Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON - CNRS UMR 6082

La conversion de chaleur en électricité peut être réalisée directement par des générateurs thermoélectriques à base de semiconducteurs, qui offrent une bonne intégrabilité et fiabilité. En thermoélectricité, l’utilisation des matériaux semiconducteurs sous forme nanostructurée a pour effet de diminuer notablement leur conductivité thermique, ce qui augmente alors fortement le facteur de mérite ZT des générateurs thermoélectriques.

L’objectif principal de ce travail de thèse est l’étude et la démonstration de l’intérêt de nanostructures InAs sur substrat InP, matériaux jusqu’alors très étudiés pour leurs propriétés opto-électroniques. Après un rappel sur les effets et la définition de grandeurs thermoélectriques nous discutons de l’intérêt de l’utilisation des nanostructures semi-conductrices, notamment de leur effet sur la réduction de la conductivité thermique, favorable à une augmentation du facteur ZT. Après avoir rappelé le principe de la croissance des nanostructures InAs/InP par épitaxie par jets moléculaires et de leurs morpholgies (boîtes, fils), nous décrivons le développement du dispositif de mesure de la conductivité thermique de couches minces par la méthode "3ω". Un ensemble de mesures sur différents substrats (InP, Si, GaAs, verre) ainsi que sur des couches minces de Si_xN_y ou d’alliages III-V sur InP est présenté. Ces mesures sont en bon accord avec les données de la littérature.

L’étude des propriétés de transport dans des fils quantiques InAs est présentée. Ces fils présentent une anisotropie de mobilité prononcée à basse température mais quasi nulle à température ambiante à laquelle le coefficient Seebeck ne présente pas non plus d’anisotropie.

L’utilisation de la compensation de contrainte est faite pour empiler une centaine de plans de boîtes quantiques InAs insérées dans une matrice de GaInAs par l’insertion de couches en tension d’AlAs. Les mesures préliminaires de la conductivité thermique de cet empilement montrent une réduction d’un facteur 1.7 par rapport au matériau massif, permettant de prévoir des facteurs de mérite de l’ordre de ZT=0.2 à 300K, résultat comparable à l’état de l’art sur InP.

Composition du jury