Notre étude porte sur la fabrication des micro-supercondensateurs à base d'électrodes hiérarchiques à large surface spécifique. Ces électrodes hiérarchiques combinent des approches top down et bottom up afin de développer des surfaces spécifiques importantes en cumulant les gains des microstructures 3D (top down - gravure) et des nanofils (bottom up - croissance). Des microstructures 3D usinées dans un substrat de silicium (microtubes / micropiliers / micromurs) constituent le socle de base de ces électrodes hiérarchiques. Deux volets ont été donc explorés pour décorer ces microstructures 3D par des nanofils. La première voie est basée sur la synthèse hydrothermale des nanofils de ZnO à partir d'une couche de germination nanométrique déposée par ALD sur ces microstructures 3D. La seconde voie explorée s'articule autour d'un procédé de recuit rapide (< 10 min) à haute température (1000 °C) d'un empilement SiO2/Pt. Ce recuit rapide permettait la formation des nanofils de silice (SiO2). Les matériaux pseudocapacitifs ont été ensuite déposés par voie électrolytique sur ces électrodes hiérarchiques. Le procédé d'élaboration de ces électrodes était couplé à celui de fabrication des MSCs complets afin d'obtenir des densités d'énergie surfaciques encore jamais atteintes à ce jour (>100 µWh/cm2) en maintenant les performances en densité de puissance raisonnables (> 10 mW/cm2) par l'utilisation des couches minces (-200 nm). Cette thèse a été réalisée dans 3 laboratoires du RS2E : l'IMN, l'ICGM et l'IEMN. / Our study focuses on the fabrication of micro-supercapacitors based on hierarchical electrodes with a large surface area. These electrodes combine top down and bottom up approaches in order to develop important specific area by combining the surface gain of the 3D microstructures (top down / etching) and the nanowires (bottom up / growth). 3D microstructures etched within silicon substrate (microtubes / micropiliers / micromurs) forme the base of these hierarchical electrodes. Two aspects was explored to decorate 3D microstructures with nanowires. The first route is based on the hydrothermal synthesis of ZnO nanowires from a nanometric seed layer deposited by ALD on these 3D microstructures. The second explored route is based on a fast annealing process (<10 min) at high temperature (1000 ° C) of a SiO2 / Pt stack. This rapid annealing allowed therefore the formation of silica nanowires. The pseudocapacitive materials was then deposited electrolytically on these hierarchical electrodes. The method of elaboration of these electrodes was coupled with that of manufacturing complete MSCs in order to obtain high surface energy densities never before reached (> 100 uWh / cm2) while maintaining reasonable power density performances. (> 10 mW / cm2) by the use of thin films (~ 200 nm). This thesis was conducted between 3 laboratories of the RS2E: IMN, ICGM and IEMN.

L’objectif de cette thèse est de moduler le transport électrique dans des nanofils de GaAs par effet piézoélectrique ou ferroélectrique. Pour cela, une étude préliminaire des propriétés électriques et mécaniques des nanofils est nécessaire. C’est donc le premier pas vers la fabrication de nouveaux dispositifs, tels que le transistor ferroélectrique à nanofil unique ou le nanogénérateur piézotronique. Le premier chapitre de ce travail est consacré à l’élaboration par épitaxie par jets moléculaires de nanofils autocatalysés de GaAs sur Si (111). L’optimisation des paramètres de croissance a permis la première fabrication de nanofils ultra-longs de GaAs de 80 μm, jamais mis en évidence par cette méthode de croissance à notre connaissance par le passé. Une étude de leur cinétique de croissance ainsi que de leurs propriétés structurales et optiques est présentée. Les deux chapitres suivants s’intéressent aux caractérisations électriques et mécaniques de ces nanofils de GaAs. Il a été montré que ces derniers présentent des propriétés de conduction tout à fait intéressantes et les caractéristiques mécaniques attendues pour de tels nanofils. Le dernier chapitre présente une étude préliminaire des couplages avec la piézoélectricité et la ferroélectricité. La piézoélectricité des nanofils de GaAs est tout d’abord examinée. On présente ensuite le couplage avec une matrice piézoélectrique de P(VDF-TrFE). Il a enfin été mis en évidence une modulation du transport dans un nanofil grâce à l’orientation de la polarisation de la couche ferroélectrique de PZT. / The aim of this thesis is to modulate the electrical transport in GaAs nanowires by piezoelectric or ferroelectric effect. To perform this, a preliminary study of electrical and mechanical properties of these nanowires is required. It is the first step towards the elaboration of new devices as nanowire ferroelectric transistor or piezotronic nanogenerator. First chapter is dedicated to elaboration by molecular beam epitaxy of self-catalyzed GaAs nanowires on Si (111). By optimization of growth parameter, we managed the first growth ultra-long nanowires, with length up to 80 μm by this elaboration technic. Growth kinetic and crystallographic and optical properties of these nanowires has been highligth. The two following chapters are focused on electrical and mechanical characterizations of theses nanowires. It has been shown that theses nanowires have interesting conduction properties and expected mechanical behaviour. The last chapter presents a preliminary study of coupling with piezoelectricity and ferroelectricity. First of all, piezoelectricity in GaAs nanowires is observed. Then, we present coupling with a piezoelectric matrix of P(VDF-TrFE). Finally, we proved a modulation of the transport by polarization orientation of a ferroelectric PZT thin film.

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.

L'étude et la réalisation de nanomatériaux font à l'heure actuelle l'objet d'une attention scientifique très soutenue. Atteindre la taille nanométrique ouvre en effet de nouvelles perspectives tant fondamentales que technologiques. L'objectif de cette thèse est de corréler les conditions d'élaboration et les propriétés structurales et électriques de matériaux à travers l'étude des nanofils d'antimoine (Sb) et d'or (Au). Par électrochimie, méthode peu onéreuse, nous avons élaboré des nanofils dans les pores de membranes. La détermination des conditions de synthèse nous a permis l'obtention de nanofils de qualité. L'analyse des processus d'électrodéposition nous a également conduit à la compréhension de certains mécanismes de la synthèse spécifique de nanomatériaux. Nous avons montré que pour des synthèses inscrites dans les cavités nanométriques d'une membrane d'épaisseur micrométrique l'extension de la couche de diffusion pouvait être réduite à l'épaisseur de la membrane. La seconde partie de ce mémoire concerne la caractérisation structurale et la détermination de la composition chimique des nanofils électrodéposés. Compte tenu de la taille nanométrique de nos objets, ce genre d'investigations requièrent des techniques de caractérisation bien spécifiques, notamment de haute résolution. Les études menées par la microscopie électronique en transmission (TEM) combinée avec la spectroscopie d'énergie dispersive des rayons-X (EDXS), ainsi que par la spectroscopie de pertes d'énergie des électrons (EELS), ont révélé entre-autres le caractère monocristallin de nos nanofils d'antimoine et d'or. Enfin, nous avons également exploité les propriétés électriques des nanofils d'or, en vue de nouveaux dispositifs pour écrans plats. Pour optimiser les conditions de mesure d'émission de champs, une méthode originale de fabriquer des réseaux de nanofils fixés verticalement sur un substrat a été mise au point. Les résultats préliminaires révèlent déjà un champ seuil d'émission (Ethr) égal à 3,2 V/µm, valeur prometteuse et comparable à celles obtenues à partir de nanotubes de carbone.

Thèse de doctorat : Chimie et sciences des matériaux : Paris Est : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Reproduction de : Thèse doctorat : Physique : Reims : 2007. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. f. 159-167.

Thèse doctorat : Sciences Chimiques : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 7 p.

Thèse de doctorat : Physique théorique : Strasbourg 1 : 2006. Thèse de doctorat : Physique théorique : Perth, Australie : 2006. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 13 p.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie des matériaux : Lyon 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. 290 réf. bibliogr.

Ce travail de thèse porte sur l'étude du couplage entre des boîtes quantiques (BQs) insérées dans des nanofils à semiconducteurs et des antennes plasmoniques. Un couplage efficace requiert une caractérisation complète des leurs propriétés optiques respectives, pour assurer un recouvrement spectral et spatial de l'émission de la boîte et du mode de l'antenne et l'alignement de la polarisation du mode plasmonique avec l'émission de la BQ.Les propriétés optiques d'antennes patchs plasmoniques circulaires ont été étudiées par cathodoluminescence (CL). Nous avons montré avec un modèle analytique de la densité locale d'états électromagnétiques (DLE) au voisinage des antennes que leurs résonances sont des superpositions de modes de Bessel d'ordre radiaux et azimutaux différents. Nous avons fabriqué et caractérisé des antennes mono et multimodes, et trouvé que la partie radiative de la DLE n'est pas la seule contribution au signal de CL. De plus, nous avons caractérisé des antennes de différentes épaisseur du plan diélectrique ou différents matériaux. L'analyse de ces résultats nous pousse à proposer une interprétation des contributions au signal de CL annexes à la partie radiative de la DLE supportée par l'antenne. Nous avons de plus démontré la fabrication d'antennes patchs en aluminium opérant dans la partie bleue du spectre électromagnétique, et appliqué la CL à d'autres géométries d'antennes.Nous avons également étudié différentes boîtes quantiques insérées dans des nanofils à semiconducteurs faits d'alliages de matériaux II-VI. Des émetteurs uniques sont étudiés par microphotoluminescence (µPL). Des mesures résolues en temps ou par microscopie de Fourier permettent une caractérisation spectrale, temporelle et la détermination de leur diagramme de rayonnement. Nous avons de plus mis en évidence les variations de propriétés optiques des émetteurs dues aux inhomogénéité de fabrication en étudiant un large ensemble de BQs. La modélisation complète des propriétés électroniques et optiques d'une boîte unique est proposée en utilisant la microscopie de Fourier résolue en polarisation, et une étape de spectroscopie magnéto-optique.Enfin, nous avons développé une méthode de lithographie électronique en deux étapes basée sur le repérage d'un émetteur unique par CL, permettant la fabrication d'antennes plasmoniques couplées de façon déterministe à des BQs insérées dans des nanofils. L'étude de ce couplage révèle un accroissement de l'absorption du faisceau d'excitation accompagné d'une accélération de l'émission de la boîte par couplage radiatif. Il en résulte une exaltation jusqu'à un facteur 2 de la µPL des boîtes. / In this work, we study the coupling between plasmonic nanoantennas and semiconducting nanowire quantum dots (NWQDs). This coupling requires spectral, spatial and polarisation matching of the antenna mode and of the NWQD emission. Hence, a full characterisation of both the antenna system and the NWQDs has to be performed to determine a relevant coupling geometry.Using cathodoluminescence (CL) we investigate the relation between the CL signal of circular patch plasmonic antennas and the electromagnetic local density of states (LDOS). The successive resonances supported by these antennas are complex superimpositions of Bessel modes of different radial and azimuthal order. Applying an analytical LDOS model, we show that we can fabricate and characterise antennas down to single mode resonances. However, the antennas CL spectrum goes beyond the radiative part of the LDOS. By changing the spacing layer thickness and the antennas materials, we propose an explanation for the origin of the additional CL signal we observe that is not related to the radiative LDOS of the patch antennas. We also demonstrate the fabrication of Al patch antennas working in the blue spectral range and apply our method to other geometries.We perform optical characterisation of different quantum dots (QDs) embedded inside semiconducting nanowires (NWs) made of II-VI materials. We use microphotoluminescence (µPL) to study the emission of single NWQDs. Time-resolved measurements and Fourier imaging allows us to extract their exciton lifetime and radiation patterns. The variability in the emission properties of the NWQDs due to inhomogeneity in the growth process are evidenced by studying a statistical set of nanowires. A complete model based on polarisation-resolved Fourier imaging and magneto-optical spectroscopy is detailed, allowing to fully determine the QD electronic and optical properties for an individual system.Finally, we develop a cathodoluminescence-based two-step electron-beam lithography technique to deterministically fabricate plasmonic antennas coupled to NWQDs, enhancing their µPL properties. The coupling results in an enhanced absorption of the pump laser inside the NW and in an increase of the radiative rate of the QD, leading to up to a two-fold intensity enhancement factor for the coupled system.