Une ERC Starting Grant décrochée par un chercheur de l’IEMN !
Le projet, nommé UPTEG « Unconventional Principles of ThermoElectric Generation », propose de tester deux idées radicales à même de transformer le silicium en un matériau thermoélectrique ! En effet, la conversion d’énergie thermique en courant électrique par effet Seebeck reste un processus peu efficace, surtout lorsque le gradient de température disponible est modéré. Par ailleurs, les matériaux thermoélectriques usuels sont polluants, de plus en plus rares et difficilement compatibles avec les technologies standard de la microélectronique…
Pourtant, le silicium, matériau central de la microélectronique pour ses propriétés électriques, a également un coefficient thermoélectrique important mais souffre d’un défaut majeur : une forte conductivité thermique…
Le projet proposé par Jean-François Robillard, enseignant-chercheur à l’ISEN (Institut Supérieur d’Electronique et du Numérique) et travaillant au sein du groupe Microélectronique de l’IEMN, repose sur deux approches :
Convertisseurs à Ingénierie Phononique : Il s’agit de structurer le silicium de façon périodique à l’échelle du libre parcours moyens des phonons thermiques, les principaux porteurs de chaleur. Le résultat est un « matériau artificiel » dont la conductivité thermique peut être réduite d’un facteur 100 voire 1000 tout en préservant largement ses propriétés électriques.
Convertisseurs Micro-Thermoélectroniques : Cette approche encore plus radicale, consiste à construire un générateur à partir d’électrodes de silicium fonctionnalisées grâce à un matériau à très faible travail de sortie (oxide d’alcalin) et séparées par un vide de quelques microns. Dans ce cas les pertes thermiques sont quasi-nulles et le courant est généré par thermo-émission.
Les retombées de ce travail vont de la compréhension du transport thermique à l’échelle nanométrique jusqu’à la réalisation de micro-générateurs efficaces, éventuellement flexibles et donc capables de s’adapter sur tout type de surface.
Le projet repose sur un important travail de simulation, d’ingénierie des matériaux et de technologie. Il s’appuiera sur les ressources exceptionnelles de micro et nano fabrication et de caractérisation de l’IEMN.
L’European Research Council procure un financement exceptionnel d’une durée de cinq ans et un montant de 1.5 millions d’Euros pour ce projet qui prévoit entre autres la participation de 5 doctorants et jeunes chercheurs, le financement des coûts technologiques et des actions de diffusion scientifique.