Sibel Nar

Les semi-conducteurs nanostructurés restent des matériaux très attractifs pour mener des recherches sur la récupération de l'énergie perpétuelle comme la chaleur résiduelle dans les microsystèmes à température ambiante. Grâce aux progrès sur les procédés de nanostructuration, il est possible alors grâce au confinement des phonons d'atteindre des valeurs de coefficients thermoélectriques (Seebeck ou facteur de puissance) élevés à température ambiante. Le silicium, utilisé fortement en microélectronique est un matériau particulièrement intéressant grâce à son abondance et la simplicité de l'obtention de sa forme nanostructurée, le silicium mésoporeux par gravure électrochimique le rendant encore plus intéressant pour des applications thermoélectriques. Cette forme nanostructurée implique également une diminution de la conductivité électrique du matériau qui grâce à l'incorporation de nanographène peut significativement s'améliorer. Cependant, le nanocomposite mésoporeux-nanographène que nous avons synthétisé dans le cadre de ces travaux ne peut être caractérisé par des outils standards. La conception d'un nouveau banc de mesure dédié a permis de réaliser des mesures de coefficient Seebeck et de conductivité thermique corréler à la morphologie du silicium mésoporeux. En particulier, une configuration sandwich avec la méthode dite du ‘gradient de température' imposé dans la direction cristallographique [100], identique à celle de la gravure des pores a permis de comparer les résultats avec les substrats nanographénisés. L'incorporation du nanographène montre un abaissement du coefficient Seebeck, de 750 à 120 µV/K et une amélioration de la conductivité électrique, de 10-5 à 10-2 S/m, avec également une faible conductivité thermique, de 1 à 3 W/m.K, par rapport à la conductivité thermique du silicium cristallin, qui est de l'ordre de 100 W/m.K. Ainsi nous montrons l'amélioration de la valeur du facteur de puissance grâce à cette incorporation, de 59.3 à 238 µW/m.K².

Nanographene–mesoporous silicon (G-PSi) composites have recently emerged as a promising class of nanomaterials with tuneable physical properties. In this study, we investigated the impact of nanographene coating on the Seebeck coefficient of mesoporous silicon (PSi) obtained by varying two parameters: porosity and thickness. To achieve this, an electrochemical etching process on p + doped Si is presented for the control of the parameters (thicknesses varying from 20 to 160 µm, and a porosity close to 50%), and for nanographene incorporation through chemical vapor deposition. Raman and XPS spectroscopies confirmed the presence of nanographene on PSi. Using a homemade ZT meter, the Seebeck coefficient of the p + doped Si matrix was evaluated at close to 100 ± 15 µV/K and confirmed by UPS spectroscopy analysis. Our findings suggest that the Seebeck coefficient of the porous Si can be measured independently from that of the substrate by fitting measurements on samples with a different thickness of the porous layer. The value of the Seebeck coefficient for the porous Si is of the order of 750 ± 40 µV/K. Furthermore, the incorporation of nanographene induced a drastic decrease to approximately 120 ± 15 µV/K, a value similar to that of its silicon substrate.