Carte de température d'un nanofil d'or sur un substrat de silicium, Joule-chauffé par l'application d'un courant électrique de 7 mA, obtenu par thermographie infrarouge (en haut) et un thermomètre de surface à spin-croisé (en bas). Alors que le chauffage reste indétectable dans l'infrarouge en raison de la faible résolution thermique et spatiale, la distribution de la température est bien résolue à l'aide d'un thermomètre à base de SCO, qui révèle un "point chaud" résultant d'un dysfonctionnement du composant. Crédit :Ridier et al.
La miniaturisation des composants électroniques couplée à leur densité d'intégration croissante a considérablement augmenté les flux thermiques, ce qui peut entraîner une surchauffe. Mais mesurer ces événements nanométriques est difficile car les solutions conventionnelles telles que la thermographie infrarouge ne fonctionnent pas en dessous de l'échelle du micromètre.
Une équipe de recherche composée de scientifiques de deux laboratoires du CNRS, le Laboratoire de Chimie de Coordination et le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes, a proposé de réaliser des mesures en utilisant les propriétés de bistabilité d'une famille de composés chimiques appelés molécules de spin-crossover (SCO). Ils existent dans deux états électroniques avec des propriétés physiques différentes, et peuvent passer de l'un à l'autre lorsqu'ils absorbent ou perdent de l'énergie. Par exemple, certains d'entre eux changent de couleur en fonction de la température.
Une fois déposé sous forme de film sur un composant électronique, les propriétés optiques des molécules SCO changent en fonction de la température, permettant à ce thermomètre chimique d'établir une carte thermique à l'échelle nanométrique de la surface des circuits microélectroniques. Cependant, la principale caractéristique de ces films moléculaires SCO est en fait leur stabilité unique :les propriétés des molécules restent inchangées, même après plus de 10 millions de cycles thermiques sous air ambiant et températures élevées (jusqu'à 230 degrés C).
Cette innovation surmonte le principal obstacle pour les molécules SCO, à savoir leur fatigabilité, ou le fait que leurs propriétés sont souvent altérées après de multiples transitions d'un état électronique à un autre. Il pourrait bientôt être utilisé dans l'industrie de la microélectronique pour sonder les processus thermiques locaux, et d'améliorer ainsi la conception des futurs appareils.
