Comparaison du Diamant et GaN vertical au SiC et Si sur des applications de puissance
L’électrification croissante des systèmes impose des dispositifs de puissance toujours plus performants. Si le carbure de silicium (SiC) est aujourd’hui une technologie mature et industrialisée, d’autres matériaux émergent pour repousser encore les limites. Le diamant, grâce à ses propriétés physiques exceptionnelles, et le nitrure de gallium (GaN) en architecture verticale, offrent un fort potentiel d’amélioration des performances. Cependant, leurs bénéfices réels face aux solutions existantes en silicium (Si) et en SiC restent à démontrer en fonction des applications et des contraintes d’industrialisation.
L’objectif de ce postdoctorat est d’identifier les domaines d’application où ces nouvelles technologies pourraient offrir des gains significatifs en considérant les tendances actuelles et futures du marché. Une approche combinant simulation et expérimentation permettra d’évaluer leur pertinence. À partir de simulations TCAD et SPICE, les performances des composants diamant et GaN vertical seront analysées et comparées aux solutions existantes. Ces simulations seront complétées par des mesures expérimentales réalisées sur des dispositifs de test, afin de confronter les résultats théoriques à des données réelles et d’affiner les modèles.
Le projet inclut l’analyse des besoins industriels, l’optimisation des architectures de composants, ainsi que la validation expérimentale des performances. Ce travail s’inscrit dans un cadre de recherche appliquée, avec des collaborations académiques et industrielles de premier plan. Il offre une opportunité unique de contribuer au développement des futurs dispositifs de puissance tout en travaillant sur des technologies de rupture.
Calcul Haute performance exploitant la technologie CMOS Silicium à température cryogénique
Les avancées en matériaux, architectures de transistors et technologies de lithographie ont permis une croissance exponentielle des performances et de l’efficacité énergétique des circuits intégrés. De nouvelles voies, dont le fonctionnement à température cryogénique, pourraient permettre de nouvelles avancées. L’électronique cryogénique, nécessaire pour manipuler des Qubits à très basse température, est en plein essor. Des processeurs à 4.2 K utilisant 1.4 zJ par opération ont été proposés, basés sur l’électronique supraconductrice. Une autre approche consiste à réaliser des processeurs séquentiels très rapides en utilisant des technologies spécifiques et la basse température, réduisant la dissipation énergétique mais nécessitant un refroidissement. À basse température, les performances des transistors CMOS avancés augmentent, permettant de travailler à plus basse tension et d’augmenter les fréquences de fonctionnement. Cela pourrait améliorer l’efficacité séquentielle des calculateurs et simplifier la parallélisation des codes informatiques. Cependant, il faut repenser les matériaux et l’architecture des composants et circuits pour maximiser les avantages des basses températures. Le projet post-doctoral vise à déterminer si la température cryogénique offre un gain de performances suffisant pour le CMOS ou si elle doit être vue comme un catalyseur pour de nouvelles technologies de calcul haute performance. L’objectif est notamment d’évaluer l’augmentation de la vitesse de traitement avec des composants silicium conventionnels à basse température, en intégrant mesures et simulations.
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.