Etude de l’échauffement de micro et nanofils par microscopie thermique à particule fluorescente

par Elika Saidi

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Lionel Aigouy.

Soutenue en 2012

à Paris 6 .


  • Résumé

    Dans ce manuscrit, nous avons étudié le comportement thermique de micro et nano-dispositifs métalliques, grâce à une nouvelle technique utilisant une nanoparticule fluorescente comme capteur de température. Cette technique a été développée au laboratoire LPEM de l'ESPCI. Ce travail est motivé par la demande croissante de caractérisations thermiques à des échelles micro et nanométriques. Nous avons montré que, en fixant une nanoparticule fluorescente à l'extrémité d'une pointe d'AFM, nous pouvons reconstruire une cartographie thermique de dispositifs nanostructurés, excités par effet Joule. En recueillant les variations d'intensité de fluorescence de la nanoparticule, nous pouvons mesurer la température de nanostructures avec une résolution latérale inférieure à 200nm. La technique fonctionne en mode alternatif et continu, pour mesurer des variations de température. Dans ce cas, nous avons décrit un processus de normalisation, avec l'aide duquel nous pouvons nous affranchir d'effets indésirables liés au champ proche optique, et qui nous permet d'extraire la température locale des dispositifs. En effectuant des balayages, nous avons observé différents mécanismes de transferts de chaleur pointe/surface. Nous avons montré que, bien que le transfert de chaleur par contact direct soit très efficace, un transfert existe aussi par conduction dans l'air au voisinage de la pointe. Nous avons ensuite étudié le rôle d'une couche interfaciale sur la propagation de la chaleur. Nous avons observé que la température d'un nano fil fabriqué sur un substrat de silicium oxydé augmente si l'épaisseur d'oxyde augmente. Nos résultats sont en bon accord avec des simulations

  • Titre traduit

    Heating effects in micro and nanowires probed by flourescence scanning thermal microscopy


  • Résumé

    In this manuscript, we have studied the thermal behavior of metallic micro and nanodevices, obtained by a specific Scanning Thermal Microscope, which uses a fluorescent nanoparticle as a very sensitive sensor of temperature. This home-made technique has been developed at ESPCI-LPEM. This work is motivated by the increasing demand of understanding the heat propagation at micro& nanoscale. We have shown that, by gluing a fluorescent nanoparticle at the extremity of an AFM tip, and by scanning the surface of the sample, we can reconstruct the thermal cartography of metallic nanostructured devices heated by Joule effect. By collecting the variations of the fluorescence intensity of the nanoparticle, we can measure the temperature of the nanostructures, with a lateral resolution better that 200nm. The technique can operate for measuring steady state temperatures and also the alternating mode, and measure temperature variations. We have described a normalization process, by the help of which, one can get rid of the unwanted nearfield optical effects, to extract the temperature of the devices very locally. By performing scans, we have observed how heat is transferred between the surface and the tip. We have shown that, although the most efficient transfer occurs when the tip is in direct contact with the surface, some transfer also occurs through the air. We have then investigated the role of the interfacial layer on the heat propagation. We have observed that the temperature of a Joule-heated nanowire fabricated on an oxidized silicon substrate strongly increases when the thickness of the oxide increases. Our experimental results are in good agreement with numerical simulations

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Informations

  • Détails : 1 vol. (198 p.)
  • Annexes : Bibliogr. en fin de chapitres. Réf. bibliogr. 131

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  • Cote : T Paris 6 2012 50
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