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.
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.
Module d’auto-adaptation d’antenne et synthèse d’impédance intégré dans la bande sub-6 GHz pour les applications RF de nouvelle génération
L’adoption croissante des systèmes RF sub-6 GHz pour la 5G, l’IoT et les technologies portables a créé une demande critique pour des solutions compactes, efficaces et adaptatives afin d’améliorer le transfert d’énergie, de réduire les effets de désaccord liés à l’environnement, et d’offrir des capacités avancées de détection. Cette thèse propose un système innovant sur puce (SoC) intégrant une unité d’accord d’antenne (ATU) et un module d’impédance synthétisée (SIM) pour répondre à ces défis. En combinant la mesure d’impédance in situ et une réadaptation dynamique, le système résout une limitation majeure des antennes miniatures : leur sensibilité extrême aux perturbations environnementales, telles que la proximité du corps humain ou des surfaces métalliques. De plus, l’intégration du module d’impédance synthétisée apporte une polyvalence supplémentaire en permettant l’émulation de charges complexes. Cette capacité optimise non seulement le transfert d’énergie, mais ouvre également la voie à des fonctionnalités avancées, comme la caractérisation de matériaux et la détection de l’environnement autour de l’antenne.
L’un des axes centraux de cette recherche est la co-intégration d’un analyseur de réseau vectoriel (VNA) avec un réseau de post-matching large bande (PMN) et un module d’impédance synthétisée. Cette architecture combinée offre une surveillance en temps réel de l’impédance, un ajustement dynamique et la génération de profils d’impédance spécifiques, essentiels pour caractériser la réponse de l’antenne dans différents scénarios. Un fonctionnement garanti dans la bande 100 MHz–6 GHz est assuré tout en maintenant une faible consommation d’énergie grâce à une gestion efficace des cycles d’activité.
Profil recherché : vous êtes passionné(e) par l’électronique et la microélectronique, et souhaitez contribuer à une avancée technologique majeure ? Nous recherchons un(e) candidat(e) motivé(e) et curieux(se), doté(e) des qualités suivantes :
. Formation : Diplômé(e) d’une école d’ingénieurs ou titulaire d’un master en électronique ou microélectronique.
. Compétences techniques :
Solides connaissances en technologies transistors (CMOS, Bipolaire, GaN…).
Expertise en conception analogique/RF.
Expérience avec des outils de conception tels qu’ADS et/ou Cadence.
Programmation : Compétences de base en Python, MATLAB ou autres langages similaires.
Expérience complémentaire : Une première expérience en conception de circuits intégrés serait un atout précieux.
. Pourquoi postuler : vous aurez l’opportunité de travailler sur des technologies de pointe au sein d’un environnement de recherche innovant et collaboratif. Vous serez accompagné(e) par des experts renommés du domaine pour relever des défis scientifiques et techniques stimulants.
Contacts : PhD.Ghita Yaakoubi KHBIZA : ghita.yaakoubikhbiza@cea.fr, HDR.Serge Bories : serge.bories@cea.fr
Développement de modulateurs IIIV/Si pour les applications émergentes de la photonique intégrée
Le travail de thèse proposé consiste à développer des modulateurs de phase basés sur l’intégration de capacités hybrides IIIV-Silicium dans des guides d’ondes en silicium, à la longueur d'onde de 1.55µm pour répondre aux demandes émergentes de la photonique (calcul optique sur puce, LIDAR). A la différence des applications telecom/datacom, qui ont permis l'émergence de la photonique intégrée sur silicium, ces nouveaux champ applicatifs mettent en jeux des circuits qui nécessitent un très grand nombre de modulateurs de phase. Les modulateurs tout silicium à base de jonction PN, qui présentent des pertes optiques de plusieurs dB et des tailles centimétriques, sont un verrou à l’émergence de ces applications.
Les capacités hybrides IIIV-Si doivent permettre, grâce aux propriétés électro-optiques des matériaux IIIV, de réduire d’un ordre de grandeur la taille des modulateurs silicium et d’améliorer leur efficacité énergétique (réduction des pertes optiques). Des premiers modulateurs fonctionnels ont été conçus, réalisés et testés au laboratoire. Il s’agira dans un premier temps d’étudier plus finement leurs performances (pertes, efficacité, vitesse, hystérésis) et d’en comprendre les ressorts, en utilisant les moyens de simulation optique et de caractérisation électrique disponibles (C(V), densité de charge d'interfaces, DLTS..). Il s’agira notamment de mieux comprendre l’impact du procédé de fabrication sur les propriétés électro-optiques. Dans un second temps le doctorant proposera des améliorations des architectures et des procédés de fabrication (en collaboration avec nos spécialistes), et les validera expérimentalement à partir de capacités hybrides et de modulateurs intégrant ces capacités.
Compréhension et optimisation de la robustesse électrothermique des dispositifs de puissance avançés en SiC
Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur aux propriétés intrinsèques supérieures à celles du silicium pour les applications électroniques à haute température et à forte puissance. Il est anticipé que les dispositifs en SiC soient largement utilisés dans la transition vers l'électrification et les nouvelles applications de gestion de l'énergie. Pour exploiter pleinement les propriétés supérieures du SiC, les futurs dispositifs semi-conducteurs seront utilisés dans des conditions de polarisation et de températures extrêmes. Ces dispositifs doivent fonctionner en toute sécurité à des densités de courant, des dV/dt et des températures de jonction plus élevées que les dispositifs en Si.
L'objectif de cette thèse est d'étudier les dispositifs SiC fabriqués au LETI dans ces conditions de fonctionnement extrêmes, et d'optimiser leur conception pour utiliser pleinement le potentiel théorique du SiC. Le travail de thèse comprendra plusieurs phases qui seront fortement couplées :
Un volet caractérisation electro-thermique avancée (50%), en proposant de nouvelles approches de tests sur composants en boitier ou sur support adapté, en utilisant des outils d’intelligence artificielle (IA) pour l’extraction et le traitement des données. La travail inclura une adaptation des méthodologies de mesures standard aux spécificités de commutation du SiC.
Une évaluation (15%) des paramètres de conception et technologiques responsables des limites de fonctionnement des composants
Un volet caractérisation physico-chimique (15%) pour l'analyse des défaillances sous ces conditions extrêmes
Un volet d'inclusion de modèles prédictifs (20%) de sensibilité des architectures aux conditions extrêmes et aux défauts basée sur la modélisation.
Conception de circuit radiofréquence pour la communication zéro energie
Notre ambition pour la communication 6G est de réduire radicalement l'énergie dans l'IoT. Pour ce faire, nous souhaitons développer un circuit intégré permettant une communication à énergie zéro qui sera une preuve de concept.
L'objectif de cette thèse est de concevoir ce circuit en FD-SOI et de le faire fonctionner dans la bande des 2,4 GHz. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser une nouvelle technique de conception qui révolutionne actuellement la conception des radiofréquences. Nous espérons que de nombreuses innovations pourront être réalisées au cours de ce doctorat en combinant ces deux innovations.
Le candidat intégrera une grande équipe de conception et participera à des projets de collaboration au niveau européen. Dans un premier temps, il analysera les contraintes du système pour choisir la meilleure architecture et en déduire les spécifications. Ensuite, il formalisera mathématiquement les performances de la technique de rétrodiffusion afin de mettre en place une méthodologie de conception. Il travaillera ensuite à plein temps sur la conception du circuit, envoyant à la fabrication deux circuits en technologie 22 um. Il sera également impliqué dans le test du circuit ainsi que dans la préparation d'un démonstrateur des techniques de rétrodiffusion. Nous espérons publier plusieurs articles dans des conférences de haut niveau.
Conception innovante de circuit radiofréquence basée sur une approche de co-optimisation technology-système
Ce sujet de thèse adresse les deux grands défis de l’Europe d’aujourd’hui pour l’intégration des systèmes de communication du futur. Il s’agit de concevoir des circuits intégrés RF en technologie 22nm FDSOI dans les bandes de fréquences dédiées à la 6G permettant non seulement d’augmenter les débits mais aussi de réduire l’empreinte carbone des réseaux de télécommunications. En parallèle, il est primordial de réfléchir à l’évolution des technologies silicium qui permettraient d’améliorer l’efficacité énergétique et l’efficacité de ces circuits. Ce travail sera mené en apportant une réflexion sur la méthodologie de conception des systèmes radiofréquences.
Dans le cadre de la thèse, l'objectif sera décomposé en trois phases. Il faudra d’abord se doter d’outils de simulation, préfigurant les performances de la future technologie FDSOI 10nm du Leti. Une deuxième étape consistera à identifier les architectures les plus pertinentes existant dans la littérature pour les domaines applicatifs envisagés pour la technologie. Un lien avec les projets amonts en télécommunications sera systématiquement établi pour que le candidat saisisse les enjeux des systèmes.
Enfin, afin de valider les concepts développés, la conception d’un LNA et d’un VCO dans le cadre d’un projet en cours dans le laboratoire sera proposée.
Le candidat s’intégrera dans une équipe conséquente qui travaille sur les nouveaux systèmes de communication et qui aborde à la fois les aspects d’étude architecturale, de modélisation et de conception de circuits intégrés. Le candidat devra disposer de compétences sérieuses en conception de circuits intégrés et en systèmes radiofréquence ainsi qu’une bonne aptitude à travailler en équipe.
Architectures de calcul thermodynamique scalables
Les problèmes d'optimisation à grande échelle sont de plus en plus fréquents dans des secteurs tels que la finance, le développement de matériaux, la logistique et l'intelligence artificielle. Ces algorithmes sont généralement réalisés sur des solutions matérielles comprenant des CPU et de GPU. Cependant, à grande échelle, cela peut rapidement se traduire par des temps de latence, de l'énergie et des coûts financiers qui ne sont pas viables. Le calcul thermodynamique est un nouveau paradigme de calcul dans lequel des composants analogiques sont couplés dans un réseau physique. Il promet des implémentations extrêmement efficaces d'algorithmes tels que le recuit simulé, la descente de gradient stochastique et la chaîne de Markov Monte Carlo en utilisant la physique intrinsèque du système. Cependant, il n'existe pas de vision réaliste d'un calculateur thermodynamique programmable et scalable. C'est ce défi ambitieux qui sera abordé dans ce sujet de thèse. Des aspects allant du développement de macroblocs de calcul, de leur partitionnement et de leur interfaçage avec un système numérique à l'adaptation et à la compilation d'algorithmes pour le matériel thermodynamique peuvent être considérés. Un accent particulier sera mis sur la compréhension des compromis nécessaires pour maximiser la scalabilité et la programmabilité des calculateurs thermodynamiques sur des benchmarks d'optimisation à grande échelle et leur comparaison avec des implémentations sur du matériel numérique conventionnel.
Etude et évaluation de capacités en technologie silicium pour applications dans la bolométrie infrarouge
Les microbolomètres constituent aujourd'hui la technologie dominante pour la réalisation de détecteurs thermiques infrarouges non refroidis. Ces détecteurs sont couramment utilisés dans les domaines de la thermographie et de la surveillance. Il est néanmoins attendu, pour les prochaines années, une explosion du marché des microbolomètres, avec notamment l'implantation de ces derniers dans les automobiles et la multiplication des objets connectés. Le CEA Leti Li2T, acteur reconnu dans le domaine des détecteurs thermiques infrarouges, transfère depuis plus de 20 ans les technologies successives de microbolomètres à l'industriel Lynred. Afin de rester compétitif dans ce contexte d'accroissement du marché des microbolomètres, le laboratoire travaille à des microbolomètres de rupture comportant des composants CMOS comme élément sensible. Dans cette optique, le laboratoire a engagé des études se focalisant sur des capacités en technologie silicium qui varient avec la température, avec des premiers résultats prometteurs non rapportés dans la littérature. Le sujet de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à démontrer l'intérêt de ces composants pour des applications microbolométriques. Il portera ainsi sur la modélisation analytique de ces composants et des effets physiques associés, ainsi que sur la lecture d'un tel composant dans une approche imageur microbolomètre. Une réflexion autour de l'intégration technologique sera également menée. L'étudiant bénéficiera de plusieurs lots technologiques déjà réalisés afin de caractériser expérimentalement les effets physiques et de prendre en main le sujet. L’étudiant aura à sa disposition l’ensemble des moyens de test du laboratoire (testeur paramétrique de semiconducteur, analyseur de bruit, banc optique, etc.) ainsi que les outils d’analyse pour une compréhension des phénomènes (Matlab/Python, simulations TCAD, simulations SPICE, Comsol, etc.). À l'issue de la thèse, l'étudiant sera en mesure de répondre à la question de l'intérêt de ces composants pour des applications microbolométriques.