Assas Recherche | Electromechanical study of semiconductor piezoelectric nanowires. Application to mechanical sensors and energy harvesters

Electromechanical study of semiconductor piezoelectric nanowires. Application to mechanical sensors and energy harvesters (Document en Anglais)

Accès au(x) document(s)

Accéder au(x) document(s) :

Ce document est protégé en vertu du Code de la Propriété Intellectuelle.

Version :

Thèse avec 2 versions : seule la version intégrale est proposée ; sur authentification (communication intranet).

Informations sur les contributeurs

Auteur : Hinchet Ronan

Hinchet, Ronan

Nom

Hinchet

Prénom

Ronan

Nationalité

Français

Date de soutenance : 04-04-2014

Directeur(s) de thèse : Mouis Mireille

Mouis, Mireille

Nom

Mouis

Prénom

Mireille

Etablissement de soutenance : Grenoble

Grenoble

Nom

Grenoble

Laboratoire : Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Nom

Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (Grenoble, Isère, France ; Chambéry ; 2007-....)

Ecole doctorale : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

Nom

École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)

Informations générales

Discipline : Nanoélectronique et nanotechnologie
Classification : Sciences de l'ingénieur

Mots-clés libres : NEMS, Récupération d’énergie, Nanostructures, AFM, Nanofil piézoélectrique
Mots-clés :

Nanosystèmes électromécaniques
Nanostructures

Résumé : Les systèmes intelligents sont le résultat combiné de différentes avancées en microélectronique et en particulier de l’augmentation des puissances de calcul, la diminution des consommations d’énergie, l'ajout de nouvelles fonctionnalités et de moyens de communication et en particulier à son intégration et application dans notre vie quotidienne. L'évolution du domaine des systèmes intelligents est prometteuse, et les attentes sont élevées dans de nombreux domaines : pour la surveillance dans l'industrie, les transports, les infrastructures et l'environnement, ainsi que dans le logement, l'électronique grand public et les services de soins de santé, mais aussi dans les applications pour la défense et l’aérospatial. Aujourd’hui, l'intégration de plus en plus de fonctions dans les systèmes intelligents les conduisent vers un problème énergétique où l'autonomie devient le principal problème. Par conséquent, il existe un besoin croissant en capteurs autonomes et sources d'alimentation. Le développement de dispositifs de récupération d’énergie et de capteurs autoalimentés est une façon de répondre à ce problème énergétique. Parmi les technologies étudiées, la piézoélectricité a l'avantage d'être compatible avec l'industrie des MEMS. De plus elle génère des tensions élevées et elle possède un fort couplage direct entre les physiques mécaniques et électriques. Parmi les matériaux piézoélectriques, les nanofils (NFs) semi-conducteurs piézoélectriques pourraient être une option prometteuse car ils présentent des propriétés piézoélectriques plus importantes et une plus grande gamme de flexion.Parmi les différents NFs piézoélectriques, les NFs de ZnO et de GaN sont les plus étudiés. A l'échelle nanométrique leurs propriétés piézoélectriques sont plus que doublées. Ils ont l'avantage d'être compatible avec l’industrie microélectronique et raisonnablement synthétisable par des approches top-down et bottom-up. En particulier, nous avons étudié la croissance par voie chimique de NFs de ZnO. Pour les utiliser correctement, nous avons étudié le comportement des NFs de ZnO. Nous avons effectué une étude analytique et des simulations par éléments finis (FEM) d'un NF de ZnO en flexion. Ces études décrivent la distribution du potentiel piézoélectrique en fonction de la force et permettent d’établir les règles d'échelle et de dimensionnement. Ensuite, nous avons développé la caractérisation mécanique par AFM du module de Young de NFs de ZnO et de GaN, puis nous avons effectué des caractérisations piézoélectriques par AFM de ces NFs pour vérifier leur comportement sous des contraintes mécaniques de type flexion. Une fois leur comportement physique compris, nous discutons des limites de notre modèle de NFs piézoélectriques en flexion et nous développons un modèle plus réaliste et plus proche des configurations expérimentales. En utilisant ce nouveau modèle, nous avons évalué le potentiel des NFs de ZnO pour les capteurs de force et de déplacement en mesurant le potentiel généré sous une contrainte, puis, sur la base d’expériences, nous avons évalué l'utilisation de NFs de GaN pour les capteurs de force en mesurant le courant au travers des NFs contraints. De même, nous avons évalué le potentiel de ces NFs pour les applications de récupération d'énergie liées aux capteurs autonomes. Pour bien comprendre la problématique, nous avons étudié l’état de l’art des nano générateurs (NG) et leurs architectures potentielles. Nous analysons leurs avantages et inconvénients, afin de définir une structure de NG de référence. Après une brève étude analytique de cette structure pour comprendre son fonctionnement et les défis, nous avons effectué plusieurs simulations FEM pour définir des voies d'optimisation pour les NG utilisé en mode de compression ou de flexion. Enfin la fabrication de prototypes et leurs caractérisations préliminaires sont présentées.

Informations techniques

Type de contenu : Text
Format : PDF

Informations complémentaires

Entrepôt d'origine :

STAR : dépôt national des thèses électroniques françaises

Identifiant : 2014GRENT013
Type de ressource : Thèse