Electrical properties of platinum interconnects deposited by electron beam induced deposition of the carbon-free precursor, Pt(PF3)4

Comprehensive analysis of the electrical properties, structure and composition of Pt interconnects, developed via mask-less, electron beam induced deposition of the carbon-free Pt precursor, Pt(PF3)4, is presented. The results demonstrate significantly improved electrical performance in comparison with that generated from the standard organometallic precursor, (CH3)3Pt(CpCH3). In particular, the Pt interconnects exhibited perfect ohmic behavior and resistivity that can be diminished to 0.24 × 10−3 Ω cm, which is only one order of magnitude higher than bulk Pt, in comparison to 0.2 Ω cm for the standard carbon-containing interconnects. A maximum current density of 1.87 × 107 A cm−2 was achieved for the carbon-free Pt, compared to 9.44 × 105 A cm−2 for the standard Pt precursor. The enhanced electrical properties of the as-deposited materials can be explained by the absence of large amounts of carbon impurities, and their further improvement by postdeposition annealing in N2. In-situ TEM heating experiments confirmed that the annealing step induces sintering of the Pt nanocrystals and improved crystallinity, which contributes to the enhanced electrical performance. Alternative annealing under reducing conditions resulted in improved performance of the standard Pt interconnects, while the carbon-free deposit suffered electrical and structural breakage due to formation of larger Pt islands

The origin of incipient ferroelectricity in lead telluride.

The interactions between electrons and lattice vibrations are fundamental to materials behaviour. In the case of group IV-VI, V and related materials, these interactions are strong, and the materials exist near electronic and structural phase transitions. The prototypical example is PbTe whose incipient ferroelectric behaviour has been recently associated with large phonon anharmonicity and thermoelectricity. Here we show that it is primarily electron-phonon coupling involving electron states near the band edges that leads to the ferroelectric instability in PbTe. Using a combination of nonequilibrium lattice dynamics measurements and first principles calculations, we find that photoexcitation reduces the Peierls-like electronic instability and reinforces the paraelectric state. This weakens the long-range forces along the cubic direction tied to resonant bonding and low lattice thermal conductivity. Our results demonstrate how free-electron-laser-based ultrafast X-ray scattering can be utilized to shed light on the microscopic mechanisms that determine materials properties.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Positive Encounters: An Investigative Study on the Effects of Interactions between Cations and Quantum Dots

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-06

Double hydrophilic polyphosphoester containing copolymers as efficient templating agents for calcium carbonate microparticles

International audience

Superparamagnetic Liposomes for MRI Monitoring and External Magnetic Field-Induced Selective Targeting of Malignant Brain Tumors

International audience

Microfluidic Encapsulation of Pickering Oil Microdroplets into Alginate Microgels for Lipophilic Compound Delivery

Alginate microgels are widely used as delivery systems in food, cosmetics, and pharmaceutical industries for encapsulation and sustained release of hydrophilic compounds and cells. However, the encapsulation of lipophilic molecules inside these microgels remains a great challenge because of the complex oil-core matrix required. The present study describes an original two-step approach allowing the easy encapsulation of several oil microdroplets within alginate microgels. In the first step, stable oil microdroplets were formed by preparing an oil-in-water (O/W) Pickering emulsion. To stabilize this emulsion, we used two solid particles, namely the cotton cellulose nanocrystals (CNC) and calcium carbonate (CaCO3). It was observed that the surface of the oil microdroplets formed was totally covered by a CNC layer, whereas CaCO3 particles were adsorbed onto the cellulose layer. This solid CNC shell efficiently stabilized the oil microdroplets, preventing them from undesired coalescence. In the second step, oil microdroplets resulting from the Pickering emulsion were encapsulated within alginate microgels using microfluidics. Precisely, the outermost layer of oil microdroplets composed of CaCO3 particles was used to initiate alginate gelation inside the microfluidic device, following the internal gelation mode. The released Ca2+ ions induced the gel formation through physical cross-linking with alginate molecules. This innovative and easy to carry out two-step approach was successfully developed to fabricate monodisperse alginate microgels of 85 pm in diameter containing around 12 oil microdroplets of 15 mu m in diameter. These new oil-core alginate microgels represent an attractive system for encapsulation of lipophilic compounds such as vitamins, aroma compounds or anticancer drugs that could be applied in various domains including food, cosmetics, and medical applications.

Excitonic behaviour in polymeric semiconductors : the effect of morphology and composition in heterostructures

La compréhension des interrelations entre la microstructure et les processus électroniques dans les polymères semi-conducteurs est d’une importance primordiale pour leur utilisation dans des hétérostructures volumiques. Dans cette thèse de doctorat, deux systémes diffèrents sont étudiés ; chacun de ces systèmes représente une approche diffèrente pour optimiser les matériaux en termes de leur microstructure et de leur capacité à se mettre en ordre au niveau moléculaire. Dans le premier système, j’ai effectué une analyse complète des principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque hybride à base des nanocristaux d’oxyde de zinc (ZnO) et du poly (3-hexylthiophène) (P3HT) par absorption photoinduite en régime quasi-stationnaire (PIA) et la spectroscopie PIA en pompage modulé dépendant de la fréquence. L’interface entre le donneur (le polymère P3HT) et l’accepteur (les nanoparticules de ZnO), où la génération de charges se produit, joue un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques hybrides. Pour améliorer le mécanisme de génération de charges du P3H: ZnO, il est indispensable de modifier l’interface entre ses constituants. Nous avons démontré que la modification d’interface moléculaire avec cis-bis (4, 40 - dicarboxy-2, 20bipyridine) ruthénium (II) (N3-dye) et a-Sexithiophen-2 yl-phosphonique (6TP) a améliorée le photocourant et la performance dans les cellules P3HT: ZnO. Le 6TP et le N3 s’attachent à l’interface du ZnO, en augmentant ainsi l’aire effective de la surface donneur :accepteur, ce qui contribue à une séparation de charge accrue. De plus, le 6TP et le N3 réduisent la densité de pièges dans le ZnO, ce qui réduit le taux de recombinaison des paires de charges. Dans la deuxième partie, jai introduit une matrice hôte polymérique de polystyréne à masse molaire ulra-élevée, qui se comporte comme un solide pour piéger et protéger une solution de poly [2-méthoxy, 5- (2´-éthyl-hexoxy) -1,4-phénylènevinylène- PPV] (MEHPPV) pour utilisation dans des dispositifs optoèlectroniques quantiques. Des travaux antérieurs ont montré que MEH-PPV en solution subit une transition de conformation, d’une conformation enroulé à haute température (phase bleue) à une conformation de chaîne étendue à basse température (phase rouge). La conformation de la chaîne étendue de la solution MEH-PPV favorise les caractéristiques nécessaires à l’amélioration des dispositifs optoélectroniques quantiques, mais la solution ne peut pas être incorporées dans le dispositif. J’ai démontré que la caractéristique de la phase rouge du MEH-PPV en solution se maintient dans une matrice hôte polymérique de polystyrène transformé de masse molaire très élevée, qui se comporte comme un solide (gel de MEH-PPV/UHMW PS), par le biais de la spectroscopie de photoluminescence (PL) dépendant de la température (de 290K à 80 K). La phase rouge du gel MEH-PPV/UHMW PS se manifeste par des largeurs de raie étroites et une intensité augmentée de la transition 0-0 de la progression vibronique dans le spectre de PL ainsi qu’un petit décalage de Stokes entre la PL et le spectre d’absorption à basse température. Ces approches démontrent que la manipulation de la microstructure et des propriétés électroniques des polymères semi-conducteurs ont un impact direct sur la performance de dispositifs pour leurs développements technologiques continus.

Síntese e caracterização de nanocompósitos de carbon-dot e lantanídeos

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Química, 2015.