Poster

MATEIS
UMR 5510
Fabrication de super-réseaux bas-coûts pour
le management thermique des systèmes électroniques
Contrat ANR PNANO 2007 n° 047-01 - Projet COFISIS
Labélisé AdvanCity
Partenariat ESIEE / NXP / INSA Lyon / CNRS
Contact : [email protected]
Problématique et objectifs du projet
La présence de millions de transistors sur une surface de l’ordre du mm² se traduit par des échauffements très localisés dans
les composants électroniques. Ces points chauds, qui peuvent aller jusqu’à plusieurs dizaines de degrés Celsius au-dessus
de la température moyenne du dispositif, peuvent-être à l’origine d’une altération des fonctionnalités du composant. La
complexité croissante des systèmes électroniques, dont l’intégration est désormais tridimensionnelle, rend encore plus difficile
l’évacuation thermique. Le projet COFISIS a pour objectif, à l’aide des nanotechnologies, 1) de diminuer la température des
points chauds de façon très localisée dans les systèmes électroniques et les circuits intégrés, et ce avec des coûts de
fabrication acceptables, 2) de récupérer l’énergie thermique « gaspillée» par les composants pour diminuer la consommation
des systèmes électroniques.
énergie des
électrons
Principe
Î Utilisation du fort pouvoir thermoélectrique des super-réseaux.
Un super-réseau = structure multicouche composée de deux matériaux
présentant une succession de barrières de potentiel.
Î Lorsque les barrières sont suffisamment fines, l’apparition d’un
transport balistique thermoïonique permet de fortement augmenter le
pouvoir thermoélectrique du super-réseau par rapport aux matériaux
massifs, notamment grâce à un filtrage des électrons les plus
énergétiques.
sélection des
électrons chauds
niveau
de Fermi
cathode
CETHIL
CETHIL de la
Modèles prédictifs
Modèles prédictifs
de la
conduction
thermique
conduction thermique
super-réseaux
CETHIL
CETHIL
Outils pour
la mesure de la
Outils
pour la mesure
de la
conduction
thermique
conduction thermique
MATEIS
MATEIS
Outils pour
la mesure du
Outils
pour laSeebeck
mesure du
coefficient
coefficient Seebeck
NXP
NXP-SC Caen
Specs &
Specs &
démonstrateur final
démonstrateur final
anode
a)
étape n°1
CONSORTIUM
ESIEE
Fabrication
ESIEE des
super-réseaux
Fabrication
des
hauteur de
la barrière
>> kbT
Principe du filtrage des électrons chauds dans une barrière de potentiel
unique métal / semi-conducteur dopé [Shakouri, IEEE Proc. 08/2006].
Silicium
Organisation du consortium
barrière
distribution des
électrons
Î La multiplication des interfaces permet de réduire la conduction
des phonons, principaux conducteurs de chaleur.
Le projet COFISIS se propose de réaliser des super-réseaux verticaux
directement dans le silicium, et non par dépôts successifs de couches
planaires, afin d’offrir une technologie compatible avec les procédés de
fabrication industrielle et de fortement réduire les coûts de fabrication.
ΔV
~ kbT
x4
n°2
n°8
n°9
super-réseaux
b)
sens de
déplacement
des porteurs
Silicium
étape n°1
n°2
n°3
Approche classique (a) et approche « bas coût » du
consortium (b) pour la fabrication des super-réseaux.
Challenges
1. Réalisation de super-réseaux verticaux dont la largeur des couches est
suffisamment faible pour qu’y apparaissent un transport balistique
thermoïonique, même partiel.
2. Développement de modèles mathématiques de la conduction thermique
dans les nanostructures hétérogènes afin d’aider à l’optimisation des superréseaux.
3. Développement des outils de mesure pour la conduction thermique et le
pouvoir thermoélectrique aux échelles nanométriques.