Capteur quantique-radiofréquence hybridé
A travers l’action exploratoire Carnot SpectroRF, le CEA Leti s’implique dans les systèmes de capteurs radiofréquences à base de spectroscopie optique atomique. L’idée sous-jacente de ce développement repose sur le fait que ces systèmes offrent des performances de détection exceptionnelles. Avec notamment, une sensibilité´ élevée (~nV.cm-1.Hz-0.5), des bandes passantes très larges (MHz- THz), une taille indépendante de la longueur d'onde (~cm) et une absence de couplage avec l'environnement. Ces avantages surpassent les capacités des récepteurs conventionnels a` base d'antennes pour la détection des signaux RF.
L'objectif de cette thèse est d'investiguer une approche hybride pour la réception de signaux radiofréquences, en combinant une mesure de spectroscopie atomique basée sur des atomes de Rydberg avec la conception d'un environnement proche à base de métal et/ou de matériau chargé pour la mise en forme et l'amplification locale du champ, que ce soit par l'utilisation de structures résonantes ou non, ou de structures focalisantes.
Dans le cadre de ces travaux, la question scientifique principale consiste à déterminer les opportunités et limites de ce type d’approche en formulant analytiquement les limites de champs imposables aux atomes de Rydberg, que ce soit en valeur absolue, en fréquence ou dans l’espace, et cela pour une structure donnée. L’approche analytique sera agrémentée de simulations EM pour la conception et la modélisation de la structure associée au banc de spectroscopie optique atomique. La caractérisation finale se fera par mesure dans un environnement électromagnétique contrôlé (chambre anéchoïque).
Les résultats obtenus permettront d'effectuer une comparaison modèle-mesures. Les modélisations analytiques ainsi que les limites théoriques qui en découlent donneront lieu à des publications sur des sujets qui n’ont pas encore fait l'objet d'investigations dans l’état de l’art. Les structures développées dans le cadre de ces travaux de thèse pourront faire l'objet de brevets directement valorisables par le CEA.
Cadre formel pour la spécification et la vérification de flots de communication de processus distribués dans le Cloud
Les clouds sont constitués de serveurs interconnectés via internet, sur lesquels on peut implémenter des systèmes faisant usages d’applications et de bases de données déployées sur les serveurs. L’informatique basée sur les clouds gagne considérablement en popularité, y compris pour y déployer des systèmes critiques. De ce fait, disposer d’un cadre formel pour raisonner sur ce type de systèmes devient une nécessité. Une exigence sur un tel cadre est qu’ils permettent de raisonner sur les concepts manipulés dans un cloud, ce qui inclue naturellement la capacité à raisonner sur des systèmes distribués, composés de sous-systèmes déployés sur différentes machines et interagissant par passage de messages pour réaliser des services. Dans ce contexte, la facilité à raisonner sur les flots de communications est un élément central. L'objectif de cette thèse est de définir un cadre formel outillé dédié à la spécification et la vérification de systèmes déployés sur des clouds. Ce cadre capitalisera sur le cadre formel des "interactions". Les interactions sont des modèles dédiés à la spécification des flots de communications entre différents acteurs d'un système. Les travaux de thèse étudieront comment définir des opérateurs de structuration (enrichissement, composition) et de raffinement pour permettre de mettre en œuvre des processus de génie logiciel classique en se basant sur les interactions.
Etude in situ de l’impact du champ électrique sur les propriétés des matériaux chalcogénures
Les matériaux chalcogénures (PCM, OTS, NL, TE, FESO …) sont à la base des concepts les plus innovants en micro—électronique allant des mémoires PCM aux nouveaux dispositifs neuromorphiques et spinorbitroniques (FESO, SOT-RAM, etc …). Une partie de leur fonctionnement repose sur une physique hors-équilibre induite par l’excitation électronique résultant de l’application d’un champ électrique intense. La thèse vise à mesurer expérimentalement sur des couches minces de chalcogénures les effets induits par le champ électrique intense sur la structure atomique et les propriétés électroniques du matériau avec une résolution temporelle femtoseconde (fs). Les conditions « in-operando » des dispositifs seront reproduites en utilisant une impulsion THz fs permettant de générer des champs électriques de l'ordre de quelques MV/cm. Les modifications induites seront alors sondées via différents méthodes de diagnostique in situ (spectroscopie optique ou diffraction x et/ou ARPES). Les résultats seront comparés à des simulations ab initio suivant une méthode à l’état de l’art développée avec l’Université de Liège. Au final la possibilité de prévoir la réponse des différents alliages chalcogénures aux échelles de temps fs sous champ extrême permettra d’optimiser la composition et les performances des matériaux (effet de switch e-, électromigration des espèces sous champ, etc …) tout en apportant une compréhension des mécanismes fondamentaux sous-jacents liant excitation électronique, évolution des propriétés sous champ et structure atomique de ces alliages.
CORTEX: Orchestration de Conteneurs pour les applications Temps-Réel, Embarqués/edge, à criticité miXte
Cette proposition de thèse de doctorat vise à développer un schéma d'orchestration de conteneurs pour les applications en temps réel, déployées sur un continuum de ressources de calcul hétérogènes dans l'espace embarqué-edge-cloud, avec un focus particulier sur les applications nécessitant des garanties en temps réel.
Les applications, allant des véhicules autonomes, à la surveillance de l'environnement ou à l'automatisation industrielle, exigent traditionnellement une grande prédictibilité avec des garanties en temps réel, mais elles demandent de plus en plus de flexibilité à l'exécution ainsi qu'une minimisation de leur empreinte environnementale globale.
Pour ces applications, une stratégie adaptative innovante est nécessaire pour optimiser dynamiquement (à l'exécution) le déploiement des charges logicielles sur les nœuds matériels, avec un objectif mixte-critique combinant des garanties en temps réel et la minimisation de l'empreinte environnementale.
Nouvelle génération de mémoires ferroélectriques FeRAM 3D avec bitcell 1T-1C entièrement intégrée en BEOL
Les mémoires ferroélectriques de type FeRAM 1T-1C à base de HZO ont le potentiel pour remplacer les derniers niveaux de Cache. Le CEA-Leti est à l’état de l’art dans le domaine au nœud 22nm [1], avec des bitcells 1T-1C déjà plus denses que celle de la SRAM. Dans cette approche le transistor de sélection (1T) est un transistor front-end et la capacité ferroélectrique tridimensionnelle (1C) est intégrée en back-end. Il a été montré par Micron [2] que l’utilisation d’un transistor back-end tridimensionnel en silicium polycristallin permettait 1/ de densifier la bitcell, 2/ d’empiler plusieurs niveaux de FeRAM et 3/ d’utiliser le CMOS sous les matrices pour la logique de contrôle (CMOS Under Array - CuA).
L’objet de cette thèse est d’évaluer d’autres types de sélecteurs, en particulier des FET à canal oxyde semiconducteur amorphe (AOSFET) verticaux intégrés en back-end, pour les nouvelles génération de mémoires FeRAM. Les caractéristiques de ces transistors back-end [3] (faible Ioff, faible Ion, faible Vth) devraient offrir des avantages significatifs pour le fonctionnement des matrices mémoires FeRAM à très basses tensions (< 1V) tout en permettant d’intégrer des bitcells 1T-1C très denses entièrement en back-end.
La thèse sera principalement orientée DTCO (Design Technology Co-Optimization) afin de proposer des bitcells denses utilisant des schémas d’intégration réalistes. Elle pourra également s’appuyer sur les résultats expérimentaux récents obtenus au CEA tant sur les AOSFET que sur les Capas Ferroélectriques 3D [1] en vue de premières démonstrations silicium.
[1] S. Martin et al., IEDM 2024; [2] N. Ramaswamy et al., IEDM 2023; [3] S. Deng et al., VLSI 2025
Caractérisation et optimisation de HBT III-V sur Silicium pour applications 6G et datacom
Face à l'explosion de la demande en contenu numérique, les systèmes 6G sont confrontés à des défis majeurs, notamment le développement d'amplificateurs de puissance pour les fréquences sub-THz. Ces fréquences promettent des débits de données ultra-rapides, mais repoussent les limites des technologies silicium actuelles. Dans les datacenters IA, la communication optique entre les GPU est indispensable pour réduire la consommation énergétique totale, par rapport au câblage filaire classique. Des dispositifs à très haute vitesse sont alors nécessaires pour les circuits de commande électriques des photodétecteurs et des lasers. Les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) à base d'InP sur de grands substrats de silicium offrent une solution prometteuse, alliant performances à haute vitesse et pertes système minimales. Cette technologie présente toutefois le défi d'intégrer les couches III-V aux procédés compatibles CMOS, tout en ouvrant la voie à de nouvelles architectures de dispositifs prometteuses, permettant à la fois la réduction des éléments parasites et la gestion de l'auto-échauffement.
Ce programme doctoral vise à orienter les développements du Leti sur les HBT III-V sur silicium afin d'optimiser l'architecture du dispositif et d'améliorer ses performances RF. Dans ce programme, l'étudiant aura la charge de :
- Réaliser la caractérisation électrique de différentes géométries de dispositifs et de diverses architectures technologiques par des mesures DC et RF telles que les caractéristiques courant-tension (I-V), l'analyse thermique, les paramètres S et éventuellement Load-Pull.
- Simuler les principaux effets parasites et de nouvelles architectures de dispositifs afin d'en comprendre les limitations.
- Collaborer étroitement avec les ingénieurs procédés pour relier les résultats électriques aux choix de fabrication et optimiser les dispositifs.
Apprentissage informé par la physique pour les problèmes inverses acoustiques : reconstruction de champs, détection et analyse de détectabilité en environnements complexes
Cette thèse vise à développer un cadre mathématique et algorithmique pour la résolution de problèmes inverses acoustiques en environnements complexes, fondé sur l’apprentissage informé par la physique. En intégrant explicitement l’équation des ondes dans des architectures d’intelligence artificielle, l’objectif est d’améliorer la reconstruction de champs acoustiques à partir de mesures partielles, la localisation de sources mobiles et l’analyse quantitative de leur détectabilité. Le projet combine modélisation des équations aux dérivées partielles, optimisation contrainte et apprentissage profond hybride. Les applications concernent les systèmes de perception acoustique distribuée et la détection de plateformes mobiles.
Technologies SOI avancées: conception, integration et caractérisations électriques
Rejoignez le CEA-Leti pour développer un module technologique (local ground plane)pour diverses applications (FDSOI, dispositifs RF, pixels ultra-miniaturisés, cryo-RF et quantique).
Ce sujet de thèse est stimulant car vous allez concevoir étape par étape un module spécifique et le tester électriquement. Notre équipe vous soutiendra techniquement et scientifiquement pour mener à bien ce travail. Certaines données sont déjà disponibles et n'attendent que votre analyse.
Au cours de cette thèse, vous aurez l'opportunité d'apprendre comment un module est conçu étape par étape :
De l'idée (simulation, bibliographie)
Compréhension des matériaux et des procédés (collage, CMP)
Intégration et gestion de la fabrication en salle blanche
Caractérisation (physique et électrique : mobilité, pièges d'interface)
Valorisation (présentations, articles)
Intégration de fonctions de sécurité pour imageurs : chiffrement, tatouage par fonctions compactes proches capteur
L'utilisation illicite des images s’est considérablement accrue avec la généralisation de la manipulation de contenu par IA (deepfakes) ou par des accès non autorisés. Sécuriser les images dès leur source, c'est-à-dire au niveau du capteur, est essentiel pour relever les défis de ce domaine de la cybersécurité en limitant les failles de sécurité. Ce concept de « capteurs d'images de confiance » répond au besoin d'assurer la sécurité, l'authentification et le chiffrement des images dès leur acquisition.
S'appuyant sur nos recherches initiales, notamment sur la génération in situ de clés de chiffrement ou d'authentification, les travaux de thèse porteront sur la recherche de solutions innovantes destinées à intégrer des fonctions de sécurité aux capteurs d'images. Ces fonctions doivent concilier la sécurisation des contenus tout en tenant compte des exigences de faible consommation d'énergie et d'architecture intégrée compacte. Après une phase initiale visant à développer les compétences spécifiques à la thèse, et en fonction de votre parcours et de vos intérêts, votre travail consistera à :
- Développer des algorithmes de chiffrement et/ou de tatouage numérique en Python afin d'évaluer leur complexité, puis proposer des versions compactes compatibles avec l'intégration dans les capteurs d'images.
- Évaluer l'impact des choix algorithmiques et de l'implémentation matérielle sur la qualité de l'image.
- Concevoir et valider des architectures matérielles implémentant les algorithmes.
- Conception des circuits intégrés implémentant ces fonctions.
Avec l’objectif de concevoir et fabriquer un circuit intégré, les travaux seront menés au CEA-Leti à l'aide d'outils de conception de circuits intégrés et d'environnements de développement logiciel professionnels.
Développement d’un outil de simulation d’activité salle blanche
Lors d’un précédent stage, un outil de simulation d’exécution des lots en salle blanche a été développé. Cet outil tient compte des temps de process sur les équipements, des pannes d’équipement et de certains holds liés à l’intégration. Les lots injectés dans ce simulateur viennent de l’historique réel de la salle blanche.
Le but de la thèse est de développer un simulateur qui permette, de manière prospective, de simuler l’exécution des lots à partir de routes POR des principales thématiques présentes ou à venir dans la salle blanche. A partir des routes POR, l’outil doit être capable de générer des lots de développement des briques technos (short loops), mais également des lots fonctionnels incluant des plaques essais et des plaques pilotes. Un travail de nomenclature et d’enrichissement des routes au travers de métadonnées devra être mené afin de permettre à l’outil de générer des lots de manière réaliste, à la fois en terme de process, mais également de planning projet.
Différents moteurs de simulation seront comparés, en termes de performance et de précision. Des moteurs de résolution classiques (simulation discrète, évènementielle, par graphes conjonctifs) ainsi que des approches novatrices (reinforcement learning principalement, mais aussi supervised learning) seront étudiés.
Le développement et la publication d’une méthodologie de création d’instances de simulation (testbed) sera également menée lors de ces travaux de thèse.