Cartographie de Température et de Conductivité Thermique de Composants de Puissance par Spectro-nanoScopie – TempoScopy

Pour mener à bien ce projet, le consortium rassemble des compétences fortes (1) en instrumentation, (2) en modélisation optique et thermique et en associant (3) l'équipe R&D «thermal management« d'un acteur majeur de l'industrie microélectronique.
Les performances de l'approche seront comparées à des séries de mesure déjà obtenues en SThM. En dehors du management et des activités de dissémination, le projet comporte trois tâche principales :

- WP1. Développement du prototype
- WP2. Modelisation thermique des mesures
- WP3. Échantillons microélectroniques et besoins des utilisateurs finaux

Les premiers 18 mois sont consacrés au développement instrumental du prototype, l’identification d’échantillons pertinents avec une évaluation de leur conductivité thermique par des voies « conventionnelles », et une première estimation de la fonction diélectrique de matériaux d’intérêt. Des premières mesures nano-spectroscopique de type PiFM pour différentes puissances du faisceau sonde ont été réalisées, et des premières modélisations ont finalement été effectuées.

Pour la période à venir, les perspectives sont les suivantes :

(i) Avancer dans la modélisation photothermique des spectres des chantillons test avec l’aide des mesure champ lointain.

(ii) Compléter les analyses PiFM menées par une l'analyse sSNOM spectroscopique

(iii) Après la validation du procédé sur ces premiers échantillon tests. Des échantillons plus complexes pourront être considérés, notamment actifs (alimentés)

- 1. Castro, C. Silvestre, et al. «Optical density of states near planar ENZ materials.« Optics Letters 45.13 (2020): 3593-3596 UTT doi.org/10.1364/OL.392017

Une large portion de la consommation électrique mondiale est maintenant perdue dans la dissipation thermique des circuits intégrés. La détermination expérimentale de la température et de la conductivité thermique à l'échelle nanométrique est un besoin fondamental pour optimiser le transport thermique dans les composants microélectroniques, réduire leur consommation et améliorer leurs performances et fiabilité.

Le design des composants de puissance, en particulier, doit intégrer des contraintes thermiques très importantes. Des méthodes fiables de mesure à l'échelle caractéristique des composants sont nécessaires pour déterminer notamment la source des points chauds impactant la durée de vie des composants, ainsi que pour déterminer, plus fondamentalement, les propriétés thermiques des matériaux sous forme de couches très minces ou nanostructurés.

Cependant, en dépit de l’essor du SThM (Scanning Thermal microscopy), un tel outil de caractérisation n'existe pas de manière pleinement satisfaisante et manque à l'industrie microélectronique qui cherche à déterminer les meilleures techniques de caractérisation thermique.

Dans ce projet, nous développons une technique non conventionnelle d'imagerie à l'échelle caractéristique des nanostructures en couplant spectroscopie et nanoscopie, s’affranchissant ainsi de la mesure directe de température. Pour le mener, ce consortium rassemble des compétences fortes (1) en instrumentation, (2) en modélisation optique et thermique et en associant (3) l'équipe R&D "thermal management" d'un acteur majeur de l'industrie microélectronique. Les performances de l'approche seront comparées à des séries de mesure déjà obtenues en SThM.