Thermoélectrique nanostructuré silicium obtenu par metal-assisted chemical etching

Thermoelectric nanostructured silicon obtained by metal-assisted chemical etching

• Auteur / Autrice : Stefano Magagna
• Direction : Claude Alfonso, Dario Narducci
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique et sciences de la matière. Matière condensée et nanosciences
• Date : Soutenance le 14/04/2021
• Etablissement(s) : Aix-Marseille en cotutelle avec Università degli studi di Milano - Bicocca
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole Doctorale Physique et Sciences de la Matière (Marseille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon)
• Jury : Président / Présidente : Adele Sassella
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emiliano Bonera, Christian Seassal, Ahmed Charaï

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semi-métaux

Silicium

Thermoélectricité

Semiconducteurs -- Attaque à l'acide

Nanotechnologie

Mots clés libres

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Résumé

Mon projet de thèse implique la préparation de matériaux à base de nanofils de silicium, exploitant la solution de manière synthétique : gravure chimique assistée par métal (MaCE). J'ai pu pleinement caractériser depuis le point de vue morphologique des différents nanofils obtenus à partir de substrats à différentes concentrations de dopants, différentes espèces de dopants. La température d'attaque, ainsi que la concentration d'Ag + dans la solution. Les résultats autorisent à ouvrir une réflexion et une théorie avancée sur différents aspects de gravure, du transfert électronique de la localisation de l'attaque. MaCE permet la synthèse d'un métamatériau, introduit en 2014 par Davis et al, consistant à partir d'une membrane de silicium sur laquelle un réseau de nanofils de silicium et définition du "métamatériau nanophononique (NPM) ". NPM avec différentes épaisseurs de membrane ont été produites à partir d'une plaquette polie double face de 200 microns d'épaisseur, sur laquelle ils étaient produit les nanofils par MaCE, sur les deux faces. En choisissant la longueur des nanofils, il était possible d'ajuster l'épaisseur de la membrane résiduelle. Les caractérisations électriques et thermoélectriques ont montré comment le compartiment électronique du NPM est maintenu. La caractérisation thermique d'une membrane d'une épaisseur de 62 microns a obtenu une conductivité thermique égale à 36% de celui du silicium en vrac. Ce matériau nous permet donc de découpler la conductivité électrique (régulée par les caractéristiques de la membrane) de la conductivité thermique (contrôlée par la présence des nanofils), ce qui le rend idéal pour des applications thermoélectriques

My thesis project involves the preparation of materials based on silicon nanowires, synthetically exploiting solution: metal-assisted chemical etching (MaCE). I have been able to fully characterize sinc emorphological point of view the different nanowires obtained from substrates at different dopant concentrations, different dopant species. The temperature of attack, as well as the concentration of Ag + in the solution. The results allowed to open a reflection and an advanced theory on different aspects engraving, from electronic transfer to localization of the attack. MaCE allows the synthesis of ametamaterial, introduced in 2014 by Davis et al, consisting of from a silicon membrane on which a network of silicon nanowires and definition of "nanophononic metamaterial (NPM) ". NPM with different membrane thicknesses were produced from a 200 micron thick double-sided polished wafer, on which they were produced the nanowires by MaCE, on both sides. By choosing the length of the nanowires, it was possible to adjust the thickness of the residual membrane. Characterizations electric and thermoelectric have shown how the electronic compartment of the NPM is maintained. The thermal characterization of a membrane with a thickness of 62 micron has obtained a thermal conductivity equal to 36% of that of bulk silicon. This material therefore allows you to decouple the electrical conductivity (regulated bymembrane characteristics) thermal conductivity (controlled by the presence of nanowires), which makes it ideal for thermoelectric applications