Soutenance de thèse

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    (en anglais) From nitride nanowires to piezoelectric generation

    , C2N, bat D1, site de Marcoussis,

    Nicolas JAMOND

    C2N-Site Marcoussis, ,

    Soutenance de thèse

    Nitride nanowires are a promising material for the fabrication of efficient and compact piezogenerators. Their tremendous piezoelectric and mechanical properties give them the ability to convert efficiently mechanical energy into electrical energy. The piezoelectric material studied in this thesis is GaN, synthetised as nanowires by PA-Molecular Beam Epitaxy. Thanks to an adapted AFM résiscope, we show the great potential of nitride nanowires for piezogeneration and the correlation between the polarity of the nanostructure, its deformation and the establishment of the piezopotential. We also study the harvesting efficiency of the nanostructures’ polarization, through a nanometric Schottky contact. Due to scale effects, this Schottky nanocontact shows a reduced barrier height and resistance, which lead to an enhanced conduction and thus to a better harvesting of the piezoelectric energy generated by the GaN nanowires. Based on the understanding of those mechanisms, we have built a piezogenerator integrating a vertical array of p-type GaN nanowires, embedded in HSQ resist and with their top connected by a Pt metallic electrode, leading to a Schottky contact. This prototype delivered a power density of about 12,7 mW.cm-3, which is the state of the art for GaN nanowires based piezogenerator.

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    (en anglais) Mechanisms of heterostructure formation and polytypism in III-V nanowires

    , C2N-Marcoussis,

    Giacomo Priante

    C2N, ,

    Soutenance de thèse

    This work investigates III-V nanowires synthesized via the vapor-liquid-solid method, whereby a catalyst droplet promotes one-dimensional growth. By combining molecular beam epitaxy experiments, structural characterization and theoretical analyses, I study and clarify several critical issues. One of them is the control of the crystal phase, which is frequently found to be a mix of cubic and hexagonal segments. By performing a probabilistic analysis of the stacking sequence of InP nanowires, I show that phase selection is determined not only by growth conditions but also by interactions between layers. I highlight and discuss the role of the edge energy of the nucleus that mediates the formation of each monolayer. Another important problem is the formation of axial heterostructures, which interface sharpness is severely limited by material accumulation in the droplet (‘reservoir effect’). To this end, I study the formation of such heterostructures in Ga-catalyzed GaAs nanowires using either a second group V element (P) or a second group III element (Al). The composition profiles of the ternary insertions are analyzed with monolayer resolution. The interface widths are found to be larger [Ga(As,P)] or narrower [(Al,Ga)As] than expected, and the morphology of the growth front depends on supersaturation. In both cases, I demonstrate that the interface width can be reduced to a few monolayers and suggest further improvements. Attempts to achieve ultrathin GaAs and GaP nanowires that would permit lateral quantum confinement are presented. Finally, I consider the possibility of minimizing the stochastic character of nucleation ultimately to control the growth of single monolayers.

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    (en anglais) High speed optical modulation, advanced modulation formats and mode division multiplexing in Silico

    , C2N - site Orsay- salle P. Grivet RdC pièce 44,

    Perez-Galacho Diego

    C2N-site Orsay, ,

    Soutenance de thèse

    Bandwidth demand in optical communication systems is continually growing. Data rate values in the order of several hundreds of TBps are expected in the near future. In order to cope with those expectations silicon based technologies are believed to be the best suited. Its naturally compatibility with CMOS easily enables the electronics and photonics co-integration. In the short-term the way increase data rates in next generation optical communication systems goes through using advanced modulation format and increase symbol rates. In the long-term view, new multiplexing techniques will be required. In this sense, mode division multiplexing is nowa-days an attractive approach under consideration. In this Thesis work, the way to implement these new optical communication schemes in studied from the transmitter point of view. It includes, on the one hand, the modeling, design and charac-terization of silicon modulators. And in the other hand, it includes the proposition, design and characterization of novel mode handling devices for mode division multiplexing. A new way of modeling silicon modulators has been developed. This new model permits to re-duce the computation time of modulator analysis up to two orders of magnitude, while maintain-ing a good level of accuracy. Using the model, modulators based on lateral PN junctions and in-terdigitated PN junctions were designed to work in the O-Band of optical communications. Char-acterization work has been performed on these modulators with good results. Wide-open OOK eye diagrams were obtained at 10GBps. Furthermore, BPSK modulation was also demonstrated at 10GBps. New kind of mode converters and multiplexers, intended to work as mode division multiplexing subsystems have been proposed, designed, fabricated and characterized. Measured results show broad bandwidth operation high extinction ratio.

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    Photodétecteurs InGaAs nanostructurés pour l'imagerie infrarouge

    None, Ecole Polytechnique, amphithéâtre Carnot, None

    Michaël Verdun (MiNao)

    C2N, None, None

    Soutenance de thèse

    Malgré les remarquables performances démontrées par les photodétecteurs quantiques pour l'infrarouge, les progrès dans cette filière stagnent. La principale limitation est due au bruit lié à leur courant d'obscurité, qui impose, aux plus grandes longueurs d'onde, un fonctionnement à des températures cryogéniques. Ce travail de thèse a pour principal objectif de dépasser cette limite intrinsèque en combinant des structures photodétectrices innovantes et des nanorésonateurs optiques. La réduction par plus d'un ordre de grandeur de l'épaisseur de la zone absorbante, modifie considérablement les propriétés optiques et électroniques de la structure, imposant de revisiter entièrement ses modes de fonctionnement. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à valider expérimentalement l'apport de la nanophotonique à l'amélioration des performances des photodiodes InGaAs. La première partie est dédiée à l'étude de photodiodes InGaAs à double hétérojonction dans le but de réduire à la fois le courant d'obscurité et l'épaisseur de la structure pour la rendre compatible à celle des nanorésonateurs optiques. La seconde partie est dévolue à la conception, la fabrication et la caractérisation de photodétecteurs résonants nanostructurés. Dans la troisième partie, les remarquables propriétés de ces photodétecteurs sont étudiées dans un contexte de mini-matrices, premier pas vers la réalisation de caméras. Les concepts développés durant cette thèse et les résultats expérimentaux obtenus, ouvrent la voie vers une nouvelle génération de photodétecteurs pour l'imagerie infrarouge.
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    Etude et intégration de films getter pour le packaging sous vide à basse température de résonateurs

    None, C2N - site Orsay- salle P. Grivet RdC pièce 44, None

    Ming WU

    C2N, None, None

    Soutenance de thèse

    Le packaging sous vide des capteurs résonants (accéléromètres, gyromètres), des oscillateurs à quartz utilisés dans les références de temps ou encore des bolomètres est indispensable pour obtenir de très hautes performances et les maintenir dans le temps. Le faible volume de la cavité sous vide nécessite un pompage in-situ pour compenser les fuites et maintenir le vide pendant toute la durée de vie des dispositifs. Ce pompage peut être réalisé par l'insertion dans la cavité de matériaux getter, qui constituent un système intégré de pompage à l'état solide par adsorption et piégeage des molécules de gaz. Nous avons étudié les phénomènes d’interdiffusion et comparé la capacité de sorption de films getters de titane, vanadium ou zirconium protégés par une couche ultramince d'or. Les propriétés des films ont été analysées en utilisant différentes techniques: mesure de résistivité 4 pointes, XRD, MEB, XPS et SIMS après différents traitements thermiques. Les résultats montrent que le système Au/Zr est le meilleur candidat à la fonction de matériau getter grâce au démouillage de l'or après traitement thermique : 70 nm de Zr est oxydé en ZrO2 après un recuit à 300 °C pendant 1h, ce qui correspond à 7,5 10-7 moles d'oxygène absorbées. Toutefois ce système Au/Zr réagit déjà à 200 °C-1h, une température qui peut s'avérer trop basse pour des applications de packaging sous vide. Ainsi, l'empilement Au/Zr/V/Zr a été proposé pour mieux cibler la température d'activation autour de 300°C tout en gardant une capacité de sorption importante.
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    (en anglais) Mechanical nonlinear dynamics of a suspended photonic crystal membrane with integrated actuation

    , C2N-Marcoussis,

    Avishek Chowdhury

    C2N, ,

    Soutenance de thèse

    Nonlinearities in nanomechanical systems can arise from various sources such as spring and damping mechanisms and resistive, inductive, and capacitive circuit elements. Beyond fundamental interests for testing the dynamical response of discrete nonlinear systems with many degrees of freedom, non-linearities in nanomechanical devices, open new routes for motion transduction, nanomechanical sensing, and signal processing. We investigate the nonlinear response of a nanomechanical resonator consisting in a suspended photonic crystal membrane acting as a deformable mirror. Actuation of the membrane motion in the MHz frequency range is achieved via interdigitated electrodes placed underneath the membrane. The applied electrostatic force induces mechanical non-linearities, in particular bistability, superharmonic and stochastic resonances.

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    (en anglais) Pockels effect in strained silicon waveguides
 Towards high-speed and low power consumption optical

    , Bat. des colloques 338 salle 103,

    Pedro DAMAS

    C2N, ,

    Soutenance de thèse

    Membres du jury : Directeur de thèse : Laurent Vivien C2N (France) Rapporteurs : Prof. Lorenzo Pavesi University of Trento (Italy) Prof. Jeremy Witzens RWTH Aachen (Germany) Examinateurs : Valérie Véniard Ecole Polytechnique (France) Frédéric Boeuf STMicroelectronics (France)

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    “Dynamique non-linéaire dans les nano-structures semi-conductrices pour le traitement du signal”

    None, Thales Research end Technology, None

    Grégory MOILLE

    C2N-site Orsay, None, None

    Soutenance de thèse

    Membres du jury : Directeur de thèse Dr. Alfredo DE ROSSI Thales Research & Technology Examinateur Prof. Xavier CHECOURY IEF - U-Psud Dr. Emilien PEYTAVIT IEMN Rapporteur Prof. Dr. Allard P. MOSK Utrecht University Prof. Christophe PEUCHERET Foton - CNRS
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    Dispositifs intersousbandes à base de nitrures d’éléments III du proche infrarouge au térahertz

    None, Bâtiment 209D salle 110 1er étage, None

    Patrick QUACH

    C2N-site Orsay, None, None

    Soutenance de thèse

    Dispositifs intersousbandes à base de nitrures d’éléments III du proche infrarouge au térahertz
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    (en anglais) Circuit-tunable subwavelength terahertz devices

    , Bâtiment 209D salle 110 1er étage,

    Bruno Paulillo

    C2N (Dpt Photonique), ,

    Soutenance de thèse