Développement de nanomatériaux à résistance thermique accrue, à base de silicium amorphe, destinés aux microbolomètres // Enhanced thermal resistor nanomaterials development, based on amorphous-Si, for microbolometers

Ce travail de thèse a pour objectif de développer des matériaux performants destinés à la prochaine génération de microbolomètres, en mettant particulièrement l'accent sur l'augmentation de la résistance thermique des bras supportant les pixels, dans un contexte de réduction de leur pas. Notre approche vise à tirer parti de la conductivité thermique plus faible des matériaux induite par des hétérogénéités contrôlées à l'échelle nanométrique. À cette fin, nous avons déjà démontré la fabrication de films minces de silicium amorphe nanocristallin (nc-aSi) (de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur) présentant une conductivité thermique prometteuse.
Dans le cas du nc-aSi, diverses techniques de caractérisation — spectroscopie Raman, diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission et méthode 3 Omega pour les mesures de conductivité thermique — seront utilisées pour établir une corrélation entre les conditions de dépôt, la nanostructure et les propriétés de transport thermique, afin d'identifier des stratégies visant à réduire sa conductivité thermique.
Les connaissances acquises grâce à l'étude du nc-aSi pourraient être étendues à d'autres matériaux.
Idéalement, la combinaison de l'analyse des mesures thermiques avec des modèles théoriques de conduction permettra de mieux comprendre les mécanismes de propagation de la chaleur dans ces matériaux nanocristallins.
Enfin, le potentiel d'intégration technologique de ces matériaux au sein de la chaîne de fabrication des microbolomètres sera évalué, notamment en termes de résistance mécanique et de robustesse thermique.

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The aim of this thesis is to develop high-performance materials for the next generation of microbolometers, with a particular focus on increasing the thermal resistance of the supporting arms to enable smaller pixel pitches. Our approach aims to take advantage of the lower thermal conductivity of materials induced by controlled inhomogeneities at the nanoscale. For this purpose, we have already demonstrated the fabrication of nanocrystallized amorphous silicon (nc-aSi) thin films (few tens of nanometers thick) with promising thermal conductivity.
In the case of nc-aSi, a range of characterization techniques—including Raman spectroscopy, X-ray diffraction, transmission electron microscopy (TEM), and the 3? method for thermal conductivity measurements—will be employed to correlate deposition conditions, nanostructure and thermal transport properties, in order to identify strategies for reducing its thermal conductivity.
The knowledge gained from studying nc-aSi could be extended to other materials.
Ideally, combining thermal measurement analysis with theoretical conduction models will provide insight into the mechanisms of heat propagation in these nanocrystallized materials.
Finally, the technological integration potential of these materials within the microbolometer fabrication line will be evaluated, including the mechanical strength and the thermal robustness.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie
Laboratoire : Laboratoire d’Imagerie thermique et THz
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : Bourgeois Olivier
Organisme : CNRS
Laboratoire : CNRS/ institut NEEL / Equipe Thermodynamique des Petits Systèmes

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie

Physique du solide, physique des matériaux