Propriétés électriques et thermiques des réseaux de nanofils de silicium
Auteur / Autrice : | Sofia Rodichkina |
Direction : | Volodymyr Lysenko, Victor Timoshenko |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Matériaux |
Date : | Soutenance le 10/12/2019 |
Etablissement(s) : | Lyon en cotutelle avec Université Lomonossov (Moscou) |
Ecole(s) doctorale(s) : | Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....) |
Laboratoire : INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL | |
Jury : | Président / Présidente : Ronan Le dantec |
Examinateurs / Examinatrices : Volodymyr Lysenko, Victor Timoshenko, Ronan Le dantec, Gael Gautier, Gilles Lerondel, Séverine Gomes | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Gael Gautier, Gilles Lerondel |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Résumé
Les nanofils de silicium (SiNWs) attirent l’attention particulière en raison de leurs applications thermoélectriques prometteuses. La faible conductivité thermique et les propriétés électriques proches du Si massif en font un nanomatériau thermoélectrique idéal dans le concept de "verre à phonons - cristal à électrons". Théoriquement, les valeurs du facteur de mérite thermoélectrique (ZT) pour SiNW peuvent atteindre 3 à la température ambiante. ZT = 0,7 a été déjà obtenu expérimentalement pour des SiNW individuels, ce qui est proche de ZT pour les chalcogénures de bismuth (ZT = 0,8 -1,0) qui sont couramment utilisés. De point de vue pratique, il faut savoir fabriquer des réseaux de SiNWs à faible coût. Dans cette thèse, nous avons cherché: (i) à adapter des technologies existantes pour la fabrication des SiNWs fortement dopés, (ii) à développer des méthodes de caractérisation sans contact et non destructive des propriétés électriques et thermiques de réseaux de SiNWs, (iii) à fabriquer et caractériser des réseaux de SiNWs à haute conductivité électrique et faible conductivité thermique. Les réseaux des SiNW ayant la morphologie et le niveau de dopage nécessaires pour obtenir un ZT maximal ont été fabriquées par gravure chimique assistée par métaux de substrats de silicium. Une procédure de dopage post-fabrication a été développée en utilisant la diffusion thermique d’atomes de dopant à partir de solutions de dopage (via un dépôt spin-on). En particulier, les réseaux de nanofils de silicium ayant un diamètre typique de 100 nm, une longueur de 10 mm, une morphologie de type "cœur cristallin/ surface rugueuse" et un niveau de dopage de 10 20 cm.