Intégration d’un pouvoir d'arrêt électronique ab initio dans les simulations de dynamique moléculaire des cascades de déplacement dans les semiconducteurs
En environnement radiatif, les effets de déplacements atomiques peuvent entrainer la dégradation des performances des composants électroniques et optoélectroniques. Dans les semiconducteurs constituant ces composants, ils créent des défauts à l’échelle atomique, qui modifient le nombre de porteurs libres et donc altérent les performances du composant.
Afin de mieux comprendre les phénomènes physiques à l’origine de ces dégradations, les effets de déplacement sont bien reproduits par simulation à l’aide de méthode de dynamique moléculaire classique. Néanmoins, une compréhension plus fine de l’influence de la structure électronique du matériau sur le nombre de défauts créés lors de la cascade de déplacement est nécessaire pour avoir des simulations précises. Pour cela, un modèle nommé électron-phonon EPH a été développé. L’objectif de ce post-doctorat sera de nourrir ce modèle avec des calculs ab initio puis de le paramétrer afin d’effectuer des simulations de dynamique moléculaire pour plusieurs semiconducteurs utilisés dans les technologies microélectroniques actuelles. Les résultats obtenus serviront à mieux comprendre et améliorer si besoin le modèle EPH.
Irradiations de cellules silicium haut rendement pour le spatial
Historiquement, le photovoltaïque s’est développé conjointement avec l’essor de l’exploration spatiale. Au cours des années 90, les cellules solaires III-V multi-jonctions ont progressivement remplacé le silicium, bénéficiant de performances et tenue aux irradiations supérieures. Aujourd’hui, le contexte est favorable à un renouveau du Si spatial : besoins de puissance PV croissants, missions à durées & contraintes modérées (LEO), cellules Si terrestres très bas coût & performante (type-p > 26% AM1.5g). Cependant, pour les cellules Si les méthodes et séquences de vieillissement sous irradiations classiques (ECSS) sont moins appropriées. La littérature datant principalement des années 1980 – 2000, il faudra revisiter la thématique avec les cellules Si dernière génération à contacts passivés (élaborées à l’INES) et les moyens uniques d’irradiation double faisceau du CEA (plateforme JANNuS du CEA Saclay).
Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet SiNRJs à l’interface entre deux directions du CEA, sur les thématiques photovoltaïques spatial & irradiations matériaux. L’approche scientifique et technologique adoptée: 1. Fabrication de cellules Si à contacts passivés (HeT et/ou Poly-Si) d’épaisseur variable 2. Caractérisations optoélectroniques des propriétés des cellules avant irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc.) 3. Irradiations protons des cellules et échantillons, caractérisations in situ (Raman et Electroluminescence) 4. Caractérisations ex situ des propriétés optoélectroniques des cellules après irradiations (IV AM1.5/AM0, EQE, etc) 5. Analyse et synthèse des résultats. Scientifiquement, les verrous à lever concernent donc la compréhension des mécanismes/dynamiques de création/guérison de défauts sous cette double excitation électronique et balistique.
Etudes et développement d’un système laser dans l’UV pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral portant sur le développement d’un système laser dans l’UV pour le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra développer des lasers prototypes de procédé à haute cadence en partant du visible (système lasers colorant) jusqu’à l'UV. Le passage dans l’UV se fait par doublage de fréquence avec des objectifs élevés en terme de performance. Il s’agit d’utiliser un cristal doubleur de fréquence de type BBO, LBO, KDP ou autre. Pour ce faire, le post-doctorat participera à la définition de ce cristal, mais aussi au développement de l’environnement du cristal doubleur (comportement, performances attendues et la tenue au flux des différents matériels). Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils ou asservissements est à développer également. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre du doublage de fréquence, sujet complexe très étudié mondialement.
Intelligence artificielle appliquée à l’analyse par faisceaux d’ions
Un contrat post-doctoral d’une durée d’un an est proposé conjointement par le laboratoire d’étude des éléments légers (LEEL, CEA/DRF) et le laboratoire de Sciences des Données et de la Décision (LS2D, DRT/LIST) et porte sur un développement logiciel dédié au traitement de données multispectrales basé sur des outils d’Intelligence Artificielle (IA) et plus particulièrement de machine learning, qui seront appliqués ici à l’analyse par faisceaux d’ions (Ion Beam Analysis : IBA).
Dans le cadre de ce projet, le candidat retenu aura à réaliser les tâches suivantes :
1- Conception d’un dictionnaire multi-spectral.
2- Apprentissage.
3- Ecriture du code principal.
4- Développement d’un module d’analyse de cartographies multispectrales.
5- Benchmarking.
Le post-doctorant sera accueilli et encadré au sein des laboratoires LEEL et LS2D.
Modélisation multi-Echelle de la Ségrégation Induite par iRradiation
L’irradiation crée dans les matériaux un excès de lacunes et d‘auto-interstitiels, qui s’éliminent en se recombinant ou en s’annihilant sur les défauts étendus (surfaces, joints de grains, dislocations). Elle maintient ainsi des flux de défauts ponctuels vers ces puits. Dans le cas d’un transport préférentiel d’un des composants d’un alliage, une variation de la composition chimique apparaît à proximité des puits: c’est la Ségrégation Induite sous Irradiation (SII). Sa modélisation nécessite une bonne description des propriétés de l’alliage: ses forces motrices (dérivées de la thermodynamique) et ses coefficients cinétiques (constantes d’Onsager). L’objectif de ce projet est de combiner (i) des modèles atomiques (simulations Monte Carlo et champ moyen autocohérent), ajustés sur des calculs ab initio et qui permettent d’accéder aux coefficients d’Onsager et aux forces motrices et (ii) la modélisation de type champs de phases qui permettra de décrire la cinétique sous irradiation à des échelles de temps et d’espace supérieures. On appliquera la méthode aux systèmes FeCu et FeCr, déjà modélisés à l’échelle atomique. La SII sera modélisée à proximité d’un joint de grains, puis à proximité d’une boucle de dislocations. On s’intéressera plus particulièrement à l’influence de la contrainte sur le phénomène.
Développement et application de la technique TERS/TEPL pour la caractérisation avancée des matériaux
Le TERS/TEPL (Tip-Enhanced Raman Spectroscopy and Tip-Enhanced Photoluminescence) est une approche puissante pour la caractérisation des matériaux à l'échelle nanométrique. L'acquisition récente d'un équipement TERS/TEPL unique à la PFNC (Plateforme de Nano-caractérisation) du CEA LETI ouvre de nouveaux horizons pour la caractérisation des matériaux. Cet équipement combine la spectroscopie Raman, la photoluminescence et microscopie en champ proche. Il offre également des capacités multi-longueurs d'onde (de l'UV au proche infrarouge), permettant une large gamme d'applications et offrant des informations inégalées sur la composition, la structure et même les propriétés mécaniques/électriques des matériaux à une résolution nanométrique. Ce projet post-doctorat vise à développer et accélérer la mise en œuvre de cette nouvelle technique à la FPNC afin d'exploiter pleinement son potentiel dans différents projets du CEA (LETI/LITEN/IRIG) et de ses partenaires.
Etudes sur la physique des gaz et des interactions matière/laser pour la démonstration à l’échelle laboratoire de l’épuration isotopique du palladium (naturel).
Le palladium est un métal rare dont la demande mondiale est en forte augmentation. Or, il est présent en tant que produit de fission dans les combustibles nucléaires usés qui sont retraités en France. Il serait donc intéressant de recycler ce métal. Pour cela, il est nécessaire de procéder à une épuration isotopique, afin de supprimer un des isotopes du palladium, le 107, qui est un radionucléide artificiel à vie longue émetteur béta. Dans le cadre d'un nouveau projet sur 4 ans construit en réponse à l'appel d'offre du Plan d'Investissement et d'Avenir de l’État, le Service d’Etude des Procédés d’Enrichissement propose un contrat post-doctoral ayant pour objectif la compréhension des interactions gaz/laser dans le procédé de séparation isotopique du palladium par Lasers actuellement en cours de développement. L’objectif principal du projet est la démonstration finale de la faisabilité de séparation de palladium naturel (et non radioactif) pour la phase suivante de développement d’un premier pilote.
Le post-doctorant devra en particulier assurer l’étude du mode de production de la vapeur atomique près du point de fusion du métal pur, des mesures de spectroscopie par laser dans l’UV afin d’affiner les séquences sélectives de photoionisation des isotopes désirés. Pour ce faire, il participera à la définition, au montage et au développement de l'évaporateur, et au couplage des lasers du procédé avec l’enceinte à vide. Des échanges seront mis en place sur ce sujet spécifique avec des spécialistes reconnus au sein de la Direction de la Recherche Fondamentale du CEA. Les mesures de diagnostics des lasers mais aussi les mesures provenant des interactions gaz/laser sont à développer. La programmation (en Python et/ou sous Labview) de ces outils est un point essentiel du poste proposé. Une attention particulière sera portée sur les publications à réaliser essentiellement dans le cadre des interactions gaz/laser (photoionisation sélective des atomes d’intérêt et extraction).