Investigations expérimentales du transport thermique et électronique dans des nanofils hétérostructurés 3C/2H

Experimental investigations of thermal and electronic transport in heterostructured 3C/2H nanowires

• Auteur / Autrice : Aymen Ben amor
• Direction : Stéphane Grauby
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Lasers, Matière et Nanosciences
• Date : Soutenance le 30/03/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Ondes et Matière d'Aquitaine
• Jury : Président / Présidente : Touria Cohen-Bouhacina
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Stéphane Grauby, Touria Cohen-Bouhacina, Séverine Gomès, Olivier Bourgeois, Laetitia Vincent, Gilles Pernot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Séverine Gomès, Olivier Bourgeois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Conductivité thermique

Thermoélectricité

Hétérostructures

Nanofils

Mots clés libres

Imagerie

Nanofils

Hétérostructures

Seebeck

Conductivité thermique

Thermoélectricité

Imaging

Nanowires

Heterostructures

Seebeck

Thermal conductivity

Thermoelectricity

Résumé

Ce projet de recherche présente une exploration expérimentale des propriétés thermique, électrique et thermoélectrique de nanofils de Si et Ge hétérostructurés 3C/2H. Ces nanofils étudiés sont fabriqués par le Centre de Nanosciences et Nanotechnologies de l’Université de Paris-Saclay, grâce à une méthode originale permettant de créer des transformations de phase dans ces nanofils. Il en résulte une hétérostructure 3C/2H le long des nanofils avec des interfaces abruptes, laissant espérer une réduction significative de leur conductivité thermique, sans altérer significativement leurs propriétés électroniques. Tout d’abord, nous avons montré la forte dépendance de diamètre sur le transport thermique de tels nanofils hétérostructurés. Ensuite, la température de recuit lors de la transformation de phase, qui influence la taille et le nombre de domaines 2H, peut constituer un paramètre efficace pour réduire la conductivité thermique. Cette étude constitue la première preuve expérimentale d'une conductivité thermique réduite dans de tels types de nanofils. Enfin, afin d'évaluer les propriétés électrique et thermoélectrique des nanofils, un prototype original d'imagerie a été développé durant ce projet de thèse. Ce prototype permet l'imagerie simultanée et en temps réel des conductivités thermique et électrique et du coefficient Seebeck à l'échelle nanométrique.

This research project presents an experimental exploration of thermal, electrical and thermoelectric properties of 3C/2H heterostructured Si and Ge nanowires. These studied nanowires are made by the Center for Nanosciences and Nanotechnologies of the University of Paris-Saclay, thanks to an original method which allows the creation of phase transformations in these nanowires. This results in a 3C/2H heterostructures along the nanowires with abrupt interfaces, giving hope for a significant reduction in their thermal conductivity without significantly altering their electronic properties. First, we showed the strong diameter dependence on thermal transport in such heterostructured nanowires. On the other hand, the annealing temperature during the phase transformation, which influences the size and the number of 2H domains, can constitute an effective parameter for reducing thermal conductivity. This study constitutes the first experimental evidence of reduced thermal conductivity in such types of nanowires. Then, with the aim of evaluation the electrical and thermoelectric properties of nanowires, an original prototype was developed during this thesis. This prototype allows simultaneous and real-time imaging of thermal and electrical conductivities and the Seebeck coefficient at the nanometric scale.