Amplificateur faible bruit (LNA) en technologie SiGe HBT pour applications cryogéniques : conception, caractérisation et optimisation
La course pour construire un ordinateur quantique s'intensifie ! Ces systèmes de pointe fonctionnent à des températures inférieures à 4 K pour préserver les états quantiques essentiels au calcul. Pour assurer un contrôle et une détection efficaces, les circuits électroniques conventionnels doivent fonctionner de manière fiable à des températures cryogéniques, à proximité immédiate du processeur quantique, réduisant ainsi la complexité des câblages et améliorant les performances. Au-delà de l'informatique quantique, d'autres domaines—tels que l'exploration spatiale, le calcul haute performance ou la physique des hautes énergies—nécessitent également des circuits capables de fonctionner en dessous de 100 K.
Au cours de cette thèse, vous effectuerez la caractérisation et la modélisation électriques en radiofréquence (RF) de transistors bipolaires à hétérojonction silicium-germanium (SiGe HBT) dans un environnement cryogénique, contribuant à une meilleure compréhension de leur comportement et optimisant leur potentiel pour des applications dans des conditions extrêmes. Les objectifs sont doubles :
1. Caractérisation et modélisation électriques en RF :
• Réaliser des mesures électriques en RF de SiGe HBT à température cryogénique.
• Développer des modèles précis pour décrire leur comportement dans des environnements cryogéniques.
2. Optimisation des amplificateurs à faible bruit (LNA) :
• Étudier le comportement à basse température des dispositifs passifs et actifs individuels composant un LNA.
• Optimiser la conception de ces LNAs pour des applications cryogéniques.
Vers l’amélioration des microbatteries tout-solide : stabilisation des interfaces et atténuation de la dégradation pour une fiabilité à long terme
Ce projet de thèse se concentre sur l'avancement des microbatteries tout solides pour des applications de stockage d'énergie miniaturisées, telles que les appareils électroniques portables, les systèmes IoT et les technologies médicales implantables. La recherche vise à stabiliser et atténuer la dégradation aux interfaces électrode/électrolyte, qui sont des goulots d'étranglement critiques dans la performance des microbatteries à l'état solide. Le projet implique deux axes de recherche principaux : (1) l'étude et l'optimisation de films ultra-minces (de l'échelle sub-nanométrique à nanométrique déposés par ALD) pour l'ingénierie des interfaces dans les empilements LiCoO2/LiPON/Li, et (2) une investigation fondamentale des mécanismes responsables de la dégradation des interfaces. L'étude impliquera la fabrication et la caractérisation d'empilements partiels et complets en utilisant des techniques telles que la voltammétrie cyclique (CV), la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), la diffraction des rayons X (XRD) et la microscopie électronique à balayage (SEM). L'incorporation de métaux d'alliage (par exemple, Ag, Au) entre la couche tampon et le lithium sera également explorée pour améliorer la stabilité de l'interface métal-lithium. Les résultats attendus incluent un empilement de microbatteries optimisé capable de dépasser 1 000 cycles avec une augmentation minimale de la résistance interfaciale et un cadre complet décrivant les mécanismes de dégradation et les effets des couches tampons.
Technologies SOI avancées: conception, integration et caractérisations électriques
Rejoignez le CEA-Leti pour développer un module technologique (local ground plane)pour diverses applications (FDSOI, dispositifs RF, pixels ultra-miniaturisés, cryo-RF et quantique).
Ce sujet de thèse est stimulant car vous allez concevoir étape par étape un module spécifique et le tester électriquement. Notre équipe vous soutiendra techniquement et scientifiquement pour mener à bien ce travail. Certaines données sont déjà disponibles et n'attendent que votre analyse.
Au cours de cette thèse, vous aurez l'opportunité d'apprendre comment un module est conçu étape par étape :
De l'idée (simulation, bibliographie)
Compréhension des matériaux et des procédés (collage, CMP)
Intégration et gestion de la fabrication en salle blanche
Caractérisation (physique et électrique : mobilité, pièges d'interface)
Valorisation (présentations, articles)
Etude des photodiodes PiN pour les imageurs infrarouges refroidis
En termes de détection IR haute performance, le LETI joue un rôle de premier plan dans le développement du matériau HgCdTe qui donne aujourd’hui des performances telles qu’il est embarqué sur le Télescope Spatial James Webb (JWST) et permet l’observation et l’étude de l’espace lointain avec une précision inégalée à ce jour. Cependant, nous pensons qu’il est encore possible de franchir un pas important en termes de performances de détection. En effet, il semble qu’une structure totalement déplétée, appelée photodiode PiN, pourrait permettre de réduire encore le courant d’obscurité (et donc réduire le bruit et gagner en sensibilité à bas flux photonique) par rapport aux structures non totalement déplétées utilisées jusqu’à présent. Cette architecture représenterait la photodiode ultime et permettrait soit un gain en performance pure à une température de fonctionnement donnée, soit une augmentation importante de la température de fonctionnement du détecteur avec le potentiel d’ouvrir de nouveaux champs d’application en simplifiant fortement la cryogénie.
Votre rôle dans ce travail de thèse sera de contribuer au développement de la photodiode ultime pour la détection IR refroidi très haute performance, caractériser et simuler les photodiodes PiN en technologie HgCdTe fabriquées sur notre plateforme photonique. Les figures de mérite principales des détecteurs seront établies et comparées à celles de la littérature (courant d’obscurité, qualité image, …). Le candidat pourra s’appuyer sur un socle de moyens de caractérisations avancées disponibles au laboratoire : mesures de FTM par EBIC (Electron-Beam-Induced-Current), de transport électronique par EH (Effet Hall), MEMSA (Maximum Entropy Mobility Spectrum Analysis) ou EBIC (extraction de la durée de vie des porteurs minoritaires) en plus des moyens plus classiques de mesures : analyseurs de paramètres à semi-conducteurs (HR-SMU pour High-Resolution Source Measurement Unit), rendement quantique, bruits temporel et spatial. Ce travail expérimental et théorique permettra de proposer une modélisation du comportement des objets fabriqués au CEA-Léti et de déterminer la sensibilité aux paramètres technologiques.
Le doctorant s’intègrera dans une équipe multidisciplinaire qui va de la croissance des matériaux II-VI jusqu’à la caractérisation EO, en passant par les procédés de fabrication de type microélectronique en salle blanche et les problématiques de packaging de tels objets fonctionnant à basse température.
Vous êtes titulaire d’un Master en optoélectronique ou physique des matériaux semi-conducteurs et êtes passionné par la recherche appliquée.
Les principales compétences techniques souhaitées sont : physique des composants à semi-conducteurs, optoélectronique, traitement des données, simulations numériques, attrait pour le travail expérimental pour mener à bien les caractérisations en environnement cryogénique et théorique pour mener à bien les simulations numériques. Rigueur
Mémoire à chalcogénures à haute endurance pour l'IA de nouvelle génération
Découvrez une opportunité de thèse unique où vous plongerez au cœur de l’innovation en technologies mémoire. Vous développerez une expertise pointue dans des domaines tels que la caractérisation électrique et la compréhension des phénomènes de dégradation des mémoires à chalcogénures.
En rejoignant nos équipes multidisciplinaires, vous jouerez un rôle clé dans l’étude et l’amélioration de l’endurance des dispositifs Phase-Change Memory (PCM) et Threshold Change Memory (TCM), deux technologies prometteuses pour les applications d’intelligence artificielle à haute performance. Vous serez impliqué(e) dans des projets innovants mêlant rigueur scientifique et recherche appliquée sur des dispositifs à l’échelle nanométrique, en interaction directe avec un autre thésard du CEA, qui réalise les analyses physico-chimiques avancées (TEM) pour étudier les phénomènes de dégradation.
Vous aurez l’opportunité de contribuer activement à des missions, telles que :
· La caractérisation électrique de dispositifs PCM et TCM afin d’analyser la dégradation liée au cyclage
· Le développement et l’évaluation de protocoles de programmation innovants pour repousser les limites d’endurance
· La proposition de solutions pour améliorer la fiabilité et les performances des mémoires de nouvelle génération
· La collaboration et l’échange régulier avec le thésard du CEA pour interpréter les résultats TEM et en tirer des conclusions sur les mécanismes de dégradation
Dépôt sélectif d’oxydes par ALD
Pour la microélectronique du futur, le dépôt sélectif localisé ou Area Selective Deposition = ASD constitue une approche prometteuse pour simplifier les schémas d’intégration des nœuds technologiques les plus avancés. Ces approches d’ASD nécessitent d’être adaptées en fonction d’un trinôme comprenant le matériau à déposer, la surface de croissance et la surface inhibée.
Cette thèse se concentrera sur le dépôt sélectif d’oxydes (tels que SiO2, Al2O3, …) sur Si ou SiO2 et non sur le nitrure de silicium (SiN)qui est l’un des sujets les plus complexe en ASD afin d’évaluer l’intérêt de ce type de procédé pour la réalisation de transistors FDSOI avancés.
Pour développer ce procédé de dépôt sélectif de SiO2, différentes approches permettant de rendre le SiN inhibiteur à la croissance d’oxydes déposés par ALD (Atomic Layer Deposition) seront étudiées (traitements plasma, Small Molecular Inhibitor, combinaison des deux, …). Des caractérisations de surface spécifiques seront réalisées afin de mieux comprendre les mécanismes d'inhibition à l'origine du dépôt sélectif et permettant d'atteindre une sélectivité élevée pour des épaisseurs d'oxyde de 10 nm et plus.
Cette thèse se déroulera au CEA-LETI, dans le service de dépôt de matériaux avancés, en collaboration avec le LMI UMR 5615 CNRS/UCBLyon. L’étudiant aura accès aux plateformes de réalisation en salle blanche 300 mm pour les dépôts de couches minces par PEALD, à la plateforme de nanocaractérisation et à la fonctionnalisation de surface en phase gazeuse au LMI. Des analyses de surface et caractérisations des couches minces (ellipsométrie, XRR, AFM, FTIR, angle de goutte, SEM, XPS, Tof-SIMS) seront utilisées pour déterminer la meilleure sélectivité et comprendre les mécanismes physico-chimiques.
Super-résolution des images d'IRM cérébrale : de la recherche à la clinique grâce aux approches d’apprentissage automatique.
L’imagerie par résonance magnétique (IRM) cérébrale est une modalité de référence pour le diagnostic des pathologies neurologiques. L’acquisition d’images haute résolution (HR) reste toutefois limitée en pratique clinique en raison des contraintes de temps d'occupation scanner, de confort des patients, et de corruption des images par le mouvement des patients. Le gain de signal apporté par la montée du champ magnétique permet d'augmenter la résolution spatiale des images pour un temps d'acquisition donné. Ce projet vise à tirer parti de la haute résolution atteignable avec l'IRM 11.7T Iseult, actuellement la plus puissante au monde, pour entraîner des modèles de super-résolution (SR) basés sur un apprentissage automatique, dans le but d’améliorer la résolution spatiale des images 3T couramment utilisées en clinique. Dans les approches existantes, les modèles sont entraînés majoritairement à partir d'images issues de bases de données publiques, en faisant correspondre des paires d'images haute et basse résolution, les données basse résolution étant générées de manière synthétique. Ici, nous exploiterons un jeu de données réel constitué d'images acquises à 3T et 11.7T sur une même cohorte, ce qui garantit une plus grande fidélité anatomique et permet une évaluation rigoureuse du risque d'hallucination, c'est-à-dire de générer de faux détails anatomiques susceptibles d'être mal interprétés par le praticien. Ce projet s’articulera en plusieurs étapes : il s'agira d'abord d'améliorer la qualité des images produites à 11.7T (notamment par la correction du mouvement et des artefacts présents sur les images d'Iseult), puis d'acquérir des images à 3T et 11.7T, de développer et valider des modèles de SR, et enfin d'évaluer leur performance sur des bases de données publiques. Ce travail ouvre la voie à une intégration fiable des méthodes de SR dans la pratique clinique, en permettant de manière indirecte aux IRM conventionnelles de bénéficier des performances uniques d'Iseult.
Transmission de puissance sans fil ultra basse fréquence pour l’alimentation de capteurs
Les technologies de transmission de puissance sans fil (TPSF) sont en pleine expansion, notamment pour la recharge sans fil des appareils électroniques de tous les jours mais aussi pour l’alimentation de nœuds de capteur communicants sans fil. Toutefois, leurs portées de transmission restent encore limitées et la haute fréquence de fonctionnement généralement utilisée interdit toute transmission d’énergie en présence ou à travers les milieux conducteurs (parois métalliques ou eau de mer). Cet aspect limite leur adoption en milieux complexes (industriels, bio-médicaux, ...). La technologie ultra basse-fréquence que notre laboratoire étudie est basée sur un système électromécanique récepteur comprenant une bobine et un aimant mis en mouvement par un champ magnétique émis à distance. Le but de la thèse consistera à proposer et développer des nouveaux concepts ultra basse-fréquence pour augmenter la portée de transmission tout en conservant des densités de puissance suffisantes pour l’alimentation de systèmes de capteurs. La thèse consistera donc à étudier, concevoir, optimiser et tester les performances de nouvelles topologies (forme du champ émetteur, géométries et matériaux du récepteur…). Le candidat sera amené à développer des modèles analytiques et numériques pour identifier les paramètres d’influence du système et comparer ses performances à la littérature (portées, densités de puissance, sensibilité à l’orientation). De plus, le candidat pourra proposer, développer et tester des électroniques de conversion d’énergie innovantes adaptées, côté émetteur et/ou récepteur pour étudier leurs impacts sur les performances du système. Une optimisation conjointe du système électromécanique et de son électronique associée pourra mener à la réalisation d’un système complet de transmission de puissance sans fil performant. Un profil pluridisciplinaire orienté physique et mécatronique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe et une aptitude à l’expérimentation. Le doctorant sera intégré au Département Systèmes du CEA-Leti, au sein d’une équipe de chercheurs possédant de fortes compétences sur le développement et l’optimisation de systèmes électroniques et mécatroniques alliant des solutions innovantes pour la récupération d’énergie, la transmission de puissance sans fil, l’électronique basse consommation et l’intégration de capteurs pour le développement de systèmes autonomes.
Développement d’un système d’analyse par nanopore solide intégré
L’identification d’objets biologiques d’intérêt (ADN, ARN, protéines…) est rarement possible sur le terrain car elle demande des équipements encombrants, sensibles et/ou basés sur des consommables spécifiques difficiles d’accès ou de conservation. Pour se libérer de ces contraintes nous souhaitons développer une plateforme basée sur la technologie des nanopores solides qui pourrait s’adapter à de nombreux analytes de manière portable et agnostique.
On obtient un nanopore en perçant un trou nanométrique dans une membrane ultrafine de diélectrique grâce à un faisceau d’électrons par exemple. En exposant chaque face de cette membrane à un électrolyte et en appliquant une différence de potentiel de part et d’autre du pore on peut y faire passer un courant ionique mesurable. Quand une particule vient à passer à travers le pore elle modifie ce courant ionique ce qui nous donne des indications sur sa taille, sa charge, sa conformation.
Pour obtenir des résultats fiables avec cette technique il faut pouvoir contrôler chaque élément intervenant dans l’obtention du signal : le diélectrique et le nanopore ; le circuit électronique d’acquisition de ces signaux ; le circuit d’intégration fluidique et le programme d’interprétation des traces de courant. En partant du système le plus simple possible, le candidat devra faire avancer ces différentes thématiques, dans le cadre du séquençage de protéines, en s’appuyant sur les expertises au sein du Leti comme du laboratoire du Lambe.
CNN léger et GNN causal pour la compréhension des scènes
La compréhension des scènes est un défi majeur dans le domaine de la vision par ordinateur. Les approches récentes sont dominées par les transformers (ViT, LLM, MLLM), qui offrent des performances élevées mais à un coût computationnel important. Cette thèse propose une alternative innovante combinant des réseaux neuronaux convolutifs légers (Lightweight CNN) et des réseaux neuronaux graph causaux (Causal GNN) pour une analyse spatio-temporelle efficace tout en optimisant les ressources computationnelles. Les Lightweight CNN permettent une extraction haute performance des caractéristiques visuelles, tandis que les Causal GNN modélisent les relations dynamiques entre les objets dans un graphe de scène, répondant ainsi aux défis de la détection d'objets et de la prédiction des relations dans des environnements complexes. Contrairement aux modèles actuels basés sur les transformers, cette approche vise à réduire la complexité de calcul tout en conservant une précision compétitive, avec des applications potentielles dans la vision embarquée et les systèmes en temps réel.