Etalonnage de réseau d’antennes par reconstruction in-situ de sources

Commencez votre carrière par une expérience à la pointe de la recherche technologique au CEA Grenoble, au sein d’une équipe R&D de renommée internationale dans le domaine des antennes.

Sujet de thèse :
Dans de nombreuses applications avancées (radar, goniométrie, surveillance du contexte électromagnétique - EM), la connaissance précise des rayonnements d’antennes, gouverne la précision du traitement (direction angulaire, polarisation des signaux reçus). Or l’intégration d’antennes miniatures sur des objets ou véhicules de quelques longueurs d’onde perturbe largement leur rayonnement. Dans les bandes de fréquences basses, l’étalonnage des antennes ne suffit pas à atteindre les meilleurs niveaux de performances et encore moins leur robustesse dans le temps.
Le challenge de cette thèse est de pouvoir mettre à jour in-situ (c’est-à-dire en quasi temps réel) la table d’étalonnage du champ lointain de réseau d’antennes. Pour ce faire, une 1ère partie théorique EM s’appuiera sur l’exhaustivité d’une analyse des modes/sources équivalentes induits sur la structure du porteur via la simulation EM dans le but d’extraire les modes présents et leur rayonnement. Une 2nde partie plus instrumentale, dimensionnera le réseau de sondes d’échantillonnage installées sur la structure du porteur, qui mesureront in -situ les pondérations de ces modes. Enfin la dernière partie opèrera l’hybridation des deux parties précédentes afin de reconstruire le rayonnement champ lointain en pondérant les modes simulés par les points mesurés.
La dernière année, une mise en oeuvre expérimentale permettra de valider la méthode et d’analyser sa performance.
Ce sujet complet (simulation EM d’antennes, analyses EM, mesures RF) sera encadré par une équipe expérimentée s’appuyant sur des outils et instruments d’exception (http://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti/Pages/recherche-appliquee/plateformes/plateforme-telecommunications.aspx).

Candidat recherché : Ecole d’ingénieur ou Master 2 spécialisé en Antenne, Electromagnétisme, instrumentation RF

Cadre : CEA Grenoble, au coeur des Alpes
(http://www.youtube.com/watch?v=bCIcNJOzYZY)
Le CEA est un acteur majeur de la recherche, au service de l’Etat, de l’économie et des citoyens. Il apporte des solutions concrètes à leurs besoins dans quatre domaines principaux : transition énergétique, transition numérique, technologies pour la médecine du futur, défense et sécurité. Le CEA s’engage depuis plus de 75 ans au service de la souveraineté scientifique, technologique et industrielle de la France et de l’Europe pour un présent et un avenir mieux maîtrisés et plus sûrs. Implanté au coeur des territoires équipés de très grandes infrastructures de recherche, le CEA bénéficie d’un large éventail de partenaires académiques et industriels en France, en Europe et à l’international. Les 20 000 collaboratrices et collaborateurs du CEA partagent trois valeurs fondamentales :
- La conscience des responsabilités
- La coopération
- La curiosité

Nanoréacteurs tubulaires durables à polarisation radiale pour la catalyse

L'augmentation de la demande en énergie et la nécessité de réduire l’utilisation des combustibles fossiles afin de limiter le réchauffement climatique ont ouvert la voie à un besoin urgent de technologies de collecte d'énergie propre. Une solution intéressante consiste à utiliser l'énergie solaire pour produire des carburants. Ainsi, les matériaux bon marché tels que les semi-conducteurs ont fait l'objet de nombreuses études pour les réactions photocatalytiques. Parmi eux, les nanostructures 1D sont prometteuses en raison de leurs propriétés intéressantes (surfaces spécifiques élevées et accessibles, environnements confinés, transport d'électrons sur de longues distances et séparation des charges facilitées) L'imogolite, une argile naturelle sous la forme d'un nanotubes creux, appartient à cette catégorie. Sa particularité ne vient pas de composition chimique (Al, O et Si) mais de sa courbure intrinsèque qui induit une polarisation permanente de la paroi séparant efficacement les charges photo-induites. Ce nanotube appartient à une famille partageant la même structure locale avec différentes morphologies courbées (nanosphère et nanotuile). En outre, plusieurs modifications de ces matériaux sont possibles (couplage avec des nanoparticules métalliques, fonctionnalisation de la cavité interne), ce qui permet de moduler leurs propriétés. Ces matériaux sont ainsi de bons candidats comme nanoréacteurs pour les réactions photocatalytiques. Pour l'instant, la preuve de concept (i.e. le nanoréacteur pour des réactions photocatalytiques) n'a été obtenue que pour la forme nanotube. L'objectif de cette thèse est ainsi d'étudier toute la famille (nanotube, nanosphère et nanotuile, avec diverses fonctionnalisations) en tant que nanoréacteurs pour des réactions de réduction du proton et du CO2 déclenchées sous illumination

Conception d'un système de transmission de puissance inductif haute fréquence à base de GaN, robuste au désalignement

Le laboratoire LAIC du Département Systèmes du CEA-LETI à Grenoble est spécialisé dans le développement de systèmes électroniques et mécatroniques innovants, avec une prise en compte des problématiques liées à la récupération / gestion / transmission de l’énergie et l’intégration de capteurs dans des environnements variés. Dans le cadre du développement de ses activités de R&D, le LAIC propose une thèse sur la transmission de puissance sans fil par couplage inductif résonant à base de GaN.

Les technologies de transmission de puissance sans fil sont en plein essor avec des applications dans les domaines du spatial, de l’électronique grand public, du médical, de l'automobile ou encore de la défense. La technologie de transmission de puissance par couplage inductif résonant semble la plus prometteuse en terme d’efficacité en champ proche.

Les travaux de thèse envisagés feront suite au développement au sein du laboratoire d’un système incluant un coupleur électromagnétique à couplage fixe et une première électronique HF basée sur une topologie classe E à base de transistor GaN. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse est de développer un système robuste au désalignement des bobines du coupleur. Il s’agira alors d’étudier, développer et tester les performances d’un nouveau coupleur et d’une électronique de pilotage adaptative. Le/la candidat(e) sera amené(e) à développer des modèles analytiques et numériques pour optimiser l’électronique, à comparer les performances des systèmes existants de la littérature, ainsi que proposer, développer et tester les performances de topologies innovantes à base de GaN assurant une bonne robustesse à une variation de couplage électromagnétique.

Un profil pluridisciplinaire orienté électronique de puissance et physique est recherché pour cette thèse. En plus de solides bases théoriques et de fortes compétences en simulation, le doctorant devra posséder des capacités à travailler en équipe, une aptitude à l’expérimentation et un attrait aux réalisations concrètes.

Intégration tri-dimensionnelle de composants GaN de puissance

L‘augmentation de la densité de puissance électrique dans les usages du quotidien est la résultante d’évolutions technologiques, des matériaux et composants. La première brique sur laquelle travailler pour cela est l’utilisation d’un matériau semi-conducteur adapté à une forte intégration et capable de gérer de fortes densités de puissance.
Depuis les années 2010, les semiconducteurs grands gaps tels que le SiC ou le GaN émergent dans plusieurs applications et engendrent une révolution de la conception en électronique de puissance avec notamment l’augmentation de la fréquence de fonctionnement et de la puissance massique des convertisseurs. Concernant le nitrure de Galium (GaN), l’augmentation de la fréquence de commutation a été permise grâce aux composants HEMT (High Electron Mobility Transistor).
L’idée de la thèse est de travailler sur un assemblage de cellule HEMT GaN. La thèse portera la réalisation d’un assemblage de deux composants à travers une électrode sur leurs faces arrières afin d’obtenir une électrode commune de point milieu permettant de réduire les inductances parasites et d'augmenter la fréquence de fonctionnement. Les travaux s'appuieront sur des outils de simulation tels que COMSOL et Synopsys. La thèse sera en collaboration avec les laboratoire GEEPS à CentraleSupelec et l'université Paris-Saclay.

Apprentissage fédéré sur des données verticalement partitionnées provenant de participants hétérogènes

L'apprentissage fédéré permet à plusieurs participants d'entraîner en collaboration un modèle global, sans partager leurs données, mais seuls les paramètres du modèle sont échangés entre les participants et le serveur. Dans l'apprentissage fédéré vertical (VFL), les données des participants partagent des échantillons similaires, mais ont des attributs différents. Par exemple, des entreprises de différents domaines possédant des données avec des attributs différents collaborent pour résoudre une tâche d'apprentissage automatique. Bien que les données soient privées, VFL reste vulnérable aux attaques telles que les attaques de type Feature/Label Inference Attack. Différentes méthodes de protection (par exemple, la confidentialité différentielle, le chiffrement homomorphe) ont été étudiées pour protéger la confidentialité du VFL. Le choix des méthodes appropriées est un défi car il dépend de l'architecture de VLF et du niveau de confidentialité souhaité (par exemple, modèles locaux, résultats intermédiaires, modèles appris). La variabilité du système de chaque participant peut également entraîner une latence élevée et des mises à jour asynchrones, ce qui affecte la performance du modèle et l'efficacité de l’entraînement.

L'objectif de cette thèse est de proposer des méthodes pour effectuer VFL de manière confidentielle, en tenant compte de l'hétérogénéité des participants. Premièrement, le candidat étudiera les architectures des modèles VFL et les mesures de confidentialité afin de proposer des protocoles d’entraînement sécurisés et confidentiels pour VFL. Deuxièmement, le candidat étudiera les impacts de l'hétérogénéité du système des participants, tels que les ressources de calcul et de communication, afin de concevoir des solutions pour rendre les protocoles proposés robustes à ce type d’hétérogénéité. Troisièmement, les compromis entre la performance, la confidentialité et l’efficacité du VFL seront étudiés afin de proposer un cadre pratique permettant de piloter les protocoles en fonction des caractéristiques d'un problème d'apprentissage automatique donné.

Dispositifs ultimes à désertion totale sur substrat isolant pour applications en radio fréquence

La thèse sera effectuée dans le cadre du projet NEXTGEN visant à développer la prochaine génération de dispositifs en silicium sur isolant pour les futures technologies CMOS afin de renforcer la compétitivité européenne dans le secteur de la microélectronique.

Notre laboratoire est chargé d'explorer, de planifier, et de piloter le développement des dispositifs actifs RF: c'est une formidable opportunité de mener de la recherche en utilisant des instrumentations a l’état de l’art tout en travaillant en étroite collaboration avec nos partenaires industriels.

Pendant votre séjour au CEA-LETI, vous vous attendrez à vous engager dans une gamme de tâches d'ingénierie qui peuvent comprendre:
- Effectuer une estimation analytique des propriétés des dispositifs et évaluer l'impact des choix technologiques sur les performances des dispositifs electroniques
- Effectuer et/ou analyser des simulations pour prédire la performance attendue ou obtenir des informations sur le comportement des dispositifs.
- L’exploration de données sur une vaste gamme de mesures : saisir les informations pertinentes et identifier les tendances ou les corrélations
- Quand nécessaire, passer de longues périodes dans le laboratoire pour effectuer ou participer à des campagnes de caractérisations de dispositifs RF.
En fonction des attendus ou de votre profil, les sujets pourront être discutés dynamiquement.

Développement et caractérisation d'assemblages hybrides Cu-diélectrique à basse température

Le collage hybride Cu-diélectrique est une technologie d'assemblage de composants à très faible pas d'interconnexion, qui ouvre la voie à de nouvelles intégrations pour des applications exigeantes telles que le calcul haute performance, les smart imageurs,... Le Leti est impliqué depuis plus de 10 ans dans le développement de cette technologie, en partenariat avec divers industriels et académies, pour maîtriser des pas de connexion de plus en plus petits (< 1µm), ou évaluer de nouvelles techniques telles que l'auto-assemblage ‘puce à plaque’. Dans ce contexte, le collage hybride à basse température permettrait de nouvelles voies d’intégration notamment pour les systèmes hétérogènes (III-V sur CMOS,…) ou pour les composants sensibles thermiquement (résines colorées, mémoires non-volatiles,…).

L’objectif de cette thèse est de développer et caractériser des assemblages hybrides Cu-diélectrique à basse température, de l’ambiante à 250°C. Une première partie de la thèse sera consacrée à l’identification de matériaux diélectriques pertinents pour le collage hybride (SiN, SiON, SiCN, …). Les propriétés critiques de ces matériaux (permittivité, hygroscopie,…) seront mesurées et comparées à celles de la référence SiO2 haute température. Dans une deuxième partie, les diélectriques sélectionnés seront intégrés dans la technologie d’assemblage hybride 'plaque à plaque' et chaque étape (niveau damascène, préparation de surface, collage direct) sera adaptée au besoin. La troisième partie de la thèse sera consacrée à la caractérisation électrique et aux tests de fiabilité des assemblages obtenus à basse température.

Alimentation stochastique à partir de dispositifs émergents

Contexte:
L’utilisation massive d’appareils connectés traitant d’informations sensibles requiert le développement de nouveaux systèmes de protection. L’attaque la plus courante, dite à canal latéral de puissance, consiste à récupérer des informations relatives aux clés de chiffrement en analysant la consommation du système à alimenter. La co-intégration du système avec son alimentation permettrait de masquer la consommation des blocs sensibles, notamment en mettant en œuvre différentes techniques pour introduire des variations aléatoires pendant le transfert de puissance. Le CEA a une compétence reconnue en conception et en test de circuits intégrés sécurisés et il souhaite explorer une nouvelle approche de conversion DC-DC qui décorrèle la consommation de façon plus efficace grâce à l’utilisation de dispositifs émergents disponibles au CEA-Léti.
Le travail du doctorant sera le suivant :
- La spécification des blocs d'alimentation intégrées en utilisant l'architecture de capacité commutée.
- Etudier le circuit en utilisant des composants émergés et évaluer l'amélioration de sa robustesse contre les attaques par canal latéral.
- La conception microélectronique de l'alimentation intégrée en technologie silicium.
- La caractérisation en performance et en sécurité des blocs conçus et des primitives de sécurité dans
leur ensemble.
La répartition du travail est 10% d'étude de pointe, 20% d'architecture de système, 50% de conception de circuit, 20% de mesure expérimental.

La technologie olfactive (Qi – Wei) : une inspiration chinoise pour l’écotechnologie

La spécificité de la pensée chinoise de la technologie fait l'objet de débats philosophiques récurrents depuis le début du XXe siècle. Cette discussion souligne l'originalité du rapport sensoriel à la nature s'exprimant dans l'écriture et la culture chinoise. "La technologie olfactive (Qi – Wei) : une inspiration chinoise pour l’écotechnologie" explore l'hypothèse qu'une philosophie des techniques, d'inspiration chinoise mais ouverte aux autres cultures, peut renouveler la réflexion sur la technologie dans son rapport à l'environnement à partir du paradigme de l’olfaction (Wei).
Cette approche s'appuie sur une analyse de la pensée chinoise traditionnelle développée par des philosophes chinois contemporains, en particulier Gong Huanan, et montre son influence sur la pensée technologique chinoise actuelle. Cette recherche s'appuie aussi sur les travaux de spécialistes de l’olfaction, ainsi que sur des philosophes occidentaux de la technique, de la science et de l’imaginaire (tels que Gilbert Simondon, Gaston Bachelard et Dominique Lestel).
L'enjeu scientifique premier consiste à restituer le paradigme olfactif de la pensée technologique chinoise pour examiner son rapport à l'environnement, afin de développer dans un second temps une réflexion écotechnologique transculturelle. A la lumière de ces analyses, il conviendra ensuite de reconsidérer les imaginaires des technologies robotiques et numériques afin d'explorer de nouvelles pistes d'innovations. Enfin, dans une perspective de prototypage science-fiction ("science fiction prototyping"), des fictions spéculatives prolongeront l'analyse en examinant l'impact des technologies imaginables à partir du paradigme olfactif.

Modélisation physique d’une attaque laser sur FD-SOI en vue de la sécurisation des cellules standard du nœud FD-SOI 10 nm

La cybersécurité de nos infrastructures est un maillon essentiel à la transition numérique qui s’opère et la sécurité doit être assurée sur l’ensemble de la chaîne. Les couches basses, matérielles, s’appuient sur du composants microélectroniques assurant les fonctions essentielles pour l’intégrité, la confidentialité et la disponibilité des informations traitées.
Le matériel assurant des fonctions de sécurité peut être soumis à des attaques physiques, utilisant les propriétés du matériel. Certaines de ces attaques sont plus directement liées que d’autres aux caractéristiques physiques des technologies silicium utilisées pour la fabrication des composants. Parmi celles-ci, les attaques utilisant un laser impulsionnel dans l’infra rouge proche est la plus puissante par sa précision et sa répétabilité. Il convient donc de protéger les composants vis-à-vis de cette menace. En sécurité, le développement des protections (on parle aussi de contremesures) est possible quand la menace est modélisée. Si l’effet d’un tir laser dans les technologies bulk traditionnelles est bien modélisé, il ne l’est pas encore suffisamment dans les technologies FD-SOI (une seule publication). Nous savons aujourd’hui que le FD-SOI a une sensibilité moindre à un tir laser, et cela doit s’expliquer par un modèle physique sensiblement différent de celui effectif sur bulk. Or les systèmes embarqués susceptibles d’être visés par des attaques malveillantes (contexte IoT, Bancaire, Idendité etc…) sont aujourd’hui portés sur les technologies FD-SOI. Il devient donc essentiel de consolider la modélisation physique de l’effet d’un tir laser sur un transistor et sur des cellules standard (standard cells : inverseur, NAND, NOR, Flip-Flop, SRAM…). Nous proposons d’allier l’expérimental à une approche TCAD permettant une compréhension fine des effets mis en jeu lors d’un tir laser impulsionnel dans le FD-SOI. Un modèle compact d’un transistor FD-SOI sous impulsion laser sera déduit de cette phase de modélisation physique.
Ce modèle compact sera ensuite injecté dans un design de cellules standards. Cette approche a deux objectifs : porter la modélisation de l’effet d’un tir laser au niveau de design de cellules standards (absolument centrales dans les circuits numériques pour la sécurité). Des données expérimentales (existantes et générées par le doctorant) permettront de valider le modèle à ce niveau d’abstraction. Enfin, et surtout, cette modélisation fine permettra de proposer des designs de cellules standards en technologie FD-SOI 10nm, intrinsèquement sécurisées vis-à-vis d’un tir laser impulsionnel. Cela sera rendu possible par l’exploitation des propriétés de sécurité des technologies FD-SOI.

Contacts: romain.wacquez@cea.fr, jean-frederic.christmann@cea.fr, sebastien.martinie@cea.fr,

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