Croissance et caractérisation de super-réseaux de boites quantiques à base de siliciures métalliques et SiGe pour des applications thermoélectriques

Growth and characterization of metal silicides/SiGe-based quantum dots superlattices for thermoelectric applications

• Auteur / Autrice : Sergio Silveira Stein
• Direction : Laurent Montès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 18/12/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et les nanomatériaux (Grenoble) - Centre de radiofréquences, optique et micro-nanoélectronique des Alpes (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Bourgault
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Montès, Guillaume Savelli, Didier Leclercq
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Isabelle Berbezier, Armando Rastelli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Thermoélectricité

Nanotechnologie

Semiconducteurs

Mots clés libres

Nanodispositifs

Materiaux thermoélectriques

Récupération d'énergie

Technologie

Semiconducteurs

Nanodevices

Thermoelectric materials

Energy harvesting

Technology

Semiconductor

Résumé

Les nouvelles avancées théoriques et technologiques basées sur les nanotechnologies ont permis de remettre au goût du jour la récupération d'énergie utilisant la thermoélectricité. Dans le cas de dispositifs en couches minces, des applications telles que la micro-génération de puissance ainsi que le refroidissement localisé de composants microélectroniques peuvent être envisagées. Des dispositifs en couches minces à base de SiGe présentent l'avantage d'une grande intégrabilité grâce aux technologies issues de l'industrie microélectronique ainsi qu'une faible toxicité comparée aux matériaux classiques utilisés à base de Bi et Te. L'utilisation industrielle de ces matériaux est freinée par les faibles rendements obtenus à des basses températures. Dans le cadre de cette thèse, l'inclusion de nano particules à base de siliciures de Ti et Mo dans des couches minces de SiGe sous forme de super-réseau de boîtes quantiques (SRBQ) a été choisie comme méthode pour augmenter les performances thermoélectriques de ce matériau. Pour cela, un bâtie industriel de type CVD a été modifié et adapté à l'utilisation de précurseurs liquides et solides. Différents SRBQ ont été produits, en variant le type de dopage, la cristallinité et la nature des nano-inclusions utilisées. Les propriétés thermoélectriques de ces matériaux ont été mesurées et l'augmentation des performances de ces matériaux a été démontrée grâce aux inclusions nanométriques.

The recent theoretical and technological advances based on nanotechnology have provided new interest on energy harvesting based on thermoelectricity. For thin film devices, applications such as micro powering and local cooling for microelectronic components can be expected. SiGe-based devices have the advantage of integration possibility thanks to microelectronics technologies and of the low toxicity of SiGe compared to materials tradionally employed for thermoelectric devices such as Bi and Te. SiGe-based devices have not yet been employed in large scale mostly due to its low efficiency at room temperature. In this thesis, the production of quantum dot superlattices (QDSL) based on the inclusion of Ti and Mo silicides quantum dots in a SiGe matrix was chosen as a method to improve the material's thermoelectric properties. In order to accomplish this, an industrial CVD tool was modified to allow the employ of solid and liquid precursors. Different QDSL were produced, with different dopants, crystallinity and inclusions. The thermoelectric properties of the obtained materials were measured and the improvement of the material's thermoelectric performance after the inclusion of nanometric particles was demonstrated.