Réalisation de metasurface par auto-assemblage de copolymères à blocs
Les copolymères à blocs (BCP) sont une technologie en pleine expansion industrielle, offrant des perspectives prometteuses pour la nanostructuration de matériaux. Ces polymères, constitués de chaînes de blocs chimiquement distincts, s'auto-assemblent pour former des structures ordonnées à l'échelle nanométrique. Cependant, leur utilisation actuelle est limitée à une nanostructuration spécifique par produit (1 produit = 1 nanostructuration), restreignant ainsi leur potentiel d'application.
Cette thèse propose de développer une méthode innovante pour créer plusieurs motifs en une seule étape d'auto-assemblage des BCP grâce à un mélange de deux produits. L'étudiant(e) s'intéressera également au contrôle de la localisation des motifs en utilisant la chemoepitaxie, une technique combinant le guidage chimique et morphologique pour contrôler précisément la position des motifs à l’échelle micrométrique et nanométrique. Le travail se déroulera en plusieurs étapes : compréhension des mécanismes des copolymères à blocs mélangés, développement de substrats fonctionnalisés pour la chemoepitaxie en utilisant des techniques de lithographie avancées, et réalisation d'expériences d'auto-assemblage des BCP sur ces substrats. Les structures obtenues seront analysées grâce aux équipements de métrologie disponibles au CEA-Leti.
Les applications visées incluent la création de nanostructures capables d'interagir avec la lumière, réduisant la diffraction et contrôlant la polarisation. Les résultats attendus incluent la démonstration de la capacité à générer plusieurs types de motifs en une seule étape d'auto-assemblage, avec un contrôle précis de leur position et de leurs dimensions.
Contacts en siliciures supraconducteurs sur substrats ultra dopés par recuit laser nanoseconde
Dans la course à la construction d'un ordinateur quantique, la fabrication de dispositifs basés sur la technologie FD-SOI au silicium, robuste et évolutive, suscite un vif intérêt. Le transistor à effet de champ Josephson (JoFET) en est un exemple, dont le fonctionnement repose sur la grande transparence de l'interface entre les régions source/drain supraconductrices et le canal semi-conducteur. Cette transparence pourrait être améliorée en dopant les régions source/drain, ce qui permettrait de réduire la hauteur de la barrière de Schottky aux interfaces supraconducteur/semi-conducteur.
Ce doctorat vise à développer des contacts siliciures supraconducteurs hautement transparents sur une ligne de production de 300 mm à l'aide du recuit par laser pulsé nanoseconde (NPLA). Le NPLA jouera un rôle clé pour atteindre des concentrations de dopage extrêmement élevées dans le silicium [1,2], puis pour former les siliciures supraconducteurs (CoSi2, V3Si) avec un budget thermique minimal et une désactivation minimale des dopants. Une attention particulière sera accordée aux contraintes pendant la formation des siliciures et à leur impact sur la température critique supraconductrice. De plus, la distribution des dopants sera évaluée par tomographie atomique (APT), une technique d'imagerie 3D avancée capable d'imager la distribution des dopants à l'échelle atomique [3]. Enfin, des mesures électriques sur les jonctions et les transistors fabriqués seront effectuées à basse température (< 1 K) afin d'évaluer la transparence des contacts supraconducteurs.
Magnétomètres à pompage optique à 3He
Le laboratoire, spécialisé dans la mesure magnétique de haute résolution et de haute précision, développe et fournit depuis plusieurs décennies différentes générations de magnétomètres à pompage optique de l'hélium-4. Ces instruments sont notamment utilisés comme référence sur les satellites de la mission ESA Swarm lancés fin 2013 et ceux de la mission NanoMagSat qui devraient les rejoindre à partir de fin 2027.
En vue de diversifier ses activités et de viser des applications de type capteur abandonné pour lesquelles les contraintes de consommation peuvent être très importantes, le laboratoire souhaite développer une technologie de magnétomètre utilisant cette fois l'atome d'hélium-3 comme élément sensible. La durée de vie de l'état de l'atome d'hélium-3 utilisé pour mesurer le champ magnétique est effectivement beaucoup plus longue que celle de l'état équivalent de l'hélium-4. Cela permet de réduire significativement le besoin de pompage et d'envisager un gain important en termes de consommation énergétique du système. Notre objectif est de démontrer le fonctionnement de cette architecture de magnétomètre afin de réaliser un instrument combinant à la fois un très haut niveau de performances métrologiques et de frugalité énergétique pour ces applications très spécifiques.
L'objet de ce travail de thèse sera donc de concevoir, mettre en œuvre et évaluer une architecture de magnétomètre hélium-3, avec des défis électroniques spécifiques à aborder pour permette d'atteindre cet objectif (chaîne optique à 1083 nm, système de pilotage électronique).
Nouvelle génération de substrats organiques pour la conversion d'énergie électrique
Les récentes avancées dans les moteurs électriques et l'électronique de puissance associée engendrent une hausse significative des besoins en densité de puissance. Cette augmentation de la densité de puissance implique ainsi des surfaces d'échange thermique réduites, ce qui amplifie les défis liés à l'évacuation de la chaleur due aux pertes produites par les composants d’électronique de puissance lors de leur fonctionnement. En effet, l'absence d'une dissipation adéquate entraîne une surchauffe des composants électroniques, impactant leurs performances, durabilité et fiabilité. D’autres problématiques liées au coût, à la réparabilité et aux contraintes thermomécaniques remettent en question les interfaces thermiques isolantes traditionnelles réalisées à base de céramique. Ainsi, il est impératif de développer une nouvelle génération de matériaux dissipateurs thermiques prenant en considération l’environnement du système.
L’objectif de cette thèse est de substituer dans les systèmes de modules de puissance le substrat céramique, qui a pour rôle principal d’être la couche diélectrique du système, par un composite à matrice organique thermo-conducteur. Le substrat actuel présente des limitations bien connues (fragilité, mauvaise interface, limite de cyclage, coût). Le substrat organique devra avoir une conductivité thermique la plus élevée possible (>3 W/m.k) afin de dissiper convenablement la chaleur émise tout en étant isolant électrique avec une tension de claquage d’environ 3kV/mm. Il devra également avoir un coefficient d’expansion thermique (CTE) compatible avec celui du cuivre afin de supprimer les phénomènes de délamination lors des cyclages subis par le dispositif pendant son temps de vie. L’innovation des travaux du doctorant résidera dans l’utilisation de (nano)charges très conductrices thermiquement qui seront isolées électriquement (revêtement isolant) et pourront être orientées dans une résine polymère sous stimulus externe. Le développement du revêtement isolant électrique sur le cœur thermo-conducteur se fera par voie sol-gel. La synthèse sera contrôlée et optimisée en vue de corréler l’homogénéité et l’épaisseur du revêtement aux performances diélectriques et thermique du (nano)composite. L’interface charge/matrice (source potentielle de diffraction des phonons) sera également étudiée. Un second volet portera sur le greffage de nanoparticules magnétiques (NPM) sur les (nano)charges thermo-conductrices. Des NPM commerciales seront évaluées (selon les besoins des nuances synthétisées en laboratoire pourront être également évaluées). Les (nano)composites devront posséder une rhéologie compatible avec les procédés de pressage et/ou d’injection.