Nouveaux matériaux d’électrode pour accumulateur Na-ion

Les accumumulateurs sodium-ion (Na-ion) constituent une alternative au Li-ion traditionnel, notamment sur les critères de coût et de durée de vie. Le Sodium présente en effet des caractéristiques très proches du lithium (élément assez léger et très électronégatif), avec également l’avantage d’être 1000 fois plus répandu que le lithium et d’être peu coûteux. En outre, il semblerait que les mécanismes de vieillissement aux interfaces électrolyte/électrode soient moins rapides que dans le cas du Li-ion.

L’électrochimie du sodium étant assez différente de celle du lithium, et cette technologie restant beaucoup moins étudiée jusqu’à présent, peu de solutions existent en termes d’électrodes positives et négatives. Il est primordial de développer des matériaux adaptés aux contraintes du stockage d’énergie à grande échelle. Le travail de post-doc se focalisera donc sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux matériaux d’électrodes. Ces matériaux devront présenter des caractéristiques cristallographiques adaptées à l’insertion des ions sodium afin d’obtenir des densités d’énergies les plus élevées possibles, et à moindre coût.

Developpement de contacts métalliques pour les transistors MOSFET à canal MoS2

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.

Intgération 3D séquentielle

L’intégration 3D est actuellement très étudiée car elle offre une solution pour continuer d’augmenter la densité de transistor par unité de surface (More Moore) tout en réduisant les contraintes de réduction des dimensions des transistors. Elle permet aussi de faciliter la co-intégration de technologies très hétérogènes (More than Moore). La 3D séquentielle permet d’utiliser tout le potentiel de la 3D en connectant les couches empilées au niveau du transistor. Elle se distingue de l’intégration 3D parallèle (3D TSV) qui est limitée à interconnecter des blocs comprenant des milliers de transistors. L’expertise du Leti dans ce domaine est reconnu grâce à la démonstration de structures fonctionnelles en 200mm. Le travail du post doc consiste en la réalisation d’un démonstrateur en 300mm pour des nœuds plus avancées incluant de nouveaux modules, comme par exemple des lignes inter-niveaux métalliques qui permettrait d’empiler plus de trois niveaux avec cette intégration.

Modélisation de l’électroraffinage d’actinides

Dans le cadre du projet européen SACSESS et en collaboration avec l’ITU et le CNRS, le Laboratoire d’Elaboration des Procédés de Séparation (LEPS) du DRCP/SMCS étudie actuellement un procédé pyrométallurgique de retraitement des combustibles nucléaires usés par électrolyse.

Le sujet de post-doc proposé vise dans un premier temps à développer des modèles rendant compte de ce procédé sur la base de résultats de tests successifs d’électroraffinage déjà obtenus à l’ITU en électrolysant un alliage métallique U-Pu-Zr-Am-Gd-Nd-Ce-Y sur une cathode d’aluminium. Le but de la modélisation sera d’évaluer les potentialités de ce procédé en termes d’efficacité de séparation mais aussi d’optimiser la gestion des flux de matière nucléaire.

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.

Immunociblage de nanoparticules organiques pour des applications cliniques

Dans le but de proposer une thérapie efficace du lymphome à cellules de manteau en onco-hématologie, le projet proposera une nouvelle thérapie ciblée à base de complexes pluri-moléculaires combinant différentes entités que sont : (1) des principes actifs thérapeutiques (PA), (2) les anticorps monoclonaux (Ac Mo) comme agent de ciblage, et (3) des vecteurs lipidiques, les Lipidots®, comme agent de vectorisation. La vectorisation implique la plateforme Lipidot®, basée sur des nanoparticules lipidiques développées au CEA-Léti depuis 2005. Il s’agira alors de façonner ces nanoparticules lipidiques, en vue de les rendre immunociblantes et transportant des agents thérapeutiques toxiques. Des drogues cytotoxiques seront encapsulées dans les nanoparticules et une optimisation du taux de charge obtenu sera effectuée en fonction des paramètres constitutifs des Lipidots® comme la composition en acides gras, la viscosité du cœur, la rigidité de la membrane externe, et le diamètre du vecteur. La trinité Lipidots/Drogue/Anticorps sera caractérisée d’un point de vue stabilité colloïdale et affinité de liaison biologique.

Modélisation de la cinétique des amas de défauts interstitiels dans les métaux CC après l’implantation d’hélium.

Les matériaux de structure des réacteurs nucléaires subissent des conditions d’irradiation sévères qui peuvent modifier leurs propriétés mécaniques. Afin de pouvoir suivre la cinétique atomique qui mène à des structures complexes responsables du vieillissement de matériaux, il faut se tourner vers la simulation numérique. Dans le cadre de l’ANR EPIGRAPH nous allons combiner les techniques expérimentales et les calculs numériques pour mieux caractériser la cinétique des défauts interstitiels dans les métaux cubiques centrés. Nous avons récemment proposé une nouvelle structure tridimensionnelle périodique pour les amas d’interstitiels dans les métaux de structure cubique centrée, par opposition à la morphologie classique de la boucle bidimensionnelle [1]. La structure cristalline sous-jacente correspond à la phase de Laves C15. Ils se forment directement dans les cascades de déplacements et peuvent croître en capturant des auto-interstitiels. Afin de détecter ces amas expérimentalement, une idée est de les faire grandir après implantation d’hélium [2]. Cette démarche sera réalisée dans divers métaux CC dans le cadre du projet ANR EPIGRAPH, en collaboration avec Chimie ParisTech, GEMaC et LPS.
Dans ce projet, la tâche de modélisation comporte deux directions:
- Les calculs ab-initio, effectués par le postdoc, vont apporter les informations atomistiques sur la croissance des défauts d’irradiation.
- Les résultats des calculs ab-initio seront ensuite utilisés pour paramétrer un modèle cinétique basée sur la dynamique d’amas [3]. Ce formalisme est particulièrement bien adapté pour simuler l’évolution des amas de défauts sur de temps longs.
Le travail de modélisation sera réalisé en étroite collaboration avec la partie expérimentale.
[1] M. C. Marinica, F. Willaime, J.-P. Crocombette, Phys. Rev. Lett. 108 (2012) 025501
[2] S. Moll, T. Jourdan, H. Lefaix-Jeuland, Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 015503
[3] T. Jourdan, G. Bencteux, G. Adjanor, J. Nucl. Mater. 444 (2014)

Design prédictif des nouvelles structures pour du management thermique

Synthèses de nanoparticules pour application photovoltaïque couche mince

Le poste proposé est un contrat postdoctoral de 2 ans au sein du Laboratoire de nano-Chimie et de Sécurité des Nanomatériaux, du Département de Technologies des Nano-Matériaux du LITEN. Il s’inscrit dans le cadre d’un projet qui a pour ambition de développer de nouveaux matériaux absorbeurs pour la réalisation de cellules photovoltaïques couche mince à partir d’élément abondant et par des techniques bas coûts.
La personne recherchée aura préférentiellement une expérience dans la synthèse chimique de nanoparticules par des procédés humides avec une compétence matériaux, ainsi que la formulation en voie liquide et le dépôt de couches minces par les techniques précurseur liquide. Le travail portera sur la synthèse de nanoparticules par différents procédés, leurs caractérisations physicochimiques ainsi que leur mise en œuvre, tout d’abord sous forme d’encre et ensuite sous forme de couches minces déposées par voie liquide. Les conditions de dépôt et de recuit de la couche permettront d’obtenir le matériau absorbeur souhaité seront étudiées. Ce travail s’inscrit dans le cadre d’un projet ANR avec plusieurs partenaires académiques et industriels avec une forte composante appliquée puisque le but final est d’aboutir à la réalisation de cellules photovoltaïques.

Capteurs de gaz à base de nanoparticules de diamant et de matériaux nanoporeux dopés de molécules-sondes

Il s’agit de réaliser des capteurs à ondes acoustiques de surface (SAW) sensibles et sélectifs pour détecter de très faibles concentrations de composés gazeux (< 100 ppb). La stratégie pour accroître la sensibilité de la couche guidante repose sur l’utilisation, comme couche guidante, de nanoparticules de diamant chimiquement modifiées et déposées en multi-couches sur un film piézoélectrique. Pour obtenir une grande sélectivité, ces capteurs seront couplés à des filtres spécifiques placés en amont, constitués de matériaux poreux dopés de molécules sondes aptes à capter les interférents gazeux.
Le projet comporte quatre volets : 1) synthèse et greffage des nanoparticules de diamant, 2) étude des molécules sondes et dopage des matrices nanoporeuses, 3) étude du piégeage des polluants-cibles et des interférents potentiels, 4) métrologie et calibration.
Le travail sera réalisé dans le laboratoire « Capteurs Diamant » et dans le laboratoire Francis Perrin situés tous deux au centre d’études de Saclay.