Les références de temps sont des fonctions critiques pour les systèmes électroniques. Elles permettent en effet la synchronisation des signaux, que ce soit à l'échelle d'une puce ou lors de transfert de données sans fil. Ces références de temps sont basées sur des oscillateurs délivrant une fréquence la plus stable possible. La référence en la matière restent les résonateurs à quartz, qui sont néanmoins volumineux et ne peuvent donc pas être intégrés dans une puce. La recherche cherche donc à l'heure actuelle toujours à miniaturiser des résonateurs capables de fournir des coefficients de qualité élevés (> 10,000), idéalement à des fréquences de plusieurs GHz. Une des contraintes est d'être capable de confiner les vibrations dans des structures microniques afin de les rendre insensibles aux perturbations extérieures. Récemment est apparu le domaine de l'acoustique topologique, qui a permis de démontrer que des ondes élastiques pouvaient être confinées dans de très petits volumes, à l'interface entre des structures périodiques, et que des coefficients de qualité très élevés ont pu être atteints.

Cette thèse porte sur l'exploitation de modes ainsi protégés topologiquement dans des microstructures piézoélectriques, en vue de démontrer de nouveaux types de résonateurs possédant des coefficients de qualité élevés, pouvant trouver des applications aussi bien dans des oscillateurs que dans des systèmes de capteurs ou dans des circuits de filtres. Le candidat pourra tirer parti du savoir faire du CEA Leti dans la conception et la fabrication de résonateurs piézoélectriques. La thèse s'inscrit dans le contexte d'une collaboration internationale avec des laboratoires académiques renommés dans le sujet (Politecnico di Milano, Imperial College, Institut FEMTO-ST), ainsi qu'avec des partenaires industriels.

Le candidat s'intéressera à la modélisation et à la conception de structures dans lesquelles des modes isolés topologiquement peuvent exister, en combinant des modélisations par éléments finis et des modèles numériques approchés, mais plus simples à exploiter systématiquement. Il sera en charge de fabriquer des démonstrateurs, en lien avec les plateformes technologiques du CEA-Leti et des équipes dédiés à l'intégration et à la fabrication. Enfin, il assurera le test et l'évaluation des objets réalisés.

Les commutateurs à base de matériaux à changement de phase (Phase Change Material, PCM) démontrent d'excellente performances RF (FOM <10fs) et peuvent être cointégrés dans le BEOL des filières CMOS. Leur fiabilité reste cependant très peu étudiée aujourd'hui. Des modes de défaillances tels qu'une rupture du heater, la ségrégation ou l'apparition de cavités dans le matériau sont montrés lors de tests d'endurance, mais les mécanismes d'apparition de ces défaillances ne sont pas discutés. L'objectif de cette thèse sera donc d'étudier les modes et les mécanismes de défaillances pour différentes conditions opératoires (endurance, maintien, puissance). L'analyse se fera au travers de caractérisations électriques et physiques et des méthodes de vieillissement accéléré seront mise en œuvre.

Cette thèse vise à développer et optimiser des technologies de dispositifs semi-conducteurs avancés pour applications radiofréquences, en s’appuyant sur la filière FD-SOI et en explorant les architectures tridimensionnelles émergentes telles que les transistors GAA et CFET. L’objectif scientifique principal est d’améliorer les performances RF essentielles — telles que fT, fmax, la linéarité ou le bruit — par une co-optimisation conjointe des matériaux, des procédés technologiques et de la conception des dispositifs.

Le projet s’appuiera sur une approche intégrée combinant développement expérimental, analyses structurales, caractérisations électriques et simulations TCAD avancées. Cette méthodologie permettra d’identifier les mécanismes limitants propres à chaque type d’intégration, de quantifier leur potentiel respectif et d’établir un lien direct entre les choix matériaux/processus et les performances RF mesurées. Une attention particulière sera portée à l’ingénierie fine des architectures de transistors, incluant notamment l’optimisation des spacers, des matériaux de grille, du positionnement des jonctions ainsi que des facettes épitaxiées source/drain. La co-conception procédé/dispositif visera à réduire les résistances d’accès, les capacités parasites et les effets de non-linéarité susceptibles de dégrader les performances haute fréquence.

À travers une modélisation comparative des filières planaires FD-SOI et des intégrations tridimensionnelles GAA/CFET, la thèse cherchera à dégager des orientations technologiques pertinentes pour les futures générations de transistors RF. Situé à l’interface entre science des matériaux, physique des dispositifs et ingénierie de fabrication, ce travail ambitionne de fournir des recommandations pour le développement de technologies RF haute efficacité destinées aux communications 5G/6G, aux radars automobiles et aux systèmes IoT basse consommation.