Contribution des interfaces métal semi-conducteur au fonctionnement des photodiodes infrarouge de dernière génération
Cette thèse concerne le domaine des détecteurs infrarouges refroidis utilisés pour les thématiques astrophysiques. Dans ce domaine, le DPFT/SMTP (Laboratoire Infrarouge) du CEA-LETI-MINATEC travaille en étroite collaboration avec Lynred, leader mondial dans la production de plans focaux infrarouge de haute performance. Dans ce cadre, le laboratoire infrarouge développe de nouvelles générations de détecteurs infrarouges pour répondre aux besoins des futurs produits.
L’un des axes de développement actuels concerne la qualité de l’interface métal semi-conducteur de type p. Ces développements sont portés par l’augmentation de la température de fonctionnement des détecteurs, ainsi que par les exigences de performances très fortes pour les applications spatiales.
L’enjeux de cette thèse est de contribuer à une meilleure connaissance des espèces chimiques présentes à l’interface d’intérêt en fonction de différents types de traitement de surface et de faire le lien avec les propriétés électriques du contact réalisé.
Le/a candidat/e intégrera le laboratoire infrarouge qui comprend la totalité de la filière de réalisation des détecteurs. Il/elle réalisera ces échantillons grâce aux moyens technologiques disponibles au sein de la salle blanche du LETI, en collaboration avec les experts de la filière. Il aura également accès aux outils de caractérisation nécessaires à l’étude (SIMS, XPS, AFM…) disponibles sur la plateforme de nano-caractérisation (PFNC) ou en salle blanche du CEA. Enfin, il/elle sera amené/e à participer à la caractérisation électro-optique du matériau, en collaboration avec le Laboratoire Imagerie infrarouge Refroidie (LIR) spécialisé dans la caractérisation fine du matériau actif.
Développement de procédés de dépôt/gravure par plasma pour une intégration SADP du nœud FD10
Le développement de nouveaux nœuds technologiques implique à la fois une réduction des dimensions critiques des motifs et une augmentation de leur densité. Depuis des années, le développement de stratégies de patterning multiple avec notamment le recours au Spacer Patterning (aussi noté SADP) s'est intensifié. Cette stratégie repose sur l'utilisation d'un motif sacrificiel sur lequel un matériau est déposé de manière conforme pour ensuite être gravé et ainsi définir des espaceurs qui serviront de masque pour l'obtention de motifs dans la sous-couche après retrait de la couche sacrificielle. Un des principaux défis de cette intégration est le choix des matériaux et leur compatibilité (budget thermique, sélectivité, etc.). Le recours à des matériaux types SiCO(N) peut apporter des alternatives intéressantes aux diélectriques classiques (SiO2, SiN). Un autre enjeu est l’obtention d’une seule population de motifs post-SADP : pour éviter les problèmes de micro-loading, des procédés de gravure plasma contrôlés de manière atomique devront être développés (ex. pulsing, ALE, etc.). L'impact environnemental devra être pris en compte lors du développement de ces procédés.
L'objectif de la thèse est de mettre au point une intégration avec les matériaux SiCO(N), développer ces matériaux et les stratégies de gravure associées.
Pour mener à bien vos recherches, vous profiterez de l’environnement privilégié qu’offre le CEA-Leti permettant d’utiliser des équipements industriels à l’état de l’art technologique à la fois en termes de développement de procédés et en termes de caractérisation des matériaux.
Completion de code outillé et supportée par des patterns de conceptions
L'IA générative et les grands modèles de langage (LLM), tels que Copilot et ChatGPT, peuvent compléter le code basé sur des fragments initiaux écrits par un développeur. Ils sont intégrés dans des environnements de développement logiciel tels que le VS code. De nombreux articles analysent les avantages et les limites de ces approches pour la génération de code, le code produit est souvent correct et les résultats sont de mieux en mieux.
Cependant, une quantité étonnamment faible de travaux ont été effectuées dans le contexte des modèles logiciels (par exemple basés sur UML). Des articles ont conclu que si les performances des LLM actuels pour la modélisation logicielle sont encore limitées (contrairement à la génération de code), il est nécessaire (contrairement à la génération de code) d'adapter nos pratiques d'ingénierie basées sur des modèles à ces nouveaux assistants. et les intégrer dans les méthodes et outils MBSE.
L'intégration des design-patterns est une partie complémentaire de ce travail. Le terme pattern de conception a été adopté dans le domaine logiciel pour capturer une solution éprouvée pour un problème donné avec ses avantages et ses inconvénients. Un peu plus tard, le terme anti-pattern a été proposé pour identifier les modèles qui sont connus pour ne pas fonctionner ou qui présentent de graves inconvénients. Ainsi, lors de la proposition d'une complétion, l'assistant pourrait explicitement référencer un modèle de conception existant avec ses implications. La proposition d'achèvement peut être basée soit sur des fragments de modèle identifiés (y compris des exigences modélisées), soit sur une sélection de modèle explicite.
Cette thèse explorera l'état de l'art de la complétion de modèles avec l'IA et les modèles de pattern et le support des outils associés. Jusqu'à présent, peu de travaux sont disponibles sur la formalisation des patrons et leur utilisation dans les outils de modélisation. Elle proposera d'identifier l'intention des dévéloppeurs, à partir de modèles partiels. La tâche pourrait être basée sur des règles, mais devrait également explorer des approches d'apprentissage automatique. Mettre en œuvre une proposition de réalisation dans le cadre d'un outil de conception, notamment Papyrus SW designer. La solution sera évaluée.
Mesure par scattérométrie de la distance focale d'exposition des outils de photolithographie en microélectronique
Depuis la fin des années 2000 avec l’arrivée des nœuds CMOS45nm, le contrôle des dimensions critiques (CD) des structures de l’étape photo-lithographie est devenu critique pour la fiabilité des circuits imprimés. La photo-lithographie optique demeure la technique la plus économique et la plus répandue pour la production grand volume dans l’industrie du semi-conducteur. Sur ce type d’équipement, le travail des fabricants s’est concentré sur l’augmentation de l’ouverture numérique de l’objectif de l’exposition, sur la diminution des sources d’aberrations optiques et sur la métrologie pour assurer un suivi performant de leurs machines. Ces évolutions ont été possible au détriment de la profondeur de champs de l'exposition. Pour ne pas altérer les images transférées dans les résines photosensibles, et au final avoir un dispositif défaillant, il est primordial de donner une valeur la plus juste et précise possible de cette grandeur. Pour répondre aux besoins grandissants de contrôle des procédés et des outils de lithographie qu’exigent les technologies les plus avancées, les techniques de métrologie à base d’analyse de signaux réfléchis sont massivement utilisées. Même si cette méthodologie répond correctement aux technologies CMOS actuelles (CMOS14nm et antérieures), il est peu probable qu’elle puisse adresser des technologies plus avancées, c'est pourquoi d'autres techniques doivent émerger, comme les techniques à base d'analyse du signal diffracté (scatterometrie).
Procédés de gravure séche innovants de matériaux exotiques
Les propriétés avantageuses (electro –optiques, - acoustisques, -mécaniques) de nouveaux matériaux comme l’ALN dopé Sc, le LNO, le LTO ou le KNN les rendent incontournables pour répondre aux besoins d’évolution de l’optique intégrée, les télécommunications (RF) et les microsystèmes. La réalisation de motifs aux dimensions submicroniques avec une vitesse d’attaque suffisante (>100nm/min), un profil de gravure vertical et une rugosité réduite des flancs sont les objectifs majeurs du travail de thèse pour satisfaire les critères de performances des dispositifs ciblés au niveau applicatif.
Stabilisation de dispositifs photovoltaïques Pérovskite par passivation avec des matériaux type Metal-Organic Frameworks
Les MOFs sont un type de matériaux poreux hybrides organiques-inorganiques avec des propriétés intéressantes du point de vue de la passivation des défauts de la pérovskite et de sa stabilité, notamment lumineuse. Par exemple :
• Effet direct des composants du MOF comme agents de passivation : Les ions métalliques et ligands organiques peuvent passiver des défauts à l’interface MOF/PK.
• Effet de « downconversion » du rayonnement incident : Certains métaux (comme l’europium) ou ligands (avec groupes aromatiques) peuvent absorber les rayonnements de haute énergie (violet / UV proche typiquement), puis réémettre cette énergie sous forme de rayonnement de moindre énergie ou la transmettre directement de manière non radiative à la pérovskite par résonance Förster (ou FRET). Ceci permet de protéger la pérovskite des photons de haute énergie, donc a priori d’améliorer la stabilité lumineuse, avec peu de pertes énergie.
Le travail de thèse concernera :
• l’intégration de MOF dans la couche pérovskite, en traitement de surface ou mélange de suspensions (à noter qu’un travail de stage préalable permettra de définir les voies les plus prometteuse dans le cadre de la thèse)
• Les études matériaux (notamment études avancées par XPS et UPS)
• La réalisation de dispositifs simple jonction puis tandem avec sous cellule silicium
• L’étude de durée de vie sous illumination (continue, cyclage) avec caractérisations associées (mesure électriques, photoluminescence, etc..)
Elucidation de la Corrélation entre l'Activité Électrochimique de la Réduction de l'Oxygène et la Structure Moléculaire de l'Interface Platine/Ionomère dans les Piles à Combustible à Membrane Échangeuse de Protons
Cette thèse se focalise sur la Pile à Combustible à Membrane Échangeuse de Protons (PEMFC), utilisée dans le secteur des transports pour générer de l'électricité et de la chaleur à partir d'hydrogène et d'oxygène. Bien que prometteuse pour la réduction des émissions de CO2 grâce à l'utilisation d'hydrogène vert, la PEMFC doit améliorer ses performances et sa durabilité afin de rivaliser avec les moteurs à combustion et les batteries. L'électrode joue un rôle crucial, mais la complexité moléculaire de l'interface électrochimique entre le catalyseur à base de platine et l'ionomère rend la caractérisation difficile. Actuellement, la compréhension qualitative de cette interface est limitée, entravant les progrès et la prédictibilité des modèles. La thèse vise à établir une corrélation entre la structure moléculaire de l'interface électrochimique et la cinétique électrochimique, en se concentrant sur l'oxydation du platine et l'adsorption d'ionomère. Un dispositif unique développé au CEA permet des caractérisations simultanées électrochimiques et spectroscopiques. La nouveauté réside dans l'utilisation de la microscopie à force atomique (AFM) couplée à la spectroscopie Raman et à la microspectroscopie infrarouge synchrotron comme techniques originales pour obtenir des informations cruciales pour l'application des PEMFC
Le choix technologique dans l'écoconception d'architectures IA
Les systèmes électroniques ont un impact environnemental significatif en termes de consommation de ressources, d’émissions de gaz à effet de serre et de déchets électroniques, qui connaissent tous une tendance à la hausse massive. Une grande partie de l'impact est due à la production, et plus particulièrement à la fabrication de circuits intégrés, qui devient de plus en plus complexe, gourmande en énergie et en ressources avec les nouveaux nœuds technologiques. La technologie employée pour l'implémentation d'un circuit a des effets directs sur les coûts environnementaux pour la production et l'usage, la durée de vie du circuit et les possibilités de plusieurs cycles de vie dans une perspective d'économie circulaire. Le choix technologique devient donc une étape indispensable de la phase d'écoconception d'un circuit.
La thèse vise à intégrer l'exploration de différentes technologies dans un flot d'éco-conception de circuit intégré. Le travail a pour objet la définition d’une méthodologie pour une intégration systématique du choix technologique dans le flot, avec identification de la meilleure configuration de l’architecture implémentée pour une maximisation de la durée de vie et la prise en compte des stratégies d’économie circulaire. Les architectures visées par la thèse rentrent dans le domaine de l’IA embarqué, qui connait une tendance de déploiement à la hausse et comporte des défis sociétaux majeures. La thèse constituera une première étape de recherche vers une IA embarquée soutenable.
Impression 4D d'hydrogels de polysaccharides biocompatibles pour des applications biomédicales
L'impression 3D de matériaux intelligents capables de réagir sous l'action d'un stimulus, est appelé "impression 4D" et présente un intérêt croissant pour le développement de dispositifs médicaux innovants. Plusieurs matériaux préparés à partir de polymères de synthèse ont été décrits dans la littérature, et présentent la capacité de changer de forme sous l'action d'un stimulus tel que la température, une source lumineuse, un champ magnétique ou une modification du pH.
Afin de de transposer ce concept au domaine biomédical, ce sujet de thèse vise le développement d'hydrogels biosourcés à partir de polysaccharides naturels biocompatibles, imprimables en 3D et sensibles à différents stimuli. Les hydrogels développés seront en particulier capables de se déformer sous l'action de 2 stimuli différents : (i) une modification de la température, ou (ii) l'application d'un faisceau lumineux dans le domaine du proche infrarouge, permettant l'activation du matériau tout en évitant la dégradation de tissus biologiques. Pour cela, les chaines de polysaccharides seront d'abord fonctionnalisées avec des groupements thermosensibles (i), et des nanoparticules biocompatibles et capables d'absorber la lumière infrarouge seront intégrées dans les matériaux.
Il s'agit d'un projet à l'interface entre chimie (synthèse de polymères, synthèse de nanoparticules), physico-chimie (formulation et caractérisation d'hydrogels photoréticulables), sciences des matériaux (impression 3D, essais mécaniques) et biologie (études de cytotoxicité). D'autre part, les données générées par le doctorant seront utilisées par des outils d'intelligence artificielle, qui permettront d'accélérer le développement des hydrogels visés.
Génération assistée par l'IA de simulateurs d’architectures numériques
Les outils de simulation d'architectures numériques reposent sur divers types de modèles, de niveaux d’abstraction différents, afin de répondre aux exigences de la co-conception et de la co-validation matériel/logiciel. Parmi ces modèles, ceux de plus haut niveau permettent la validation fonctionnelle rapide de logiciels sur les architectures cibles.
Ces modèles fonctionnels sont souvent élaborés de manière manuelle, une tâche à la fois fastidieuse et sujette aux erreurs. Lorsque des descriptions de bas niveau en RTL (Register Transfer Level) sont disponibles, elles deviennent une source à partir de laquelle des modèles de plus haut niveau, tels que les modèles fonctionnels, ou simulateurs rapides, peuvent être déduits. Des travaux préliminaires au CEA ont permis d'obtenir un prototype initial basé sur MLIR (Multi-Level Intermediate Representation), démontrant des résultats prometteurs dans la génération de fonctions d'exécution d'instructions à partir de descriptions RTL.
L'objectif de cette thèse est d'approfondir ces travaux, puis d'automatiser l'extraction des états architecturaux en s'inspirant des dernières avancées en matière d'apprentissage automatique pour l'EDA. Le résultat attendu est un flot complet de génération automatique de simulateurs fonctionnels à partir de RTL, garantissant ainsi, par construction, une consistance sémantique entre les deux niveaux d'abstraction.