Les composants de microélectroniques du futur seront de plus en plus petit et de moins en moins gourmands en énergie. Pour relever ce défi, les matériaux 2D sont d’excellents candidats du fait de leurs dimensions. De nouveaux matériaux 2D avec des propriétés nouvelles sont créés tous les jours. Mais leur intégration et la mesure de leurs performances dans des circuits est un défi. En effet, ils présentent des surfaces sans liaison pendantes ce qui leur permet de conserver leurs propriétés même à très petites dimensions mais il faut aussi réussir à préserver cette structure pendant l’intégration. Les étapes de dépôt, de transfert et de photolithographie sont susceptibles d’endommager ces surfaces fragiles.
L’objectif de ce post-doc est de développer des composants de caractérisation électrique et magnétique pour des matériaux 2D en configuration horizontale sur silicium. Le laboratoire a déjà mis au point un système de mesure verticale, mais les matériaux 2D étant très anisotropes, la mesure horizontale est nécessaire pour totalement qualifier ces matériaux. En s’appuyant sur les développements du procédé de réalisation vertical, le candidat mettra au point ce système de mesure et caractérisera différents matériaux réalisés en MBE par une autre équipe du CEA.

Contexte et Objectifs
L’optimisation des performances des circuits haute fréquence repose sur l’utilisation de substrats de haute résistivité. Aujourd’hui, les substrats SOI (Silicon On Insulator) à haute résistivité avec une couche de pièges électroniques (« trap-rich ») sous l’oxyde enterré (BOX) sont la référence en matière de performances RF dans les technologies CMOS. Cependant, ces substrats présentent deux défis majeurs : 1) Leur coût relativement élevé. 2) Une dégradation des performances RF à des températures de fonctionnement supérieures à 100 °C.

Ce projet postdoctoral propose une approche innovante pour surmonter ces limitations en explorant les performances RF d’un substrat polycristallin de haute résistivité sur toute son épaisseur (plusieurs centaines de microns). Grâce à sa forte densité de pièges électroniques répartis dans tout son volume, ce substrat pourrait garantir une stabilité des performances RF, y compris à haute température.

Missions et Contributions
En rejoignant ce projet, vous travaillerez en collaboration avec le CEA-Leti et l’Université Catholique de Louvain (UCL), deux institutions de renommée internationale en microélectronique et en caractérisation RF. Vous serez impliqué(e) dans toutes les étapes de l’étude, depuis la modélisation jusqu’aux tests expérimentaux :
- Simulation et sélection des matériaux : Réalisation de simulations TCAD pour identifier les substrats polycristallins les plus prometteurs (ex. : poly-Si, poly-SiC, …).
- Intégration des substrats dans un procédé avancé : Développement et intégration des substrats polycristallins dans un process flow SOI au CEA-Leti.
- Caractérisation RF en conditions extrêmes : Mesures des performances RF en fréquence et en température à l’UCL, avec un focus particulier sur la compréhension des mécanismes physiques sous-jacents grâce au croisement des données expérimentales et des simulations.

Ce travail s’inscrit dans le contexte actuel des recherches prospectives en micro-électronique qui essaye de tirer profit de nouveaux matériaux émergents aux dimensions nanométriques pour continuer la réduction d’échelle des dispositifs MOSFETs. Aujourd’hui, les matériaux 2D, en particulier les dichalcogénures de métaux de transition, présente une alternative intéressante aux technologies Si. En effet, la structure lamellaire des matériaux 2D permet de travailler avec seulement quelques monocouches. En utilisant ces matériaux comme canal du transistor, ils offrent une très bonne immunité aux effets de canal court par rapport aux transistors à effet de champ conventionnels à base de Si.
Cependant, l'introduction de ces nouveaux matériaux semi-conducteurs comme pose un certain nombre de problèmes. Le premier d’entre eux concerne la formation des contacts source et drain. Si de nombreux efforts ont été déployés ces dernières années pour réduire les résistances de contact, pour beaucoup, ces approches ne sont pas compatibles avec une intégration CMOS. L'objectif principal de ce travail est donc de proposer une compréhension approfondie des caractéristiques des contacts électriques (basées sur différents matériaux) pour identifier la résistance de contact la plus faible qu’il est possible d’obtenir. Les processus impliqués, offrant une résistance de contact optimale, doivent être compatibles en vue d’une intégration dans notre plateforme CMOS avancée 200/300mm.
Le Post-Doc étudiera en profondeur les différents mécanismes permettant la formation de faibles résistances de contact entre une couche métallique et une couche de MoS2. Il devra identifier les matériaux les plus prometteurs et développer les procédés de dépôt associés. Enfin, ces études seront couplées à de la caractérisation électrique pour bien qualifier à la fois les matériaux et les interfaces permettant un fonctionnement optimal des transistors MOSFET MoS2.