GeTe-based nanocomposites for thermal optimisation and energy harvesting in microelectronics : from understanding to applications

Nanocomposites à base de GeTe pour l'optimisation thermique et la récupération d'énergie en microélectronique : de la compréhension aux applications Le sujet de recherche porté par cette thèse vise à la compréhension du transport thermique dans les nanocomposites à base de tellurure de germanium (GeTe). Les enjeux ayant donné naissance à ce sujet sont divers : la gestion de la chaleur d'un point de vue technologique, est un défi important pour la durée de vie des objets électroniques mais a aussi un impact économique. D'autre part il y a un défi écologique : par la gestion thermique il est possible de diminuer la production parasite de chaleur ou alors de la recycler en énergie électrique. D'un point de vue fondamental, le travail effectué durant cette thèse a pour but de comprendre l'impact qu'a la nanostructuration, la nanocomposition, sur la propagation de la chaleur dans le matériau. Spécifiquement, nous avons étudié cela dans le GeTe et un nanocomposite fait de GeTe nanocristallin et carbone amorphe (GeTeC), d'intérêt pour des applications dans la microélectronique en tant que matériau pour les mémoires à changement de phase, et dans la thermoélectricité, deux domaines où la gestion de la chaleur a une importance primordiale. Afin de répondre aux questions posées, différentes techniques expérimentales ont été employées. La méthode 3ω a été utilisée afin de mesurer la conductivité thermique à des températures comprises entre 100K et 300K dans des couches minces de GeTe amorphe, cristallin et des nanocomposites composés de GeTe cristallin et de carbone amorphe. Ces mesures ont permis d'observer une diminution de la conductivité thermique dans le nanocomposite, cependant ces mesures seules ne permettaient pas de savoir si cette diminution était dûe à la taille des grains (réduit lorsqu'on passe du cristal au nanocomposite) ou alors à la phase de carbone amorphe. Pour démêler cela la mesure d'un nanoGeTe, composé de grains cristallins d'une taille proche de celle du nanocomposite est nécessaire. Une technique de thermoréflectance a été utilisée pour des mesures de conductivité thermique à des températures au dessus de l'ambiante grâce à laquelle des mesures de GeTe cristallin, nanocomposites et de nanoGeTe ont été réalisées. A l'aide des résultats de ces mesures il a été possible de conclure sur l'impact des grains et de la phase carbone dans les nanocomposites. Des mesures de spectroscopie Brillouin ont été effectuées sur le GeTe cristallin et un GeTeC nanocomposite afin d'extraire les constantes élastiques de ces matériaux et d'en déduire la vitesse du son longitudinale et transverse. Enfin des mesures du coefficient Seebeck et de résistivité ont été effectuées afin de calculer une figure de mérite thermoélectrique et évaluer si le nanocomposite pourrait faire un meilleur matériau thermoélectrique que le GeTe cristallin.