Développement de filières technologiques pour la réalisation de micro-supercondensateurs intégrés sur silicium

par Thi Ty Mai Dinh

Thèse de doctorat en Micro et nano systèmes

Sous la direction de David Pech et de Magali Brunet.

Soutenue en 2014

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Les récents progrès de la micro-électronique ont permis, au cours de la dernière décennie, un développement des systèmes embarqués, particulièrement, les réseaux de capteurs autonomes sans fil. Les nombreuses applications qui en découlent (optimisation des procédés industriels, suivi de trafic, surveillance de l'environnement, de structures, médicale. . . ) ont attiré, ces dernières années, l'attention des chercheurs et des investisseurs. L'un des principaux défis limitant la mise en œuvre de ces réseaux de capteurs reste l'autonomie énergétique. Des solutions ont été proposées, notamment la récupération et le stockage de l'énergie présente dans l'environnement du capteur afin d'obtenir un système énergétiquement indépendant. Le stockage est actuellement principalement assuré par des micro-batteries. Ces dispositifs possèdent cependant une faible puissance, une durée de vie limitée et un domaine de fonctionnement en températures restreint. L'utilisation de micro-supercondensateurs, alternative ou complémentaire aux micro-batteries, permettrait de s'affranchir de ces limitations. Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous nous sommes focalisés sur le développement de filières technologiques pour réaliser des micro-supercondensateurs intégrés sur silicium, possédant de bonnes performances en termes de densité de puissance et d'énergie, de tension d'utilisation, de taille et de durée de vie. Des micro-supercondensateurs performants et de forte résolution ont été obtenus au cours de cette thèse. Des électrolytes innovants sous forme de gels ont permis d'élaborer des micro-dispositifs tout solides, pouvant être produit à grande échelle. Des capacités spécifiques énormes ont par ailleurs été obtenues en combinant des matériaux de forte surface spécifique à des matériaux de forte capacité spécifique au sein d'une électrode. Enfin, des micro-supercondensateurs asymétriques ont été élaborés, permettant d'élargir la fenêtre de potentiel d'opération et, par conséquent, d'améliorer la densité d'énergie des micro-dispositifs.

  • Titre traduit

    Technological developments for realization of on-chip electrochemical micro-capacitors


  • Résumé

    The recent advances in microelectronics have led, during the last decade, to the development of embedded systems, particularly wireless sensor networks. Many applications of these systems (industrial process optimization, traffic and environmental monitoring. . . ) have attracted the attention of researchers and investors. One of the main challenges limiting the implementation of these wireless sensor networks remains the autonomy of energy. Harvesting micro-devices extracting renewable energy from various ambient environmental sources (thermal, mechanical, solar energy) have received in this sense an increasing research interest in recent years, with the objective to obtain autonomous self-powered systems. The harvested energy is usually stored in micro-batteries. However, these devices have low power, limited lifetime and restricted operation temperatures. The use of micro-supercapacitors, as an alternative or a complementary device to micro-batteries, could overcome these limitations. In this thesis, we have focused on the development of technological fields to realize on-chip micro-supercapacitors, with good properties in terms of power and energy density, operating voltage, size and lifetime. High resolution micro-supercapacitors with high performance have been obtained in this thesis. Innovative electrolytes as gels allowed to develop all-solid-state micro-devices, which can be produced on a large scale. Ultra-high specific capacitance has been also obtained by combining materials of high specific surface and materials of high specific capacitance within an electrode. Finally, asymmetric micro-supercapacitors have been developed for extending the potential window and, therefore, improving the energy density of the micro-devices.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (169 p.)
  • Annexes : Références bibliogr. en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2014 TOU3 0282
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