Thèse : Imen BEN KHALED

Rapporteurs :

• Gabriel VELU - Université d'Artois - France
• Brice GAUTIER - INSA Lyon - France

Examinateurs :

• Michel VOUE - Université de Mons - Belgique
• Sophie BARRAU - Université de Lille - France
• Damien THIRY - Université de Mons - Belgique
• Rabah BOUKHERROUB - Université de Lille - France

Directeurs de thèse :

• El Hadj DOGHECHE - Université Polytechnique Hauts-de-France - France
• Philippe LECLERE - Université de Mons - Belgique

L'oxyde de zinc (ZnO) est depuis plusieurs décennies l’un des matériaux piézoélectriques les plusprometteurs connus pour ses propriétés piézoélectriques en vue de la récupération de l’énergie. Cematériau vert peut être un substitut aux matériaux comportant des éléments toxiques tels que leplomb. Dans le cadre de cette activité de recherche, l’objectif ultime est de fabriquer des matériauxdopés à l’Yttrium (Y) et non dopés à plusieurs échelles, notamment des couches minces (élaborés parpulvérisation cathodique RF magnétron) et des nanofils (synthétisés en utilisant une techniquehydrothermale, à faible empreinte de carbone et respectueuse de l’environnement), présentant unestructure cristalline robuste et une microstructure orientée verticalement. Nous avons étudié l’influencede la couche de germination en ZnO et le temps de synthèse hydrothermale sur la croissance desnanofils, en particulier sur leur densité et leur orientation. Pour optimiser la couche de germination
nécessaire à la croissance verticale des nanofils, deux paramètres ont été analysés : le rapportargon/oxygène et l’épaisseur de la couche. Les couches de germination et les nanofils obtenus ont étécaractérisés par microscopie électronique à balayage couplée à l’analyse dispersive en énergie desrayons X (eSEM/EDS), par diffraction des rayons X (DRX) et par microscopie à force atomique (AFM).Les analyses eSEM et AFM met en évidence l’organisation granulaire en surface de la couche degermination, ainsi que la morphologie hexagonale caractéristique des nanofils. Tout en présentant unecomposition élémentaire stoechiométrique. Les propriétés électriques des structures obtenues ontégalement été évaluées par microscopie à force atomique conductrice (CAFM) : les courbes I–Vprésentent des caractéristiques non linéaires, confirmant la formation de contacts Schottky. Enfin, lecomportement piézoélectrique des NFs de ZnO a été étudié à la fois par microscopie à forcepiézoélectrique (PFM). Un coefficient piézoélectrique d’environ 30 pm/V est obtenue pour les NFs nondopés. Par contre, pour les NFs dopés à l’Yttrium, on observe un coefficient plus fort de l’ordre de 57pm/V.