Développement d’actionneur piézoélectrique sans plomb en couches minces
Au sein de CEA-Tech, l’Institut LETI crée de l’innovation et la transfère à l’industrie. Le LCMA, laboratoire de composants micro-actionneurs, travaille sur l’intégration de matériaux piézoélectriques dans des microsystèmes permettant d’obtenir la fonction de transduction électromécanique. Le Titanate Zirconate de Plomb (PZT) est à ce jour le matériau piézoélectrique le plus performant pour les applications micro-actionneur. Cependant, la mise en place dans un futur proche d’une nouvelle norme concernant le taux de plomb autorisé dans les puces (directive européenne RoHS) nous amène à évaluer des matériaux sans plomb alternatifs au PZT pour les applications actionneurs piézoélectriques. Le développement de matériaux sans plomb est de fait devenu un axe majeur de la recherche sur les piézoélectriques. Ces recherches ont amené à revisiter et modifier certains matériaux piézoélectriques classiques tels que les KNbO3 et BaTiO3. La famille des KNaxNb1-xO3 (KNN) a notamment été identifiée comme une piste prometteuse. L’objectif du postdoc est donc d’évaluer des matériaux piézoélectriques sans plomb et de comparer leurs propriétés à celle du matériau de référence, le PZT. Des véhicules de test simples seront réalisés dans la salle blanche du LETI pour être ensuite caractérisés au moyen de différentes techniques disponibles dans nos laboratoires pour évaluer les performances électriques et piézoélectriques de ces matériaux. Dans le but de mener à bien ce travail, le candidat pourra s’appuyer sur une solide expérience des experts LETI développée depuis maintenant presque 20 ans sur les matériaux piézoélectriques en couches minces.
Microbatteries bio-compatibles et bio-résorbables pour applications médicales
Dans le cadre de son activité micro-sources d’énergie embarquées, le LETI initie des études prospectives dans le domaine des microbatteries pour applications médicales, et plus particulièrement pour l’alimentation de micro-dispositifs implantables. A cette fin, un projet labélisé Carnot impliquant deux laboratoires du LETI (microbatteries, bio-packaging) et un laboratoire CNRS (ICMCB, Bordeaux) a pour objectif la conception et l’étude de micropiles bio-resorbables.
Les principales missions consisteront donc (i) à participer à la conception, par un choix adapté de matériaux, d’un système électrochimique en film mince assurant une alimentation électrique adéquate (tension, capacité), corrodable et solubilisable dans l’organisme de manière contrôlée, (ii) à réaliser les constituants (électrodes, électrolyte) sous forme de films minces (pulvérisation cathodique, dépôt électrolytique, enduction) et à les caractériser individuellement, (iii) à finaliser la réalisation de micropiles prototypes et à étudier leur comportement.
Le travail sera réalisé à l’ICMCB (Bordeaux) au sein d’une équipe mixte CEA/CNRS, en étroite collaboration avec les laboratoires grenoblois. Les résultats obtenus et l’activité inventive devront prioritairement faire l’objet d’une analyse de propriété intellectuelle en vue de leur protection ou exploitation, ainsi que si possible de publications scientifiques.
Optimisation du cascode monolithique de puissance en technologie MOS-ChannelHEMT GaN/Si
Afin de répondre au besoin de la conversion d’énergie, notamment pour les applications automobile ou photovoltaïque, la technologie des transistors de puissance GaN/Si s’oriente aujourd’hui vers des composants E-mode avec des performances agressives en termes de tension de seuil (>2V), de courant nominal (100-200A), de tension de claquage (650 et 1200V) et d’immunité au phénomène de « current collapse ». Le cascode discret est assez largement utilisé aujourd’hui pour répondre à ce besoin (Transphorm, On-Semi, NXP, IR…) mais il présente certains problèmes spécifiques (inductances parasites, appairage, composants additionnels, coût, fonctionnement limité en température lié à la puce Si …). Le cascode monolithique est une version très compacte du cascode qui doit permettre d’éviter ces problèmes mais aussi d’améliorer les performances des transistors E-mode intrinsèques (MOS-C HEMT ) étudiés au Leti. D’autres acteurs du GaN ont d’ailleurs suivi une approche similaire sur une autre technologie E-mode intrinsèque de type p-GaN gate, sans nécessairement l’afficher comme telle.
Le Leti a fait récemment la démonstration de ce cascode monolithique dans le cadre d’une thèse 2014-2016 sur la base de sa technlologie MOS-C HEMT, compatible C-MOS en GaN/Si 200mm. Ce post-doc propose d’optimiser ce composant dans la continuité des travaux de thèse. Il doit permettre d’améliorer les performance de ces transistors en terme de Ron, Ron.specifique, pertes de commutation et fréquence de fonctionnement afin de répondre au besoin de nos partenaires industriels.
Résonateurs et filtres à ondes élastiques de plaque agiles en fréquence
L’accroissement du nombre de bandes de fréquences différentes devant être prises en compte pour la téléphonie mobile entraîne une explosion du nombre de filtres passe-bande utilisés dans ces systèmes. Dans cette optique, la possibilité de rendre des résonateurs et des filtres agiles en fréquence se présente comme un élément clef des futurs systèmes de transmission sans fil.
Le CEA LETI travaille depuis plusieurs années au développement de résonateurs et de filtres à ondes élastiques, notamment guidées dans des films minces piézoélectriques. En parallèle, il a proposé plusieurs concepts de résonateurs et de filtres agiles en fréquence.
Le but de ce post-doc consistera donc à approfondir ces idées et à travailler à la conception de ces composants. En interaction avec les membres de l’équipe projet responsables de la fabrication de ces composants, le candidat étudiera différentes structures permettant d’apporter de l’agilité ou de la reconfigurabilité à ces composants, proposera des solutions innovantes, et caractérisera les composants réalisés en salle blanche. Des démonstrateurs répondant à des applications concrètes seront enfin proposés et réalisés.
Capteur biologique interrogeable à distance et utilisant les matériaux 2D (Graphène, MoS2)
L’objectif de ce contrat de post-doctorat réside dans la réalisation d’un prototype de capteur biologique réalisé en utilisant des matériaux 2D qui pourra être interrogé à distance grâce à une antenne RF, réalisé simultanément et à proximité du biocapteur. Le post-doctorant prendra en charge la conception, la fabrication et la caractérisation de ce prototype pour répondre aux spécifications attendues. Au sein de l’environnement du CEA-LETI, le post-doctorant prendra en charge la réalisation du capteur, de sa conception à sa caractérisation finale. A partir d’une modélisation adaptée il concevra tout d’abord une architecture capteur combinant des chemiresistors et/ou transistors graphène à grille liquide à une antenne RF. Une fois le design réalisé, il adaptera les méthodes de transfert de matériaux 2D déjà existantes pour proposer un protocole de fabrication simple et innovant. Grâce à ce process de fabrication, il fabriquera les premiers prototypes de capteurs. Après avoir validé l’interrogation des biocapteurs via un dispositif d’antenne RF, le post-doctorant réalisera les tests de biodétection afin de déterminer la sensibilité des dispositifs réalisés. Dans un second temps, le post-doctorant étudiera les procédés de transfert sur substrat arbitraire de MoS2 déposé par voie chimique et établira un protocole technologique permettant d’interfacer graphène et MoS2 au sein d’un même dispositif. Le but sera d’amplifier la sensibilité des biocapteurs visés par le projet.
Développement de modèles innovants permettant l’optimisation conjointe technologie/design/système
Le projet dans lequel ce post-doc s’inscrit a pour ambition de proposer une approche nouvelle d’étude et d’optimisation des circuits et des systèmes, en prenant en compte les caractéristiques détaillées des technologies utilisées, des méthodologies de conception et des architectures choisies. L’objectif est de mettre en place une compétence transverse unique d’évaluation des technologies et des architectures, allant au-delà des analyses de type PPA, PPAY, PPAC usuellement utilisées pour évaluer les circuits.
Le sujet du post-doc se concentre sur le développement de modèles simplifiés de dispositifs actifs et passifs, qui constituent les briques de base de la méthodologie d’optimisation robuste qui sera mise en place dans le projet. Les travaux de modélisation des devices actifs auront comme point de départ l’approche développée à l’EPFL, basée sur des expressions analytiques d’invariants mettant en oeuvre le coefficient d’inversion.
Couches 2D pour Contacts et Empilements de Grille Avancés
Les TMDs (Transition Metal Dicalchogenides, MX2) ayant démontré des propriétés d’intérêt dans de nombreux domaines des nanotechnologies (CMOS, mémoires, capteurs, photonique, etc.), ils apparaissent comme des matériaux prometteurs du fait de leur co-intégration facilitée par leur nature intrinsèque (matériaux de van der Waals) et de leurs propriétés fonctionnelles. Toutefois, leur potentiel applicatif reste incertain du fait de la difficulté à les élaborer dans un environnement nanoélectronique standard tout en en contrôlant leurs propriétés fonctionnelles.
Le candidat cherchera à quantifier les propriétés électriques de différentes couches 2D intégrées dans des structures de test en technologies silicium (TLM, Cross Bridge Kelvin Resistor, MOS Capacitors) pour donner des recommandations d’applications voire effectuer un démonstrateur dispositif.
Il s’agit en l’occurrence de caractériser l’intérêt de ces matériaux non pas en tant que couches de transport, mais comme interfaces permettant d’améliorer :
• La résistivité dans les contacts via Fermi-level depinning.
• Le contrôle de la charge d’inversion du canal par la tension de Grille via un effet de capacité quantique différentielle négative.
Conception d’un circuit intégré de puissance en GaN sur Si, caractérisation, mise en oeuvre
L’objectif est de proposer une solution innovante permettant d’alimenter une électronique basse tension (3 à 12VDC) ou de charger des accumulateurs, à partir de tensions alternatives industrielles (230VAC/400VAC). Ce type de dispositif devrait bénéficier fortement de l’apport des technologies de passifs intégrés et des possibilités offertes par les ASIC développés au Leti, en particulier les ASIC en GaN. Ce programme de recherche s’inscrit dans la ‘’roadmap puissance’’ du Leti. A partir de l’état de l’art et de concepts envisagés par des chercheurs du CEA, le post-doctorant devra imaginer une solution originale, en faire la conception, puis caractériser le système ainsi réalisé. Le programme de recherche implique d’autres partenaires académiques ce qui permet au post-doctorant de s’immerger dans un contexte de recherche amont. Une application industrielle a été identifiée. Le post-doctorant sera encouragé à enrichir le sujet par des fonctions additionnelles au niveau du contrôle (régulation) à très hautes fréquence, de la transmission de signaux isolés via le convertisseur ou tout autre sujétion
Substrats Germanium sur isolant (GeOI) pour la photonique : amélioration de la qualité cristalline et mise sous contrainte
Depuis environ 2010, on assiste à une course au laser Ge, à laquelle participent notamment le MIT, l’université de Stanford, l’université de Paris Sud et le Leti. En parallèle, le laboratoire des professeurs Takagi et Takenaka à l’université de Tokyo est à la pointe de développements de composants photoniques à base de Ge pour le proche infra-rouge.
Le post-doc consistera à développer des substrats GeOI à partir de substrat Ge massif avec mise en traction du film. Ces développements seront réalisés à partir des procédés Smart Cut / collage amincissement existants, combinés à des étapes permettant de dépasser leurs limites actuelles (e.g. collage type SAB). Les matériaux obtenus seront caractérisés pour déterminer leur état de déformation ainsi que leur endommagement (Raman/XRD) et des substrats seront fournis aux laboratoires applicatifs pour réalisation de composants photoniques.
Analyse de la fiabilité des mémoires résistives (RRAM) pour application haute densité de stockage
Dans ce postdoc, nous proposons d’étudier les mémoires résistives (RRAM) en vue des applications de mémoire haute densité. Dans ce but, deux technologies (CBRAM et OXRAM) seront comparées et caractérisées.
L’impact des procédés d’intégration technologique sur les performances de la mémoire sera abordé. En particulier, nous évaluerons comment les étapes critiques d’intégration peuvent affecter le fonctionnement de la mémoire. Les architectures MESA (la RRAM est gravée) vs Damascène (la RRAM est déposée dans une cavité) seront comparées.
Après l’évaluation du fonctionnement de base de la mémoire (forming, SET, RESET, tensions requises...), un accent particulier sera porté sur la fiabilité. L’endurance sera étudiée en détail et optimisée. L’impact des conditions de programmation (y compris des systèmes de programmation intelligents) sur la fenêtre mémoire et le nombre de cycles en endurance sera analysé. Enfin, la variabilité sera adressée, afin de quantifier les différentes contributions à la fermeture de la fenêtre mémoire : variabilité cycle à cycle et cellule à cellule. Les problèmes de fiabilité spécifiques (bruit de lecture ...) seront également abordés. Des extrapolations sur la densité maximale qu’une technologie de RRAM donnée peut offrir seront tirées.
En se basant sur cette étude détaillée, une comparaison de toutes les technologies RRAM testées sera faite, permettant d’identifier les avantages et inconvénients de chaque option, et de mettre en évidence les compromis nécessaires (vitesse de la mémoire, l’endurance, tensions de fonctionnement, consommation ...).