Transmission de puissance par voie acoustique pour applications biomédicales
Les implants orthopédiques intelligents ouvrent des perspectives très intéressantes, notamment pour l'amélioration du suivi post-chirurgical. Cependant, aujourd'hui, les technologies de transmission de puissance disponibles ne sont pas adaptées à l'alimentation des prothèses entièrement métalliques utilisées en orthopédie. Le projet ANR « PiezoKnee » vise à exploiter une solution de transmission de puissance basée sur les ondes acoustiques pour alimenter un implant de genou intelligent. En partenariat avec le LaTIM (CHRU Brest et IMT Atlantique) et le Tima, nous recherchons un post-doc qui sera la pièce maitresse du work package 2 du projet (WP2 : « Design Modeling & Assembly of the Acoustic Power Transfer system »). Sur la base d’un modèle d'articulation du genou (LaTIM) et en tenant compte des niveaux de puissance d'entrée admissibles (Tima) pour limiter les mécanismes physiques et rester en dessous des valeurs fixées par les normes, le candidat aura pour tâche de concevoir et optimiser le système de transmission de puissance acoustique grâce à la modélisation multi-physique à la fois analytique puis par éléments finis, en intégrant les transducteurs piézoélectriques dans l'implant. Les prototypes seront assemblés et testés d'abord sur plusieurs fantômes de genou élaborés dans le cadre du projet et ensuite sur des spécimens cadavériques au laboratoire anatomique du CHRU de Brest. Les preuves de concept permettront alors d'alimenter une nouvelle génération d'implants orthopédiques intelligents intégrant des capteurs, plus robustes et plus fiables, facilitant l'industrialisation et permettant à terme une meilleure prise en charge clinique.
Modélisation de composants et fonctions électroniques en environnement
L’objectif du travail sera de proposer une méthodologie de modélisation des composants élémentaires à semi-conducteur (transistors - diodes) prenant en compte leurs dégradations permanentes après irradiation ou les effets transitoires pendant l'irradiation. Ces modélisations seront d'abord réalisées au moyen de codes de simulation standard basés sur le langage Spice et sur des bibliothèques existantes de modèles fonctionnels des composants. Par la suite, des nouveaux modèles de composants seront à développer dans un environnement logiciel à définir pour parvenir à une simulation plus réaliste et optimisée des électroniques sous contraintes radiatives. Les données d’entrée seront issues de la littérature, d’expérimentations passées et d’expériences spécifiques à réaliser dans le cadre du post-doc. Une approche générique d'une méthode de caractérisation expérimentale sera à développer afin de déterminer les paramètres d'un modèle de composant dans un environnement radiatif donné. Les modèles radiatifs seront à valider pour différentes technologies de composants par comparaison entre la simulation et l'expérience.
Design des différents blocs d'un algorithme de calcul hyperdimensionel au sein de matrices mémoires non-volatiles
Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd’hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory Computing »). Dans le cadre de ce projet Carnot, nous proposons d’étudier la théorie du calcul hyper-dimensionnel (HDC) qui est aujourd’hui envisagée pour répondre au besoin de l’apprentissage machine dans le domaine de l’intelligence artificielle. Pour tester cette théorie, nous proposons de l’appliquer à la détection et à la classification de signaux physiologiques pour la reconnaissance de gestes. Ce domaine de recherche très prometteur pour les applications liées à l’interaction homme-machine, donne la possibilité a un utilisateur d’interagir directement par son activité musculaire.
Par rapport aux autres méthodes de classification, le calcul HDC présente des atouts importants : il est simple dans le sens où il s’appuie sur des opérations élémentaires, une seule passe est nécessaire pour l’entrainement (donc pas de rétro-propagation avec une mise à jour de poids synaptiques). Le fait qu’une entité soit représentée sur un vecteur de grande dimension (hyper-vecteur) rend cette approche peu sensible aux erreurs et aux bruits, ce qui représente un atout majeur pour travailler avec des signaux physiologiques.
Conception d'oscillateurs Opto-mécanique pour applications cryogéniques
Les processeurs quantiques constituent une rupture technologique qui ouvrira la voie à la résolution de problèmes de calcul insolubles pour les architectures classiques. Un des challenges consiste à réaliser une électronique de contrôle, d’excitation et de lecture au plus proche des Qbits et fonctionnant à température cryogénique.
Parmi les fonctions clés de l’électronique cryogénique, les oscillateurs sont omniprésents dans les architectures de lecture des Qbits ou dans les références de fréquence nécessaires aux transmissions de données haut débit par exemple. Ils doivent présenter un faible bruit de phase pour limiter la dégradation de la précision de l’état du Qbit (fidélité), une faible consommation et un très faible encombrement. Le post-doc consistera à réaliser un démonstrateur d’oscillateur très faible bruit de phase se basant sur des résonateurs opto-mécaniques innovants développés au LETI et à étudier leur comportement à température cryogénique. Le post doc pourra s’appuyer sur des transducteurs optomécaniques déjà existants au LICA et sur l’expérience du LGECA dans la conception d’électronique de conditionnement des transducteurs optomécaniques et le test des circuits cryogéniques d’autre part
Conception de Matrice 2D pour Calcul Quantique sur Silicium avec Validation par Simulation
L'objectif est de concevoir une structure matricées 2D pour le calcul quantique sur silicium afin d'envisager des structures de plusieurs centaines de Qubits physique.
En particulier le sujet sera focalisé sur :
- La fonctionnalité de la structure (interaction coulombienne, RF et quantique)
- Les contraintes de fabrication (simulation et contrainte de procédé réaliste)
- La variabilité des composants (Prise en compte de paramètre de variabilité et défectivité réaliste)
- Les contraintes induites sur les algorithmes (code de correction d'erreur)
- Scalabilité de la structure vers des milliers de Qubit physiques
Le candidat travaillera au sein d'un projet de plus de cinquante personnes avec des expertises couvrant la conception, la fabrication, la caractérisation et la modélisation des qubits de spin ainsi que des disciplines connexes (cryoélectronique, algorithmes quantiques, correction d'erreurs quantiques, …)
Effet de la présence de TSV sur la fiabilité des interconnexions dans le cadre des capteurs photographiques 3 couches
Parce que la réduction des dimensions basée sur la loi empirique de Moore a atteint ses limites, une technologie d'intégration alternative, telle que l'intégration tridimensionnelle (3DI) devient le courant dominant pour de plus en plus d'applications telles que les capteurs d'image CMOS (CIS), les mémoires... La 3ème génération de CIS empile jusqu'à 3 puces interconnectées par une liaison hybride (hybrid bonding) et des vias traversant le silicium - haute densité (TSV-HD). Le bon fonctionnement et l'intégrité des dispositifs et des circuits doivent être maintenus dans une telle intégration, en particulier dans le voisinage proche des TSVs. Le budget thermique, la dilatation du cuivre (Cu pumping/protrusion), le gauchissement des plaquettes de silicium minces peuvent entraîner des problèmes de rendement électrique et de fiabilité et doivent être, en conséquence, étudiés.
Le travail consiste à évaluer l'impact du TSV sur les performances et la fiabilité (électromigration, claquage diélectrique, BTI...) des interconnexions (BEOL) et des composants actifs (FEOL). Les données acquises permettront de définir des règles de conception et en particulier une zone interdite/d'exclusion potentielle (KOZ) et de calibrer un modèle éléments finis.
Conception d'un système de vision embarqué intégrant un imageur intelligent rapide
L'objectif du post-doc est d'évaluer l'intérêt des imageurs intelligents intégrant du traitement dans le plan focal dans les systèmes de vision embarqués pour une fonction de localisation et de proposer un système de vision embarqué complet intégrant un imageur intelligent et un hote. L'étude se concentrera sur les applications d'égo-localisation, pour réaliser, par exemple, une fonction de localisation 3D.
A partir d'une chaîne applicative existante, le post-doctorant pourra réaliser une étude algorithmique afin de l'optimiser pour exploiter les qualités de l'imageur intelligent. Puis il pourra proposer un partitionnement entre imageur intelligent et système hote, en fonction de critères de performances. Une expérimentation utilisant l'imageur intelligent RETINE ainsi que la carte d'accueil IRIS pourra être menée pour valider la proposition.
Evaluation de la consommation de système RF pour l'optimisation conjointe systeme-techn
Pour être capable d’augmenter d’optimiser au mieux les systèmes de transmission sans fil basées sur une hybridation des technologies, il est stratégique d’être en mesure d’évaluer rapidement les capacités de ces technologies et d’adapter au mieux l’architecture associée. Dans ce but, il est nécessaire de mettre en place de nouvelles approches de gestion globale de la consommation et d’optimisation.
Le travail de ce contrat post-doctoral se situe donc à ce niveau.
Il s’agira tout d’abord de développer des modèles de consommation des blocs des chaines de transmission radiofréquence (LNA, Mixe, Filtre, PA, …). Ce travail se fera en lien avec le projet Beyond5. Dans ce but, il sera nécessaire de maitriser les concepts de base de la conception de ces blocs. Dans un deuxième temps, il faudra relier les performances du système de transmission complet avec les performances des blocs élémentaires. On pourra alors ensuite mettre en œuvre l’optimisation de la répartition de la consommation entre les différents blocs de la chaîne grâce à une approche originale. Une méthodologie d’évaluation spécifique à la 3D sera aussi mise en place.
Développement de sondes de force optomécaniques pour l’AFM rapide
Le sujet proposé s’inscrit dans le cadre d’un projet CARNOT ayant pour objectif le développement d’une nouvelle génération de sondes de force basées sur une transduction optomécanique. Ces capteurs de force seront mis en place dans des microscopes AFM ultra rapides pour de l’imagerie et de la spectroscopie de force. Ils permettront notamment d’adresser des applications biologiques et biomédicales sur des échelles de temps sub-microseconde, voire nanoseconde en mode spectroscopie de force.
Des premières sondes de force optomécaniques VLSI sur silicium ont été conçues et fabriquées dans les salles blanches quasi-industrielles du LETI et ont donné lieu à des premières preuves de concept pour l’AFM rapide. Le post doctorant aura pour mission la préparation des sondes de force en vue de l’intégration de celles-ci dans un AFM rapide développé par notre partenaire au CNRS LAAS (Toulouse). Il sera en charge des opérations back end, de la libération des structures, de leur observation (SEM, microscopies), jusqu’au packaging optique avec des férules à base de fibres optiques. Il participera également au développement d’un banc de test des composants avant et après packaging pour sélectionner les composants et valider les sondes avant intégration dans un AFM.
Le post doctorant s’intéressera également au fonctionnement de la sonde en milieu liquide pour permettre ultérieurement des études AFM de phénomènes biologiques : pour cela, le développement d’un actionnement efficace (électrostatique, thermique ou optique) de la structure mécanique pourra être réalisé et appliqué expérimentalement. Un retour sur la modélisation et le design pourra ainsi être proposé à partir des mesures, afin d’assurer la compréhension de tous les phénomènes physiques observés. Enfin, le post-doctorant pourra proposer de nouveaux designs visant les hautes performances attendues. Ces dispositifs seront fabriqués par la salle blanche du Leti, puis seront testés et comparés aux performances attendues.
Sensibilité des composants nanoélectroniques innovants aux effets des radiations
L’évolution et l’intégration des composants électroniques reposent depuis longtemps sur la miniaturisation des dimensions des transistors. Leur taille atteint désormais des dimensions telles que les épaisseurs de couches minces ne contiennent plus que quelques couches atomiques. Pour poursuivre l’intégration des composants, une des voies les plus prometteuses consiste à explorer les empilements en 3D de composants. Cette démarche conduit à des technologies non planaires, et a été initiée au CEA depuis des années. Elle a permis l’apparition de composants tels que les FinFETs (Finger Field Effect Transistors), les nano-fils de silicium (Si nano-wire) et plus récemment les nano-sheets. Désormais, pour ces composants les plus avancés, les dimensions caractéristiques se rapprochent des dimensions des effets induits par les particules de l’environnement spatial.
La fiabilité en environnement radiatif des futurs composants intégrés basés sur ces technologies nécessite d’être étudiée afin d’en estimer la sensibilité. Ces technologies électroniques sont prometteuses, et identifiées comme solution possible pour l’électronique du futur. Cependant, l’utilisation de ces technologies en environnement radiatif (avionique, spatial, physique des hautes énergies, etc…) nécessite une meilleure compréhension des effets induits par les différents types de radiations dans ces empilements complexes de matériaux en couche mince. L’expertise de conception et de développement des composants nanoélectroniques sera amenée par le CEA LETI. Le CEA DIF, dont une équipe est spécialisée dans l’évaluation des technologies micro, nano et subnanomètriques soumises aux radiations, apportera son savoir-faire afin d’appréhender au mieux la conjonction des deux domaines considérés.