Novel solutions for piezogeneration enhancement in GaN nanowires

Au cours des dernières années, les nanofils (NFs) de GaN sont apparus comme de très bons candidats pour la récupération d'énergie aux petites échelles. Leurs grandes propriétés mécaniques et piézoélectriques leur confèrent la capacité de convertir efficacement les énergies vibratoires et mécaniques ambiantes en une énergie électrique, et ainsi de développer une nouvelle génération de générateurs piézoélectriques ultra-compacts, efficaces et autonomes pour assister ou alimenter des micro-dispositifs. Malgré la démonstration de premiers piézo-générateurs prometteurs à base de ces NFs, il est encore aujourd'hui indispensable d'augmenter la capacité de piézo-conversion de ces nouveaux systèmes. L'exploration de nouvelles solutions pour l'amélioration de leurs performances est l'axe de recherche de cette thèse. Dans ce travail, l'épitaxie par jets moléculaires assistée par plasma est utilisée pour développer des NFs de GaN intrinsèquement dopés de type p et présentant une grande qualité cristalline. Grâce à un outil de nano-caractérisation basé sur le microscope à force atomique équipé du module électrique Resiscope spécifiquement adapté pour réaliser des mesures de piézo-conversion, la réponse piézoélectrique des NFs est étudiée en fonction des solutions considérées. L'efficacité de la génération piézoélectrique des NFs est fortement affectée par le circuit externe. Pour la première fois aux échelles nanométriques, nous démontrons expérimentalement son influence. Les limites du protocole établi dans la communauté pour juger de la capacité de génération de ces nanostructures 1D sont abordées et des solutions sont proposées. L'efficacité de génération piézoélectrique des NFs est également profondément affectée par les charges de surface, qui sont fortement prononcées dans les NFs de GaN caractérisés par des diamètres inférieurs à 100 nm. Nous démontrons que ces charges de surface peuvent être avantageuses pour les applications piézoélectriques car elles offrent la possibilité d'ajuster la concentration de porteurs de charge libres en fonction du diamètre des NFs. Ainsi, nous établissons expérimentalement qu'en présence de charges de surface, l'efficacité de couplage électromécanique des nanofils de GaN augmente jusqu'à 43,4 % pour des diamètres compris entre 45 et 60 nm. Les mesures piézoélectriques sur des NFs de GaN et des NFs cœur/coquille de GaN/Al₂O₃ sont également effectuées. La réduction de la densité de charge de surface en présence de la coquille d'Al₂O