Développement et application de la technique TERS/TEPL pour la caractérisation avancée des matériaux

Le TERS/TEPL (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Tip-Enhanced Photoluminescence) est une approche puissante pour la caractérisation des matériaux à l'échelle nanométrique. L'acquisition récente d'un équipement TERS/TEPL unique à la PFNC (Plateforme de Nano-caractérisation) du CEA LETI ouvre de nouveaux horizons pour la caractérisation des matériaux. Cet équipement combine la spectroscopie Raman, la photoluminescence et microscopie en champ proche. Il offre également des capacités multi-longueurs d'onde (de l'UV au proche infrarouge), permettant une large gamme d'applications et offrant des informations inégalées sur la composition, la structure et même les propriétés mécaniques/électriques des matériaux à une résolution nanométrique. Ce projet post-doctorat vise à développer et accélérer la mise en œuvre de cette nouvelle technique à la FPNC afin d'exploiter pleinement son potentiel dans différents projets du CEA (LETI/LITEN/IRIG) et de ses partenaires.

Développement d'un pseudo-substrat relaxé à base d'InGaN porosifié par anodisation électrochimique

Dans le cadre du projet Carnot PIRLE débutant début 2021, nous recherchons un(e) candidat(e) pour un poste de post-doctorat d’une durée de 24 mois (12 mois renouvelable) avec une spécialité en matériaux. Le projet consiste à développer un pseudo-substrat relaxé à base de matériaux III-N pour les applications µLEDs, notamment pour l’émission dans le rouge. Le travail consistera principalement à développer un procédé MOCVD de reprise d’épitaxie à base d’InGaN sur un substrat innovant à base de matériaux anodisés et relaxé. Il devra à la fois caractériser le niveau de relaxation de la couche ré-épitaxiée mais aussi sa qualité cristalline. Ces deux points favoriseront la reprise d’épitaxie d’une LED rouge efficace. Le(la) candidat(e) fera partie de l’équipe projet et sera associé aux travaux de l’équipe épitaxie sur le procédé de croissance de la LED rouge et aux caractérisations optiques et électro-optiques associées.

Développement de la spectroscopie de masse à temps de vol tandem pour les applications en microélectronique.

Le CEA-LETI cherche à recruter un chercheur ou une chercheuse postdoctoral(e) pour développer des nouvelles applications de spectrométrie de masse des ions secondaires à temps de vol (TOF-SIMS) pour des applications en micro et nanotechnologies. Le ou la candidat(e) travaillera avec un nouvel instrument équipé avec un spectromètre de masse à temps de vol tandem, un FIN in-situ et un canon à cluster d’argon. Le projet de recherche sera articulé autour de trois axes ;

• Développent des méthodes corrélatives entre TOF-SIMS, AFM, XPS et Auger
• Amélioration de la sensibilité et efficacité des fragmentions dans la spectromètre tandem MS
• Développement des applications 3D FIB-TOF-SIMS amélioration de la résolution spatiale.

Le ou la candidat(e) aura accès à une gamme étendu d’instruments à l’état de l’art sur la plateforme de nanocaractérisation du CEA Grenoble, pourra bénéficier des échantillons fait à façon issus des différentes filières technologiques du LETI. Ce projet sera mené en étroite collaboration avec l’équipementier.

Méthodes parcimonieuses appliquées à la tomographie électronique: caracterisation quantitative multi-dimensionnelle de nanomatériaux

La tomographie électronique (ET) est couramment utilisée pour l’analyse tridimensionnelle de la morphologie à l’echelle nanométrique. Très récemment, des progrès en instrumentation ont permis l’essor de la tomographie analytique, basée sur des modes de spectroscopie tels que la perte d’énergie des électrons (EELS : electron energy loss spectroscopy) ou l’analyse dispersive en énergie (EDX : energy dispersive X-ray spectroscopy). Cette technique cependant nécessite des temps d’acquisition assez longs, et des doses d’irradiation élevées. Ce projet consiste à explorer des approches parcimonieuses pour améliorer la résolution et réduire les temps d’acquisition. Plus précisément, nous envisageons d’aborder les deux tâches suivantes: 1. comparer les algorithms de reconstruction à base de minimization de la variation totale (TVM), ondelettes orthogonales ou non-décimales, curvelets en 3D ou ridgelets/shearlets, sur des nanomatériaux avec des structures/textures variées; 2. Comparer la PCA avec de nouvelles méthodes parcimonieuses de débruitage et de démélange spectral. Le code sera développé en Python, en utilisant les librairies Hyperspy (hyperspy.org) et PySAP (https://github.com/CEA-COSMIC/pysap).
Ce projet multidisciplinaire regroupe l’expertise du coordinateur en ET, de Philippe Ciuciu en IRM (DRF/Joliot/NEUROSPIN/Parietal), et de Jean-Luc Starck en traitement du signal et mathématiques appliquées (DRF/IRFU/DAP/CosmoStat).

Jonction tunnel pour LEDs UV: caracterisation et optimisation

Au-dela des lampes UV actuelles, les LEDs émettant dans le domaine de l’UV-C (autour de 265 nm) sont considérées comme la solution à moyen terme pour les systèmes de traitement de stérilisation de l’eau. Mais les LEDs UV-C, à base de matériaux du type AlGaN et de leurs hétérostructures à puits quantiques sont encore de trop faible efficacité pour leur utilisation dans des systèmes industriels.
L’analyse des raisons qui sous-tendent cette faible efficacité nous ont amenés à proposer une solution basée sur l’utilisation de jonctions tunnel insérées dans l’hétérostructure. L’utilisation de jonctions tunnel p+ / n+ permet d’adresser les problèmes liés au dopage des matériaux grands gaps, mais donne lieu à une résistance tunnel qui doit être diminuée autant que possible. Le travail post-doctoral est dédié à la compréhension des processus tunnel à l’œuvre dans la jonction pour un meilleur contrôle de la résistance tunnel.
Le travail post-doctoral sera effectué sur la Plate-Forme de Nano-Caractérisation au CEA/ Grenoble, en faisant appel à différents types de caractérisation structurale, optique et électrique, sur de simples jonctions ou sur des jonctions insérées dans les LEDs UV. Le (la) candidat(e) interagira fortement avec l’équipe du CNRS/CRHEA à Sophia Antipolis où seront épitaxiées les structures. Le travail s’inscrit dans le cadre d’un projet collaboratif « DUVET » financé par l’ANR.

Etude la physisorption d’espèces chimiques sur des surfaces sensibles lors des transferts en mini-environnement contrôlés en microélectronique

Une plateforme de caractérisation basée sur le concept de connexion entre équipements de procédés et de caractérisation par l’intermédiaire d’une valise de transfert sous vide a été montée permettant une caractérisation quasi in-situ des substrats et matériaux de la microélectronique. Ce concept de transfert, basé actuellement sur le simple vide statique dans une valise est satisfaisant vis-à-vis du taux résiduel de O et C à la surface de matériaux particulièrement sensibles (Ge, Ta, Sb, Ti, …) et les croissances par MOCVD sur les GST ou les III/V, ou l’analyse des couches réactives après gravure plasma. Son optimisation pour des applications plus exigeantes (collage moléculaire, reprise épitaxie) en termes de préservation des surfaces nécessite de mieux comprendre l’évolution physico chimie des surfaces.
Le travail proposé portera sur des études physico chimiques de l’évolution et de la contamination moléculaire des surfaces lors des transferts et se déroulera en salle blanche. L’XPS, la TD-GCMS et la spectrométrie de masse sur la boite elle-même (à implémenter), seront utilisés pour adresser l’origine (parois, joints, environnement gazeux, …) des espèces chimiques adsorbées et déterminer les mécanismes de physisorption à la surface des substrats. Les surfaces étudiées seront suffisamment sensibles à la contamination pour extraire l’influence de l’environnement de la boite et les paramètres explorés seront la nature des joints utilisés, l’influence de l’étuvage de la boite, le niveau de vide, l’utilisation d’un mini environnement gazeux à basse pression dans la boite (nature du gaz, pression,…)

Conversion charge-spin dans les isolants topologiques HgTe

L’interface ou la surface d’isolants topologiques contient des états de Dirac qui présentent la propriété particulière de spin-momentum locking qui rend ces systèmes particulièrement attractifs pour le développement de nouveaux effets et applications de spintronique. HgTe contraint est un isolant topologique modèle et de fait un excellent candidat pour la démonstration et le design de composants nouveaux exploitant les propriétés uniques des isolants topologiques. Cette position postdoctorale vise à réaliser la première démonstration expérimentale de la conversion directe charge-spin dans des nanostructures HgTe, et d’utiliser cette conversion pour développer des composants basés sur le transport de spins.

Etude de dégazage des résines pour la lithographie avancée

Le sujet proposé est adressé à un candidat de type post doc. Le sujet est réalisé au sein d’un projet concernant le développement de la lithographie avancée multifaisceaux Ebeam. Dans le cadre de ce projet un équipement Ebeam multifaisceau est développé dans un contexte de partenariat international. Il apparait de fortes contraintes de contamination dues au dégazage des résines lors de leur activation par bombardement électronique. Le sujet proposé abordera les études de contamination des optiques de projection suite au dégazage des résines lors de leur bombardement électronique.
Le candidat sera en charge de réaliser des études de dégazages sur différents échantillons de résines en support à l’équipe "dégazage" déjà existante.
Il mettra en oeuvre des méthodologies développées au sein du Leti (mesure de vitesse de pompage, mesure de dégazage, étude de croissance de couche de contaminants)et apportera sa contribution à l’amélioration de ces méthodes. Il supervisera également la réalisation d’objets utiles aux études de dégazage (simulateur d’optique de projection Ebeam) qui seront réalisés au sein de la plate-forme technologique microelectronique du Leti. Le candidat effectuera la caractérisation du faisceau d’électrons de l’équipement de dégazage et pourra être force de proposition pour sont amélioration. Il prendra également en charge l’observation des couches de contaminants au moyen de microscope électronique.
Le candidat évoluera dans le milieu de la lithographie avancée et sera en contact avec des équipes internationales. Il devra maîtriser l’anglais.

Etude du retrait sélectif d’alliages métalliques pour la siliciuration avancée des transistors CMOS sub-20 nm

Les performances du transistor CMOS dépendant de la réduction de la résistivité des contacts électriques, l’amélioration du procédé de siliciuration auto alignée est un point clé pour atteindre les exigences de l’ITRS relatives aux futurs noeuds technologiques. La réaction entre une fine couche métallique (Ni1-yPty < 10nm) et le substrat de silicium permet de diminuer les résistances d’accès aux zones source et drain du transistor. Déposé par PVD sur toute la plaque, le métal, sous l’effet d’un traitement thermique, réagit préférentiellement avec les zones semiconductrices plutôt que diélectriques. Le métal non réagi est ensuite gravé dans une solution acide sélective au siliciure métallique. Au vu des nouvelles spécifications (couches ultra fines d’alliages à base de Ni, diminution des budgets thermiques menant à des siliciurations partielles, introduction de nouveaux métaux) requises pour les noeuds technologiques avancés (C20nm et C14nm), la capacité à retirer chimiquement les excès de métal non réagi sur les zones diélectriques doit être évaluée. Dans la salle blanche du CEA-LETI, le candidat sera amené à travailler sur des solutions chimiques innovantes pour graver sélectivement différentes couches métalliques (Ni, Pd, NiCo, NiPd). Les premiers tests conduits sur échantillons permettront d’établir les cinétiques d’attaque et la sélectivité globale sur dispositifs. Avec différentes techniques de caractérisation (TXRF, XRR, AFM, SEM, TEM, XRD), l’interaction des résidus métalliques avec le diélectrique et le comportement de la solution de retrait vis à vis des zones siliciuréees (rugosité, résistivité) seront étudiés. Différents semi-conducteurs (Si, SiGe…) et diélectriques (SiO2, SixNy…) seront investigués. Dans un second temps, les procédés de retrait sélectif les plus prometteurs seront implémentés sur un équipement 300 mm avant d’être intégrés et testés morphologiquement et électriquement sur des substrats comportant des architectures critiques.

Mise au point de procédés innovants de métallisation pour la fabrication de structures d’interconnexions avancées de cellules solaires

La fabrication de cellules solaires performantes et à coût maîtrisé constitue un enjeu majeur, et mobilise de nombreuses équipes de recherches et industriels dans le monde. De nombreuses solutions technologiques sont actuellement développées et évaluées dans ce but. Ainsi, la limitation de l’ombrage des zones actives par les lignes de métal qui collectent le courant est-elle l’une des voies d’amélioration les plus prometteuses. Cette étude vise à mettre au point un nouveau procédé de fabrication de lignes métalliques étroites en utilisant un dépôt électrochimique en remplacement de la sérigraphie. Dans cette approche, le substrat conducteur est revêtu d’un masque isolant qui définit les lignes, et le métal est directement déposé par électrolyse, sélectivement sur les zones faiblement conductrices (c’est-à-dire les lignes). Les procédés seront à adapter en fonction de la nature des zones faiblement conductrices sur lesquelles devront être réalisés les dépôts electroless et/ou électrolytiques.

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