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Séminaires et thèses         


Mercredi 20 juillet 2016 à 10 h - Lieu : amphithéâtre Ponte, campus de Saint Jérôme

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Thomas Cornelius

Finite-size effects of quasi one-dimensional nanostructures

In recent years, low-dimensional materials attracted enormous attention due to their extraordinary properties with respect to their bulk counterpart. In particular, quasi one-dimensional nanostructures such as nanowires and nanotubes are intensively investigated since they are regarded as potential candidates for future applications in sensors, in nano-electromechanical systems, or in energy harvesting devices. When the size of an object becomes comparable to the electron mean free path or the diffusion length of defects, finite size effects occur modifying the electron transport properties and the mechanical behavior. Here, the electrical transport properties of metal and semimetal nanowires are presented in the framework of finite size effects. For the study of the nano-mechanical behavior, an in-situ atomic force microscope has been developed which is compatible with synchrotron beamlines and thus can be coupled with different nanofocused X-ray diffraction techniques. Three-point bending tests on Au nanowires and nano-indentation on Au crystals in combination with µLaue diffraction and coherent Bragg diffraction imaging, respectively, will be presented. These in situ tests in combination with nano-focused X-ray diffraction methods allow for deriving detailed structural information during elastic and plastic straining and, thus give access to the mechanical properties at the nanoscale.

Vendredi 01 Juillet 2016 à 10h30 - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Jean-François Guillemoles NextPV, LIA CNRS-RCAST / Université de Tokyo, Tokyo, Japon

Photovoltaïque: regards vers le soleil levant

Le séminaire présentera les avancées récentes dans le domaine du photovoltaïque, et en particulier de la collaboration Franco-Japonaise NextPV dans les domaines des cellules pérovskites hybrides et nouveaux concepts de conversion photovoltaïque. La discussion sera aussi l'occasion de discuter de possibles collaborations entre les laboratoires français et l'Université de Tokyo dans le domaine.

Mercredi 29 juin 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Nathalie VALLE Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST) Materials Research and Technology (MRT) Department

La spectrométrie de masse des ions secondaires à haute résolution spatiale : principe, performances et applications

La spectrométrie de masse des ions secondaires (Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS) est basée sur la pulvérisation de quelques couches atomiques de la surface d'un échantillon, induite par le bombardement d'ions primaires. L'impact d'ions énergétiques primaires déclenche une cascade de collisions atomiques entraînant une érosion de la surface. Parmi les particules éjectées, certaines peuvent être spontanément ionisées. Dans un instrument SIMS, ce sont ces "ions secondaires" qui font l'objet d'une accélération, d'une séparation en fonction du rapport masse / charge et enfin qui sont détectés. Il est ainsi possible d'analyser tous les éléments de la classification périodique (de l'hydrogène à uranium) ainsi que leurs isotopes (1H, 2D, 235U, 238U…). Les dernières générations d'instruments SIMS dynamique (Nano-SIMS 50 et SC-Ultra) permettent d'obtenir une excellente résolution spatiale de 1 nm et de 50 nm respectivement pour l'analyse en profondeur et l'imagerie. Grâce notamment à son excellente limite de détection (jusqu'au ppb dans certaines conditions) et sa bonne résolution en profondeur, cette technique a su s'imposer dès ses premiers développements dans l'analyse des semi-conducteurs (dopants et contaminants). Elle est devenue une puissante technique d'analyse de surface et de films minces désormais utilisée aussi bien en science des matériaux, qu'en géochimie et cosmochimie ou encore dans la science du vivant. Durant cet exposé, les performances de la technique seront illustrées par des exemples d'analyses obtenus principalement dans le domaine de la science des matériaux mais également celui de la biologie.

Mardi 28 Juin 2016 à 10h30 - Lieu : amphithéâtre Ponte, campus de Saint Jérôme

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Brice SARPI

In-situ study of ultra-thin magnesium oxide growth on metallic and semiconductor substrates

The generation of ultra-thin oxide layers (in the nanometer range) is currently facing a technological lock for numerous applications such as microelectronics, spintronics or even molecular electronics. This PhD work was therefore dedicated to studying the fundamental mechanisms driving each step of the controlled growth of ultra-thin oxide films .To do so, an experimental set-up was specifically designed to finely control the growth parameters under UHV conditions while allowing to study such low dimensionality oxide layers in situ with Scanning Tunneling Microscopy-Spectroscopy (STM-STS), Auger Electron Spectroscopy (AES) and Low Energy Electron Diffraction (LEED). Using an original growth method based on alternate cycles of magnesium monolayer adsorption and room temperature (RT) oxidation, we focused on the formation of ultra-thin magnesium oxide films in the framework of systems exhibiting a wide range of potential applications, namely MgO / Si(100) and MgO / Ag(111). Our study of the MgO / Si(100) system revealed the growth of an ultra-thin Mg2Si layer at the interface between the MgO film and the silicon substrate. This interfacial layer acts as a diffusion barrier and prevents oxidation of the highly-reactive silicon during magnesium oxide growth. During the growth of an amorphous oxide monolayer (ML), we then provided evidence of a post-crystallization mechanism of the ultra-thin interfacial silicide in agreement with thermodynamic calculations. This crystallization is driven by a partial decomposition of the Mg2Si to a magnesium oxide at RT. A [112] Mg2Si (11-1) / [110] Si(001) epitaxial relationship was unambiguously deduced from ex situ TEM experiments, indicating an abrupt and non-oxidized interface of high quality. We concluded to the formation of an original heterostructure MgO / Mg2Si (11-1) / Si(001). The amorphous MgO ultra-thin film (0.8 nm thick) grown on top of this crystalline interfacial layer was shown to be highly homogeneous both in chemical composition and thickness, with a high electronic band gap of 6 eV. Concerning the MgO / Ag(111) system, a careful study of the magnesium growth highlighted the lack of interfacial alloy formation at RT as much as high mobility, low reactivity and close-packing trend of the Mg adatoms at the Ag(111) surface. These experimental results (AES, LEED and STM) were then discussed in the light of ab initio calculations (DFT), which were obtained thanks to a close cooperation with a research group from the LAAS laboratory, Toulouse (France). Later, the growth of a double-layering O/Mg/O/Mg/Ag(111) at RT followed by annealing at 430°C under UHV conditions resulted in the stabilization of a polar (therefore intrinsically unstable) MgO(111) ultra-thin film, which was characterized using LEED and STM-STS experiments. The physicochemical properties of this ultra-thin polar oxide and the potential origin of its stability were then discussed.

Lundi 27 juin 2016 à 11 heures - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Shirley Chiang Department of Physics University of California, Davis, CA 95616 USA

Unusual Growth Behaviors, Collective Motion, and Surface Structural Phase Transitions of Metals on Germanium*

We have used low energy electron microscopy (LEEM) and scanning tunneling microscopy (STM) to measure real space images of Ag/Ge(110), Au/Ge(110), and Ir/Ge(111). As Ag was deposited onto Ge(110) above 400C, LEEM movies showed the formation of long, one-dimensional (1D) islands, 100-200nm wide and 1-10mm long, oriented along the (1, -1,0) direction, with island nucleation proceeding from defects in the Ge substrate. STM images show that the islands are composed of Ag and that the surface regions between the islands exhibit (17, 15, 1) facets that are characteristic of pure Ge. Unusual collective behavior of the growth and collapse of islands suggests that the wetting layer provides the material for the islands to grow at very high rates that cannot be due to stochastic diffusion. For 0.5ML Au dosed onto Ge(110) at 800°C, LEEM movies show that Au islands grow to ~1-2 microns in width and ~2-5 microns in length. Above 750°C, the lack of a LEED pattern in the islands indicates the formation of Au/Ge liquid alloy droplets. The larger islands began moving with speeds of 0.1-1.0 µm/s, absorbing smaller stationary islands upon collision and increasing in size up to ~60 microns in width and ~100 µm in length. This movement can be explained by a temperature gradient across the sample causing a Ge concentration gradient across the islands, inducing movement in the direction of increasing temperature. Low Energy Electron Diffraction (LEED) showed a (4x1) reconstruction below 670°C, a (4x4) reconstruction between 670°C and 750°C, and a (2x1) reconstruction above 750°C. STM and LEEM were also used to image the growth of Ir onto the Ge(111) surface at different coverages less than 1ML, with samples annealed to temperatures between 550K and 750K. A new form of growth was observed, consisting of Ir pathways forming on substrate domain boundaries that connect larger Ir islands. A model based on the Ir coverage suggests that Ir forms trimers on the surface. Simple Monte Carlo simulations of the growth process for Ag/Ge(110) and Ir/Ge(111) give insight into the origins of the unusual growth behavior.

*Funding from NSF CHE-0719504, NSF PHY-1004848, and NSF PHY-1263201.

Lundi 27 juin 2016 à 13 heures 30 - Lieu : INP Phelma Minatec - Amphithéâtre M001, au 3 Parvis Louis Néel 38016 Grenoble

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Benjamin Vianne (CIFRE CEA LETI, Im2np, STMicroelectronics)

Intégration d'un interposeur actif silicium pour l'élaboration de circuits électroniques complexes

Le sujet de mes travaux porte sur les problématiques thermo-mécaniques associées à l'intégration de l'interposeur silicium. Les applications industrielles de cet objet s'inscrivent dans la tendance du big data. En particulier, l'évolution des modes de consommation accélère le processus de dématérialisation de l'information vers le « nuage ». On évalue par exemple à 2,5 exabytes (2, 5 × 1010 bytes) la quantité de données générée dans le monde entier au cours de l'année 2012. Les infrastructures de l'Internet nécessitent de ce fait des solutions de traitement de l'information plus performantes et moins énergivores afin de gérer une croissance exponentielle du flux de données. Dans ce contexte, l'intégration hétérogène de circuits intégrés sur un interposeur silicium offre de nouvelles perspectives dans l'élaboration de systèmes complexes pour les applications nécessitant de grandes bande-passantes. L'assemblage vertical de puces à très haute densité sur cette plate-forme silicium de grande taille pose néanmoins d'importants défis technologiques. Le cœur de cette étude se concentre plus particulièrement sur les problématiques thermo-mécaniques qui affectent le processus de fabrication de l'interposeur à de multiples échelles. À l'échelle macroscopique, la courbure importante découlant des contraintes dans les couches diélectriques minces complexifie l'assemblage. La caractérisation de ces déformations par une technique de "shadow moiré" sert à définir et valider une solution de compensation de la courbure via le dépôt de diélectriques en face arrière. Une stratégie de mesure des contraintes mésoscopiques par des capteurs de contraintes en rosette est ensuite déployée. L'étude montre l'adéquation des capteurs piézorésistifs pour la mesure des interactions puces-puces dans les assemblages de circuits tridimensionnels. Enfin, les contraintes thermomécaniques microscopiques induites par les vias de cuivre traversant l'interposeur sont cartographiées à grande échelle par nano-diffraction d'un rayonnement synchrotron. Ces mesures débouchent sur l'élaboration d'un modèle numérique prédictif et l'estimation des variations de mobilité des porteurs de charge autour des vias. Les principales barrières à l'adoption de l'interposeur ont été finalement identifiées et un panel d'outils a été développé afin de garantir une faisabilité de réalisation de futurs prototypes.

Vendredi 24 juin 2016 à 11 heures - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Vanessa Amaral de Oliveira (Institut National de l'Energie Solaire, Chambéry, France)

Influence of processing parameters on the generation and propagation of electrically active crystalline defects in monolike silicon

The new generation of directionally solidified "monolike" Si ingots presents an attractive alternative to high-cost monocrystals for the manufacture of high performance solar cells with advanced architecture. However, local zones with high densities of dislocations present in these ingots still affect the overall solar cell efficiency. In this work, the mechanisms of formation of dislocations structures during monolike growth and their influence on the electrical properties of the material were analyzed, and practical conclusions were drawn for the improvement of the process. Pilot scale crystal growth experiments were performed with varying parameters related to seed pavement and seed recycling, crystallographic orientation of the growth, and doping with a strengthening element (Ge). Complementary annealing and 4-point bending tests at high temperature were used to analyze the influence of stress level and time under stress on the formation of dislocations. Advanced structural characterization of dislocations structures was performed by synchrotron X-ray imaging. Behind the growth front, dislocations organize in cellular patterns which correspond to a quasi-stationary creep stage, reached in the solid after long time under stress at high temperature. Dislocations that emerge at the growth front develop, from local sources, cone-shaped misoriented domains, which present increasing tilt around the growth axis and expand laterally as growth proceeds. Characterization by LBIC and Photoluminescence showed that these defects have the highest recombination activities. The sources of these defects located at the seed ingot interface can be suppressed by proper choice of seeds orientations and arrangement. However, another source is bunching of dislocations at the growth front under the higher stresses upper in the ingot. In <110> and <112> grown ingots, dislocation bunching was not observed inside the monocrystalline parts, which shows an advantage of these orientations over <100>. On another hand, twins and sub-grain boundaries propagated from higher angle grain boundaries with these growth directions, and further studies are needed to prevent the generation of such defects. Finally, Ge doping was effective to reduce dislocations multiplication in bending under low stresses. However, its application to crystal growth will require a planar growth interface, and forced melt mixing to avoid Ge radial segregation. New researches inspired by the addition of strengthening elements are now in development.

Vendredi 17 juin 2016 à 10 heures - Lieu : amphi Ponte, campus de Saint Jérôme, Marseille

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Sylvain BERTAINA

Cohérence quantique dans la résonance paramagnétique électronique des grands spins.

Un Qubit, brique fondamentale de l'ordinateur quantique, est la superposition cohérente de deux états. La plupart des qubits sont décrits par un spin S=1/2 isotrope mais qu'advient-il de la dynamique cohérente lorsque les systèmes considérés sont de spins supérieurs ? Lors de cette présentation, nous verrons comment la résonance paramagnétique électronique, notamment dans sa variante pulsée, se présente comme un outil de choix pour sonder la dynamique soit des ions métalliques de grands spins (terres rares, métaux de transitions) soit dans des complexes de spins (aimant moléculaire, chaines de spins). Au travers de quatre exemples (forte et faible anisotropies, agrégat de spins et défauts fortement corrélés), nous verrons que la dynamique des qubits de grand spin possède des propriétés remarquables. Pour ces quatre exemples, un modèle a dû être développé et sera brièvement présenté. Enfin, nous verrons comment ces systèmes s'inscrivent dans une possible utilisation dans le domaine de l'informatique quantique et comment ils ouvrent la voie à une nouvelle route pour la communication quantique

Jeudi 16 juin 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Damien Salomon, European Synchrotron Radiation Facility, Experiment Division, 38000 Grenoble, France

Application of a synchrotron nanoprobe to the study of nanowires
 

Nanowires offer new opportunities for the development of optoelectronic and photonic devices. To tune their electronic and optical properties, a high control of their shape, composition and defects is needed, and tools with high spatial and chemical resolution are therefore crucial to characterize them. Here we will show how the ID16-B beamline [1] at the ESRF can help study different properties of nanowires. The available techniques at the beamline :X-Ray Fluorescence (XRF), X-ray Excited Optical Luminescence (XEOL), X-ray Beam Induced Current (XBIC) will be described and illustrated through examples.
In particular, we have studied nitride core/shell wires heterostructures grown by metal organic vapour phase epitaxy [2, 3] by combining XRF and XEOL at the nanoscale.
XEOL results reveal four main contributions: the GaN near band edge (NBE), the InGaN/GaN radial and axial multi quantum wells (MQWs) and the yellow band. The 2D distributions exhibit the presence of different and well defined regions on the top facet of the wire (Figure 2). A closer look of the GaN NBE peak reveal the presence of two contributions attributed to the presence of both Ga and N polarity inside the wire. The difference in the NBE peak position is due to different Si incorporation in Ga and N polarity. The XRF maps show a strong correlation between these regions and the indium signal. These findings could be caused by the presence of inversion domain boundaries [4].

1 G. Martinez-Criado, et al., Advanced Materials vol 26, page 7873 (2014). 2 R. Koester, et al., Nano Letters vol 11, page 4839 (2011). 3 C. Durand, et al., ACS photonics vol 1, page 38 (2014). 4 S. Labat, et al., Inversion domain boundaries revealed by coherent Bragg imaging, submitted to Nano Letters, (2015).

Co-author:  Gema Martinez-Criado,  European Synchrotron Radiation Facility, Experiment Division, 38000 Grenoble, France and Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, 28049-Cantoblanco, Spain

Jeudi 16 juin 2016 à 14h30 - Lieu : Amphi PONTE, Site St Jérôme, Marseille

Soutenance de thèse de Cédric DE VITA codirection AMU/CEA, équipe Microcapteurs-Instrumentation

Étude et Optimisation de Calorimètres en Milieu Inactif Dédiés à la Mesure de l'Échauffement Nucléaire dans le Réacteur Jules Horowitz : Des Phénomènes Physiques à l'Étalonnage

L' instrumentation et la mesure en ligne pour les réacteurs de recherche d'irradiations sont en pleine expansion ces dix dernières années, en France en particulier avec la construction d'une nouvelle infrastructure de recherche internationale qui possédera des capacités expérimentales accrues sous des conditions extrêmes : le Réacteur Jules Horowitz (RJH). La conception, le développement et l'optimisation de moyens expérimentaux sont requis pour une caractérisation fine des conditions expérimentales régnant dans les canaux d'irradiation de ce MTR (Material Testing Reactor) dès son démarrage et au cours de son exploitation et pour la réalisation d'expériences instrumentées poussées sur le vieillissement accéléré des matériaux inertes et sur le comportement des combustibles nucléaires sous irradiations. C'est dans ce contexte que s'inscrivent les travaux de ma thèse. Plus précisément depuis 2009, le CEA et l'Université d'Aix‐Marseille (Laboratoire IM2NP UMR 7334, équipe Microcapteurs‐Instrumentation) conduisent des programmes de recherche au sein du laboratoire commun LIMMEX "Laboratoire d'Instrumentation et de Mesures en Milieux Extrêmes" afin de proposer de nouveaux capteurs et dispositifs multi‐capteurs dédiés à la détermination spatiale et temporelle des flux neutroniques/photoniques et de l'énergie par unité de temps et de masse déposée dans les matériaux inertes par interactions rayonnements nucléaires/matière (appelée échauffement nucléaire, grandeur cruciale pour le dimensionnement thermique, mécanique et thermohydraulique des expériences) dans les canaux du RJH. Les travaux de ma thèse ont porté sur la calorimétrie, méthode permettant la quantification de l'échauffement nucléaire. L'objectif était de d'étudier et d'optimiser cette méthode et les capteurs associés, en laboratoire hors flux nucléaires et de proposer des améliorations sur les étapes conduisant à la quantification de l'échauffement nucléaire (étalonnage, méthode de mesures et d'analyses). Ces travaux expérimentaux et numériques ont comporté trois volets principaux. Le premier a porté sur des études sur la réponse et le comportement de calorimètres différentiels, ayant fait l'objet de campagnes d'irradiations ou totalement nouveau (calorimètre CALORRE), dans le cas de l'application d'un protocole opératoire classique et utilisé pour leur étalonnage préliminaire hors pile. Ces études ont permis de déterminer l'influence de divers paramètres sur la réponse des capteurs : la nature du gaz dans les capteurs, la géométrie et le design des éprouvettes calorimétriques, le type de matériaux et les transferts thermiques. Elles ont permis d'obtenir des premiers résultats expérimentaux sur le calorimètre CALORRE et de le valider. L'ensemble de ces résultats permettra de proposer différentes solutions selon le niveau d'échauffement. Le second volet a été dédié à des études sur la méthode d'étalonnage des calorimètres. Trois types d'éprouvettes calorimétriques prototypes intégrant des sources de chaleur ont été conçus et testés. Elles ont permis de déterminer l'influence de l'échauffement de structure des éprouvettes sur la réponse du capteur et de se rapprocher des conditions atteintes en réacteur, permettant ainsi une meilleure transposition des courbes d'étalonnage obtenues hors conditions d'irradiations. Le troisième volet a consisté à l'interprétation de mesures obtenues lors de précédentes campagnes d'irradiations et à la simulation de nouveaux capteurs pour les futures valeurs maximales d'échauffement nucléaire générées dans le RJH (jusqu'à 20W.g‐1). Ces travaux ont permis de proposer une nouvelle méthode de traitement des mesures en réacteur et de mettre en place une nouvelle méthodologie en thermique pour simuler par méthode par éléments finis le processus complet conduisant à la quantification de l'échauffement (de l'étalonnage en laboratoire au traitement post‐irradiations). Enfin, des évolutions des calorimètres actuels ont par ailleurs été déterminées.

Vendredi 3 Juin 2016 à 14h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Can Yildirim Université de Liège - Laboratory of Solid State Physics, Interfaces and Nanostructures , Université Pierre et Marie Curie Paris - Laboratoire de Physique Théorétique de la Matière Condensée

Exploring Various Length Scales in Glasses

Commercially synthesized inorganic glasses cover a wide field of technological applications due to their novel materials properties. Understanding the atomic and microstructural properties is of crucial importance in engineering macroscopic scale materials. The focus of this work is set to two examples of different glass families; Al90Tb10 marginal metallic glasses and Ge-Se chalcogenide glasses, respectively. Al based metallic glasses have attracted a considerable attention not only for their remarkable structural properties but also due to the inconsistency of the predictions of the classical nucleation theory for the primary crystallization products whose nucleation number density values reaches up to 1024 m-3. Two different amorphization precursors are compared to study the effect of topological ordering on devitrification behavior as well as understanding the nucleation mechanism using differential scanning calorimetry, in-situ X-ray diffraction, and conventional transmission electron microscopy. In the second part of this work, typical network forming GexSe100-x (where 10 ≤ x ≤ 33) liquids and glasses are studied under pressure with a combination of ab initio molecular dynamics, in- situ X-ray diffraction, and X-ray absorption spectroscopy. The network of GexSe100-x glasses have open structure with tetrahedral connection which progressively stiffens with increasing Ge content or pressure, featuring elastic phase transitions (i.e flexible to rigid). Here, the role network rigidity and the spatial distribution of topological constraints on the glass forming abilities in GexSe100-x melts and the pressure induced amorphous-amorphous transformations of vitreous GexSe100-x are reported.

 Mardi 31 Mai 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Hua Kai Lin Department of Chemical Engineering, National Taiwan University, No. 1, Sec. 4, Roosevelt Road, Taipei 10617, Taiwan, ROC

Evolution of grain structures during directional solidification of silicon wafers- experiments and phase field modelling

The evolution of grain structures, especially the types of grain boundaries (GBs), during directional solidification is crucial to the electrical properties of multicrystalline silicon used for solar cells. To study this, the electric molten zone crystallization (EMZC) of silicon wafers at different drift speeds from 2 to 6 mm/min was considered. Most of the non-∑GBs tended to align with the thermal gradient, but some tilted toward the unfavorable grains having higher interfacial energies. On the other hand, the tilted ∑3GBs tended to decrease during grain competition, except at the higher speed, where the twin nucleation became frequent. The competition of grains separated by ∑GBs could be viewed as the interactions of GBs that two coherent ∑3n GBs turned into one ∑3nGB following certain relations as reported before. On the other hand, when ∑ GBs met non-∑ GBs, the non-∑ GBs remained which explained the decrease of ∑ GBs at the lower speed. These phenomena are also simulated by a phase field model. The anisotropic mobility and the interfacial energy of GBs are considered for silicon. These CSL GBs, with lower mobility and energy, tend to follow their own crystallographic directions despite thermal gradients. Three basic interactions of GBs during solidification are consistent with experiments. Twinning process is also added in the simulation by applying twinning probability function depending on the facet angle, step free energy, and nucleus radius.

Co-authors: M.C. Wu, C.C. Chen, C.W. Lan

 Jeudi 26 Mai 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Florent Monestier Lumileds Germany GmbH - Philipsstr. 8- 52068 Aachen (Allemagne)

Reliability of OLEDs for automotive applications: requirements, prediction, latest developments & challenges.

Previous forecasts predicted that organic LEDs (OLEDs) would rapidly enter the automotive lighting market. However, despite unique features, OLEDs are not yet available on the automotive lighting market and reliability of OLED panels remains a serious concern, particularly reliability of early failures. One of the main blocking point is the difficulty to pass reliability stress tests required by car makers. This presentation identifies the most critical reliability stress tests and describes the corresponding failure mechanism for both: organic Leds and inorganic Leds, as reference for comparison. A special attention will be paid on coupling between current and temperature distribution of large area OLED panels. To demonstrate how the coupling between current and temperature distribution affects the reliability, a finite element mutliphysics model (FEM) will be used. Finally, latest developments as well as challenges of new concepts needed to improve reliability performances of OLED panels in the context of industrialization will be discussed.

 Mercredi 18 Mai 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Guillaume Boussinot ACCESS e.V., Aachen, Allemagne

Inhibition de l'instabilité de Rayleigh-Plateau sur un substrat structuré

Un des processus fondamentaux de minimisation de l'énergie de surface est la décomposition d'un cylindre en gouttelettes, initiée par l'instabilité dite de Rayleigh-Plateau. Ici, nous étudions la stabilité linéaire d'un fil déposé sur un substrat structuré (patterné), la structure du substrat étant invariante suivant une direction et le fil étant aligné avec cette direction. Cette configuration particulière nous permet de traiter ce problème analytiquement, et nous montrons que le fil est linéairement stable lorsqu'un critère impliquant la largeur du fil et la géométrie du substrat à la ligne triple est vérifié. Nous discutons ce résultat en donnant quelques exemples de substrats et en faisant un lien avec l'énergie du système.

 Mardi 17 mai 2016 à 14h00 - Lieu :Technopôle de Château Gombert Campus de Polytech Marseille 60 rue Frédéric Joliot Curie Bâtiment Néel Amphithéatre Polytech

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université d'Aix-Marseille, spécialité Micro et Nanoélectronique de Ines BEN AMOR

Gestion dynamique de la consommation de récepteurs RF: intégration de fronts end RF ultra faible consommation

L'émergence de l'internet des objets (IoT), les applications de types réseaux de capteurs et les nouveaux réseaux pour les objets nécessite le développement d'un nouvel écosystème. De nos jours, elle bouscule plusieurs secteurs de notre société. Cela, sollicite la conception des émetteurs-récepteurs radios fréquence à basse consommation étant donné que la réduction de la consommation d'énergie présente une contrainte importante dans le cas de ces applications afin d'obtenir une autonomie accrue. Dans ce contexte l'objet des travaux de thèse est de proposer des techniques de réduction de la consommation des récepteurs radio fréquence tout en cherchant à minimiser l'impact de ces techniques sur les performances des récepteurs réalisés. Dans l'optique de réaliser un démonstrateur composé d'un émetteur récepteur permettant une transmission vidéo, deux récepteurs UWB impulsionnel non cohérent à gestion dynamique d'énergie ont été réalisés en technologie HCMOS9 0.13µm de STMicroelectronics. Dans un premier temps, une étude des techniques de gestion dynamique d'alimentation sur les circuits analogiques radio fréquences a été proposée. Cette étude a été menée sur différents circuits qui semblent être le plus utilisés en conception de circuits analogiques à hautes fréquences. La technique proposée permet d'allumer et éteindre les circuits entre deux impulsions reçues afin de réduire leur consommation. L'application de cette technique nécessite par ailleurs une réduction du temps de latence causé par l'allumage et les extinctions des fonctions radio fréquence. Dans ce cas, un modèle permettant de minimiser l'impact de l'effet d'encapsulation a été proposé. Dans un second temps, le premier récepteur a été réalisé pour la bande de fréquence 6-10Ghz et implémente une gestion dynamique d'alimentation selon la technique de "Power Gating". Les résultats de mesure montrent que ce dernier présente de bonnes performances du point de vue de la gestion dynamique d'alimentation en termes de temps d'allumage et d'extinction ce qui permet de réduire sa consommation d'une manière importante. Finalement, une deuxième architecture de récepteur a été développée pour la bande de fréquence 7.2-8.5GHz. Ce récepteur intègre une gestion dynamique d'alimentation et tous les organes nécessaires à son auto-synchronisation sur le signal reçu et à la génération interne des signaux de commande. Les performances obtenues en mesure montrent que ce récepteur présente de bonnes performances en termes de consommation d'énergie et de sensibilité.

 Lundi 9 Mai 2016 à 11h - Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire d'Antony De Luca, Northwestern University, Department of Materials Science and Engineering Northwestern University Center for Atom-Probe Tomography, 2220 Campus Drive, Evanston, IL 60208-3108, USA

An optimized dilute Al-Sc-Er-Zr-Si superalloy for high-temperature applications

Dilute Al-Sc-Er-Zr-Si alloys hold promise for high-strength, high-temperature applications. However, the high alloy cost has been a major barrier towards commercial implementation. This presentation focuses on a new, low-Sc, high-Zr alloy that has been developed to reduce alloy cost. The new alloy exhibits increased over-aging resistance at high temperatures; the decreased diffusivity of Zr compared to Sc is hypothesized to lead to slower coarsening kinetics of the precipitates. The mechanical properties were assessed by microhardness testing and compressive creep deformation. Compared to the best previous formulation of this alloy, a 15% increase of peak microhardness is achieved at 400°C. The creep resistance is five times better than a more expensive binary Al-Sc alloy. Atom-probe tomography has shown that these alloys are characterized by a high number-density and high volume-fraction of nanometer-sized coherent L12 (Al,Si)3(Sc,Er,Zr) precipitates. These precipitates have a (Sc + Er)-enriched core surrounded by a Zr-enriched shell.

Co-authors: Anthony De Luca1,2, James Boileau3, Bita Ghaffari3, David C. Dunand1, David N. Seidman1,2 1Northwestern University, Department of Materials Science and Engineering 2Northwestern University Center for Atom-Probe Tomography, 2220 Campus Drive, Evanston, IL 60208-3108, USA. 3Ford Motor Company, 2101Village Road, Dearborn, MI 48121-2053, USA

Mardi 26 Avril 2016 à 10h30 - Lieu : amphithéâtre du bat. Neel (Polytech), 5 Rue Fermi, Marseille

Soutenance de thèse CIFRE (STMicroelectronics - Im2np) de Dino Michelon

UHF Energy Harvester in CMOS technology

Un des défis majeurs de l'Internet des Objets et, plus généralement, des tous les réseaux de capteurs sans fils, c'est l'alimentation de chaque nœud connecté. La solution la plus commune est d'équiper chaque dispositif d'une batterie mais cela introduit plusieurs contraintes, qui mettent en question la faisabilité de cette approche sur le long terme (durée de vie limité, couts de gestion élevé, empreinte écologique). Cette thèse développe une possible solution basée sur la transmission sans-fils de l'énergie. Un récupérateur d'énergie RF, composé d'une antenne, un redresseur haute-fréquence et un convertisseur élévateur, est présenté. Ce système permet de récupérer les ondes électromagnétiques et de produire une tension continue en sortie, qui peut être utilisé pour alimenter des microcontrôleurs ou des capteurs. L'absence d'une batterie interne augmente la flexibilité globale, surtout pour les situations où le remplacement n'est pas possible (ex. dispositifs implantés, nombre élevé de nœuds, milieux dangereux). Une étude approfondie sur les redresseur intégrés ultra-haute-fréquence de type Schottky et MOS a été mené ; plusieurs topologies ont été analysées et optimisées. De plus, l'utilisation d'un convertisseur élévateur a été envisagée, dans le but d'accroître la tension en sortie ; une première version discrète et puis une plus compacte version intégrée, ont été abordées et testées. Ces développements ont permis d'aboutir à un récupérateur complet, potentiellement capable d'alimenter un microcontrôleur du commerce.

 Jeudi 21 Avril 2016 à 10h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire d'Yvan Blum, Groupe de Physique des Matériaux, UMR 6634 CNRS, Rouen 

Effets de la dissociation d’ions moléculaires en sonde atomique tomographique

La technique de sonde atomique tomographique est basée sur l’évaporation par effet de champ des atomes de surface de l’échantillon. Dans le cas de l’analyse d’isolants ou de semiconducteurs composés, une fraction significative des atomes de la pointe peut s’évaporer sous forme d’ions moléculaires, lesquels peuvent se dissocier avant d’atteindre le détecteur de la sonde atomique. Ces évènements peuvent avoir des effets mesurables sur les données de sonde atomique[1], affectant notamment les mesures de compositions. Lors de cette présentation, je montrerai les effets de ces évènements sur des résultats expérimentaux pour différents matériaux. Je montrerai également que les données de sonde atomique peuvent contenir des informations sur ces dissociations telles que le temps de vie ou l’orientation de la molécule mère et l’énergie dissipée par sa dissociation, et j’explorerais la possibilité de mesurer ces différents paramètres à l’aide de simulations simples de la trajectoire des ions dans le champ électrostatique. Je montrerai que, en parallèle avec des calculs ab-initio, la sonde atomique est également un outil intéressant pour le domaine de la chimie sous champ [2].

References : [1]      D.W. Saxey, Correlated ion analysis and the interpretation of atom probe mass spectra., Ultramicroscopy. 111 (2011) 473–479. doi:10.1016/j.ultramic.2010.11.021. [2]      H.J. Kreuzer, Physics and chemistry in high electric fields, Surf. Sci. 246 (1991) 336–347. doi:10.1016/0039-6028(91)90436-V.

Jeudi 21 avril 2016 à 10 h - Lieu : Amphithéâtre Ponte, Faculté des Sciences Campus de Saint Jérôme

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Mariam Dème DANKOCO

Conception et réalisation de Capteurs (Température et pouls) imprimés sur support souple

La thèse s'inscrit dans le cadre du projet de recherche collaborative VEADISTA (Veille à distance et alerte intelligente) financé par le FUI13. Le projet VEADISTA repose sur la conception d'une technologie ergonomique, bas coût, se décomposant en deux ensembles : une unité de capteurs biomédicaux sans fil, ainsi qu'un ensemble de logiciels pour le recueil et l'analyse des données, en vue de la diffusion sécurisée d'alertes. L'objectif de cette thèse est de concevoir et de réaliser des capteurs de température et de pression imprimés sur support flexible pour des applications biomédicales. Ils doivent être adaptés à une intégration sur un transpondeur passif téléalimenté (faible consommation), conformables pour s'adapter au bras du patient, bas coût (renouvellement quotidien du transpondeur) et permettant un transfert technologique vers l'industrie. Dans un premier temps, des prototypes de tests ont été réalisés dans le but d'identifier la topologie et la couche active les plus prometteuses pour la réalisation des capteurs de température en tout imprimé sur support souple. Pour la réalisation de ces prototypes, différentes techniques comme la pulvérisation cathodique RF, l'ablation laser et la photolithographie ont été utilisées et plusieurs encres ont été testées. Nous avons mesuré les 8/4/2016 Detail de la soutenance https://www.adum.fr/as/detailSout.pl?provenance=etab 2/2 sensibilités des thermistances, des thermorésistances et des diodes ainsi réalisées. A l'issue de cette étude préliminaire, une thermorésistance à base d'encre d'argent a été réalisée par jet d'encre sur un substrat flexible (Kapton). La caractérisation de ces capteurs a permis d'évaluer leur sensibilité et d'attester de leur bonne linéarité. Dans un deuxième temps, une étude bibliographique tenant compte du cahier des charges du projet nous a orientés vers l'utilisation de capteurs de pression pour le relevé du pouls. Des tests préliminaires sur des capteurs commerciaux ont été effectués pour démontrer qu'il était possible de détecter le rythme cardiaque avec un capteur de pression. A la suite de cette étude des capteurs de pression sur support souple ont été fabriqués en utilisant la technologie jet d'encre. Ces capteurs ont été caractérisés électriquement sous contrainte mécanique contrôlée. Ces caractérisations ont permis d'optimiser la structure et la géométrie du capteur en vue d'obtenir une réponse adaptée au relevé du pouls. Pour aboutir à ces résultats, de nombreux développements technologiques ont été réalisés autour de la technique d'impression par jet d'encre. La maîtrise du triptyque encretête d'impressionsubstrat est en effet indispensable pour l'obtention de motifs de qualité. Le contrôle de paramètres tels que, notamment, la résolution des lignes, l'homogénéité des films et leur épaisseur conditionnent les performances des capteurs.

Jeudi 07 avril 2016 à 14h, lieu : Amphithéâtre Ponte, Faculté des Sciences Campus de Saint Jérôme

Soutenance d'Habilitation à diriger des recherches de Khalid Hoummada

Diffusion et réaction aux interfaces : apport de la sonde atomique tomographique

Lors de cette présentation, l'apport de la sonde atomique tomographique en nanosciences sera illustré par plusieurs exemples (distribution des atomes dans des boucles de dislocations et des transistors). Des études permettant de mettre en évidence des nouveaux résultats expérimentaux, notamment sur les premiers stades de réaction (germination et croissance latérale) ainsi que sur la cinétique de croissance des phases en film mince, seront présentées. Ces résultats montrent que la cinétique de diffusion atomique joue un rôle important sur la séquence de formation des phases par diffusion réactive. Le rôle de la nature des interfaces sur la germination d'une nouvelle phase a été mis aussi en évidence dans ces études. Un projet de recherche sur le dopage et la métallisation du Germanium et des semi-conducteurs III-V sera exposé à la fin de cette présentation

Jeudi 17 Mars 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Souren Grigorian, Soft Matter Physics Group, Institute of Physics, University of Siegen, Germany

Real Time X-ray Studies of Materials and Interfaces for Organic Electronics

In recent years, great interest has been focused on developing of the low-cost and eco-friendly organic electronics. The wide ranges of applications make promises for a bright future of organic materials. Tremendous advances have been achieved in rapidly developing areas of organic solar cells, transistors, light emitting diodes and memory cells. For all these applications a critical examination of organic thin films in active organic devices plays crucial role for the enhanced device performance. Starting from a general overview of the surface sensitive X-ray methods; in the talk will be demonstrated the applications of X-ray techniques for the various classes of organic materials and blends. Results of the recent in situ experiments performed at synchrotron radiation sources probing the structural properties and morphology of active organic layers will be presented. Novel X-ray cross-correlation analysis of organic systems using spatially resolved X-ray nanodiffraction reveals hidden symmetries and probes an interconnectivity of the conjugated network 1,2. A perspective of the real time probing of an active layer in the working organic devices and the rational strategies to elucidate structure-property relationship will be addressed.

References [1] C. Gutt, L. Grodd, E. Mikayelyan, U. Pietsch, R. J. Kline, S. Grigorian, J. Phys. Chem. Lett., 5, 2335, 2014 [2] R. P. Kurta, L. Grodd, E. Mikayelyan, O. Y. Gorobtsov, I. Fratoddi, I. Venditti, M.V.Russo, M.Sprung, I. A. Vartanyants, S. Grigorian, , Phys. Chem. Chem. Phys., 17, 7404, 2015.

Mardi 23 et Jeudi 25 Février 2016 à 10h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Sidnei Paciornik Catholic University of Rio de Janeiro (PUC-Rio-Brazil).

An Introduction to Image Analysis for Materials Characterization

2 talks (between 90 and 120 minutes each)
The talks will be presented in a mélange entre Anglais et Français ;)

Image Analysis is a very powerful methodology with application in a wide range of fields. One of its main uses is in the enhancement and quantification of structures in images obtained with all kinds of microscopy. These two talks will outline the main methodological steps typically required to correct image acquisition defects (uneven illumination/background, high frequency noise, low contrast, etc.) and to discriminate and measure microstructural components such as particles, grains, inclusions. The pros and cons of a few approaches will be discussed. With the aim of making the methodology readily available to the attendants, all examples will rely on the widely known FIJI/ImageJ free software environment.

Jeudi 11 Février 2016 à 11h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire Prof. Dr. Osvaldo Vigil Institute Polytechnique National (IPN) , Mexico City, Mexique

Synthesis of kesterites nanoparticles by ball milling for processing thin films to be used in solar cells

The Kesterites semiconductor compounds have attracted great attention and interest as a promising absorber material in thin film solar cells, due to its low cost, little toxicity, p-type conduction, suitable direct band gap and high photon absorption in visible light range. Various techniques have been developed in synthesizing the Kesterites, such as chemical solution synthesis, spray deposition, electron-beam evaporation, RF-magnetron sputtering. In these methods, either expensive vacuum technology or polluting chemicals are used in the processes. Furthermore, the existing methods generally involve additional processing steps of annealing the samples, with the flowing of toxic gas H2S and chemical etching with KCN in order to achieve synthetized compounds and eliminated secondary phases. By considering small scale laboratory fabrication of Kesterites, the employment of these methods does not appear to be a significant problem. However, two aspects must be taken into account for industrial applications: the total time of the solar cells production and the environmental contamination. Many of the difficulties outlined above can be overcome if relative low temperature direct syntheses of the compound with the appropriate composition are used. The ball milling method has these advantages and has been used from many years ago for fabricating building materials and now a wide range of materials are synthesized by this method. Therefore, for the synthesis of kesterite materials is an appropriate method, where no chemical solutions are used, no chemical waste is generated, and no expensive vacuum facilities are employed. In the present talk are reported the preliminaries results about the synthesis of Kesterite powders by ball milling process.

Mardi 9 février 2016 à 09h30 - Lieu : l'Université de Toulon, Campus de la Garde, bâtiment K, amphi 020

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Ghislain Gassier

Contributions au Radar Passif sur Signaux d'Opportunité de Type Télévision Numérique Terrestre

Après un rappel du principe du radar bistatique et de la norme OFDM utilisée par les signaux TNT, une première étude donne une construction originale du signal de référence dans le cas multi-capteurs : le signal de référence est construit par un traitement d'antenne de type CAPON où le balayage des paramètres optimaux est remplacé par la connaissance de signaux pilotes inséré dans les symboles OFDM. Ensuite le rapport se focalise sur l'estimation d'un filtre de canal multitrajet à partir de la connaissance de la modulation OFDM utilisée. Ce filtre, d'abord étudié comme réjecteur de fouillis original avant détection par la fonction d'ambiguïté, donne des résultats semblables aux méthodes classiques de réjection de fouillis standard. Étendu à toutes les fréquences Doppler, son module au carré est utilisé comme un nouveau détecteur présentant un très faible niveau de clutter, surpassant ainsi la fonction d'ambiguïté. Une interprétation en terme de traitement d'antennes du nouveau détecteur ouvre la voie à des variantes haute-résolution de celui-ci. La validité du nouveau détecteur est illustrée par des résultats sur données réelles.

Vendredi 5 Février 2016 à 11 h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Maxime Vallet et Anne Ponchet CEMES – CNRS, Toulouse

Déformations élastiques aux interfaces dans des hétérostuctures de semiconducteurs

Les interfaces dans certains systèmes épitaxiés sont particulièrement complexes. C'est le cas de systèmes alternant arseniures et antimoniures d'éléments III (par. ex InAs/AlSb). Il est possible d'obtenir de grandes discontinuités de la bande de conduction (de l'ordre de 2 eV) permettant d'exploiter des transitions intrabande, ce qui rend ces systèmes très attractifs par exemple pour les lasers à cascade quantique. Cette ingénierie de bande sophistiquée requiert cependant de grandes discontinuités de composition chimique (il y a changement simultané d'éléments III et V) et de paramètre de maille. Il en résulte des couches interfaciales dont on cherche à connaître la composition et la déformation élastique, et à comprendre les mécanismes de formation. Nous présenterons des résultats d'analyse par microscopie électronique en transmission, en mode haute résolution et STEM-HAADF, dans les systèmes AlAsSb/InAs/AlAsSb sur susbtrat InP et InAs/AlSb sur substrat InAs, épitaxiés par jet moléculaire respectivement à FOTON (Rennes) et à l'IES (Montpellier). Nous montrerons que les couches interfaciales sont observables et nous aborderons les points suivants : Peut-on mettre en évidence des déformations spécifiques aux interfaces et peut-on les quantifier ? Peut-on les modifier ? L'élasticité linéaire des milieux continus, souvent utilisée pour calculer les déformations et interpréter les résultats expérimentaux, peut-elle être utilisée à l'échelle de l'interface ?

Jeudi 4 Février Février 2016 à 11 h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Véronica Bermudez, EDF, Chatou

State of the art of industrial CIGS and routes towards higher competitivity and new markets opportunities

The main reasons of the low market share of CIGS based and related PV technologies are explored from an industrial point of view. The main technical aspects of CIGS-TF PV modules will be presented, with an emphasis on the main scientific/technological routes leading to record efficiencies at laboratory and industrial scale will be presented, focusing in the main reasons of the difficulties in scaling up laboratory based technologies. Main conclusions point towards a more industrial R&D leaded effort, in terms of materials and interface engineering, together with an adequate electrical design. In the present talk all these issues will be discussed to identify the main routes to provide thin films a higher competitivity character being able to address new market in a reliable way.

Mardi 02 février 2016 à 10h30 - Lieu : Site Polytech, Bâtiment Neel, Amphithéâtre, Technopôle de Château-Gombert, 5 rue Enrico Fermi 13453 Marseille

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Shiyu Quin

Effet électrique des contaminants métalliques dans les dispositifs microélectroniques avancés.

La demande d'amélioration des performances des dispositifs microélectroniques conduit à une diminution de leurs dimensions. Cette réduction incessante des dimensions des dispositifs induit une sensibilité accrue aux défauts et contaminations même à de très faibles doses et il est donc indispensable de mieux comprendre, prédire et maîtriser les phénomènes de contamination métallique et leur impact sur les dispositifs de la microélectronique Dans ce travail faisant partie du projet FUI COMET (AAP9), nous avons dans un premier temps réalisé volontairement des contaminations métalliques pour différents contaminants (Ni, Mo, Cr, Fe, Au) à des doses maîtrisées soit en surface par spin coating, soit dans le volume par implantation ionique de wafers de silicium. Puis divers composants (diodes, capacités MOS, transistor MOS, etc.) ont été fabriqués sur ces plaquettes contaminées soit par un procédé simple de laboratoire, soit par un procédé industriel chez STMicroelectronics. Dans un second volet, pour bien étudier l'impact de la contamination métallique sur les performances des composants, des caractérisations électriques ont été menées sur ces échantillons : caractéristiques Courant-Tension I(V), Capacité-Tension C(V) et ZERBST. La contamination surfacique par le nickel a présenté un impact important sur la dégradation de la durée de vie des porteurs minoritaires. L'étude des caractéristiques I(V) sur des échantillons implantés par le molybdène a révélé une augmentation nette du courant inverse d'une diode Schottky avec un effet de dose cohérent. Les nombreuses mesures électriques sur les dispositifs fabriqués dans l'industrie (procédé MOS) sur des wafers contaminés volontairement par dépôt en solution sur la surface de silicium de Ni, Mo et Cr juste avant le début du procédé de grille ont montré l'absence d'influence significative de dégradation des performances des composants. Pour cette raison, on peut estimer que le procédé industriel de fabrication est résistant aux contaminations surfaciques par le nickel, le molybdène et le chrome à cette étape de procédé jusqu'à la dose de 1012 cm-2. Enfin, le logiciel SYNOPSYS SENTAURUS TCAD a été utilisé pour développer des modèles spécifiques permettant de reproduire l'impact des contaminants métalliques sur les caractéristiques ou la fiabilité des composants. Dans cette partie, nous avons simulé le transport des contaminants métalliques pendant des traitements thermique, ainsi que leurs impacts électriques dans une diode Schottky. Nous avons également étudié la simulation du courant de fuite de drain dans les transistors NMOS et PMOS réalisés à STMicroelectronics. Le fait que les simulations et les résultats expérimentaux sur des transistors MOS coïncident nous permet d'estimer que l'expérimentation qui a été conduite a été réalisé en dessous du seuil à partir duquel la contamination impacte le fonctionnement des transistors.

Jeudi 28 Janvier 2016 à 10h30 - Lieu : campus de Saint Jérôme, Marseille, amphithéâtre Ponte

Soutenance de thèse de Docteur de l'Université de Dario COZZA

Modeling and physical studies of Kesterite solar cells

Ce travail de thèse porte sur la modélisation et la simulation numérique de cellules solaires à base de kësterite (CZTSé, CZTS) dans le but d'étudier leurs mécanismes physiques et d'améliorer la conception de ces dispositifs. Les kësterites sont une classe de matériaux que l'on peut déposer en couches minces et qui sont constitués d'éléments abondants sur Terre et donc à faible coût. Cependant un déficit important en VOC limite encore l'efficacité de ces cellules solaires. Deux modèles numériques pour les cellules solaires CZTSe et CZTS sont proposés. Les paramètres significatifs, pour toutes les couches de la cellule solaire, sont obtenus soit par comparaison et/ou analyse des données de la littérature, soit à partir de mesures expérimentales directes. Des simulations 1D et 2D sont réalisées: le logiciel SCAPS est utilisé pour étudier l'impact des couches de molybdène et de MoSe2, présents au contact arrière des cellules solaires CZTSe. Nous étudions également les propriétés idéales de couches d'interface alternatives qui pourraient remplacer le MoSe2 pour améliorer les performances des cellules solaires. La méthode des matrices de transfert (TMM) et le logiciel SCAPS sont utilisés conjointement pour effectuer des simulations optoélectroniques dans le but d'optimiser l'épaisseur du buffer (CdS) et le TCO (Transparent Conductive Oxide) afin de maximiser le courant de court-circuit (JSC ) des cellules solaires. Enfin Silvaco R est utilisé pour réaliser des simulations 2D des joints de grains (GBs) du CZTSe présents à l'intérieur des absorbeurs polycristallins de la kësterite. Pour ce faire, des caractérisations KPFM sont effectuées dans le but de trouver des corrélations possibles entre les pertes de rendement et l'activité électrique des GBs. Certains mécanismes physiques mis en évidence dans les GBs grâce à notre modèle 2D peuvent reproduire les faibles valeurs de VOC des dispositifs de kësterite, et peuvent également fournir des explications plausibles vis-à-vis des résultats obtenus par la technique KPFM.

Mercredi 13 Janvier 2016 à 11 h - Lieu : Salle des séminaires de l'Im2np, campus de Saint-Jérôme, aile 1, niveau 6 service 161

Séminaire de Florian Klappenberger
Physics Department E20, Technische Universität München, Garching, Germany
Email: florian.klappenberger@tum.de, web site: http://www.e20.ph.tum.de/klappenberger-group

On-surface synthesis of graphdiyne-related scaffolds: from surface-templated reactions to novel carbon nanomaterials
 

The bottom-up construction of one- (1D) and two-dimensional (2D) functional molecular nanoarchitectures under ultra-high vacuum conditions is reported with focus on the steps essential for the atom-precise fabrication of covalent hydrocarbon nanomaterials. A comprehensive understanding is obtained by the STM+XS approach [1] combining LT-scanning tunneling microscopy (STM) and X-ray spectroscopy (XS) with density functional theory investigations and all-atom molecular dynamic simulations allowing to precisely characterize the obtained nanostructures and unraveling the underlying formation mechanisms.
First, the homo-coupling of terminal alkynes on the nobel Ag(111) surface is introduced.[2] The reaction allows for the selective synthesis of novel molecular species and irregular, conjugated 2D polymers at relatively low reaction temperatures (300 – 400 K) with volatile H2 as the only by-product. After a thorough examination of the reaction mechanism being fundamentally different from the classical Glaser coupling schemes under solution conditions[3] focus is put on obtaining control over the side reactions interfering with the fabrication of well-defined scaffolds.[4] Vicinal surface templating [5] allows fabricating extended graphdiyne nanowires. Combined with improved, functionalized precursors we increased the quality enabling us to confirm via ARPES the predicted band structure of the novel nanomaterial with expected electron mobilities of approx. 200000 cm2/Vs. Finally, we demonstrate potential for polymeric information storage applications.
 
References:
1.  F. Klappenberger, Prog. Surf. Sci. 89, 1 (2014).
2.  Y.-Q. Zhang, et al., Nat. Commun. 3, 1286 (2012).
3.  J. Björk, et al., J. Phys. Chem. C 118, 3181 (2014).
4.  F. Klappenberger, et al., Accounts Chem. Res. 48, 2140 (2015).
5.  B. Cirera, et al., Nano Lett. 14, 1891 (2014).

Mardi 12 janvier 2016 à 14h00 - Lieu : Salle des thèses, campus de Saint-Jérôme, Marseille

Soutenance d'Habilitation à Diriger des Recherches de Sylvain CLAIR, ('équipe « Nanostructuration »)

Contrôle des interactions supramoléculaires sur une surface : De la liaison hydrogène au couplage covalent

La chimie supramoléculaire consiste à utiliser comme élément de base une molécule particulière dotée de groupes fonctionnels capables de créer des liaisons avec une molécule de même nature ou complémentaire. L'utilisation de molécules dont les propriétés électroniques, magnétiques, optiques et chimiques peuvent être individuellement contrôlées lors de la synthèse offre la possibilité de tendre vers la conception de systèmes macroscopiques supramoléculaires dont les propriétés globales sont régies par les propriétés de ces blocs élémentaires nanométriques connectés entre eux. Au-delà de la chimie supramoléculaire, il est possible d'élargir ses concepts bien éprouvés à la création de véritables liaisons covalentes. La communauté s'est ainsi intéressée plus récemment à la possibilité d'initier une réaction chimique afin de créer de nouvelles espèces moléculaires directement sur la surface et/ou de former des réseaux supramoléculaires covalents. Ce nouveau champ de recherche prend le nom en anglais de on-surface synthesis. La motivation sous-jacente est d'utiliser la surface comme gabarit pour encourager des réactions chimiques normalement inédites dans les conditions relativement douces employées, ou alors de créer des superstructures permettant la conduction électronique par exemple et/ou extrêmement robustes. Mes recherches s'inscrivent directement dans cette thématique, l'application des principes de la chimie supramoléculaire à des systèmes bidimensionnels sur des surfaces bien définies. Mon outil d'investigation de choix est le microscope à effet tunnel (STM), qui permet une observation directe à l'échelle moléculaire des structures formées, voire dans certains cas même de suivre en temps réel le processus de réaction sur la surface.