image: Temperature map of a gold nanowire on a silicon substrate, Joule-heated by the application of an electrical current of 7 mA, obtained through infrared thermography (top) and a spin-crossover surface thermometer (bottom). While heating remains undetectable in infrared due to low thermal and spatial resolution, temperature distribution is well resolved using an SCO-based thermometer, which reveals a "hot spot" resulting from a malfunction of the component. view more
Credit: Ridier et al.
La miniaturisation des composants électroniques et laugmentation de leur densité dintégration a pour effet d'augmenter considérablement les flux de chaleur, pouvant mener à des phénomènes de surchauffe. Mais comment mesurer ces événements parfois nanométriques, alors que les solutions conventionnelles comme la thermographie infrarouge ne permettent pas de descendre sous le micromètre (1000 fois plus grand quun nanomètre) ?
Une équipe de recherche regroupant des scientifiques de deux laboratoires du CNRS, le Laboratoire de chimie de coordination et le Laboratoire danalyse et darchitecture des systèmes, propose dutiliser pour cela les capacités de bistabilité dune famille de composés chimiques appelée molécules à transition de spin (TS). Celles-ci présentent deux états électroniques, avec des propriétés physiques différentes, et peuvent passer de lun à lautre lorsquelles reçoivent ou perdent de lénergie. Par exemple, certaines changent de couleur en fonction de la température.
Une fois déposées en couche mince sur un composant électronique, les molécules à TS voient leurs propriétés optiques évoluer en fonction de la température. Ce thermomètre chimique permet donc détablir une cartographie thermique, à l'échelle nanométrique, de la surface de circuits microélectroniques. Mais la principale prouesse de ces revêtements moléculaires à TS réside dans sa stabilité unique : les propriétés des molécules restent inchangées, même après plus de 10 millions de cycles thermiques sous atmosphère ambiante et jusquà des températures élevées (230°C).
Cette innovation* résout donc la principale faiblesse des molécules à TS qui est leur fatigabilité, le fait que leurs propriétés finissent par être altérées après de multiples passages dun état électronique à un autre. Elle pourrait bientôt être employée dans lindustrie microélectronique pour sonder les processus thermiques locaux et ainsi améliorer la conception des dispositifs futurs.
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Note
*- Elle a fait lobjet dun dépôt de brevet le 1er octobre 2019 (brevet n°FR1910886)
Journal
Nature Communications