Présentation
RÉSUMÉ
La dissipation de la chaleur et la gestion thermique sont des défis centraux dans divers domaines de la science et de la technologie et également des problèmes critiques pour la majorité des dernières générations de dispositifs électroniques.
Suite à une introduction des différents mécanismes de transfert thermique aux micro et nano-échelles, cet article expose les techniques de caractérisation thermique actuellement dédiées à l’analyse de champs de température et à l’étude des propriétés thermiques aux échelles submicroniques. Il est également question de présenter les principaux défis et limites de ces techniques, ainsi que les tendances actuelles des développements en micro et nano-thermique.
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Lire l'articleAUTEUR(S)
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Séverine GOMES : Directrice de recherche CNRS - Centre d’Énergétique et de Thermique de Lyon, Université Lyon, CNRS, INSA Lyon, UCBL1, CETHIL, UMR 5008, Villeurbanne, France
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Olivier BOURGEOIS : Directeur de recherche CNRS - Institut Néel, CNRS, Université Grenoble Alpes, UPR 2940, Grenoble, France
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Nolwenn FLEURENCE : Ingénieur de recherche LNE - Laboratoire national de métrologie et d’essais, LNE, Trappes, France
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Stefan DILHAIRE : Professeur de l’université de Bordeaux - Université de Bordeaux, Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine, CNRS, LOMA, UMR 5798, Talence, France
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Remy BRAIVE : Maître de conférences de l’université Paris-Cité – Institut universitaire de France (IUF) - Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, CNRS, IUF, Université Paris-Saclay, C2N, UMR 9001, Palaiseau, France
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Stéphane GRAUBY : Professeur de l’université de Bordeaux - Université de Bordeaux, Laboratoire Ondes et Matière d’Aquitaine, CNRS, LOMA, UMR 5798, Talence, France - Cet article a été réalisé dans le cadre de l’axe « Nanothermique & Mesure » du Club nanoMétrologie, une initiative française créée par le C’Nano – CNRS et le LNE.
INTRODUCTION
La production de chaleur est la conséquence universelle de l’activité physique. La gestion thermique est donc au cœur de toutes les nouvelles technologies basées sur l’acquisition et le stockage d’information ou d’énergie. Dans ce cadre, les progrès rapides concernant la synthèse et le traitement de matériaux, dont la structure est à l’échelle nanométrique, ont créé une forte demande pour une meilleure compréhension scientifique du transport thermique dans les dispositifs micro et nanostructurés et les nanomatériaux. La miniaturisation des composants et des circuits électroniques et optoélectroniques, ainsi que l’augmentation des vitesses de commutation de ces composants, ont entraîné des problèmes de chauffage localisés aux micro- et nanoéchelles. La caractérisation en régime permanent et transitoire de la distribution de la température dans ces systèmes et leurs interconnexions à ces mêmes échelles est donc primordiale pour l’analyse des performances et de la fiabilité avant commercialisation.
Les sciences des matériaux et les technologies modernes sont de plus en plus consacrées au contrôle de la matière à l’échelle nanométrique. En nanostructurant les matériaux, leurs propriétés physiques peuvent être ajustées pour atteindre des performances optimales. C’est le cas des nanomatériaux utilisés pour la production d’énergie renouvelable (thermoélectrique, photovoltaïque), ou des composites structuraux. Par ailleurs, les interfaces entre les matériaux deviennent de plus en plus importantes aux petites échelles de longueur. Comment caractériser les transferts de chaleur au sein de ces systèmes dont les tailles caractéristiques avoisinent ou sont inférieures au libre parcours moyen des porteurs d’énergie ? Le présent article a pour objectif de répondre à cette question.
La gestion thermique aux micro et nanoéchelles reste un problème majeur dans beaucoup de domaines, en particulier en microélectronique. Elle impose notamment d’avoir accès à des techniques et des modèles de mesure compatibles avec les petites dimensions physiques du système ou du matériau, mais aussi de répondre à l’exactitude de mesure recherchée. Les méthodes de mesure traditionnelles deviennent cependant insuffisamment sensibles ou bien inadaptées aux micro et nanoéchelles en raison des limites de la physique mise en jeu. Les mécanismes physiques de transfert de la chaleur peuvent notamment être complètement différents de ceux à l’échelle macroscopique.
Ces limitations font encore aujourd’hui l’objet de recherches, tant fondamentales qu’applicatives. Cela a mené au développement d’une grande variété d’instruments que ce soit optiques, à sonde résistive déposée ou à sonde à balayage. Les objectifs de ces instruments sont la mesure, d’une part, de la température à l’échelle...
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MOTS-CLÉS
Métrologie | transfert de chaleur | température | thermique | microthermique | nanothermique
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CET ARTICLE SE TROUVE ÉGALEMENT DANS :
Micro et nanothermique - Méthodes de caractérisation et de mesure
La micro et la nanothermique
Sources bibliographiques
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