Effets électriques sur les résistances thermiques d'interface – EFICACE

De nos jours, les circuits intégrés sont constitués d'assemblages très denses de matériaux hétérogènes à des échelles de longueurs inférieures au régime de diffusion thermique. Dans ces objets confinés, les interfaces limitent la dissipation de la chaleur. Dans ce contexte, les jonctions métal/semi-conducteur (diode Schottky) deviennent des cibles privilégiées pour l'optimisation du transfert de chaleur.
Le projet EFFICACE vise à améliorer la compréhension du transfert de chaleur à ces interfaces, et à fournir des solutions pour améliorer le transport thermique de ces contacts. En effet, les résistances thermiques d'interface (TBR) les plus faibles sont obtenues pour des interfaces métal/métal. L'idée principale est de trouver des solutions pour obtenir des TBR aussi faibles aux interfaces métal/SC avec des substrats dopés en augmentant les interactions électron/électron et électron/phonon. Cependant, dans certains cas, la barrière de Schottky (SB) limite les interactions électron/électron. L'objectif est de comprendre les effets de cette SB et de proposer des solutions pour optimiser la gestion de la chaleur à travers ce type d'interfaces.
L'un des problèmes fondamentaux dans le transfert thermique à ces échelles est que les lois de transfert de chaleur diffèrent fondamentalement par rapport à celles à la macroéchelle. Les résistances thermiques et le transport balistique jouent des rôles importants. Les couplages phonons/électrons et les effets thermoélectriques se produisent simultanément dans les dispositifs actifs. Parallèlement, du point de vue du transport électronique, il a été démontré qu'une couche diélectrique de 2 nm à l'interface peut améliorer le contact électrique. Est-il possible d'obtenir thermiquement une telle amélioration contre-intuitive ? Une multitude de questions émergent alors : quelle amplitude du courant électrique influence le transfert de chaleur dans la diode Schottky ? Comment la densité électronique ou la hauteur de la barrière affecte la résistance thermique ? Quelle est l'influence de la température sur tous ces effets ? Notre objectif est de répondre à ces questions. Pour analyser les différents phénomènes et explorer différentes voies pour améliorer le transport thermique aux interfaces et diminuer la TBR, nous proposons d'étudier des matériaux avec différentes propriétés électriques :
1) densité électronique : influence du niveau de dopage du silicium sur la résistance thermique.
2) hauteur de la barrière Schottky: existe-t-il une corrélation systématique entre la hauteur de la barrière et la TBR ?
3) polarisation électrique (transfert de chaleur assisté par voie électronique) : influence de la polarisation électrique sur le TBR. Le courant électrique influence le transfert de chaleur à l'interface et peut diminuer la TBR mais pas dans toutes les configurations. En effet, différents cas se produisent en fonction du contact électrique (redresseur ou ohmique), du type de porteurs de chage et de la direction du courant.
4) influence d'une intercalation de couche diélectrique de quelques nm (Al2O3 et HfO2) sur la TBR.
EFFICACE cible des percées dans le développement des outils théoriques, de modélisation et expérimentaux pour contrôler les canaux d'énergie et les flux de chaleur dans un dispositif à semi-conducteurs. Les attendus du projet sont les paramètres critiques qui permettraient une diminution significative des résistances aux interfaces métal/semi-conducteur. Grâce à une compréhension globale et fondamentale du transport thermique aux interfaces, nous serons en mesure de proposer de nouvelles voies pour une gestion efficace de la chaleur dans les systèmes électroniques ou pour la mise en œuvre d'applications innovantes telles les diodes thermiques ou le stockage de données à assistance thermique.