Étude de transfert d’énergie par des excitations de surface

Study of energy transfer by surface excitations

• Auteur / Autrice : Sobhi Hamyeh
• Direction : Pierre-Michel Adam, Rabih Tauk
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, Mécanique, Optique et Nanotechnologie
• Date : Soutenance le 30/09/2020
• Etablissement(s) : Troyes en cotutelle avec Université Libanaise
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Troyes, Aube)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Charles Delaunay / ICD
• Jury : Président / Présidente : Jihane Jabbour
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre-Michel Adam, Rabih Tauk, Jihane Jabbour, Stefan Dilhaire, Maher Soueidan, Yannick De Wilde
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stefan Dilhaire, Maher Soueidan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conduction électrique

Conductivité thermique

Diffusivité thermique

Gaz d'électrons

Diélectriques

Transfert d'énergie

Mots clés libres

Transfert d'énergie

Diélectriques

Gaz d'électrons

Diffusivité thermique

Conductivité thermique

Conduction électrique

Phonon Polariton de Surface

Energy transfer

Dielectric

Electron gas

Thermal diffusivity

Thermal conductivity

Electric conductivity

Surface Phonon Polariton

Résumé

La taille des composants électroniques a récemment été réduite à quelques dizaines de nanomètres. Cette diminution perpétuelle de la taille des composants électroniques modernes et l’augmentation de leurs vitesses et fréquences de fonctionnement conduisent inévitablement à des points chauds, qui sont des dangers entrainant une défaillance du système s’ils sont laissés longtemps. Le premier objectif de cette thèse est d’optimiser des techniques efficaces et pratiques pour évacuer la chaleur des nano-composants électronique. Le deuxième objectif de cette thèse est de présenter des moyens pour contrôler le flux énergétique, afin de répondre à ces besoins scientifiques et industriels. Nous étudions le transport par les phonon-polariton de surface (PhPS), qui sont des ondes électromagnétiques résultant du couplage entre un champ électrique dans le moyen infrarouge et des phonons optiques. Nous étudions également les mécanismes de transport par un gaz d’électrons bidimensionnel (2DEG) confiné dans un puits quantique formé à des hétéro-interfaces. Nous démontrons que l’excitation des modes PhPS dans des couches polaires de quelques nanomètres d’épaisseur déposées sur des semi-conducteurs classiques peut améliorer le flux énergétique d’une manière considérable, et par la suite dissiper la chaleur accumulée dans des nano-composants. Nous démontrons aussi que la contrainte dans la couche d'AlN a un effet très important sur les propriétés de transport du gaz d'électrons bidimensionnel confiné dans le puits quantique AlN/ GaN.

The size of electronic components has recently been reduced to a few tens of nanometers. This perpetual decrease in the size of modern electronic components and the increase in their operating speeds and frequencies inevitably leads to hot spots, which are hazards leading to system failure if left for long periods of time. The first objective of this thesis is to optimize efficient and practical techniques for heat dissipation from electronic nano-components. The second objective of this thesis is to provide ways to control the energy flow in order to meet these scientific and industrial needs.We study the transport by surface phonon-polariton (PhPS), which are electromagnetic surface waves resulting from the coupling between an electric field in the mid-infrared and optical phonons in a polar material. We also study the transport mechanisms by a two-dimensional electron gas (2DEG) confined in a quantum well formed at hetero-interfaces. We demonstrate that the excitation of PhPS modes in polar layers a few nanometers thick deposited on conventional semiconductors can improve the energy flow considerably, and consequently dissipate the heat accumulated in nano-components. We also demonstrate that the stain field in the AlN layer plays a critical role in governing the transport properties of the two-dimensional electron gas confined in the AlN/ GaN quantum well.