Développement de composants de puissance verticaux en GaN
Il y a un fort intérêt pour le développement de composants verticaux en GaN pour l’électronique de puissance du fait de leur empreinte physique qui est potentiellement d’un ordre de grandeur plus faible que celle des composants SiC actuels. Ceci est potentiellement très avantageux pour les applications de conversion de puissance tels que le véhicule électrique, les centrales d’énergie photovoltaïques ou les alimentations UPS.
Les composants de puissance GaN verticaux qui ont été développés sur des substrats en GaN par homo-épitaxie ont un coût élevé. Les couches de GaN peuvent aussi être obtenues par hétéro-épitaxie sur des substrats tels que du silicium ou du saphir. Dans ce cas, des structures pseudo-verticales ont été proposées afin de contacter l’électrode inférieure pour y avoir accès par le côté du fait de la présence du substrat. L’inconvénient est dans ce cas l’augmentation de la place occupée par le composant. Afin de surmonter cette limite, il est proposé ici d’utiliser les technologies de transfert de couches, basées sur le savoir-faire du LETI, afin d’accéder à l’électrode de contact inférieure.
Le travail proposé consistera dans un premier temps à définir l’ensemble des étapes technologiques nécessaires au développement de composants de puissance GaN verticaux puis d’identifier les briques technologiques à développer le cas échéant avant de mettre en place l’intégration complète. Ce travail s’appuiera sur les actions déjà réalisées sur le transfert de couches GaN.
Ce travail est financé dans le cadre du volet électronique du PEPR (Programmes et équipements prioritaires de recherche) et du Programme d’investissements d’avenir du plan France Relance. Il adresse une thématique de recherche identifiée comme étant clés pour le développement de convertisseurs de puissance pour des applications industrielles et grand public. Il sera mené au CEA-LETI sur le campus Minatec à Grenoble.
Architectures avancées de dosimètres à fibres optiques pour la neutronique
Ce sujet porte sur le domaine des effets des irradiations dans les fibres optiques en vue de constituer des dosimètres permettant la caractérisation in situ (flux, fluence, homogénéité spatiale) des installations du CEA. L’utilisation de machines d’irradiation est indispensable à l’étude de la vulnérabilité et à la qualification de composants ou systèmes électroniques, optoélectroniques et optiques en environnement radiatif. La maîtrise des caractéristiques des faisceaux d’irradiation (géométrie, homogénéité, flux ou spectre énergétique) est primordiale. Le suivi de ces caractéristiques n’est pas toujours disponible in situ, faute d’instrumentation adaptée à un fonctionnement en environnement aussi extrême (radiation, température). C'est tout particulièrement le cas pour les installations expérimentales produisant des rayonnements pulsés, pour lesquelles un meilleur suivi temporel du flux (ou débit de dose) serait une amélioration significative.
Les travaux seront réalisés avec l’Université Jean Monnet de St Etienne et ses partenaires, qui a récemment coordonné le projet LUMINA, un dosimètre à fibre optique installé dans la station spatiale internationale par Thomas Pesquet.
Développements de systèmes optoélectroniques pour les technologies de capteurs quantiques
Le Laboratoire Autonomie et Intégration de Capteurs (LAIC) du CEA LETI a pour principales missions le développement de systèmes de capteurs, et en particulier de capteurs quantiques pour des applications de mesures hautes précisions de champs magnétiques. Les activités de l’équipe sont à l’interface du hardware (électronique, optronique, semi-conducteurs), du software (intelligence artificielle, traitement du signal) et du Système (architecture électronique, mécatronique, modélisations multiphysiques). Le projet Swarm (https://swarm.cnes.fr/fr/) qui a permis de mettre en orbite en 2013 nos capteurs quantiques pour la mesure du champ magnétique terrestre fait partie de nos track records, et un nouveau programme aux objectifs similaires démarre cette année.
Les technologies quantiques sont stratégiques pour le développement de capteurs aux performances inégalées, comme nous avons pu le démontrer en magnétométrie. Notre enjeu est aujourd’hui d’adapter ces développements et ce savoir-faire à de nouvelles physiques.
Afin d'accompagner nos développements autour des capteurs quantiques, nous recherchons un post-doc en opto-électronique pour concevoir de nouveaux capteurs quantiques et développer les bancs optiques associés. Ce post-doc comportera une composante expérimentale significative.
Votre mission principale sera de participer au développement de ces nouveaux capteurs et des bancs de caractérisation associés en interface avec les experts CEA du domaine.
Plus particulièrement votre mission s’articulera autour des actions suivantes :
• Conception et assemblage des capteurs quantiques (fibres optiques, sources RF, photodétecteurs)
• Participation à la modélisation des phénomènes physiques en jeu
• Conception et réalisation du banc de caractérisation optique
• Mise en place de l'électronique de pilotage des capteurs quantiques
• Publication des résultats dans des revues scientifiques
• Présentation des travaux dans des conférences internationales
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.
Modélisation multi-échelle de l’environnement électromagnétique de bits quantiques
Dans un futur proche, l’informatique quantique est susceptible de conduire à des percées majeures dans le monde du calcul haute performance et des communications cryptées. Parmi les différentes approches basées sur les semi-conducteurs, l’utilisation de bits quantiques de spin sur silicium (qubit) est une approche prometteuse puisqu’elle présente une forte compacité dotée d’un long temps de cohérence, d'une fidélité élevée et d'une rotation rapide du spin [Maurand2016], [Meunier2019]. Un défi majeur actuel dans le cadre d’une matrice de qubits est d’atteindre un contrôle individualisé.
Une matrice de qubits forme un système ouvert compact où chaque qubit ne peut être considéré comme isolé car dépendant de l’agencement des autres qubits, de leur réseau d’interconnexions et de l’empilement du back-end-of-line. L’objectif principal du post-doc est de développer plusieurs implémentations pour le contrôle de spin dans les matrices 2D de qubits en utilisant des simulations électromagnétiques (EM) allant de l’échelle nanométrique (qubit unitaire) à l’échelle millimétrique (réseau interconnecté).
Le candidat aura pour mission de i) caractériser des structures de test RF (radiofréquence) à température cryogénique en utilisant des équipements de pointe et comparer les résultats obtenus avec des simulations EM spécifiques, ii) évaluer l’efficacité du contrôle du spin et réaliser une optimisation multi-échelle allant du qubit unitaire au réseau de qubits [Niquet2020], iii) intégrer le contrôle RF du spin dans le cadre d’un réseau 2D de qubits utilisant les technologies silicium du CEA-LETI.
Le candidat aura de solides bases en RF et en microélectronique ainsi qu’une expérience de recherche en simulation EM, en caractérisation RF et en conception de structures de test. Ces travaux s’effectueront dans le cadre d’un projet de collaboration tripartite dynamique ente le CEA-LETI, le CEA-IRIG et le CNRS-Institut Néel (ERC “Qucube”).