie comme prometteuse pour dépasser ce verrou. Cependant, pour l’assurer, il convient de déterminer et contrôler le dopage et d’analyser les défauts électriquement actifs au sein de tels objets à l’échelle nanométrique. C’est l’ambition première de ce sujet. Pour cela, nous nous focaliserons dans un premier temps sur l’étude des propriétés de charge d’espace (mesure de capacité) reliées aux caractéristiques de défauts électriquement actifs ou de dopage et sur l’étude de transport (mesure de conductivité) dans ces nanofils.
Les nanofils à hétérostructure de matériaux à grand gap présentent également un fort potentiel pour la piézotronique (couplage de l’effet piézoélectrique aux propriétés de transport). Les propriétés piézoélectriques des structures feront donc l'objet d'une étude spécifique, notamment par microscopie à force piézoélectrique (PFM), mais également en développant des méthodes originales de mesure de la piézoélectricité à l'échelle locale, couplant excitation mécanique et mesure électrique.
Ce sujet repose sur des compétences et des développements méthodologiques qui ont été récemment développés au sein de l’équipes S&N (sur les nanofils de ZnO - L. Wang et al. APL 107, 192101, 2015, APL 108, 132103 (2016) et thèse de doctorat 2016) et de l’équipe DE (A.S. Borowiak APL 105, 012906 (2014)) permettant de les fédérer et de les exploiter de manière originale par des études sur des nanostructures complexes (Coeur-coquilles). Le travail portera en grande partie sur l’oxyde de zinc (ZnO), matériau semi-conducteur étudié depuis plus de cinq ans au laboratoire sous forme d’agrégats ou de nanofils et qui possède de fortes potentialités pour coupler des propriétés électriques, chimiques ou optiques avec les propriétés piézoélectriques intéressant les applications capteurs.
L’étudiant (e) devra posséder des connaissances solides en physique des semi-conducteurs, et une expérience de caractérisation électriques de semi-conducteurs et/ou de mesures par microscopie à force atomique. Des connaissances en caractérisation photoélectriques et optiques et une expérience de travail sur des procédés technologiques sur films minces seront appréciable.