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Matériaux thermoélectriques du type Mg2Si−Mg2Sn élaborés en couches minces par co-pulvérisation assistée par plasma
Le-Quoc H.
Thèses. Université de Grenoble (21/12/2011), Ana Lacoste (Dir.)
[oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00687307] - http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00687307
Matériaux thermoélectriques du type Mg2Si−Mg2Sn élaborés en couches minces par co-pulvérisation assistée par plasma
Huy Le-Quoc ()1, 2
1 :  LPSC - Laboratoire de Physique Subatomique et de Cosmologie
http://lpsc.in2p3.fr
CNRS : UMR5821 – IN2P3 – Université Joseph Fourier - Grenoble I – Institut Polytechnique de Grenoble - Grenoble Institute of Technology
53 avenue des Martyrs - 38026 Grenoble Cedex
France
2 :  NEEL - Institut Néel
http://www.neel.cnrs.fr/
CNRS : UPR2940 – Université Joseph Fourier - Grenoble I – Institut National Polytechnique de Grenoble (INPG)
25 avenue des Martyrs - BP 166 38042 GRENOBLE CEDEX 9
France
IICE
Thèses
21/12/2011
Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l'élaboration des couches minces de matériaux thermoélectriques de type Mg2Si-Mg2Sn, et sur l'étude de leurs propriétés structurales et électriques. Des couches minces polycristallines du composé Mg2Sn et des solutions solides Mg2Si1-xSnx ont été réalisées sur plusieurs types de substrat, à température ambiante, par la technique de dépôt par co-pulvérisation assistée par plasma micro-onde multi-dipolaire. L'influence des paramètres de dépôt sur les propriétés structurales et électriques des couches élaborées a été étudiée. Les résultats obtenus démontrent clairement que la composition chimique des couches est parfaitement contrôlée par le biais de la polarisation indépendante des cibles des éléments constituants. Cette étude met également en évidence que la composition de phase et la microstructure des couches dépendent des paramètres opératoires : pression du gaz plasmagène, puissance micro-onde, géométrie (distance cibles-substrat, configuration du réacteur de dépôt). Les propriétés structurales ont un fort impact sur les propriétés électriques des couches déposées. Un facteur de puissance comparable, à température ambiante, à celui des matériaux actuels (Bi-Te) a été déterminé pour les couches minces Mg2Sn dopées en Ag. Une grande avancée de cette étude a été de prouver l'obtention des couches minces des solutions solides Mg2Si1- xSnx monophasées. Des améliorations sont proposées pour l'augmentation de la conductivité électrique et donc du facteur de puissance de ces couches.
This thesis presents a study of the deposition and structural as well as electrical properties of thin films of thermoelectric materials Mg2Sn-Mg2Si. Polycrystalline thin films of the Mg2Sn compound and of solid solutions Mg2Si1-xSnx were deposited on several types of substrate at room temperature, by co-sputtering assisted by microwave plasma. The influence of deposition parameters on structural and electrical properties of deposited films was studied. Thus, the chemical composition of thins films was fully controlled by the means of the independent polarization of targets of constituent elements. Phase composition and microstructure of deposited films were found depending on the deposition pressure, on the microwave power, on the geometry of the deposition chamber (target-substrate distance, configuration of the deposition chamber). These structural properties, in turn, have a strong impact on the electrical properties of the deposited films. Mg2Sn thin films doped with Ag, deposited under optimal condition, presented a power factor at room temperature comparable to conventional thermoelectric materials. A major advance of this study was to demonstrate the deposition of thin films of single phase solid solutions Mg2Si1-xSnx. Improvements are proposed to increase the electrical conductivity and thus the power factor of these films.
Physique/Matière Condensée/Science des matériaux

Université de Grenoble
Physique
physique des matériaux et nanostructures
Français

Ana Lacoste
ana.lacoste@ujf-grenoble.fr
M. Marc PLISSONNIER
Ingénieur de Recherche au CEA-Liten, Président
Mme. Marie-Christine RECORD
Professeur de l'Université Paul Cézanne Aix-Marseille III, Rapporteur
M. Yvan SEGUI
Directeur de Recherche au laboratoire LAPLACE - CNRS, Rapporteur
M. Daniel FRUCHART
Directeur de Recherche Emérite à l'Institut Néel - CNRS, Invité
Mme. Sylvie HÉBERT
Chargé de recherches au laboratoire CRISMAT - CNRS, Examinateur
Mme. Ana LACOSTE
Professeur de l'Université de Grenoble, Directeur de thèse

thermoélectricité – pulvérisation – couches minces – plasma micro-onde – Mg2si-Mg2Sn
thermoelectrics; sputtering; thin films; microwave plasma; Mg2Si-Mg2Sn
21/12/2011
Université de Grenoble
Physique
physique des matériaux et nanostructures
Ana Lacoste
M. Marc PLISSONNIER
Ingénieur de Recherche au CEA-Liten, Président
Mme. Marie-Christine RECORD
Professeur de l'Université Paul Cézanne Aix-Marseille III, Rapporteur
M. Yvan SEGUI
Directeur de Recherche au laboratoire LAPLACE - CNRS, Rapporteur
M. Daniel FRUCHART
Directeur de Recherche Emérite à l'Institut Néel - CNRS, Invité
Mme. Sylvie HÉBERT
Chargé de recherches au laboratoire CRISMAT - CNRS, Examinateur
Mme. Ana LACOSTE
Professeur de l'Université de Grenoble, Directeur de thèse
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ThA_se_Couches_minces_Mg2Si-Mg2Sn_Huy_LE_QUOC_2011.pdf(8.2 MB)
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