Optimisation d’outils microfluidiques pour la mesure de données cinétiques
La mise au point et la modélisation des procédés chimiques nécessitent l’acquisition de nombreuses données thermodynamiques et cinétiques. Les méthodes conventionnelles de mesure de ces données de base mettent généralement en œuvre des quantités non négligeables de réactifs. En particulier pour les procédés de précipitation, où le caractére stochastique de la nucléation nécessite la réalisation d’un grand nombre d’expériences. Le sujet proposé consiste à poursuivre les travaux déjà réalisés sur la concetpion d’une puce dédiée à la mesure de cinétiques de nucléation rapide. Dans un premier temps, la validité des données obtenues par la technique microfluidique sera évaluée et optimisée sur la base de systèmes chimiques connus et non-radioactifs. L’outil microfluidique sera ensuite mis à profit pour étudier la sensibilité de ces réactions à différents paramètres opératoires (sursaturation, impuretés, additifs, etc.) avant d’envisager sa transposition aux procédés de l’industrie nucléaire, tels que la décontamination d’effluents radioactifs. Enfin, un nouveau design de puce pourra être proposé pour la mesure de cinétique d’extraction liquide-liquide, en lien avec le développement de nouveaux procédés hydrométallurgiques.
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.
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.
Développement d'une nouvelle génération d'adhésifs polymères réversibles
Les adhésifs polymères sont des systèmes généralement réticulés utilisés pour lier deux substrats durant toute la durée de vie d’un assemblage pouvant être multimatériau et ce pour de multiples applications. En fin de vie, la présence d’adhésifs rend difficile la séparation des matériaux ainsi que leur recyclage, du fait de la difficulté de détruire la réticulation de l’adhésif sans traitement chimique ou thermique agressif également pour les substrats liés.
Dans ce cadre, le CEA développe des adhésifs à recyclabilité augmentée, et ce via l’intégration de la recyclabilité dans les structures chimiques dès la synthèse des réseaux polymères. Une première approche consiste à intégrer à des réseaux polymères des liaisons dynamiques covalentes, échangeables sous stimulus généralement thermique (par exemple des vitrimères). Une seconde consiste à synthétiser des polymères dépolymérisables sous un stimulus spécifique (polymères auto-immolables) ayant la capacité de réticuler.
Dans ce contexte, le.a post-doctorant.e développera 2 réseaux utilisables en tant qu’adhésif à recyclabilité augmentée. Un premier réseau se basera sur une chimie dépolymérisable sous stimulus déjà développée sur des chaines linéaires de polymère, devant être transposée à un réseau. D’autre part, un second réseau vitrimère sera synthétisé sur la base de travaux précédents au CEA. L’activation de l’échange de liaisons dans ce réseau se fera via un catalyseur dit photolatent, activable par UV et permettant d’obtenir un adhésif à stimulus UV et thermique. Le choix, la synthèse de ces catalyseurs et leurs impacts sur l’adhésif seront l’objet de l’étude réalisée. Les catalyseurs obtenus pourront également être utilisés comme déclencheurs de la dépolymérisation du premier système dépolymérisable sous stimulus.
Etude des phénomènes physiques entrant en jeu dans le vieillissement des nanofils de silicium utilisées comme jauges de détection piézorésistives pour la réalisation de capteurs MEMS inertiels.
C’est grâce aux récents développements de la microélectronique que des nouvelles générations de capteurs alliant hautes performances, taille réduite et faible coût ont pu voir le jour. Dans ce contexte, le CEA-LETI a proposé un nouveau concept novateur appelé M&NEMS pour la réalisation de capteurs inertiels de type accéléromètres, magnétomètres et gyromètres. Le concept M&Nems combine les technologies MEMS et NEMS de manière à profiter de la grande force d’inertie générée par une masse MEMS et de la forte sensibilité de détection de jauges NEMS piézorésistives. Des démonstrateurs ont d’ores et déjà été réalisés et ont permis de démontrer l’intérêt du concept M&Nems, l’un des principaux challenges qui reste à relever concerne la fiabilité des capteurs reposant sur ce concept et en particulier des nano jauges piézorésistives. Le travail de recherche sera donc essentiellement focalisé sur l’étude des modes de défaillances de ces nano jauges piézorésistives avec identification des phénomènes physiques et mise en place de modèles de défaillance. Pour ce faire, un premier travail préliminaire pourra être axé sur la physique du composant avec une étude de la conduction électrique dans les nano jauges : piézorésistivité, piégeage de charges et relaxation, effet de champ… L’étude pourra se poursuivre ensuite par l’étude des modes de défaillances des nano jauges proprement dites, il s’agira concrètement d’être en mesure de comprendre et modéliser la physique de vieillissement de ces nano jauges. Pour ce faire, il sera possible de s’appuyer sur les connaissances acquises sur la physique de conduction des nano jauges mais aussi de jouer sur les paramètres physiques des nano jauges. Au final, les modèles de vieillissement mis en place devront permettre de proposer et valider des choix technologiques de manière à garantir la durée de vie des nano jauges en fonction des conditions d’utilisation des capteurs.
Double report de films minces piézoélectrique pour l’élaboration de dispositifs RF innovants
Ces travaux visent à étudier et développer un nouveau concept de multireport de films minces piézoélectrique pour des applications RF. Le candidat sera en charge du développement de l’ensemble de la filière de réalisation de ces structures multicouche et des composants RF 3D. Pour cela, il devra maitriser les mécanismes physiques intervenant dans la technologie de transfert de film et concevoir l’architecture complète notamment via la simulation des propriétés RF des filtres attendues. Une fois la structure définie et les principes fondamentaux maîtrisés, le candidat devra alors identifier les développements nécessaires en relation avec les experts technologique du Léti, assurer leur mise en place sur la plateforme technologique de réalisation et prendre en charge la réalisation des étapes les plus critiques.
Le développement de cette filière de réalisation devra ainsi permettre la génération de substrats possédant une qualité et des propriétés compatibles avec le cahier des charges des composants. La fonctionnalité des substrats devra alors être démontrée via la réalisation de composants RF pertinents afin de démontrer l’apport de cette nouvelle solution technologique au niveau des applications visées.
Le candidat devra faire preuve d’autonomie, d’initiative et de rigueur scientifique afin de s’approprier l’ensemble de la technologie de réalisation.
Evolution des couches superficielles résultant des interactions physico-chimiques entre bétons bas pH et argiles : expérimentations et simulations
La conception d’une installation industrielle de stockage de déchets radioactifs en milieu géologique est un enjeu important pris en compte dans la filière énergétique nucléaire française. Dans ce contexte les matériaux cimentaires occupent une place importante (colis, structures).
L’objectif principal de l’étude proposée est de caractériser les altérations des matériaux mis en contact dans le stockage (interface béton-argile), provoquées par les sollicitations chimiques qu’ils s’infligent mutuellement. Au stade actuel, une approche globale a été enclenchée prenant en compte simultanément la chimie du site de stockage et les bétons envisagés pour cette application à base de ciments commerciaux ou de liants innovants (bas pH) formulés spécifiquement. Sur ces matériaux bas pH en particulier, des questions subsistent quant à leurs évolutions minéralogiques et microstructurales dans le temps. Un programme expérimental bien ciblé (essais dédiés, caractérisations microscopiques), complété par des simulations numériques, permettra de consolider les connaissances indispensables en vue d’une utilisation de ces matériaux.
Ce projet fera intervenir à la fois des spécialistes des matériaux cimentaires du CEA, ainsi que des chercheurs du laboratoire Hydrasa de l’Université de Poitiers.
Développement d’un électrolyte solide pour l’optimisation des microbatteries au lithium
De nos jours les besoins en énergie sont de plus en plus importants pour des espaces de plus en plus petits. Les microbatteries au lithium sont l’une des solutions à la miniaturisation des sources d’énergie. Ces microsources d’énergie sont fabriquées par des techniques de dépôt compatibles avec la microélectronique (couches minces, lithographie …) et sont utilisables comme n’importe quel composant, intégrables dans des circuits. Mais la miniaturisation impose d’avoir des matériaux de plus en plus performants afin garder de bonnes propriétés sur des objets de plus en plus petits. L’électrolyte est l’une des trois couches actives d’une batterie au lithium.
L’objectif de ce post-doc est de développer la couche d’électrolyte afin d’optimiser ses performances. Une partie du travaillera portera sur l’optimisation de l’électrolyte utilisé actuellement et une autre partie sur le développement d’un nouveau matériau.
Le travail est expérimental. Le dépôt des couches se fait par dépôt Physique en phase Vapeur (PVD). Il s’agit de réaliser des cibles, des dépôts et de faire la caractérisation physico-chimique et électrique des échantillons. Le travail se fait au sein d’une équipe de caractérisation en collaboration avec les équipes de dépôt.
Le post-doc a lieu au CEA/LITEN/DTNM/LCMS dans le cadre d’un laboratoire commun CEA/ST Microélectronics.
Perméation d’hydrogène dans les métaux
Dans le cadre du développement de la filière hydrogène, la compréhension des interaction entre l'hydrogène et les matériaux constitue un enjeu clef.
Lorsque l'hydrogène entre en contact avec des matériaux métallique, il peut être dissout dans la matrice et y diffuser, ce phénomène est nommé perméation.
Les mesures de perméation d'hydrogène dans les métaux sont développées au CEA de Grenoble depuis plus de 20 ans.
L'objectif de ce projet de post-doctorat est de d'étudier ces phénomènes de perméation lorsque l'hydrogène est introduit à haute pression, et lorsque des polluants sont présents dans l'hydrogène.
Le projet débutera par la conception et la mise en place d'un nouveau banc de perméation, qui devra permettre de réaliser des essais à haute pression et de contrôler finement des niveaux d'impuretés dans l'hydrogène.
Par la suite, l'étude portera sur l'effet de la pression et des impuretés sur la perméation d'hydrogène dans des aciers ferrito-perlitiques, au moyen du banc d'essai préalablement développé.
Etude du retrait sélectif d’alliages métalliques pour la siliciuration avancée des transistors CMOS sub-20 nm
Les performances du transistor CMOS dépendant de la réduction de la résistivité des contacts électriques, l’amélioration du procédé de siliciuration auto alignée est un point clé pour atteindre les exigences de l’ITRS relatives aux futurs noeuds technologiques. La réaction entre une fine couche métallique (Ni1-yPty < 10nm) et le substrat de silicium permet de diminuer les résistances d’accès aux zones source et drain du transistor. Déposé par PVD sur toute la plaque, le métal, sous l’effet d’un traitement thermique, réagit préférentiellement avec les zones semiconductrices plutôt que diélectriques. Le métal non réagi est ensuite gravé dans une solution acide sélective au siliciure métallique. Au vu des nouvelles spécifications (couches ultra fines d’alliages à base de Ni, diminution des budgets thermiques menant à des siliciurations partielles, introduction de nouveaux métaux) requises pour les noeuds technologiques avancés (C20nm et C14nm), la capacité à retirer chimiquement les excès de métal non réagi sur les zones diélectriques doit être évaluée. Dans la salle blanche du CEA-LETI, le candidat sera amené à travailler sur des solutions chimiques innovantes pour graver sélectivement différentes couches métalliques (Ni, Pd, NiCo, NiPd). Les premiers tests conduits sur échantillons permettront d’établir les cinétiques d’attaque et la sélectivité globale sur dispositifs. Avec différentes techniques de caractérisation (TXRF, XRR, AFM, SEM, TEM, XRD), l’interaction des résidus métalliques avec le diélectrique et le comportement de la solution de retrait vis à vis des zones siliciuréees (rugosité, résistivité) seront étudiés. Différents semi-conducteurs (Si, SiGe…) et diélectriques (SiO2, SixNy…) seront investigués. Dans un second temps, les procédés de retrait sélectif les plus prometteurs seront implémentés sur un équipement 300 mm avant d’être intégrés et testés morphologiquement et électriquement sur des substrats comportant des architectures critiques.