Microscopie thermique à balayage (SThM)

Au cours des trente dernières années, les nanosciences et les nanotechnologies ont conduit à des besoins croissants de connaissance fondamentale en thermique et énergétique à des échelles de plus en plus petites, allant du micromètre au nanomètre. En particulier, le développement de nouveaux matériaux et systèmes dépend de progrès significatifs dans la compréhension du transport de l’énergie à ces échelles. Les activités technologiques et commerciales de nombreux secteurs industriels tels que les semi-conducteurs, l’aéronautique, l’aérospatiale et les technologies de l’information sont profondément concernées.

Des mesures thermiques précises à des échelles inférieures à 30 nm sont par exemple incontestablement nécessaires à la caractérisation et l’optimisation des propriétés des matériaux nanostructurés tels que les interphases et les super-réseaux (multicouches à l’échelle nanométrique), les matériaux nanoporeux, les nano-objets et les nanomatériaux tels que le graphène, les nanotubes de carbone ou les nanofils qui sont d’ores et déjà intégrés dans des composites et composants. Il s’agit également de mieux comprendre les mécanismes de défaillance dans les composants électroniques ou optoélectroniques dont la conception reste souvent basée sur des analyses théoriques sans vérification expérimentale appropriée. Ces mesures permettront par ailleurs d’améliorer la précision et la validité des outils de simulation pour les technologies ultra-intégrées.

Outre le transport d’énergie, tout phénomène impliquant des échanges d’énergie et d’entropie avec l’environnement, tels que les modifications des structures atomiques ou des domaines magnétiques, nécessite ou induit d’une certaine manière une dissipation de chaleur ou un refroidissement. Cela inclut les changements de phase et les réactions chimiques et biochimiques. L’analyse thermique à l’échelle nanométrique devrait permettre l’étude de ces phénomènes ultralocalisés.

Dans ce contexte, développées pour l’imagerie thermique, les mesures thermiques et l’étude des phénomènes de transport thermique aux micro et nanoéchelles, la technique SThM ( Scanning Thermal Microscopy ) est une méthode prometteuse. Elle est aujourd’hui une technique qui fait partie intégrante du paysage de la micro et de la nanothermique : sa résolution thermospatiale latérale peut être inférieure à 50 nm. Cette microscopie est basée sur le principe de mise en interaction en contact ou de proximité d’une sonde de très petite dimension avec l’objet à caractériser, la sonde et l’objet ayant une température différente.

Actuellement principalement basée sur l’ AFM ( ...