Nanostructures à base de silicium et germanium pour

Nanostructures à base de silicium et germanium pour des nouvelles
applications en thermoélectricité
Contact : Andre BARSKI DSM/INAC/SP2M/SINAPS [email protected]
Stage pouvant se poursuivre en thèse : Oui
Résumé :
Depuis quelques années, les nanotechnologies rentrent dans presque tous les domaines de notre vie. On parle de nanoélectronique, nanobiologie,
nanomatériaux? Cela est dû au fait que les propriétés physiques des matériaux changent dès que la taille des objets devient nanométrique i.e.
inférieure à quelques centaines ou dizaines de nanomètres. Dans de tels objets des nouvelles propriétés apparaissent, souvent induites par des effets
quantiques.
Au CEA/Grenoble et en particulier à l?INAC aussi bien qu?au CNRS à l?institut Néel, les recherches sur les nouvelles propriétés des nanomatériaux
occupent une place prépondérante.
Le sujet porte sur l?élaboration et l?étude des propriétés thermiques de nanomatériaux compatibles avec la technologie silicium. Au laboratoire
SiNaPS du CEA, nous disposons d?une plateforme d?élaboration de matériaux à base de silicium et de germanium, les deux matériaux étant
compatibles avec la technologie actuelle de la microélectronique. Dans l?équipe Thermodynamique des Petits Systèmes de l?Institut Néel (CNRS),
nous développons depuis quelques années les méthodes de caractérisation des propriétés thermiques des nano-objets.
Sujet détaillé :
Depuis quelques années, les nanotechnologies rentrent dans presque tous les domaines de notre vie. On parle de nanoélectronique, nanobiologie,
nanomatériaux? Cela est dû au fait que les propriétés physiques des matériaux changent dès que la taille des objets devient nanométrique i.e.
inférieure à quelques centaines ou dizaines de nanomètres. Dans de tels objets des nouvelles propriétés apparaissent, souvent induites par des effets
quantiques.
Au CEA/Grenoble et en particulier à l?INAC aussi bien qu?au CNRS à l?institut Néel, les recherches sur les nouvelles propriétés des nanomatériaux
occupent une place prépondérante.
Le sujet porte sur l?élaboration et l?étude des propriétés thermiques de nanomatériaux compatibles avec la technologie silicium. Au laboratoire
SiNaPS du CEA, nous disposons d?une plateforme d?élaboration de matériaux à base de silicium et de germanium, les deux matériaux étant
compatibles avec la technologie actuelle de la microélectronique. Dans l?équipe Thermodynamique des Petits Systèmes de l?Institut Néel, nous
développons depuis quelques années les méthodes de caractérisation des propriétés thermiques des nano-objets. Pourquoi cette thématique
devient-elle actuellement l?un des enjeux majeurs de la recherche fondamentale ? Tout simplement parce qu?à l?heure actuelle presque la moitié de
l?énergie fabriquée par l?homme est perdue sous forme de chaleur. La thermoélectricité s?intéresse à la conversion de la chaleur en électricité et à
l?utilisation de l?électricité pour le refroidissement. A l?échèle nanométrique cet enjeu consiste en l?élaboration de matériaux dans lesquels la
propagation de la chaleur est considérablement réduite. En pratique, il s?agit de fabriquer des objets dans lesquels on introduit des inclusions de très
petite taille -taille nanométrique- qui jouent le rôle de diffuseurs de phonons. On peut le faire aussi bien dans le matériau massif qu?en jouant sur
l?état de surface de nanofils ou sur leur géométrie.
Le sujet de stage et de thèse porte sur la compréhension des mécanismes de transport thermique dans ces nanomatériaux. Le contrôle de ces
mécanismes passe par une mesure fine de leurs propriétés thermiques ce qui, sur ces nouveaux matériaux, relève d?un réel défi expérimental.
L?objectif scientifique ultime consiste à obtenir le facteur de mérite par une mesure dite directe. Une telle mesure permet de s?affranchir des

accumulations d?erreurs faites lorsque l?on mesure les différentes caractéristiques du matériau pour à la fin extraire le facteur de mérite. En utilisant
la méthode dite de Harman, encore jamais développée dans nos équipes de recherche, le candidat sera en mesure de produire directement une
valeur du facteur de mérite ZT.
Ce sujet permettra donc au candidat de couvrir un large spectre scientifique allant de la fabrication du matériau par des méthodes de croissance
originale jusqu?à la mesure des propriétés thermodynamiques et thermiques.
Compétences requises :
M1 Physique