Étude et développement de composants thermoélectriques à base de couches minces

Study and development of thin layers thermoelectric devices

• Auteur / Autrice : Guillaume Savelli
• Direction : Jean-Marc Fournier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Université Joseph Fourier (Grenoble ; 1971-2015)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble) - Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sebastian Volz, James Roudet, Marc Plissonnier
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Paul Issi, Stefan Dilhaire

Mots clés

Mots clés libres

Thermoélectricité

Films minces

Pvd

Cvd

Modules thermoélectriques

Bismuth

Antimoine

Nanostructures

Résumé

La thermoélectricité est une science remise au goût du jour depuis quelques années en tant que source de récupération d’énergie. Dans cette optique, l’étude et la conception de dispositifs thermoélectriques à base de films minces se justifient parfaitement : en effet, les faibles dimensions de ces modules, de l’ordre du cm2, permettent leur intégration et leur utilisation dans des domaines nombreux et variés, tels l’industrie automobile, l’environnement du corps humain, l’alimentation de capteurs sans fil… Ainsi, ces travaux ont permis la réalisation et la caractérisation de plusieurs modules, composés de matériaux de différente nature, et de diverses géométries. Pour cela, le développement des procédés de calibration de couches minces, à la fois de matériaux semimétalliques, en bismuth et antimoine, mais aussi de matériaux semiconducteurs, en silicium et silicium-germanium, a été étudié et optimisé. De plus, l’utilisation de matériaux nanostructurés permet une amélioration des performances thermoélectriques via notamment une diminution de la conductivité thermique. Dans ce cadre, une étude théorique sur les transports électriques et thermiques dans les nanostructures, complémentée de mesures expérimentales sur des superréseaux Si/SiGe, ont permis de valider ces propos et de justifier leur intégration au sein de dispositifs thermoélectriques.

Thermoelectrics is a science recently given to the style of the day, as power sources scavenging. From these perspectives, study and design of thin films thermoelectric modules are justified: actually these modules, with their low dimensions, about one centimetre square, can be integrated and used in many and varied fields such as car industry, human body environment, wireless sensors power supply… Thus realization and characterization of several modules have been carried out, with different materials and various geometries. For that, development of semimetallic and semiconductor thin films processes, respectively with bismuth/antimony and silicon/silicon-germanium, has been studied and optimized. Moreover use of nanostructured materials can increase thermoelectric performances, in particular via a decrease in thermal conductivity. Within this framework, a theoretical study of electrical and thermal transports in nanostructures has been lead. This study has been validated by experimental measurements realized on Si/SiGe superlattices, justifying their integration into thermoelectric devices.