De nouveaux modules thermoélectriques

Une technique pour récupérer de l'énergie à partir des dispositifs et convertir la chaleur perdue

En microélectronique, on cherche toujours à mettre davantage de puissance de calcul dans des packages toujours plus petits, ce qui ne facilite pas la gestion du dégagement de chaleur. Un projet de l'UE a mis au point de nouveaux modules thermoélectriques afin de récupérer cette chaleur et de l'utiliser pour faire fonctionner la puce.

La présence d'un si grand nombre de transistors dans un espace aussi réduit produit énormément de chaleur, ce qui peut contrarier le fonctionnement de la puce. Il est donc toujours plus important de trouver comment gérer l'écoulement de cette chaleur, surtout au travers de matériaux cristallins comme le silicium, qui sert de base à la plupart des dispositifs. L'énergie de vibration (thermique) des atomes oscillant dans le réseau cristallin est véhiculée par des phonons, la particule équivalant à l'onde mécanique créée.

Le contrôle des phonons permet donc de contrôler le transport de la chaleur, ce qui est le but du projet MERGING (Membrane-based phononic engineering for energy harvesting), financé par l'UE. Les chercheurs ciblaient des matériaux et des technologies compatibles avec le silicium.

Les partenaires du projet ont conçu un module de génération thermoélectrique pour convertir en électricité la chaleur dégagée, contrebalançant la croissance de la consommation des composants microélectroniques ainsi que le dégagement de chaleur Le module intègre un circuit de puissance spécial pour renforcer la génération de tension. Il a été testé avec succès en laboratoire.

Les partenaires du projet ont conçu et appliqué des techniques sophistiquées pour mesurer les propriétés thermiques de membranes et de couches minces. Ils ont conduit un examen théorique approfondi du transport de la chaleur.

Les chercheurs de MERGING ont proposé un modèle de réseau neuronal qui reproduit les propriétés vibratoires d'un composé nano-structuré de germanium-manganèse, pour soutenir les développements. Ils ont aussi fabriqué des membranes de silicium et de germanium avec des cristaux phononiques, et montré l'effet de ces cristaux sur la dispersion des phonons et les propriétés thermiques des membranes.

Les chercheurs ont présenté les résultats via 90 conférences internationales, allocutions et présentations par affiches. Ils ont aussi publié 19 articles avec comité de lecture.

Les travaux du projet MERGING auront un impact important sur la collecte et le contrôle de l'énergie dans les technologies de l'information et de la communication. L'optimisation des dispositifs de laboratoire utilisant des capteurs embarqués et autonomes pourrait aussi bénéficier à d'autres secteurs comme la santé et l'environnement. L'alimentation autonome de dispositifs à faible consommation, comme ceux de l'Internet des objets, se rapproche ainsi de la réalité.

Pour plus d'information voir: projet MERGING