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.
Circuits de neurones impulsionels basés sur des lasers déclenchés intégrés sur silicium
Les réseaux neuromorphiques pour le traitement d’informations ont pris une place importante aujourd’hui
notamment du fait de la montée en complexité des tâches à effectuer : reconnaissance vocale, corrélation
d’images dynamiques, prise de décision rapide multidimensionnelle, fusion de données, optimisation
comportementale, etc… Il existe plusieurs types de tels réseaux et parmi ceux-ci les réseaux impulsionnels,
c’est-à-dire, ceux dont le fonctionnement est calqué sur celui des neurones corticales. Ce sont ceux qui
devraient offrir le meilleur rendement énergétique donc le meilleur passage à l’échelle. Plusieurs
démonstrations de neurones artificielles ont été menées avec des circuits électroniques et plus récemment
photoniques. La densité d’intégration de la filière photonique sur silicium est un atout pour créer des circuits
suffisamment complexes pour espérer réaliser des démonstrations complètes. Le but de la thèse est donc
d’exploiter une architecture de réseau neuromorphique impulsionnel à base de lasers à bascule de gain (Q
switch) intégrés sur silicium et d’un circuit d’interconnexion ultra-dense et reconfigurable apte à imiter les
poids synaptiques. Une modélisation complète du circuit est attendue avec, à la clé la démonstration pratique
d’une application dans la résolution d’un problème mathématique à définir.
Vers une Blockchain Durable : Réduire la Consommation d'Énergie tout en Assurant la Sécurité et l'Intégrité
La technologie blockchain, composant clé des systèmes de registres distribués, permet des interactions numériques décentralisées sans autorité centrale, mais pose des préoccupations environnementales en raison de sa consommation énergétique, notamment avec le mécanisme de preuve de travail (PoW) comme Bitcoin. La littérature met en évidence les défis de durabilité associés à cette consommation d'énergie. Plusieurs stratégies ont été proposées pour atténuer ces impacts, telles que l'optimisation des énigmes cryptographiques, le minage en deux étapes, et l'intégration des énergies renouvelables. Les mécanismes de consensus alternatifs comme Proof-of-Stake (PoS) et Proof-of-Authority (PoA) sont également explorés. Ce projet de recherche vise à évaluer les profils de consommation énergétique des systèmes blockchain existants et à proposer de nouveaux algorithmes de consensus plus efficaces. Il s'intéresse également à l'intégration de sources d'énergie renouvelable et à l'optimisation des contrats intelligents pour réduire leur consommation de ressources. Une analyse de sécurité approfondie garantira que les améliorations en efficacité énergétique ne compromettent pas la sécurité et la décentralisation des réseaux. En utilisant des outils de simulation, cette recherche quantifiera les améliorations apportées par les nouveaux algorithmes et stratégies, contribuant ainsi à la durabilité et à l'adoption plus large de la technologie blockchain de manière respectueuse de l'environnement.
Développement de la méthode Compton-TDCR pour la métrologie des scintillateurs
Les objectifs de cette thèse se situent en amont du côté applicatif, dans le domaine de la métrologie des radionucléides. Ils visent à obtenir des informations essentielles pour la compréhension des mécanismes de scintillation. Ce sujet constitue une nouvelle discipline pour le laboratoire national de métrologie, inexistante dans les autres laboratoires, et porte spécifiquement sur la métrologie des scintillateurs. Les travaux seront axés sur l’instrumentation et l’analyse des résultats, permettant une meilleure compréhension des phénomènes physiques sous-jacents. Il en résulte la co-direction de thèse entre Benoit Sabot (expert en métrologie de la radioactivité) et Christophe Dujardin (expert en scintillation).
L’un des objectifs expérimentaux majeurs de la thèse sera la mise en place de la nouvelle installation Compton-TDCR [7], permettant la mesure absolue du rendement de scintillation en fonction de l’énergie des électrons. Ce dispositif sera conçu par impression 3D et intègrera des détecteurs germanium haute pureté (GeHP) afin d’augmenter la précision des mesures. Après la caractérisation en énergie et en rendement de ces détecteurs, ils seront intégrés dans le montage final. L’étudiant sera en charge du traitement des signaux à l’aide d’un module numérique générant des fichiers List-Mode. Ces données seront ensuite analysées par un logiciel existant développé en Rust, doté d’une interface Python, actuellement limité à quatre voies. Le nouveau dispositif intégrant jusqu’à trois détecteurs GeHP en plus des trois voies de photomultiplicateurs, il sera nécessaire d’adapter le logiciel pour assurer un traitement optimisé des informations obtenues. Après un réglage précis de l’électronique et une série de tests expérimentaux, les modifications logicielles devront être mises en œuvre afin de garantir l’exploitation complète des données fournies par la plateforme.
Une fois cette première étape achevée et la plateforme fonctionnelle, l’étudiant travaillera sur la compréhension des phénomènes de scintillation. Dans un premier temps, les études porteront sur des matériaux standards tels que les scintillateurs organiques (liquides ou plastiques) et inorganiques. Par la suite, l’investigation s’étendra à des matériaux encore peu explorés, comme les scintillateurs poreux. Cette phase nécessitera une collaboration étroite avec l’Université de Lyon, en particulier avec l’Institut Lumière Matière, où seront réalisées des mesures complémentaires permettant d’affiner l’analyse des phénomènes de scintillation, de compléter les résultats obtenus au laboratoire d’effecteur des simulations permettant de coupler les différents types d’expériences.
L’objectif final de cette installation est d’établir une méthodologie de métrologie des scintillateurs, permettant d’accéder à la courbe de réponse de ces matériaux en fonction des énergies des électrons interagissant dans le milieu, ainsi qu’à leurs propriétés temporelles. Ce travail ouvrira la voie à de nouvelles méthodes de mesure des rayonnements ionisants et apportera une contribution significative à la communauté scientifique dans ce domaine.
Alternatives aux perfluorés pour les traitements d’hydrofugation et oléofugation des textiles utilisés pour la protection corporelle individuelle NRBC
Trouver des alternatives aux composés fluorés (PFAS) concerne des domaines d'application très différents. Parmi eux
le traitement de textiles techniques pour les rendre hydrofuges et oléofuges est un enjeu majeur pour fabriquer
des tenues de protection aux contaminants tant aqueux que huileux. Notre laboratoire développe de telles alternatives en greffant
de manière covalente des molécules sur des fibres sélectionnées parmi celles déjà utilisées pour les textiles techniques. la thèse sera axée autour d'un travail expérimental composé de deux volets. Le premier volet consistera à améliorer et qualifier
au niveau semi-industriel les propriétés hydrofuges et oléofuges déjà obtenues et qualifiées selon les normes en vigueur (glissement de gouttes d'eau et d'huile,
imprégnation lente de gouttes d'huiles) grâce à nos revêtements chimiques nanométriques. Le second volet sera dédié à optimiser la structure du tissage, en relation avec le traitement chimique, pour déterminer le tissage optimal en fonction
des propriétés voulues. Le travail sera effectué en contact étroit avec un industriel du textile technique et avec l'ENSAIT de Roubaix.