Conception de mémoire magnétique asynchrone non-volatile
Dans le contexte applicatif de l’internet des objets (IoT) et des systèmes CyberPhysiques, (CPS), les systèmes « Normally off » sont principalement dans un état de veille et attendent des événements déclencheurs tels que des réveils sur compte à rebours, des dépassements de seuil, des réveils électromagnétiques ou encore des variations dans leurs environnements énergétiques pour se mettre en marche. Afin de réduire leur consommation ou par manque d’énergie, le système coupe l’alimentation de la plupart de ses composants durant cette veille. Afin de conserver les informations présentes en mémoire, nous proposons de développer une mémoire non-volatile embarquée. Les technologies de stockage magnétiques sont prometteuses afin d’atteindre tant une faible consommation qu’une rapidité d’accès aux données. De plus, à cause du comportement transitoire de ces systèmes qui passent souvent de la veille à la marche et vice versa, la logique asynchrone est naturellement envisagée pour implémenter la logique numérique. Ce sujet vise ainsi la conception d’une mémoire SRAM magnétique asynchrone dans un procédé de fabrication 28nm. Le composant mémoire devrait être développé jusqu’au dessin des masques, afin d’être caractérisé en consommation et temps d’accès, et de pouvoir être intégré efficacement avec un processeur asynchrone. Repousser les limites de l’état de l’art en proposer un tel composant permettra d’envisager des avancées considérables dans le monde des systèmes autonomes.
Modélisation des effets de piégeages et des fuites verticales dans les substrats épitaxiés GaN sur Si
Etat de l’art : La compréhension et la modélisation des fuites verticales et des effets de piégeages dans les substrats GaN sur Si font partie des sujets cruciaux d’études visant à améliorer les propriétés des composants de puissance sur GaN : réduction du courant de collapse et des effets d’instabilités de Vth, réduction du courant de fuite à l’état OFF.
De nombreuses universités [Longobardi et al. ISPSD 2017 / Uren et al. IEEE TED 2018 / Lu et al. IEEE TED 2018] et industriels [Moens et al. ISPSD 2017] tentent de modéliser les fuites verticales mais jusqu’à l’heure aucun mécanisme clair n’émerge de ces travaux pour les modéliser correctement sur toute la gamme de tension et températures visées. De plus la modélisation des effets de piégeages dans l’épitaxie est nécessaire à l’établissement d’un modèle TCAD de dispositif robuste et prédictif.
Pour le LETI, l’intérêt stratégique d’un tel sujet est double : 1) Comprendre et réduire les effets de piégeages dans l’épitaxie impactant le fonctionnement des dispositifs GaN sur Si (current collapse, instabilités de Vth…) 2) Atteindre les spécifications de fuites @ 650V nécessaires aux applications industrielles.
Le candidat devra prendre en charge en parallèle les caractérisations électriques et les développements de modèles TCAD :
A) Caractérisations électriques avancées (I(V), I(t), substrate ramping, C(V)) en fonction de la température et de l’illumination sur des substrats épitaxiés ou directement sur des composants finis (HEMT, Diodes, TLM)
B) Etablissement d’un modèle TCAD robuste intégrant les différentes couches de l’épitaxie afin de comprendre les effets d’instabilités des dispositifs (Vth dynamique, Ron dynamique, BTI)
C) Modélisation de la conduction verticale dans l’épitaxie dans l’optique de réduire les courants de fuites à 650V
Enfin, le candidat devra être force de proposition pour améliorer les différentes parties du substrat
Mesure de nématiques cellulaires actifs par microscopie sans lentille
Au CEA-Leti, nous avons validé une plateforme de vidéo-microscopie sans lentille vidéo en enregistrant des milliers d’heures de cultures cellulaires. Et nous avons développé différents algorithmes pour étudier les fonctions cellulaires majeures, à savoir l’adhésion, la motilité, la division cellulaire et la mort cellulaire.
Le projet de recherche du post-doc est d’étendre l’analyse des ensembles de données produites par la microscopie vidéo sans lentille. Le post-doc assistera notre partenaire dans la conduite des expérimentations et développera les algorithmes nécessaires pour reconstruire les images de la culture cellulaire dans différentes conditions. En particulier, les algorithmes de reconstruction holographique devront être à même de quantifier sur des échantillons cellulaires la différence de chemin optique (c’est-à-dire l’indice de réfraction multiplié par l’épaisseur). Les algorithmes existants permettent de quantifier les cellules isolées. Ils seront développés et évalués pour quantifier la formation de l’empilement cellulaire dans les trois dimensions. Ces algorithmes n’auront aucune capacité de sectionnement en Z comme par exemple la microscopie confocale, seule l’épaisseur du chemin optique sera mesurée
Nous recherchons des personnes ayant obtenu un doctorat en traitement d’images et / ou en deep learning avec des compétences dans le domaine de la microscopie appliquée à la biologie.
Suivi dynamique par diffusion de la lumière du transfert de matière entre phases dans des écoulements multiphasiques
La compréhension et la modélisation des procédés de recyclage étudiés au CEA nécessitent la mesure des propriétés locales et moyennes des écoulements multiphasiques impliqués dans les différents appareils de génie chimique étudiés. La R&D étant en outre généralement basée sur des expérimentations à petite échelle, l’accès à ces grandeurs est bien souvent difficile, et ne doit, bien entendu, pas perturber le système observé. Dans ce contexte les méthodes optiques, associées à une simulation fine des phénomènes physiques d’interactions lumière/matière, sont particulièrement appropriées et font l’objet depuis plusieurs années de développements spécifiques. C’est pourquoi, le DMRC/LGCI étudie, en collaboration avec des partenaires académiques (CNRS/IUSTI), deux techniques interférométriques optiques adaptées à la caractérisation dans les appareils utilisés en R&D procédé : l’HN en ligne et la Réfractométrie Arc-en-Ciel (RAC). Les études antérieures ont montré que l’HN permet une mesure simultanée de la position 3D, de la forme et de la taille, de particules au sein d’un écoulement, y compris en géométries astigmatiques, alors que la seconde donne accès à la taille et à l’indice de réfraction d’une particule isolée ou d’un nuage de particules, ce qui, dans le contexte de l’optique linéaire, est directement liée à leur composition. Ces travaux visent à aller plus loin dans la caractérisation des écoulements multiphasiques avec ces deux techniques en poursuivant trois objectifs principaux: 1) proposer des solutions originales pour caractériser par holographie numérique en ligne le matériau des particules détectées, 2) repenser les méthodes inverses de la réfractométrie arc-en-ciel pour permettre l’étude de nuages de particules de composition variable et les gradients autour d’une goutte sessile, 3) évaluer l’applicabilité de ces différentes solutions sur des systèmes micro fluidiques.
Développement de capteur optique in-situ et operando appliqué aux batteries Li-ion
Le développement des batteries Li-ion présente une forte croissance depuis une dizaine d’années. L’amélioration des performances, de la sécurité et de la durabilité, sont les axes principaux de recherche dans le domaine. Les mécanismes mis en jeux dans le fonctionnement et le vieillissement sont complexes et leur compréhension nécessite des mesures operando et in situ aux différentes échelles du nano au macroscopique. Le CEA s’est donné comme objectif, à travers un projet de recherche, de développer une sonde locale optique pour la mesure in situ et operando des paramètres physiques (température, déformations mécaniques) et chimiques (concentration locale en ion lithium) lors du fonctionnement d’une batterie Li-Ion. En intégrant une équipe pluridisciplinaire, le/la candidat(e) participera dans un premier temps au développement des sondes optiques et leurs intégrations sur des fibres optiques : à savoir la synthèse des sondes optiques et chimiques, leurs intégrations à la surface de fibres optiques et leurs caractérisations. Le/la candidat(e) participera également à la réalisation du montage optique et aux campagnes d’essais. Les capteurs développés seront intégrés à des cellules Li-ion et testés sous différentes conditions afin de tester l’efficacité du capteur développé et établir une première preuve de concept.
Etude in-situ résolue en temps, par diffraction des rayons X sous rayonnement synchrotron, des évolutions structurales au sein d’un alliage de zirconium oxydé à haute température
Dans certaines situations accidentelles hypothétiques dans les réacteurs nucléaires à eau pressurisée (REP), la gaine en alliage de zirconium des crayons combustibles, qui constitue la première barrière de confinement des produits radioactifs, peut être exposée durant quelques minutes à de la vapeur d’eau à haute température (jusqu’à 1200°C), avant d’être refroidie puis trempée à l’eau. Le matériau de gainage subit alors de nombreuses évolutions structurales et métallurgiques. Afin d’étudier ces évolutions structurales de façon précise, une première campagne d’expériences a été effectuée sur la ligne BM02 de l’ESRF sur un four prototype permettant de contrôler parfaitement l’atmosphère et la température. Deux taches seront confiées au candidat : continuer et finir les dépouillements de la première expérience (détermination de fraction de phase, de contraintes résiduelles…)et préparer une nouvelle proposition d’expériences complémentaires pour mi 2020.
Optimisation d’un réseau de magnétomètres à pompage optique pour l’imagerie médicale
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Il y a quelques années, nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de la physique de nos capteurs [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques afin de les tester.
Le candidat devra contribuer au développement de réseaux d’OPM. Il s’agit principalement de travaux expérimentaux visant à tester et à améliorer les prototypes actuels de réseaux OPM médicaux : diminuer le bruit intrinsèque du capteur et d’identifier le meilleur moyen de construire des architectures robustes et reproductibles de réseaux d’OPM de plusieurs dizaines ou centaines de capteurs.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs, d’ingénieurs expérimentés, ainsi que de doctorants et post-doctorants, spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. Biol. (2017).
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Deploiement d’un réseau de magnétomètres à pompage optique dans des environnements cliniques
Notre laboratoire travaille sur des magnétomètres à pompage optique (OPM) basés sur des atomes métastables d’hélium-4. Notre principale réalisation au cours des dernières années a été la conception et la qualification spatiale des OPM les plus avancés disponibles pour l’exploration spatiale, lancés dans le cadre de la mission Swarm de l’ESA [1].
Avec cette même espèce, nous avons développé des OPM pour l’imagerie médicale du cerveau (MEG) et du cœur (MCG), qui présentent l’avantage de fonctionner à température ambiante. Le développement de ces techniques d’imagerie est une opportunité pour mieux comprendre et diagnostiquer des pathologies telles que l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer ou l’arythmie.
Nous avons effectué des mesures de validation de principe avec des versions primitives de nos capteurs [2,3]. Après avoir acquis une meilleure compréhension de leur physique [4], nous développons actuellement des réseaux d’OPM et collaborons avec plusieurs équipes cliniques.
Ce poste a pour objectif de contribuer au développement et au déploiement d’un réseau d’OPM dans les environnements cliniques, où ils vont être testés par plusieurs de nos équipes de recherche médicale partenaires en neurologie et en cardiologie. Le candidat doit pouvoir déployer et utiliser les capteurs dans ces environnements, résoudre les problèmes pratiques et apporter des informations sur les améliorations nécessaires. Il participera également à la mise en œuvre de certaines de ces améliorations et à leurs tests en laboratoire.
Ce travail sera réalisé au sein d’une équipe multidisciplinaire, composée de chercheurs spécialisés dans les domaines de l’optique, des lasers, du magnétisme et de l’électronique. Il s’appuiera également sur des collaborations avec des équipes de recherche médicale.
[1] http://smsc.cnes.fr/SWARM
[2] S. Morales et al., Phys. Med. B
[3] E. Labyt et al., IEEE Transactions on Medical Imaging (2019)
[4] F. Beato et al. Physical Review A (2018)
Application d’une approche IDM à la planification basée sur l’IA pour les systèmes robotiques et autonomes
La complexité de la robotique et des systèmes autonomes ne peut être gérée qu’avec des architectures logicielles bien conçues et des chaînes d’outils intégrées qui supportent l’ensemble du processus de développement. L’ingénierie dirigée par les modèles (IDM) est une approche qui permet aux développeurs de la robotique et des systèmes autonomes de passer d’un paradigme centré implémentation à un paradigme centré connaissances du domaine ce qui permet d’améliorer l’efficacité, la flexibilité et la séparation des préoccupations des différents acteurs du développement de ce type de système. L’un des principaux objectifs des approches IDM est d’être intégré aux infrastructures de développement disponibles de la communauté robotique et systèmes autonomes, telles que le middleware ROS, ROSPlan pour la planification des tâches robotiques, BehaviorTree.CPP pour leur exécution et suivi et Gazebo pour la simulation.
L’objectif de ce postdoc est d’étudier et de développer des architectures logicielles modulaires, composables et prédictibles ainsi que des outils de conception interopérables basés sur des approches basées sur des modèles, au lieu d’être centrées sur le code. Le travail sera réalisé dans le cadre de projets européens tels que RobMoSys (www.robmosys.eu), ainsi que dans d’autres initiatives pour les systèmes robotiques et autonomes sur la planification des tâches basée sur l’IA et leur exécution. Le principal objectif est de réduire les efforts des ingénieurs et de permettre ainsi le développement de systèmes robotiques autonomes plus avancés et plus complexes à un coût abordable. Pour ce faire, le post-doctorant contribuera à la mise en place et à la consolidation d’un écosystème, d’une chaîne d’outils et d’une communauté dynamique qui offriront un cadre unifié de conception, de planification et simulation, d’évaluation de la sécurité et un environnement formel de validation et de vérification.
Simulation et caractérisation électrique d’un cube logique / mémoire dédié au calcul dans la mémoire
Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd’hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory-Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire.
Un projet transverse au leti a commencé sur le sujet: de l’application à l’implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au LETI, permettant d’améliorer les performances énergétique d’un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l’état de l’art.
Le poste de post-doctorant proposé s’inscrit dans ce projet et vise à simuler et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing". Le post-doctorant réalisera des caractérisations électriques de transistors et mémoires pour calibrer des modèles et fera des simulations TCAD et spice pour aider au dimensionnement de la technologie et permettre la conception des circuits.