Nanofils coeur de semiconducteur / coquille d'oxyde fonctionnel – COSCOF

Le principal outil de fabrication utilisé est l'épitaxie par jets moléculaires, cependant des techniques hybrides impliquant plusieurs méthodes de croissance sont utilisées (synthèse hydrothermale, pulvérisation...). Afin de réaliser des nanofils aux propriétés contrôlées des caractérisations structurales et morphologiques sont menées par microscopie électronique.

- Etude des mécanismes de formation du catalyseur Au / Si pour la croissance des nanofils.
- Fabrication de nanofils semiconducteurs de germanium et GaAs par épitaxie par jets moléculaires.
- Fabrication d'une coquille de BaTiO3 épitaxié sur nanofils de ZnO
- Fabrication de nanofils GaAs / SrTiO3

- Fabrication des nanofils coeur coquille avec interface abrupte.
- Mesure des propriétés piezotroniques.

Capping GaAs nanowires with As for preventing oxidation and subsequent shell growth
X. Guan, J. Becdelièvre, Ph. Regreny, C. Botella, G. Grenet, G. Saint-Girons, M. Gendry, X. Jaurand, J. Penuelas
Nanoscale 8, 15637 (2016)

GaAs core / SrTiO3 shell nanowires grown by molecular beam epitaxy
X. Guan, J. Becdelievre, B. Meunier, A. Benali, G. Saint-Girons, R. Bachelet, P. Regreny, C. Botella, G. Grenet, N. P. Blanchard, X. Jaurand, M. G. Silly, F. Sirotti, M. Gendry, J. Penuelas
Nano Letters 16, 2393 (2016)

Structure and morphology of Ge nanowires grown on Si (001): Importance of the Ge islands on the growth direction and twin formation
F. Boudaa, N. P. Blanchard, A. Descamp-Mandine, A. Benamrouche, M. Gendry, J. Penuelas
Journal of Applied Physics 117, 055302 (2015)

Récemment les nanofils possédants des propriétés semiconductrices et piezoélectrique ont attirés l’attention en raison de leurs applications potentielles dans les domaines de la récupération d’énergie et la fabrication de nouveaux dispositifs pour l’électronique [1,2]. Jusu’à maintenant les recherches concernants ces matériaux ont focalisées sur le ZnO et le GaN en raison de leur facilité de fabrication et de leur propriétés physiques.
Dans ce projet, nous prévoyons de fabriquer des nanofils semi-conducteurs avec un cœur de Si et une coquille piézoélectrique d’oxyde fonctionnel (BaTiO3 ou PbZrTiO3). En combinant ces deux matériaux nous nous attendons à combiner leurs propriétés dans des nanostructures uniques (une telle approche a récemment été validée en utilisant un nanotube de carbone semi-conducteur couplé à un nanofil de ZnO [3]). Cette approche cœur / coquille présente plusieurs avantages par rapport aux traditionnels nanofils de ZnO ou de GaN:
- Modularité: l'ajustement des propriétés en choisissant le matériau.
- Amélioration de la piézo-électricité et / ou des propriétés semi-conductrices.
- Approche générique qui pourrait être utilisée pour différents types de couplages (non seulement la piezoélectricité mais aussi les autres propriétés des oxydes fonctionnels : ferroélectricité etc.).
La croissance de la coquille sera être effectuée en utilisant l'épitaxie par jets moléculaires d'oxydes fonctionnels sur des nanofils de Si, mais d'autres méthodes telle que la croissance sol-gel ou la croissance MBE d'oxyde sur des nanofils de ZnO seront étudiées en vue d'assurer le succès de la fabrication de nanofils cœur / coquille. Une attention particulière sera portée sur la structure et la morphologie des nanofils afin de comprendre les mécanismes de croissance élémentaires et d'améliorer la fabrication des nanofils. Enfin, la piézo-électricité, les propriétés électriques et mécaniques de nanofils seront étudiées afin de prouver le concept développé dans ce projet.
Les résultats obtenus par les membres du projet seront présentés dans des revues et conférences.

[1] Z. L. Wang, Journal of Physical Chemistry Letters 1, 1388 (2010)
[2] Z. L. Wang, Advanced Materials in press (2011)
[3] W. Liu, M. Lee, L. Ding, J. Liu, Z. L. Wang, Nano Letters 10, 3084 (2010)