Littérature scientifique sur le sujet « Shell nanofili »

Excellent room temperature rectification performance and enhanced ferromagnetic phase transition temperature was achieved for the La_0.5Pr_0.17Ca_0.33MnO₃ nanofilm/ZnO nanorod p–n junctions prepared by depositing the La_0.5Pr_0.17Ca_0.33MnO₃ shell layer on the ZnO nanorods.

Cu(I)-catalyzed Huisgen click reactions between lipophilic polymer (tri-arm azidofunctionalized polystyrene) and hydrophilic polymer (copolymer of styrene sulfonate sodium and propargyl methacrylate) were investigated and hollow capsules, consisting of composite polymer nanofilms were obtained in chloroform-water biphasic solution. Since the lipophilic polymer, or hydrophilic polymer and copper catalyst were present in the oil or aqueous phase, respectively, the cross-linking reaction proceeded only at the phase interface. The combination of lipophilic and hydrophilic polymers produced hollow capsules consisting of nanofilms with lipophilic core and hydrophilic shell.

Cu(I)-catalyzed Huisgen click reactions between lipophilic polymer (tri-arm azidofunctionalized polystyrene) and hydrophilic polymer (copolymer of styrene sulfonate sodium and propargyl methacrylate) were investigated and hollow capsules, consisting of composite polymer nanofilms were obtained in chloroform-water biphasic solution. Since the lipophilic polymer, or hydrophilic polymer and copper catalyst were present in the oil or aqueous phase, respectively, the cross-linking reaction proceeded only at the phase interface. The combination of lipophilic and hydrophilic polymers produced hollow capsules consisting of nanofilms with lipophilic core and hydrophilic shell.

Thin gold hollow half-shell nanostructured films are fabricated by deposited gold over regular arrays of polystyrene nanospheres on glass and silicon substrate respectively in an attempt to evaluate their optical properties and SERS activities. Scanning emission microscopy is used to topographically characterize the nanofilms. Optical spectra taken by UV-vis-NIR spectrometer show that the surface plasmon resonance wavelength of films fabricated on glass is shorter than that fabricated on silicon despite the nanoshell thickness is the same on both substrate, and the SERS intensity excited on silicon is stronger than that on glass because the nanofilms are so thin that the silicon can reflect the SERS signal and excited laser.

In this paper we describe the synthesis of a core-shell material using yttrium superconducting ceramic material (YBCO) and cobalt ferrite nanoparticles in order to obtain a nanostructured material with magnetic properties. The advantages of such material aim the selective deposition of nanofilms oriented in magnetic fields. To obtain this core-shell material, the solutions of the nitrates were first obtained by dissolving the salts in demineralised water. The suspension with cobalt ferrite nanoparticles was obtained by co-precipitation method. To obtain YBa2Cu3O7-�- coated magnetic nanoparticles by autocombustion reaction the solutions of nitrates and citric acid were used. The ratio of the metal ions: Y:Ba:Cu was 1:2:3, and between the oxidant and the reducing agent was used a citrate / nitrate mass ratio equal with 0.7. The final material was analyzed by X-ray diffraction (XRD), electronic scanning microscopy (SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX), high resolution transmission electron microscopy (HRTEM) and vibrating sample magnetometer (VSM).

I semiconduttori sono una categoria di materiali fondamentali per lo sviluppo di molteplici dispositivi. Negli ultimi decenni, l’evoluzione dell’industria dei semiconduttori ha seguito la nota legge di Moore. Tuttavia, questo straordinario processo di innovazione va incontro a un ostacolo nei prossimi anni, in quanto il processo di miniaturizzazione sta raggiungendo la scala atomica. Per questo motivo, è necessario sviluppare strategie alternative. In particolare, metodi di crescita bottom-up sono attualmente studiati per lo sviluppo di nanostrutture 3D. In questa Tesi, per riprodurre la dinamica di crescita 3D, abbiamo sviluppato una tecnica modellistica che possa trattare la crescita verticale di nanostrutture. Un approccio cinetico, legato alla dinamica di incorporazione degli adatomi, deve essere utilizzato per simulare questo regime di crescita, che non può essere correttamente spiegato con un approccio termodinamico standard, basato sulle densità di energia superficiale. La simulazione di crescite verticali è un risultato complicato non solo per la definizione di un modello appropriato, ma richiede anche una tecnica numerica specifica. In particolare, in questa Tesi, abbiamo adottato un modello phase-field applicato allo studio della crescita di nanomembrane di GaAs, sfruttando il metodo a elementi finiti per la risoluzione numerica delle equazioni di evoluzione del sistema. Per lo sviluppo di dispositivi, è spesso necessario ricorrere a etero-strutture, che combinano diversi tipi di semiconduttori, per esempio per le applicazioni optoelettroniche dove spesso si utilizzano delle giunzioni p-n. Inoltre, la crescita eteroepitassiale può essere sfruttata anche per trasferire la struttura cristallina da un materiale a un altro. In questa Tesi, ci siamo focalizzati sullo studio di nanofili core/shell e abbiamo effettuato un’accurata caratterizzazione delle deformazioni elastiche della struttura cristallina che si verificano in questi sistemi. In particolare, il rilassamento elastico è stato studiato con un modello continuo, basato sul metodo a elementi finiti. In particolare, abbiamo studiato il fenomeno di piegamento di nanowire GaP/InGaP e abbiamo correlato questo fenomeno con la distribuzione delle deformazioni elastiche all’interno della struttura. Inoltre, abbiamo investigato il ruolo del rilassamento elastico nei nanofili Ge/GeSn in riferimento al fenomeno di incorporazione di Sn nella shell. L’evoluzione di nanostrutture può essere determinata anche dall’effetto combinato di energia di superficie ed energia elastica. L’esempio più studiato in letteratura è la crescita eteroepitassiale di isole su substrati planari, secondo la modalità di crescita di tipo Stranski-Krastanov. Per le applicazioni tecnologiche, è fondamentale poter controllare la distribuzione spaziale e l’uniformità della taglia delle isole. In questa Tesi, presentiamo un modello di crescita phase-field, che combina la descrizione della dinamica di diffusione superficiale con la caratterizzazione tramite elementi finiti del rilassamento elastico, al fine di simulare la crescita ordinata di isole su substrati patternati con pit. In particolare, ci focalizziamo sul sistema prototipico di Ge cresciuto su Si. Il vantaggio del modello phase-field basato sul metodo a elementi finiti è la possibilità di risolvere in modo esatto le equazioni di evoluzione, senza la necessità di adottare approssimazioni di ordine superiore nella formulazione delle equazioni, pur considerando con precisione la geometria patternata del substrato.
Semiconductors are the main building block for a variety of devices in our life. The semiconductor industry, in the last decades, has evolved by following the Moore's law. However, this incredible innovation process is going to reach an end in the next years, as the miniaturization process is getting too close to the atomistic size, which hinders the development of smaller devices. Therefore, alternative ways to evolve the current technologies have to been exploited. In particular, bottom-up approaches are currently being studied for the growth of 3D nanostructures. In this Thesis, to deal with the 3D growth dynamics, we develop a modeling technique that can reproduce the vertical growth of nanostrucutures. A kinetic approach, related to the incorporation dynamics of adatoms on the surface, has to be adopted to model the peculiar growth of 3D nanostructures, which cannot be explained by the standard thermodynamic arguments based on the surface energy densities. The simulation of the vertical growth is not just challenging for the definition of a proper model, but it requires also a dedicated technique for the numerical solution of the evolution dynamics. In particular, in this Thesis, we exploit a phase field model to simulate the growth on GaAs nanomembranes, based on a finite element method for the solution of the evolution equations. For the development of devices, it is often required to build heterostructures which combine different semiconductors, for instance for optoelectronic applications where a p-n junction is required. Furthermore, the heteroepitaxial growth can be exploited also to transfer some structural material properties, such as the hexagonal lattice structure, from a material to another. In this Thesis, we focus on the core/shell nanowire heteroepitaxial system and we provide a detailed characterization of the elastic deformations in the crystal structure. The elastic relaxation is studied in a continuum elasticity framework by finite element method. In particular, we study the bending of GaP/InGaP nanowires and we correlate this phenomenon with the partitioning of the elastic deformation within the nanostructure. Moreover, we investigate the role of the elastic relaxation in Ge/GeSn core/shell nanowires with respect to the incorporation of Sn in the shell. The evolution of nanostructures can be driven also by the combined effect of surface energy and elastic energy contributions. One of the most studied examples of this is the heteroepitaxial growth of islands on planar substrates, following the Stranski-Krastanov growth mode. For technological applications it is fundamental to control the spatial distribution and the size-uniformity of the islands. In this Thesis, we propose a phase-field model which combines the description for the surface diffusion dynamics and the finite element characterization of the strain field to study the ordered growth of islands on pit-patterned substrates. In particular, we choose the prototypical system where Ge islands are grown on a Si substrate. The advantage of the phase-field model based on finite element method is the possibility to exactly solve the evolution equations of the system, without the need of higher order approximations and with the possibility to precisely consider the effect on the elastic relaxation which is provided by the substrate morphology.

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

Du fait de leur facilité de fabrication et de leurs propriétés physiques uniques, les nanofils (NFs) de semi-conducteurs présentent des potentialités d’application importantes elles pouvaient être comme briques élémentaires de nombreux dispositifs nano- et opto-électroniques. Différents procédés de fabrication ont été développés pour fabriquer et organiser ces nanofils en épitaxie sur silicium. Cependant, un des principaux problèmes réside dans le manque de reproductibilité des NFs produits naturellement. Pour obtenir un meilleur contrôle de leur périodicité, localisation, forme et taille, différents types de gravure ont été mis au point. Aujourd’hui, des incertitudes importantes persistent quant à leurs propriétés fondamentales, en raison d’un manque de corrélation entre les propriétés électroniques et optiques et les détails microscopiques (composition, structure, chimie ...etc.). L’objectif de ce travail est de développer deux types de procédés de fabrication : le premier "top-down" est basé sur la nanogravure directe par faisceau d’ions focalisés (FIB)de couches bi-dimonsionnelles de SiGe. Ce procédé permet de contrôler la taille des NFs, les déformations, et leur localisation précise. Il permet de fabriquer des réseaux de larges piliers. Les NFs réalisés par cette technique sont peu denses et de diamètre important. Le second procédé est de type "Bottom-Up" ; il s’appuie sur la croissance VLS à partir de catalyseurs métalliques (AuSi). Les NFs réalisés ont étudiés à l’échelle locale afin de mesurer la taille moyenne de contrainte ainsi que leur effet sur le confinement quantique et sur la structure de bande des NFs
SiGe/Si core/shell nanowires (NWs) and nanodots (NDs) are promising candidates for the future generation of optoelectronic devices. It was demonstrated that the SiGe/Si heterostructure composition, interface geometry, size and aspect ratios can be used to tune the electronic properties of the nanowires. Compared to pure Si or Ge nanowires, the core-shell structures and exhibit extended number of potential configurations to modulate the band gap by the intrinsic strain. Moreover, the epitaxial strain and the band-offsets produce a better conductance and higher mobility of charge carriers. Recent calculations reported that by varying the core-shell aspect ratio could induce an indirect to direct band gap transition. One of the best configurations giving direct allowed transitions consists of a thin Si core embedded within wide Ge shell. The Germanium condensation technique is able to provide high Ge content (> 50%) shell with Si core whom thickness of core and shell can be accurately tuned. The aim of this work is to develop two types of synthesis processes: the first "top-down" will be based on direct nanoetching by focused ion beam (FIB) of 2D SiGe layer. This process allows the control of the size of NWs, and their precise location. The NWs achieved by this technique are not very dense and have a large diameter. The second processes called "bottom-up"; are based on the VLS growth of NWs from metal catalysts (AuSi). Grown NWs have been studied locally in order to measure the mean size and the strain and their effects on the quantum confinement and band structure of NWs

Ce travail a pour objectif la fabrication, en épitaxie par jets moléculaires, de nanofils coeurcoquilleà base de GaAs et AlGaAs déposés sur des substrats Si(111), en vue de réaliser desréseaux de fils pour de nouvelles cellules solaires, et pour des fils photoniques permettant uneapproche bottom-up d'émetteurs de photons uniques.La première partie de ce travail est une étude systématique des paramètres clés qui contrôlent lacroissance uni-dimensionnelle de fils GaAs élaborés par un mécanisme vapeur-liquide-solideauto-catalysé, à savoir le rapport des flux As/Ga, la température du substrat, et la vitesse decroissance.La seconde partie se concentre sur la croissance et la caractérisation de fils GaAs recouvertsd'une coquille d'alliages AlGaAs (35% Al) afin de s'affranchir des recombinaisons de surface.Ces coquillesde AlGaAs sont fabriquées en conditions riche-As (rapport As/Ga > 10) afin deconsommer les gouttes de catalyseur gallium et de promouvoir une croissance radiale (le taux decroissance maximal axial/radial est égal à 6). Diverses caractérisations optiques sont réalisées àbasse température sur ces ensembles de fils : cathodoluminescence, photoluminescence etspectroscopie résolue en temps. L'intensité de luminescence et la durée de vie des porteursaugmentent fortement avec la présence de la coquille : une épaisseur de 7 nm de cette dernièreest suffisante pour optimiser la passivation des nanofils et supprimer les recombinaisons liéesaux états de surface. Une fine couche extérieure de GaAs est nécessaire pour éviter touteoxydation de la coquille d'alliage AlGaAs.De plus, grâce à des mesures de CL résolues spatialement, les longueurs de diffusion desexcitons dans ces fils ont été obtenues, allant de 0.7 μm à 1.5 μm pour des épaisseurs decoquilles comprises entre 20 et 50 nm. Des valeurs plus petites sont mesurées pour des coquillesplus épaisses, ce qui tend à montrer l'introduction de défauts dans l'alliage qui pourraientlimiter la qualité de l'interface. Le décalage en énergie de l'émission fournit des informationssur la génération de contraintes dans ces fils coeur-coquille et sur le champ piézo-électrique quien découle.

L'étude des nano-objets en matériau semi-conducteur a révélé des propriétés mécaniques exceptionnelles, différentes de celles observées dans le massif. Outre l'intérêt technologique majeur qu'ils représentent à travers la miniaturisation toujours plus poussée des systèmes électroniques, leurs caractéristiques intrinsèques en font des objets particulièrement bien adaptés pour des études fondamentales. Dans ce contexte, nous avons étudié le déclenchement de la plasticité dans les nano-fils de silicium, les premiers stades de la plasticité étant en effet déterminants pour l'évolution ultérieure du système. Le silicium est ici considéré comme un semi-conducteur modèle. Pour cette étude, nous avons utilisé des simulations atomistiques qui sont parfaitement appropriées à l'analyse détaillée de la structure atomique des nano-objets. Après avoir contextualisé notre étude tant du point de vue de l'expérience que de celui des simulations, nous présentons les techniques numériques que nous avons utilisées. Nous décrivons ensuite l'étude de la déformation de nano-fils monocristallins, révélant notamment le rôle majeur des surfaces et l'activation d'un système de glissement jamais observé dans le silicium massif. Ce système de glissement est analysé en détail, et son activation est expliquée notamment au moyen de calculs ab initio. Enfin, nous avons considéré la déformation de nano-fils coeur-coquille cristal-amorphe et mis en évidence un comportement différent de celui observé pour les nano-fils monocristallins. Ainsi, des défauts natifs à l'interface cristal-amorphe semblent agir comme des germes favorisant la nucléation de la première dislocation qui va initier la plasticité
The study of semiconductor nano-objets has revealed amazing mechanical properties, different from what is commonly observed in bulk. Besides the technological interest of these objects, due to the ever more pronounced miniaturization of electronic devices, their intrinsic specificities make them particularly well suited for fundamental studies. During this thesis, we have thus studied the onset of plasticity in silicon nanowires, the first stages of plasticity being indeed deciding for the subsequent evolution of the system. Silicon is here considered as a model semiconductor. For that study, we have used atomistic simulations, which are well appropriate for the detailed analysis of the nano-objects atomic structure. We first recall the context of that study, both from the experiments and simulations points of view. We then present the numerical methods used. Thestudy of the deformation of monocrystalline nanowires is then described; it reveals in particular the deciding role of surfaces, and the activation of one slip system never observed in bulk silicon. This slip system is analyzed in details, and its activation is explained notably thanks to ab initio calculations. Finally, crystalline-amorphous core-shell silicon nanowires are considered; and shownto exhibit a different behavior from that of monocrystalline nanowires. Indeed, native defects at the crystalline/amorphous interface seem to act as seeds, favoring the nucleation of the first dislocation which gives rise to the plasticity

La manipulation des propriétés physiques des nanostructures, telles que leur forme ou leur composition, suscite de plus en plus l’intérêt des recherches à cause des propriétés exceptionnelles des matériaux à cette échelle. L’ingénierie des contraintes a pour objet d’utiliser la déformation pour contrôler les propriétés. Cela est particulièrement intéressant dans les nano-objets car ils peuvent supporter des déformations élastiques élevées. Dans ce travail, nous étudions la déformation et l’influence de la température dans des nanofils uniques de type coeur/coquille. Ceci est possible en utilisant la diffraction cohérente des rayons X (CDI) en condition de Bragg, une technique d’imagerie qui remplace les lentilles optiques par des algorithmes d’inversion capables de reconstruire l’amplitude (densité électronique) et la phase (projection du champ de déplacement atomique) de l’échantillon à partir des clichés de diffraction. Cette méthode a également été appliquée à des particules facettées de platine qui ont des propriétés catalytiques exceptionnelles. Des expériences CDI in situ ont permis d’étudier l’évolution du champ de déformation dans les particules pendant des réactions chimiques et donc de progresser vers le découplage entre leur déformation intrinsèque et leur activité chimique
Manipulating the physical and chemical properties of nanostructures by changing their characteristics (such as shape, strain or composition) is a vivid field of research spurred by the numerous applications that may take advantage of the unique properties that materials offer at this scale.Strain engineering aims to tune the strain in order to control the properties of materials. This is particularly interesting in nano-objects because they can sustain much higher elastic strains before the occurrence of defects. In this work, we study the strain and the influence of temperature in single core/shell nanowires. This is possible thanks to X-ray coherent diffraction (CDI) in Bragg condition, an imaging technique that replaces the optical lenses by inversion algorithms that are able to reconstruct the amplitude (electronic density) and the phase (projection of the atomic displacement field) of the sample from the experimental diffraction patterns. In addition to nanowires, the method is applied to metallic particles of platinum with exceptional catalyticproperties. In situ CDI experiments allowed to study the strain evolution within particles during chemical reactions, thereby moving forward in the understanding of important relationships such as the intrinsic strain and chemical activity of the nanoparticles

Depuis une vingtaine d’année les nanofils des semiconducteurs suscitent un intérêt majeur pour des applications diverses grâce à leurs propriétés optoélectroniques particulières. Dans le domaine du photovoltaïque ils présentent aussi un atout majeur. La combinaison du fort coefficient d’absorption des semiconducteurs III-V et le faible coût des substrats de silicium permettraient la réalisation des cellules photovoltaïques à faible coût et à haut rendement. C’est dans ce contexte que s’est déroulé cette thèse qui visait le développement des dispositifs à base des nanofils III-V pour le photovoltaïque. Dans une première partie, les techniques de nanofabrication pour la réalisation des dispositifs à base d’ensemble de nanofils pour les cellules photovoltaïques sont présentées. Ensuite, la fabrication et la caractérisation de dispositifs à base d’ensembles de nanofils de GaN pour les applications photovoltaïque sont permis d’ouvrir la voie au développement des cellules solaires tandems d’InGaN⁄Si. Dans la suite des travaux on a étudié la croissance des nanofils de GaAs du type cœur-coquille sur Si ainsi que les étapes technologiques pour la fabrication des dispositifs à base d’ensemble de nanofils dans l’optique de préparer le terrain pour la réalisation d’une cellule tandem III-V sur Si. Enfin la croissance et la caractérisation électro-optique des nanofils contenant des jonctions axiales de GaAsP crus par la méthode VLS-EJM a permis de déterminer le type de dopage et l’optimisation de la structure en vue d’obtenir un effet photovoltaïque
Over the past twenty years, semiconductor nanowires have attracted major interest for various applications thanks to their particular optoelectronic properties. The combination of the high absorption coefficient of the III-V semiconductors and the low cost of the silicon substrates would allow the realization of photovoltaic cells at low cost and high efficiency. It is in this context that this thesis was developed which focused on the development of devices based on III-V nanowires for photovoltaics. In a first part, the nanofabrication techniques for the realization of devices based on set of nanowires for photovoltaic cells are presented. Next, the fabrication and characterization of devices based on GaN nanowire arrays for photovoltaic applications is paving the way for the development of InGaN / Si tandem solar cells. In the following, we studied the growth of core-shell GaAs nanowires on Si as well as the technological steps for the fabrication of nanowire-based devices in order to prepare the ground for the realization of a tandem III-V cell on Si. Finally, the growth and electro-optical characterization of the nanowires containing axial junctions of raw GaAsP by the VLS-EJM method made it possible to determine the type of doping and the optimization of the structure in order to obtain a photovoltaic effect

Le développement d’architectures nanostructurées originales composées de matériaux abondants et non-toxiques fait l’objet d’un fort intérêt de la communauté scientifique pour la fabrication de dispositifs fonctionnels efficaces et à bas coût suivant des méthodes d’élaborations faciles à mettre en œuvre. Les réseaux de nanofils de ZnO élaborés par dépôt en bain chimique sont, à ce titre, extrêmement prometteurs. L’étude des propriétés de ces réseaux de nanofils et leur intégration efficace au sein de dispositifs nécessitent toutefois un contrôle avancé de leurs propriétés structurales et physiques, notamment en terme de polarité, à l’aide de techniques de lithographies avancées.Le dépôt en bain chimique des nanofils de ZnO est d’abord effectué sur des monocristaux de ZnO de polarité O et Zn préparés par lithographie assistée par faisceau d’électrons. Par cette approche de croissance localisée, un effet significatif de la polarité des nanofils de ZnO est mis en évidence sur le mécanisme de croissance des nanofils, ainsi que sur leurs propriétés électriques et optiques. La possibilité de former des nanofils de ZnO sur des monocristaux de ZnO semipolaires nous a de plus permis d’affiner la compréhension de leurs mécanismes de croissance sur les couches d’amorces polycristallines de ZnO. Par la suite, le dépôt des nanofils de ZnO en bain chimique est développé sur des couches d’amorces polycristallines de ZnO préparés à l’aide de la lithographie assistée par nano-impression. Suivant cette approche, des réseaux de nanofils de ZnO localisés sont formées sur de grandes surfaces, ce qui permet d’envisager leur intégration future au sein de dispositifs fonctionnels.Les nanofils de ZnO sont ensuite combinés avec des coquilles semiconductrices de type p par des méthodes de dépôt chimique en phase liquide ou en phase vapeur afin de fabriquer des hétérostructures cœurs-coquilles originales. Le dépôt de couches successives par adsorption et réaction (SILAR) d’une coquille absorbante de SnS de phase cubique est optimisé sur des nanofils de ZnO recouverts d’une fine couche protectrice de TiO2, ouvrant la voie à la fabrication de cellules solaires à absorbeur extrêmement mince. Enfin, un photo-détecteur UV autoalimenté prometteur, présentant d’excellentes performances en termes de réponse spectrale et de temps de réponse, est réalisé par le dépôt chimique en phase vapeur d’une coquille de CuCrO2 sur les nanofils de ZnO
Over the past decade, the development of novel nanostructured architectures has raised increasing interest within the scientific community in order to meet the demand for low-cost and efficient functional devices composed of abundant and non-toxic materials. A promising path is to use ZnO nanowires grown by chemical bath deposition as building blocks for these next generation functional devices. However, the precise control of the ZnO nanowires structural uniformity and the investigation of their physical properties, particularly in terms of polarity, remain key technological challenges for their efficient integration into functional devices.During this PhD, the chemical bath deposition of ZnO nanowires is combined with electron beam lithography prepared ZnO single crystal substrates of O- and Zn-polarity following the selective area growth approach. The significant effects of polarity on the growth mechanism of ZnO nanowires, as well as on their electrical and optical properties, are highlighted by precisely investigating the resulting well-ordered O- and Zn-polar ZnO nanowire arrays. An alternative nano-imprint lithography technique is subsequently used to grow well-ordered ZnO nanowire arrays over large areas on various polycrystalline ZnO seed layers, thus paving the way for their future integration into devices. We also demonstrate the possibility to form ZnO nanowires by chemical bath deposition on original semipolar ZnO single crystal substrates. These findings allowed a comprehensive understanding of the nucleation and growth mechanisms of ZnO nanowires on polycrystalline ZnO seed layers.In a device perspective, the ZnO nanowires are subsequently combined with p type semiconducting shells by liquid and vapor chemical deposition techniques to form original core-shell heterostructures. The formation of a cubic phase SnS absorbing shell is optimized by the successive ionic layer adsorption and reaction (SILAR) process on ZnO nanowire arrays coated with a thin protective TiO2 shell, which pave the way for their integration into extremely thin absorber solar cells. A self-powered UV photo-detector with fast response and state of the art performances is also achieved by the chemical vapor deposition of a CuCrO2 shell on ZnO nanowire arrays

Dans cette thèse nous avons étudié en détail les propriétés mécaniques de l’or sous forme de nanofils et de structures nanoporeuses revêtues ou non de silicium amorphe (a-Si). Ces travaux ont été effectués par dynamique moléculaire. Nous avons dans un premier temps étudié la déformation cyclique de nanofils d’or (NF-Au) et de nanofils cœur-coquille or-silicium amorphe (NF-AuSi). Ces simulations ont montré que le NF-Au est déformé au cours des cycles par deux mécanismes prépondérants : le maclage extensif puis le glissement d’un unique plan atomique. Le cyclage a pour effet d’altérer progressivement la morphologie de la structure en augmentant le nombre et la taille des défauts créés en surface. La déformation cyclique du NF-AuSi montre que le revêtement de a-Si délocalise la plasticité le long de la structure et permet de mieux conserver la morphologie initiale du cœur. Nous avons ensuite développé une méthode originale de génération de l’or nanoporeux. Cette méthode a été validée par la comparaison structurale et mécanique avec des résultats expérimentaux. Puis nous avons étudié la déformation en traction et en compression de différentes structures générées par cette méthode. Nous avons dans les deux cas mis en évidence les mécanismes de déformation des ligaments. En traction, nous avons apporté de nouveaux résultats permettant de mieux comprendre pourquoi l’or nanoporeux est fragile alors que l’or massif est ductile. En particulier, nous avons étudié comment s’opère la fracture en cascade des ligaments par transfert de contrainte entre ceux-ci. En compression nous avons entre autres montré que l’effondrement des pores et la création de joints de grains est responsable de l’augmentation de la contrainte à la transition écoulement-densification. Les simulations de traction et de compression des mêmes structures mais revêtues de silicium amorphe montrent plusieurs résultats intéressants. Par exemple, la résistance des structures est augmentée d’un facteur 2 à 4. De plus, le revêtement a pour effet de délocaliser la plasticité ce qui augmente la ductilité notamment en traction. En compression, la transition écoulement-densification est avancée probablement en raison de la diminution de la taille des pores causée par le revêtement
In this thesis we have studied in detail the mechanical properties of gold nanowires and nanoporous gold with and without an amorphous silicon coating (a-Si). This work was done using molecular dynamics simulation. We first studied the cyclic deformation of gold nanowires (Au-NW) and gold-silicon core-shell nanowires (AuSi-NW). These simulations showed that the Au-NW is deformed during cyclic loading by two main mechanisms: extensive twinning and the slip of a single atomic plane. Cycling gradually alters the morphology of the structure by increasing the number and size of defects created on the surface. The cyclic deformation of the AuSi-NW shows that the a-Si coating delocalizes the plasticity along the structure and allows to better preserve the initial morphology of the core. We then developed an original method for generating nanoporous gold. This method was validated by structural and mechanical comparison with experimental results. Then we studied the tensile and compressive deformation of different structures generated by this method. In both cases, we have highlighted the deformation mechanisms of ligaments. In tension, our simulations have brought new results to better understand why nanoporous gold is brittle while bulk gold is ductile. In particular, we studied how the catastrophic failure of ligaments occurs by stress transfer between them. In compression we have shown, for example, that pore collapse and the creation of grain boundaries are responsible for the increase of stress at the transition from flow to densification. Tensile and compression tests simulations on the same structures but coated with amorphous silicon show several interesting results. For example, the strength of the structures is increased by a factor of 2 to 4. In addition, the coating has the effect of delocalizing the plasticity, which increases ductility, particularly in tension. In compression, the transition from flow to densification is advanced probably due to the decrease in pore size caused by the coating

L'objectif de cette thèse porte sur la fabrication et la caractérisation de cellules solaires à jonction radiale à base d'assemblée de nanofils de silicium cristallin. Une étude sur la croissance des nanofils à partir de deux catalyseurs métalliques (cuivre et aluminium) dans une machine de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à pression réduite est présentée. L'influence des conditions de croissance sur la morphologie, le dopage et la contamination des nanofils par le catalyseur est analysée par des mesures électriques, chimiques (SIMS, Auger) et structurales (SEM, TEM, Raman). Le cuivre est utilisé pour la fabrication d'une cellule solaire avec des nanofils de type p et une jonction radiale créée avec du silicium amorphe de type n. Les performances photovoltaïques de la cellule solaire sont ensuite mesurées et interprétées. Un rendement de conversion de 5% est mesuré sur une cellule avec des nanofils de hauteur 1,5µm.