Caractérisation des propriétés thermoélectriques des composants en régime harmonique : techniques et modélisation

Abstract

Ce travail propose une nouvelle approche pour la caractérisation de propriétés de transport de composants et matériaux thermoélectriques, basés sur l'analyse en régime harmonique des réponses thermique et électrique des composants. Ce régime a été peu étudié en thermoélectricité, à cause de la nature fortement non-linéaire des phénomènes thermoélectriques. Il présente cependant plusieurs avantages, d'une part, l'utilisation de systèmes de mesures synchrones, connus pour sa résolution et sa capacité de rejet au bruit ; d'autre part, la possibilité d'étudier l'intégralité de propriétés thermoélectriques : le coefficient de Seebeck, la conductivité thermique, la résistivité électrique, mais également la diffusivité thermique, et les résistances thermiques d'interface, ces dernières ont été rarement étudiées, puisque difficiles à mesurer. Les effets thermoélectriques ont été modélisés en régime oscillant en utilisant la méthode des quadripôles thermiques, permettant de prédire des grandeurs pertinentes de la réponse d'un couple thermoélectrique, telles que le champ de température et la tension aux bornes du composant. L'étude de la sensibilité du modèle a dévoilé des zones privilégiées pour l'extraction de propriétés du composant. Deux bancs de mesure équivalents sont proposés : # Un banc de mesure AFM thermique (SThM) pour la mesure du champ de température. Un modèle prenant en compte l'interaction entre la pointe SThM et l'échantillon a été développé pour effectuer le calibrage de l'instrument. # Un banc photo-thermique, où le composant est excité par une source laser qui balaye sa surface, induisant par échauffement une tension Seebeck, tension mesurée sur diverses positions du faisceau chauffant. Aux mesures obtenues sur les bancs mentionnés, sont associés des modèles aux quadripôles thermiques permetttant la caractérisation intégrale de composants thermoélectriques, des propriétés intrinsèques des matériaux qui le constituent, et des propriétés d'interfaces.