Co-optimisation entre technologie et conception de circuit de SRAM et cellules standard sur des nanofils empilés au noeud 5nm
Le post-doc consiste en l’étude du dessin de conception de cellules SRAM et de cellules standards MOS pour la technologie de nanofils empilés au nœud 5nm intégrant un auto-assemblage de co-polymères à bloc (DSA). Cette étude sera basée sur l’utilisation d’un modèle compact (SPICE) développe au LETI ainsi que sur les expertises du LETI en intégration et procédés nanoélectroniques. Le but est de déterminer le meilleur dessin de conception pour les cellules en termes de performance, puissance consommée et densité.
Développement de modèles innovants permettant l’optimisation conjointe technologie/design/système
Le projet dans lequel ce post-doc s’inscrit a pour ambition de proposer une approche nouvelle d’étude et d’optimisation des circuits et des systèmes, en prenant en compte les caractéristiques détaillées des technologies utilisées, des méthodologies de conception et des architectures choisies. L’objectif est de mettre en place une compétence transverse unique d’évaluation des technologies et des architectures, allant au-delà des analyses de type PPA, PPAY, PPAC usuellement utilisées pour évaluer les circuits.
Le sujet du post-doc se concentre sur le développement de modèles simplifiés de dispositifs actifs et passifs, qui constituent les briques de base de la méthodologie d’optimisation robuste qui sera mise en place dans le projet. Les travaux de modélisation des devices actifs auront comme point de départ l’approche développée à l’EPFL, basée sur des expressions analytiques d’invariants mettant en oeuvre le coefficient d’inversion.
Conception de circuit et de systèmes de communication ultra low power pour wake-up radio
Aujourd’hui, il y a une forte demande de développement de systèmes de wake-up radio autonomes dont les performances puissent être adaptées en fonction des besoins de l’application. Il est critique que ces systèmes disposent également d’horloge indépendante et ultra basse consommation. L’objectif du projet proposé est d’exploiter les capacités de la technologie CMOS FD-SOI pour développer ce type de systèmes, en améliorant la consommation et les performances des systèmes au delà de l’état de l’art, grâce aux faibles capacités et au body biasing de la technologie FD-SOI 22nm. Une attention particulière sera accordé à la mise au point de système de synthèse de fréquence à forte efficacité énergétique et faible temps d’établissement. Le candidat travaillera aussi bien sur les aspects systèmes que conception de circuit dans une équipe qui dispose d’une solide expérience sur le sujet
Couches 2D pour Contacts et Empilements de Grille Avancés
Les TMDs (Transition Metal Dicalchogenides, MX2) ayant démontré des propriétés d’intérêt dans de nombreux domaines des nanotechnologies (CMOS, mémoires, capteurs, photonique, etc.), ils apparaissent comme des matériaux prometteurs du fait de leur co-intégration facilitée par leur nature intrinsèque (matériaux de van der Waals) et de leurs propriétés fonctionnelles. Toutefois, leur potentiel applicatif reste incertain du fait de la difficulté à les élaborer dans un environnement nanoélectronique standard tout en en contrôlant leurs propriétés fonctionnelles.
Le candidat cherchera à quantifier les propriétés électriques de différentes couches 2D intégrées dans des structures de test en technologies silicium (TLM, Cross Bridge Kelvin Resistor, MOS Capacitors) pour donner des recommandations d’applications voire effectuer un démonstrateur dispositif.
Il s’agit en l’occurrence de caractériser l’intérêt de ces matériaux non pas en tant que couches de transport, mais comme interfaces permettant d’améliorer :
• La résistivité dans les contacts via Fermi-level depinning.
• Le contrôle de la charge d’inversion du canal par la tension de Grille via un effet de capacité quantique différentielle négative.
Conception d’un circuit intégré de puissance en GaN sur Si, caractérisation, mise en oeuvre
L’objectif est de proposer une solution innovante permettant d’alimenter une électronique basse tension (3 à 12VDC) ou de charger des accumulateurs, à partir de tensions alternatives industrielles (230VAC/400VAC). Ce type de dispositif devrait bénéficier fortement de l’apport des technologies de passifs intégrés et des possibilités offertes par les ASIC développés au Leti, en particulier les ASIC en GaN. Ce programme de recherche s’inscrit dans la ‘’roadmap puissance’’ du Leti. A partir de l’état de l’art et de concepts envisagés par des chercheurs du CEA, le post-doctorant devra imaginer une solution originale, en faire la conception, puis caractériser le système ainsi réalisé. Le programme de recherche implique d’autres partenaires académiques ce qui permet au post-doctorant de s’immerger dans un contexte de recherche amont. Une application industrielle a été identifiée. Le post-doctorant sera encouragé à enrichir le sujet par des fonctions additionnelles au niveau du contrôle (régulation) à très hautes fréquence, de la transmission de signaux isolés via le convertisseur ou tout autre sujétion
Implant médical actif réalisé en encapsulation hermétique verre
La micro-électronique étend ses champs d’applications via les micro-systèmes comportant des capteurs, des récupérateurs d’énergie, des modules de communication performants etc... Les implants médicaux actifs tels les pace-makers et défibrillateurs cardiaques, les dispenseurs de médicaments, les sondes neuronales etc… sont autant de domaines possibles pour ces modules à haute intégration. Le matériau verre, en alternative au silicium, monte en maturité technologique (interconnexions, amincissement, fonctionnalisation) et présente des caractéristiques ‘clé’ pour le domaine médical : biocompatibilité, herméticité, stabilité, transparence, ainsi qu’un coût réduit.
L’objectif est l’étude de l’encapsulation verre de micro-systèmes, pour des applications implants actifs.
Substrats Germanium sur isolant (GeOI) pour la photonique : amélioration de la qualité cristalline et mise sous contrainte
Depuis environ 2010, on assiste à une course au laser Ge, à laquelle participent notamment le MIT, l’université de Stanford, l’université de Paris Sud et le Leti. En parallèle, le laboratoire des professeurs Takagi et Takenaka à l’université de Tokyo est à la pointe de développements de composants photoniques à base de Ge pour le proche infra-rouge.
Le post-doc consistera à développer des substrats GeOI à partir de substrat Ge massif avec mise en traction du film. Ces développements seront réalisés à partir des procédés Smart Cut / collage amincissement existants, combinés à des étapes permettant de dépasser leurs limites actuelles (e.g. collage type SAB). Les matériaux obtenus seront caractérisés pour déterminer leur état de déformation ainsi que leur endommagement (Raman/XRD) et des substrats seront fournis aux laboratoires applicatifs pour réalisation de composants photoniques.
Contribution aux développements de dispositifs de mesure d’antennes miniatures
La généralisation des liens radiofréquences fonctionnant aux fréquences VUHF pour équiper un nombre croissant de dispositifs électroniques communicants contribue à intensifier les recherches sur la miniaturisation et l’intégration des antennes. En conséquence, des progrès significatifs sont régulièrement réalisés pour réduire les dimensions des antennes et il n’est plus rare de trouver des travaux décrivant des structures antennaires en 1/30 de la longueur d’onde. Une sensibilité accrue au contexte de fonctionnement est observable avec les antennes électriquement petites. Cette particularité se traduit notamment par des problèmes de mesure des propriétés électriques et de rayonnement qui sont susceptibles d’être altérées avec les techniques standards consistant à connecter un câble de mesure à l’antenne. Ce sujet cherche à développer des techniques de mesure d’antennes électriquement petites à l’aide de méthodes dites non-invasives, c’est-à-dire ne perturbant pas (ou peu) l’antenne sous test. Deux techniques seront investiguées en se basant sur les travaux déjà réalisés dans le laboratoire. La première technique repose sur la réflectométrie électromagnétique en champ lointain. La seconde technique repose sur l’utilisation d’un transducteur optique- radiofréquence au voisinage de l’antenne sous test pour notamment concevoir un réflectomètre RF miniature à conversion optique pour la mesure d’impédance d’antenne.
Analyse de la fiabilité des mémoires résistives (RRAM) pour application haute densité de stockage
Dans ce postdoc, nous proposons d’étudier les mémoires résistives (RRAM) en vue des applications de mémoire haute densité. Dans ce but, deux technologies (CBRAM et OXRAM) seront comparées et caractérisées.
L’impact des procédés d’intégration technologique sur les performances de la mémoire sera abordé. En particulier, nous évaluerons comment les étapes critiques d’intégration peuvent affecter le fonctionnement de la mémoire. Les architectures MESA (la RRAM est gravée) vs Damascène (la RRAM est déposée dans une cavité) seront comparées.
Après l’évaluation du fonctionnement de base de la mémoire (forming, SET, RESET, tensions requises...), un accent particulier sera porté sur la fiabilité. L’endurance sera étudiée en détail et optimisée. L’impact des conditions de programmation (y compris des systèmes de programmation intelligents) sur la fenêtre mémoire et le nombre de cycles en endurance sera analysé. Enfin, la variabilité sera adressée, afin de quantifier les différentes contributions à la fermeture de la fenêtre mémoire : variabilité cycle à cycle et cellule à cellule. Les problèmes de fiabilité spécifiques (bruit de lecture ...) seront également abordés. Des extrapolations sur la densité maximale qu’une technologie de RRAM donnée peut offrir seront tirées.
En se basant sur cette étude détaillée, une comparaison de toutes les technologies RRAM testées sera faite, permettant d’identifier les avantages et inconvénients de chaque option, et de mettre en évidence les compromis nécessaires (vitesse de la mémoire, l’endurance, tensions de fonctionnement, consommation ...).
Champ électrique en calculs ab initio, application aux RRAM
Depuis plusieurs années, le LETI/DCOS a engagé un effort de simulation ab initio des phénomènes microscopiques à l’origine du fonctionnement des RRAM à base d’oxydes (HfO2, Ta2O5, Al2O3). La prise en compte d’un champ électrique appliqué au système MIM (Metal-Isolant-Métal) est aujourd’hui possible grâce à deux approches par séparation d’orbitales [1] ou par calcul en fonction de Green hors équilibre [2]. Nous proposons un travail de développement et de prise en main de ces méthodes en combinant plusieurs approches de simulation. Le but est d’étudier les mécanismes de dégradation d’un oxyde en suivant le mouvement des atomes oxygènes couplé au champ électrique. Ces mécanismes sont encore largement méconnus et viendront supporter les efforts d’optimisation et de caractérisation des cellules mémoires RRAM actuellement fabriquées et étudiées au LETI. Les outils de simulations visés sont Siesta pour la partie DFT, et TB_Sim pour la partie transport.
[1] S. Kasamatsu et al., « First principle calculation of charged capacitors under open-circuit using the orbital separation approach, PRB 92, 115124 (2015)
[2] M. Brandbyge et al., « Density functional method for nonequilibrium electron transport », PRB 65, 165401 (2002)