Etude de la stabilité de structures Si-CMOS pour la réalisation de qubits de spin
Vous êtes étudiant en Master 2 avec une passion pour les technologies quantiques et l’analyse de données ? Rejoignez notre équipe au CEA Leti, un institut de recherche de renommée mondiale, et embarquez dans une thèse de doctorat innovante !
Parmi les différentes approches pour réaliser des bits quantiques, ou qubits, les qubits de spin dans des structures Metal-Oxyde-Semiconducteur (MOS) à base de silicium se distinguent par leur compatibilité avec les technologies actuelles de la microélectronique et leur potentiel de mise à l’échelle.
Cependant, cette approche présente également plusieurs défis majeurs à relever pour exploiter tout son potentiel. Par exemple, les impuretés et les défauts introduits lors de la fabrication engendrent du bruit et de l’instabilité dans les dispositifs, ce qui peut nuire aux performances des qubits.
Pour évaluer la qualité des dispositifs de manière approfondie, des mesures électriques doivent être réalisées depuis la température ambiante jusqu’à des températures très basses. Cette méthode permettra d’identifier les causes fondamentales de l’instabilité des dispositifs et d'établir des corrélations entre leurs caractéristiques à différentes températures. L’analyse qui en découle aidera à comprendre comment les propriétés évoluent avec la température et à développer des stratégies d’optimisation des performances dans des conditions variées.
Votre mission :
• Caractériser des dispositifs de pointe fabriqués au CEA Leti. Réaliser des mesures électriques rigoureuses à l’aide d’équipements de dernière génération.
• Mettre à profit vos compétences en analyse. Analyser des données complexes et présenter vos résultats avec clarté et précision.
• Développer des algorithmes innovants. Concevoir des outils d’analyse sur mesure pour automatiser le traitement des données et révéler des informations cachées.
Apprenez aux côtés d’experts du domaine et contribuez à une recherche de pointe qui façonne l’avenir de l’électronique. Vous serez encouragé à valoriser vos travaux par des publications, des conférences internationales et/ou des brevets.
Solutions de refroidissement innovantes pour les systèmes électroniques 2.5D et 3D
Cette thèse passionnante vous invite à plonger au cœur d’un domaine révolutionnaire : les neurones et synapses basés sur des transistors 2T0C (Deux Transistors, Zéro Condensateur) de type BEOL FET (Back-End-Of-Line Field Effect Transistor), une approche innovante qui pourrait transformer l’informatique neuromorphique.
En tant que doctorant, vous serez à l’avant-garde de la recherche, à l’interface entre technologies avancées des semi-conducteurs et architectures inspirées du cerveau. Vous explorerez comment ces circuits neuronaux innovants peuvent reproduire les fonctions synaptiques et améliorer l’efficacité du traitement de l’information.
Tout au long de ce projet, vous serez impliqué dans la conception et la caractérisation expérimentale de circuits neuronaux 2T0C de dernière génération, en utilisant des outils et techniques à la pointe de la technologie.
Vous collaborerez avec une équipe dynamique et pluridisciplinaire d’ingénieurs et de chercheurs, pour relever des défis passionnants liés aux performances des dispositifs et à l’optimisation énergétique.
Votre travail inclura une caractérisation approfondie des dispositifs et circuits BEOL FET. Vous aurez l’opportunité de proposer, spécifier et concevoir de nouvelles architectures de lecture mémoire, permettant d’explorer des comportements synaptiques multi-niveaux en vue de la mise en œuvre de systèmes neuromorphiques de nouvelle génération, plus compacts et plus économes en énergie.
Rejoignez-nous pour cette opportunité unique de repousser les limites de la technologie et de participer à une aventure scientifique capable de redéfinir le futur de l’informatique ! Vos contributions pourraient ouvrir la voie à des avancées majeures dans les systèmes inspirés du cerveau et laisser une empreinte durable dans ce domaine en pleine expansion.
Modélisation physique des batteries à l'état solide exposées à des cycles longs et à des protocoles de charge rapide
Le CEA-Leti, leader dans le développement et la fabrication de batteries tout-solide, collabore avec InjectPower pour développer une solution d'alimentation innovante pour les dispositifs médicaux implantables miniaturisés. La technologie des batteries à couches minces est actuellement le meilleur choix pour fournir une densité d'énergie élevée et des sources d'énergie à facteur de forme personnalisable. Toutefois, malgré cet avantage, la perte de capacité en cyclage reste un point faible, l'objectif de 1 000 cycles et d'une perte de capacité inférieure à 10 % n'ayant pas encore été atteint. En outre, il manque une compréhension globale des mécanismes physiques à l'origine de la dégradation des performances des microbatteries.
Au cours de ce doctorat, vous contribuerez au développement et à l'amélioration de notre modèle physique, en vous concentrant sur la description précise du comportement des microbatteries pendant le cyclage et la charge rapide. Vous appliquerez également notre modèle bayésien d'apprentissage automatique basé sur des données physiques pour identifier les facteurs clés qui influencent les performances des batteries, y compris les protocoles de charge-décharge, les conditions de stockage et l'architecture du dispositif. L'entraînement et la validation du modèle seront basés sur des données collectées par des testeurs automatisés sur des plaques de silicium 200 mm contenant des milliers de microbatteries.
Monitoring in situ du vieillissement des circuits amplificateurs de puissance RF pour une écoconception et une durée de vie étendue
L'industrie des semi-conducteurs, et en particulier celle des circuits radiofréquences (RF), fait face à des défis critiques liés à l'écoconception et à l'éco-innovation. Ces enjeux incluent la nécessité de prolonger la durée de vie des circuits tout en répondant aux attentes des marchés émergents tels que la 5G et la future 6G. Parmi ces circuits, les amplificateurs de puissance (PA) occupent une place centrale, étant à la fois des composants critiques en termes de performance énergétique et des cibles privilégiées pour l'amélioration de leur robustesse face au vieillissement et à leur éventuelle réutilisation.
Le monitoring in situ du vieillissement des PA représente une voie prometteuse pour développer des solutions à la fois innovantes et durables. A ce titre, ce sujet s'inscrit pleinement dans les stratégies d'écoconception en exploitant des plateformes technologiques avancées telles que les technologies CMOS SOI actuelles et futures, tout en intégrant les contraintes industrielles à travers des collaborations stratégiques existantes avec des partenaires majeurs du CEA Leti.
Cette thèse vise à concevoir une solution innovante de monitoring in situ pour évaluer et compenser le vieillissement des amplificateurs de puissance, prolongeant ainsi leur durée de vie grâce à des stratégies de réutilisation et d’autocorrection. Pour ce faire, elle reposera sur des méthodologies et des circuits adaptés à des cas concrets. Ainsi, l’ambition sera de développer une nouvelle génération de circuits robustes et durables, intégrant des mécanismes intelligents de gestion du vieillissement. En adoptant une approche d’écoconception, ce travail aura pour but de répondre aux défis environnementaux tout en renforçant la compétitivité industrielle des technologies CMOS SOI.
Développement d'un spectro-imageur gamma/neutron transportable et de haute sensibilité pour la reconstruction et l'identification des points chauds radioactifs lors des opérations de démantèlement et d'assainissement
La reconstruction de points chauds radioactifs constitue un défi significatif lors des phases de caractérisation de radioéléments dans des environnements ayant été impactés par une activité radiologique ou nucléaire. Cette proposition de thèse vise à aborder cette problématique à travers le développement d’un instrument multimodal compact, de haute sensibilité pour évaluer et caractériser les contributions gamma et neutrons. Ce système permettra ainsi de répondre aux enjeux rencontrés lors des opérations d'assainissement et de démantèlement (A&D) des sites de l’industrie nucléaire. Pour ce faire, il intégrera des fonctionnalités de spectro-imagerie, en vue de garantir l’identification et la localisation des radioéléments présents. La littérature a déjà démontré les avantages et intérêts de la combinaison de la spectrométrie et de l’imagerie des rayonnements ionisants. Cependant, les solutions proposées présentent des difficultés de déploiement des systèmes de mesure (encombrement, masse), mais aussi de sensibilité incompatible avec les contraintes terrain. Les résultats obtenus dans le cadre de travaux de thèse menés au SIMRI (Service Instrumentation et Métrologie des Rayonnements Ionisants) permettent d'envisager le développement d'un prototype de spectro-imageur gamma et neutronique.
Fiabilité des transistors GaN pour applications 5G millimétrique
Les composants en Nitrure de Gallium sont de très bons candidats pour les applications d’amplification de puissance aux fréquences millimétriques de type 5G (~30GHz), de par leur densité de puissance et leur efficacité énergétique. Cependant, ces technologies sont couramment intégrées sur des substrats en Carbure de Silicium, performants thermiquement mais chers et de faible diamètres. La technologie GaN/Si du CEA-LETI permet d’obtenir des performances à l’état de l’art mondial en bande Ka, avec des densités de puissance qui peuvent rivaliser avec les technologies GaN/SiC. Cette technologie basée sur des substrats Si 200mm est compatible avec les salles blanches Silicium, promettant de plus grands volumes disponibles tout en réduisant les coûts. De plus, les niveaux de back-end utilisés offrent des possibilités pour une intégration hétérogène dense avec des circuits digitaux, ouvrant la voie vers des circuits intégrés 3D hétérogènes.
Cependant, peu d’études existent à l’heure actuelle sur les mécanismes de dégradation propre à ce type de composants en utilisant des procédés de fabrication CMOS-compatibles: barrières avancées, grilles MIS SiN in-situ, contacts ohmiques. Il est indispensable de connaître ces effets afin d’une part de qualifier la technologie et d’autre part afin de mieux comprendre le fonctionnement du dispositif et ses éventuelles faiblesses/limitations.
Le but de ces travaux de thèse est d’étudier les phénomènes mémoires parasites ainsi que le vieillissement de ces transistors en conditions opérationnelles à l’aide de mesures DC & RF, liées à la physique du composant. Les transistors seront soumis à différentes conditions de stress électrique afin de modéliser les dérives de leurs paramètres DC & RF : mesures de pièges (BTI & DCTS), influence du procédé de fabrication et de la technologie de grille (Schottky vs MIS), de la barrière de confinement (GaN:C, back-barrier AlGaN, etc…). Des analyses de claquage de diélectrique (TDDB) seront effectués sur les grilles MIS, en condition DC & RF afin d’évaluer l’amélioration du temps de claquage en fonction de la fréquence du signal, de manière analogue aux diélectriques utilisés sur CMOS. Enfin, des stress électriques seront menés en conditions DC et RF (stress RF CW) afin d’évaluer et de modéliser le vieillissement des transistors en conditions opérationnelles.
Composants de puissance verticaux en GaN réalisés par épitaxie localisée
Cette thèse offre une opportunité unique de perfectionner vos compétences dans les dispositifs de puissance en GaN et de développer des architectures de pointe. Vous travaillerez aux côtés d'une équipe multidisciplinaire spécialisée en ingénierie des matériaux, caractérisation, simulation de dispositifs et mesures électriques. Si vous êtes enthousiaste à l'idée d'innover, d'approfondir vos connaissances et de relever des défis à la pointe de la technologie, ce poste constitue un atout précieux pour votre carrière !
Les composants de puissance verticaux en GaN présentent un fort potentiel pour des applications de puissance au-delà de la gamme du kV. L'épitaxie localisée de GaN permet la création de structures épaisses sur des substrats en silicium à un coût compétitif, avec un succès démontré sur des diodes et des transistors pseudo-verticaux. Cependant, la surface significative de cette approche limite la densité énergétique des dispositifs. Cette thèse vise à développer des composants entièrement verticaux, plus denses, en utilisant des méthodes de transfert de couches. Vous étudierez les caractéristiques électriques de ces composants pour observer l'impact des variations technologiques sur leurs performances.
Au cours de ce doctorat, vous acquerrez des connaissances approfondies sur les procédés de microélectronique, la caractérisation électrique et la simulation TCAD (Conception Assistée par Ordinateur). Vous collaborerez avec une équipe multidisciplinaire, incluant notre partenaire CNRS-LTM, et approfondirez votre compréhension des dispositifs de puissance en GaN, tout en faisant partie d'un laboratoire dédié au développement de dispositifs de puissance à large bande interdite. Vous aurez également l'opportunité de rédiger des publications et des brevets.
Optimisation de la microscopie super-résolution à température cryogénique pour la biologie structurale intégrée
La microscopie de fluorescence à super-résolution (« nanoscopie ») permet d’imager le vivant à l'échelle nanométrique. Cette technique a déjà révolutionné la biologie cellulaire, et aujourd'hui, elle investit le domaine de la biologie structurale. Une évolution majeure concerne le développement de la nanoscopie à température cryogénique (« cryo-nanoscopie »). La cryo-nanoscopie offre plusieurs avantages clés, notamment la perspective d'une corrélation extrêmement précise avec les données de cryo-tomographie électronique (cryo-ET). Cependant, la cryo-nanoscopie ne permet pas encore d’obtenir des images super-résolues de qualité suffisamment élevée. Ce projet de thèse se concentrera sur l'optimisation de la cryo-nanoscopie en utilisant la méthode de microscopie de localisation de molécules uniques (SMLM) avec des protéines fluorescentes (FP) comme marqueurs. Notre objectif est d'améliorer significativement la qualité des images cryo-SMLM (i) en étudiant les propriétés photophysiques de plusieurs FPs à température cryogénique, (ii) en modifiant un microscope cryo-SMLM pour collecter de meilleures données et (iii) en développant le complexe du pore nucléaire (NPC) comme outil de métrologie pour évaluer quantitativement les performances de la cryo-SMLM. Ces développements favoriseront les études corrélatives (cryo-CLEM) reliant la cryo-nanoscopie et la tomographie électronique basée sur le cryo-FIB-SEM.
Simulation et caractérisation de structures intégrées pendant et après l'étape de recuit laser millisecond
Les procédés de recuit laser sont aujourd'hui utilisés dans un large spectre d'applications au sein des technologies microélectroniques les plus avancées. Que ce soit dans le contexte des composants CMOS planaires avancés ou des technologies d'intégration 3D, les caractéristiques spécifiques du recuit laser permettent d'atteindre des températures très élevées en des temps très courts, à l'échelle de la puce, et de travailler dans des conditions hors d'équilibre thermodynamique. Cela présente de nombreux avantages en terme d'effets physiques (activation de dopants élevés avec de faibles diffusions, transformation de siliciures, etc.), mais aussi de budget thermique (des températures élevées qui restent en surface du matériau). Cependant, ce type de recuit optique ultracourt peut générer des variations de température dues à des effets de motif à la surface de la puce entre deux zones aux propriétés radiatives et/ou thermiques différentes. Ces différences de température peuvent altérer les performances électriques des composants et doivent donc être évaluées et surmontées. Une partie de ce travail consistera, à l'aide d'une étude bibliographique, à trouver des solutions intégratives (design, couche absorbante, etc.) afin de résoudre ce problème. Par ailleurs, au LETI, une vaste expertise en recuit laser nanoseconde (NLA) est acquise depuis de nombreuses années, et les équipes procédés sont en phase d'acquisition d'un équipement laser milliseconde (DSA). Grâce à la simulation numérique, ces travaux constitueront l'une des briques essentielles du développement du recuit laser milliseconde au LETI, indispensable à la feuille de route des technologies avancées.
Cette recherche interdisciplinaire englobera des domaines tels que la simulation numérique, la science des matériaux et les procédés de fabrication microélectronique. Vous bénéficierez du soutien de laboratoires spécialisés en procédés d'intégration, ainsi que d'environnements de simulation TCAD.
Epitaxie sélective du contact de base d'un transistor HBT-GaAsSb en vue de hautes performances fréquentielles
Avec l’essor des réseaux sans fil et l’arrivée de la 6G, le développement de systèmes de communication plus performants devient essentiel. Les fréquences au-delà de 140 GHz représentent un domaine prometteur, où les technologies actuelles reposent sur des semi-conducteurs avancés, tels que l’InP, offrant des performances supérieures aux solutions SiGe. Toutefois, les composants III-V restent coûteux, fabriqués sur de petits substrats (100 mm pour l’InP) et incompatibles avec les lignes de production silicium, qui garantissent un meilleur rendement industriel.
Dans ce contexte, le CEA-LETI, en collaboration avec le CNRS-LTM, développe une nouvelle filière de transistors HBT dont la couche de base en antimoniures a déjà démontré des performances fréquentielles supérieures au THz. Pour assurer une intégration compatible avec les procédés de fabrication Si-CMOS, une nouvelle approche de contact ohmique doit être mise en place. Cela implique une re-croissance épitaxiale sélective d’un matériau semi-conducteur adapté sur la couche de base du transistor HBT-GaAsSb.
Le doctorant aura pour mission d’identifier le matériau optimal répondant aux critères définis, en s’appuyant sur des expérimentations menées avec l’équipe d’épitaxie, des analyses avancées (ToF-SIMS, HR-TEM, EDX) et des modélisations des structures de bandes des hétérojonctions formées. Ce travail sera complété par la fabrication de structures de test technologiques, permettant d’extraire les paramètres électriques essentiels à l’optimisation des performances DC et RF du transistor HBT.