Circuit de neurones impulsionels basé sur des laser déclenchés par commutation Q intégrés sur silicium

Les réseaux neuromorphiques pour le traitement d’informations ont pris une place importante aujourd’hui
notamment du fait de la montée en complexité des tâches à effectuer : reconnaissance vocale, corrélation
d’images dynamiques, prise de décision rapide multidimensionnelle, fusion de données, optimisation
comportementale, etc… Il existe plusieurs types de tels réseaux et parmi ceux-ci les réseaux impulsionnels,
c’est-à-dire, ceux dont le fonctionnement est calqué sur celui des neurones corticales. Ce sont ceux qui
devraient offrir le meilleur rendement énergétique donc le meilleur passage à l’échelle. Plusieurs
démonstrations de neurones artificielles ont été menées avec des circuits électroniques et plus récemment
photoniques. La densité d’intégration de la filière photonique sur silicium est un atout pour créer des circuits
suffisamment complexes pour espérer réaliser des démonstrations complètes. Le but de la thèse est donc
d’exploiter une architecture de réseau neuromorphique impulsionnel à base de lasers à bascule de gain (Q
switch) intégrés sur silicium et d’un circuit d’interconnexion ultra-dense et reconfigurable apte à imiter les
poids synaptiques. Une modélisation complète du circuit est attendue avec, à la clé la démonstration pratique
d’une application dans la résolution d’un problème mathématique à définir.

Epitaxie de GaN semi-polaire pour des LEDs haute fréquence

Les LEDs à base de semi-conducteurs nitrures ont atteint une grande maturité de par leur utilisation dans le domaine de l’éclairage. Si le champ électrique interne présent dans les puits quantiques InGaN ne limite pas l’efficacité des LEDs bleues, il induit en revanche l’effet stark confiné quantique (QCSE) qui limite la vitesse de réponse des LEDs et donc leur utilisation potentielle dans le domaine des communication optique haute fréquence. Dans ce contexte, la thèse consistera à maitriser la croissance MOCVD de couche InGaN/GaN sur SOI (Silicon on insulator) dans l’orientation cristalline semi-polaire [10-11] qui limite l’effet néfaste du QCSE. L’épitaxie de GaN sur SOI présente plusieurs difficultés à maitriser pour avoir la qualité de plaque nécessaire à la fabrication des µLEDs: les réactions chimiques entre Ga et silicium et la différence de coefficient d’expansion thermique entre GaN et silicium.
Cette thèse se déroulera entre le CNRS-CRHEA à Valbonne où les conditions de croissance sur petit substrat seront optimisées et le CEA-LETI à Grenoble où le transfert vers de plus grand formats de substrats (200mm) aura lieu. La compréhension des mécanismes de croissance sera clé pour la réussite de cette thèse. Elle demandera une caractérisation structurale poussée des échantillons par exemple en utilisant les microscopies électroniques ou à sonde locale, qui donnent accès à une caractérisation à l’échelle atomique, les techniques de photo- et cathodo-luminescence etc.
Enfin, cette thèse demandera de participer au design et à la caractérisation électro-optiques des µLEDs qui seront réalisées en salle blanche à partir des épi-structures développées sur petits et grands substrats. Ceci permettra d’optimiser leur performance et d’adapter les structures LED épitaxiées à l’orientation semi-polaire.

Vous êtes titulaire d’un Master, dans le domaine de la physique ou des matériaux. Les principales compétences techniques souhaitées sont : une capacité de manipulation des échantillons, et une volonté d’apprendre à utiliser les équipements de caractérisation. Pour réussir cette thèse, le candidat devra aussi s’impliquer dans l’analyses des données, être en mesure de proposer des hypothèses, et de designer des plans de manips pour les tester.

Imageur de confiance : sécurisation intégrée par signatures physiquement uniques

Notre laboratoire de 15 personnes travaille sur les capteurs d’images intelligents. Pour répondre aux besoins en innovation à très forte valeur ajoutée de nos partenaires industriels, l’équipe développe des solutions sur l’ensemble de la chaîne de l’image: de l’acquisition au traitement et à l’analyse d’images, de la conception des pixels au développement d’algorithmes d’intelligence artificielle. Les images, donc les capteurs qui les générent, doivent répondre aux défis posés par leur utilisation illicite, soit pour détourner leur contenu par deep fake, soit pour des accès non autorisés. Le concept d’imageurs de confiance répond à la nécessité d’assurer la sécurisation, authentification ou chiffrement, des images dès leur acquisition.

Basé sur nos premiers développements, votre thèse consistera à rechercher des solutions innovantes pour intégrer aux imageurs des fonctions de sécurisation. Face aux enjeux de robustesse et d’intégrabilité compact, la thèse vise à explorer l’utilisation de fonctions physiquement non-clonables au sein d’un capteur d’image. Après une montée en compétence s’appuyant notamment sur une étude bibliographique, et en fonction de votre cursus et de vos centres d’intérêt, votre travail consistera à: # Développer en Python des modèles compacts de circuits pour identifier et tester des fonctions physiquement non clonables; # Valider les structures de fonctions physiquement non clonables proposées et de leurs chiffrements associés ; # Analyser leurs robustesses ; # Concevoir et simuler les circuits intégrés correspondants à ces fonctions. Avec l’objectif d’une réalisation d’un circuit intégré, les travaux se dérouleront, au sein du CEA-Léti, avec des outils de conception de circuits intégrés et de développement logiciel.

Ingénieur ou Master 2 en électronique ou en traitement du signal (Centrale-Supélec, Télécom Paris-Tech, PHELMA) vous êtes curieux, rigoureux, désireux de travailler sur une thématique transverse. Vos compétences? Soit le traitement du signal et des images, y compris l’IA, soit l’électronique intégrée. Votre large culture scientifique permet d’aborder des domaines connexes.

Etude des photodiodes PiN pour les imageurs infrarouges refroidis

En termes de détection IR haute performance, le LETI joue un rôle de premier plan dans le développement du matériau HgCdTe qui donne aujourd’hui des performances telles qu’il est embarqué sur le Télescope Spatial James Webb (JWST) et permet l’observation et l’étude de l’espace lointain avec une précision inégalée à ce jour. Cependant, nous pensons qu’il est encore possible de franchir un pas important en termes de performances de détection. En effet, il semble qu’une structure totalement déplétée, appelée photodiode PiN, pourrait permettre de réduire encore le courant d’obscurité (et donc réduire le bruit et gagner en sensibilité à bas flux photonique) par rapport aux structures non totalement déplétées utilisées jusqu’à présent. Cette architecture représenterait la photodiode ultime et permettrait soit un gain en performance pure à une température de fonctionnement donnée, soit une augmentation importante de la température de fonctionnement du détecteur avec le potentiel d’ouvrir de nouveaux champs d’application en simplifiant fortement la cryogénie.
Votre rôle dans ce travail de thèse sera de contribuer au développement de la photodiode ultime pour la détection IR refroidi très haute performance, caractériser et simuler les photodiodes PiN en technologie HgCdTe fabriquées sur notre plateforme photonique. Les figures de mérite principales des détecteurs seront établies et comparées à celles de la littérature (courant d’obscurité, qualité image, …). Le candidat pourra s’appuyer sur un socle de moyens de caractérisations avancées disponibles au laboratoire : mesures de FTM par EBIC (Electron-Beam-Induced-Current), de transport électronique par EH (Effet Hall), MEMSA (Maximum Entropy Mobility Spectrum Analysis) ou EBIC (extraction de la durée de vie des porteurs minoritaires) en plus des moyens plus classiques de mesures : analyseurs de paramètres à semi-conducteurs (HR-SMU pour High-Resolution Source Measurement Unit), rendement quantique, bruits temporel et spatial. Ce travail expérimental et théorique permettra de proposer une modélisation du comportement des objets fabriqués au CEA-Léti et de déterminer la sensibilité aux paramètres technologiques.
Le doctorant s’intègrera dans une équipe multidisciplinaire qui va de la croissance des matériaux II-VI jusqu’à la caractérisation EO, en passant par les procédés de fabrication de type microélectronique en salle blanche et les problématiques de packaging de tels objets fonctionnant à basse température.
Vous êtes titulaire d’un Master en optoélectronique ou physique des matériaux semi-conducteurs et êtes passionné par la recherche appliquée.
Les principales compétences techniques souhaitées sont : physique des composants à semi-conducteurs, optoélectronique, traitement des données, simulations numériques, attrait pour le travail expérimental pour mener à bien les caractérisations en environnement cryogénique et théorique pour mener à bien les simulations numériques.

Développement d'une architecture de caméra plenoptique infrarouge non refroidie

La plenoptique dite basse-résolution se généralise dans les imageurs visibles pour des applications tel que l’autofocus, le post-traitement d’image et parfois l’estimation de profondeur. Son principe repose sur l’association de trois éléments principaux, un réseau de microlentille de dimension pixelliques, un plan focal de détection et des algorithmes de reconstruction. Nous souhaitons évaluer à travers cette thèse la possibilité de réaliser une telle fonction plenoptique dans la gamme infrarouge pour des technologies de détecteurs non refroidies (micro-bolomètre)

Au sein de notre laboratoire de 25 personnes, mêlant des métiers de conception/simulations, de fabrication et de caractérisations d’imageurs micro-bolomètres, en tant que doctorant, votre rôle consistera à :
- Etablir les spécifications préliminaires de microlentilles adaptés à nos détecteurs et au besoin applicatif de l’autofocus.
- Concevoir et simuler le comportement de ces micro-optiques et proposer des designs originaux en solution réfractive ou bien en méta-surface
- Réaliser ou faire réaliser ces micro-optiques après avoir évaluer la faisabilité de ces designs en partenariat avec les personnes en charge de la fabrication
- Implémenter un algorithme de reconstruction existant et qui sera identifié dans la littérature
- Caractériser les micro-optiques sur un banc dédié et réaliser une preuve de principe en couplant ces dernières avec un plan focal micro-bolométrique.

Pour mener à bien ces missions, vous serez pour cela intégré au sein du laboratoire LI2T où vous pourrez échanger avec les différentes personnes afin de vous afin de vous familiariser avec les technologies micro bolomètres et où vous aurez accès aux ressources de calcul du CEA Leti.

Vous êtes titulaire d’un Diplôme d’Ingénieur, dans le domaine de l’optique ou du traitement d’image et avez une appétence pour la simulation numérique des composants. Les principales compétences techniques souhaitées sont:# Maitrise des lois de l’optique et de l’électromagnétisme ; # Maitrise d’un langage de programmation (Python et/ou Matlab) ; # Des notions sur les méthodes numériques de simulations (FEM, RCWA, …) adaptées à l’électromagnétisme sont un plus. Vous êtes reconnu(e) pour : votre curiosité et votre envie de creuser les choses, votre dynamisme et votre capacité à être force de proposition.

Modulateurs III-V/Si haute fréquence pour les applications en communications et capteurs optiques

La demande mondiale en interconnections digitales repose sur la croissance des volumes de données échangés et sur l’augmentation du nombre d’utilisateurs. Les flux de données qui circulent à travers cette infrastructure à échelle planétaire sont redirigées par des nœud électroniques-optiques, situés à l’intérieur des data-centres jusque dans les domiciles des usagers (FTTH).Chaque nœud requiert de nombreux transceivers haute-performance, pour transmettre et recevoir l’information.
Par ailleurs, les circuits intégrés photoniques (PIC) sont une technologie prometteuse pour des systèmes basse-consommation, haute-performance et basse-dimension. La disponibilité de dispositifs de télécommunication optiques sur étagère, comme des lasers télécom ou des modulateurs optiques, suscite de grands intérêts au sein d’autres milieux scientifiques et technologiques qui travaillent avec de la lumière infrarouge. Ces circuits photoniques peuvent être adaptés pour fonctionner à des longueurs d’onde correspondant aux raies d’absorption de certains gaz, pour être intégrés dans des systèmes de détection.

Le III-V Lab et le CEA Leti ont récemment démontré de l’épitaxie par croissance sélective (SAG) de matériaux III-V sur du silicium, un procédé de fabrication décisif permettant la fabrication simultanée de puits quantiques à performances spectrales différentes.
Pour une future intégration de cette technologie, les performances des modulateurs III-V/Si doivent être améliorées.
Le but de cette thèse est de développer des modulateurs, pour démontrer des performances au niveau de l’état de l’art qui s’intègreront avec la technologie SAG.
Ces composants basés sur des guides d’ondes III-V sur silicium seront modélisés, fabriqués et testés en vue de montrer de la modulation optique en phase et en amplitude à haute-fréquence.
Ce travail requiert une optimisation opto-électronique de l’empilement III-V à base d’InP et du couplage vers les guides SOI sous-jacents pour réduire les pertes, l’absorption, et la tension de déphasage, tout en augmentant la bande passante, visant les 100 GHz.
Les modulateurs de phase sont à démontrer dans des circuits de transmission cohérente, au-delà de 400 Gbps/canal grâce aux schémas de modulation avancés tels que le 16QAM.
Ces circuits seront aussi utilisés pour démontrer de la modulation de bande latérale unique optique (oSSBM) pour du décalage de fréquence sur 100 GHz dans des capteurs.

Le doctorant sera basé au CEA-LETI (Grenoble), au sein du Laboratoire d’Intégration Photonique sur Silicium, dans le cadre du programme de R&D existant avec III-V Lab (Palaiseau) qui co-encadrera ce travail de thèse.

Nouvelles architectures en géométrie inverse pour l’imagerie à rayon X spectrale

Des technologies émergentes dans le domaine des sources à rayons X et des détecteurs permettent d’imaginer de nouveaux systèmes en rupture pour l’imagerie 3D.
En tomographie conventionnelle, un détecteur de grande surface acquiert des images d’un objet exposé aux rayons X issus d’une source ponctuelle. Les nouvelles générations de scanners médicaux intègrent par ailleurs des détecteurs semi-conducteurs spectrométriques permettant un gain réel en terme de qualité d’image.
La thèse proposée consiste à changer de paradigme en concevant un système qui associe une multitude de sources à rayons X distribuées à un détecteur spectrométrique de petite taille. Ce type de géométrie inversée est innovante en terme d’architectures systèmes et permet de relâcher la contrainte sur la dimension du capteur ainsi que de réduire certains artéfacts.
Le travail de thèse s’articulera autour de la conception et simulation de nouveaux systèmes en géométrie inverse et du développement d’algorithmes de reconstruction associés. Ces algorithmes, basés sur des méthodes proximales et pouvant intégrer des réseaux de neurones, devront tirer profit de la richesse de l’information fournie par le détecteur spectrométrique en condition d’acquisition parcimonieuse.
Le doctorant s’appuiera sur les outils de simulation et de reconstruction développés au sein du laboratoire et bénéficiera aussi de moyens expérimentaux permettant de valider les développements. Il évoluera au sein d’un laboratoire pluridisciplinaire avec une longue expérience en conception de détecteurs spectrométriques et dimensionnement de systèmes à rayons X. Des échanges avec des équipes externes au CEA, notamment des radiologues, permettra d’alimenter les recherches en y intégrant un besoin final.

Pérovskites semi-conductrices pour le futur de la radiographie médicale : analyse expérimentale du dopage et lien avec les performances électrooptiques

La radiographie est la modalité d’imagerie médicale la plus utilisée pour la détection de pathologies, le suivi de leur évolution et pendant certaines interventions chirurgicales.
L’objectif de cette thèse est d’étudier un nouveau matériau semi-conducteur à base de pérovskites pour la détection directe des rayons X. Leur utilisation sous forme de dispositifs photoconducteurs dans les imageurs matriciels devrait permettre d’améliorer la résolution spatiale des images et d’augmenter le signal, donc de mieux traiter les patients. Les prototypes imageurs X fabriqués au CEA permettent d’obtenir des radiographies avec une meilleure résolution spatiale que les systèmes actuels, mais le matériau détecteur doit encore être amélioré.
Pour cela, le doctorant, physicien et expérimentateur, devra étudier les propriétés de transport des porteurs de charges dans ces couches. Il analysera ensuite l’effet du dopage intrinsèque (oxygène, humidité) et extrinsèque des couches sur le courant d’obscurité, le photocourant, et la stabilité électrique des dispositifs. Les résultats de cette thèse permettront de comprendre finement les mécanismes responsables des performances des imageurs X à base de CsPbBr3.

Vous êtes titulaire d’un master 2 ou un diplôme d’ingénieur, dans le domaine de la physique ou des matériaux. Vous devrez faire preuve à la fois d'une bonne compréhension de la physique des semi-conducteurs et de qualités pratiques d'expérimentateur. Le sujet s’adresse à un candidat rigoureux, dynamique et avec de bonnes aptitudes relationnelles.

Micro-sources laser à Cascade Quantique III-V/Si

Ce projet de thèse se concentre sur le développement de micro-sources lasers novatrices en combinant des matériaux de type III-V à Cascade Quantique avec des Cristaux Photoniques en Silicium. En intégrant ces technologies avancées, nous visons à créer des lasers hybrides émettant dans le moyen infrarouge. Cette approche présente des avantages significatifs pour la spectrométrie moyen-infrarouge (MIR), une technique cruciale pour la détection chimique de composés gazeux, solides et liquides.
Le laboratoire des capteurs optiques du CEA-LETI offre un environnement de recherche de pointe, où le candidat(e) aura l'occasion de concevoir, modéliser, fabriquer et caractériser ces dispositifs. Cette thèse s'inscrit dans un contexte compétitif, mais prometteur, où les avancées technologiques pourraient ouvrir de nouvelles perspectives dans des domaines tels que le "bien-être et l'environnement". Pour les étudiants de Master 2 passionnés par la photonique et les technologies émergentes, cette recherche offre une opportunité de contribuer activement à l'innovation dans un domaine en plein essor.

Développement de détecteurs de photons uniques supraconducteurs intégrés sur silicium pour le calcul quantique photonique

Le développement de technologies quantiques constitue un enjeu majeur pour l’avenir, en particulier pour les communications inviolables et pour les processeurs de calcul quantique offrant une puissance inégalée. Les bits quantiques photoniques (sous forme de photons uniques), du fait de leur excellente robustesse à la décohérence, sont des candidats très prometteurs pour ces applications. Nous développons au CEA-LETI une technologie de photonique quantique intégrée sur des substrats de silicium, donc industrialisable, comprenant différentes briques clés de génération, manipulation et détection de qubits photoniques.
Le sujet de thèse concerne le développement de détecteurs de photons uniques supraconducteurs intégrés, sensibles à la présence d’un seul photon, qui sont des composants indispensables pour le calcul quantique photonique. L’objectif de cette thèse sera tout d’abord de concevoir des détecteurs de photons uniques intégrés sur des guides d’onde à très faibles pertes utilisés pour le cœur du processeur de calcul quantique, de développer un procédé de fabrication en salle blanche compatible avec la plateforme photonique sur silicium existante et de caractériser leurs figures de mérite (efficacité de détection, coups d’obscurité, performances temporelles) à l’aide de laser atténués. L’objectif final de la thèse sera d’intégrer des petits circuits comprenant plusieurs détecteurs sur une même puce afin de caractériser la pureté et l’indiscernabilité entre photons uniques émis par une même source à boites quantiques développée en parallèle au CEA-IRIG, également situé sur le centre de Grenoble.
Ce travail de thèse sera effectué en collaboration entre le CEA-Leti et le CEA-IRIG et constituera une brique stratégique, nécessaire aux futures générations de calculateur quantique photonique comportant plusieurs dizaines de qubits.

Top