Development and integration of VO2 towards building IR photonic diodes for thermotronics
Notice bibliographique
Résumé
Le traitement de l'information moderne repose principalement sur la manipulation de courants et de tensions électriques, une base établie grâce à des décennies de progrès dans l'industrie de la microélectronique. En revanche, la thermotronique, domaine émergent du traitement thermique de l'information, en est encore à ses débuts. Malgré son potentiel technologique, la thermotronique manque de composants fondamentaux et de mécanismes efficaces pour guider, amplifier ou moduler la chaleur.Les transistors et diodes thermiques radiatifs, qui modulent la chaleur par transfert d'énergie médié par les photons, offrent une approche prometteuse pour surmonter cette limitation. Au cœur de ces dispositifs se trouve le dioxyde de vanadium (VO₂), un matériau à changement de phase qui subit une transition métal-isolant (MIT) réversible vers 70 °C, accompagnée d'une modification significative de ses propriétés optiques dans l'infrarouge moyen. Pour garantir la compatibilité avec les technologies microélectroniques existantes, l'intégration du VO₂ sur une plateforme en silicium est essentielle. Cependant, des défis tels que le décalage de réseau cristallin et la formation d'oxydes et de silicates interfaciaux compromettent la qualité des films et les performances des dispositifs, entraînant des problèmes de fiabilité.Cette thèse présente une étude approfondie sur le développement, l'optimisation et l'intégration de couches minces de VO₂ pour des applications photoniques thermiques radiatives. La première étape s'est concentrée sur la croissance hétéroépitaxiale du VO₂ sur diverses orientations de saphir, afin d'évaluer la qualité cristalline, la structure des grains et le comportement de la contrainte. Les résultats ont révélé de fortes corrélations entre l'orientation du substrat, la contrainte et les caractéristiques de la transition de phase, apportant des éclairages essentiels sur la dynamique de croissance et les propriétés de transport.Sur la base de ces résultats, le VO₂ a été intégré sur une plateforme en silicium à l'aide d'une couche tampon HfₓZr₁₋ₓO₂ (HZO) compatible CMOS. Cette approche a permis d'améliorer l'amplitude et la netteté du comportement MIT du VO₂, tout en réduisant de manière significative l'hystérésis thermique et en supprimant les défauts aux joints de grains. De plus, l'étude a mis en évidence la présence de la phase intermédiaire M2 à l'aide de mesures de diffraction des rayons X en fonction de la température et de spectroscopie infrarouge, et l'a corrélée à la phase M2 du VO₂.La recherche a ensuite porté sur l'intégration du VO₂ dans des structures à membrane suspendue sur une plateforme de bolomètre MEMS pour des applications de diodes radiatives. Les principaux défis de fabrication, tels que le délaminage des films, l'amincissement des membranes et les effets de microchargement, ont été relevés grâce à des modifications architecturales et des optimisations de procédé. Bien que la libération complète des membranes n'ait pas été atteinte dans ce travail, ces avancées représentent une étape importante, passant du développement au niveau matériau à la mise en œuvre de dispositifs fonctionnels.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
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Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule tête enseignante, pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».