Thermométrie par photoluminescence, application en micro/nanothermique

par Gary Degliame

Projet de thèse en Sciences - STS

Sous la direction de Nathalie Trannoy-orban.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences, Technologies, Santé , en partenariat avec (GRESPI) Groupe de Recherche En Sciences Pour l'Ingénieur (laboratoire) et de Equipe CATHERM-GRESPI (equipe de recherche) depuis le 01-10-2013 .


  • Résumé

    Pour de nombreuses applications, il est nécessaire de pouvoir déterminer la température locale voire de réaliser une cartographie des variations de température à l'échelle sub-micrométrique. Par exemple, la connaissance du comportement thermique via la connaissance de l'échauffement des micro-composants est vitale en micro-électronique. En microscopie champs proche, les méthodes proposées reposent sur différents capteurs tels que le thermocouple, la sonde composite, le thermomètre en nanotube de carbone ou encore la sonde de température luminescente. La mesure et l'imagerie de la température à l'échelle submicroscopique est un sujet délicat car il aborde la notion de calibration, sujet qui demande incontestablement des investigations aujourd'hui compte tenu des enjeux. Nous proposons un projet de thèse permettant de répondre à cette problématique par le développement d'une méthode expérimentale de mesure locale de température et d'imagerie à l'échelle sub-micrométrique en couplant 2 techniques, la microscopie thermique à sonde locale (SThM) et la photoluminescence. La sonde thermique utilisée est une sonde thermorésistive en Wollaston dont l'élément thermosensible est en platine rhodié. Un microcristal luminescent est fixé à l'extrémité de cette sonde. La particularité de cette méthode est que nous pouvons alors évaluer la température de la sonde par 2 voies distinctes, celle obtenue à partir des éléments liés à la sonde et, celle obtenue à partir des variations d'intensité de la photoluminescence du microcristal induites par son échauffement. La mise en corrélation des résultats permettra de calibrer en température la sonde thermique à partir de l'émission fluorescente du microcristal fixé en son extrémité. Ce matériau luminescent que nous utiliserons a en effet la particularité d'avoir un spectre d'émission de raies fines dont les intensités sont sensibles à de petites variations de température. La notion de calibration en température est un sujet déterminant pour l'étude en température des micro/nanosystèmes.

  • Titre traduit

    Photoluminescence thermometry, application in micro/nanothermic


  • Résumé

    For many applications, it is necessary to determine the thermal conductivity and the local temperature at sub-micrometer scale. In microscopy, the proposed methods are based on various sensors such as the thermocouple, the composite probe, the carbon nanotube thermometer or the luminescent temperature sensor. The measurement and imaging of temperature at submicroscopic scale is a sensitive topic because it addresses the notion of calibration, a subject that still requires investigation today. We propose to couple thermal-resistive Wollaston probe with an erbium doped photoluminescent microcrystal. Such crystal has luminescence lines sensitive to temperature. The application of the technique of Fluorescence Intensity Ratio (FIR) allows us to assess the microcrystal temperature. According to Boltzmann's law, the temperature can be assessed a ratiometric measurement. A luminescent microcrystal is stuck at the end of a Wollaston probe. We will then evaluate temperature of the probe obtained from intensity variations of the microcrystal's photoluminescence induced by the heating. The microcrystal is excited by an anti-Stokes effect induced with a low power red laser.