Développement de microcalorimètres magnétiques ultra haute résolution pour l’analyse isotopique d’actinides par spectrométrie de photons X et gamma

Le sujet de thèse porte sur le développement de microcalorimètres magnétiques (CMM) ultra haute résolution pour améliorer l’analyse isotopique d’actinides (uranium, plutonium) par spectrométrie X et gamma autour de 100 keV. Cette analyse, essentielle dans le cycle du combustible nucléaire et la lutte contre la prolifération, repose traditionnellement sur des détecteurs HPGe, dont la résolution limite la précision. Pour surmonter ces limites, le projet vise à utiliser des détecteurs cryogéniques de type CMM fonctionnant à des températures inférieures à 100 mK et capables d’atteindre une résolution énergétique dix fois meilleure que celle des HPGe. Les détecteurs CMM seront microfabriqués au CNRS/C2N avec des composants supraconducteurs et paramagnétiques, puis testés au LNHB. Une fois étalonnés, ils serviront à mesurer avec précision les spectres de photons des actinides afin de déterminer avec précision les paramètres fondamentaux atomiques et nucléaires des isotopes étudiés. Les résultats obtenus enrichiront les bases de données nucléaires et atomiques utilisées dans les codes de déconvolution permettant une analyse isotopique d'actinides plus fiable et précise.

Etude in situ de l’impact du champ électrique sur les propriétés des matériaux chalcogénures

Les matériaux chalcogénures (PCM, OTS, NL, TE, FESO …) sont à la base des concepts les plus innovants en micro—électronique allant des mémoires PCM aux nouveaux dispositifs neuromorphiques et spinorbitroniques (FESO, SOT-RAM, etc …). Une partie de leur fonctionnement repose sur une physique hors-équilibre induite par l’excitation électronique résultant de l’application d’un champ électrique intense. La thèse vise à mesurer expérimentalement sur des couches minces de chalcogénures les effets induits par le champ électrique intense sur la structure atomique et les propriétés électroniques du matériau avec une résolution temporelle femtoseconde (fs). Les conditions « in-operando » des dispositifs seront reproduites en utilisant une impulsion THz fs permettant de générer des champs électriques de l'ordre de quelques MV/cm. Les modifications induites seront alors sondées via différents méthodes de diagnostique in situ (spectroscopie optique ou diffraction x et/ou ARPES). Les résultats seront comparés à des simulations ab initio suivant une méthode à l’état de l’art développée avec l’Université de Liège. Au final la possibilité de prévoir la réponse des différents alliages chalcogénures aux échelles de temps fs sous champ extrême permettra d’optimiser la composition et les performances des matériaux (effet de switch e-, électromigration des espèces sous champ, etc …) tout en apportant une compréhension des mécanismes fondamentaux sous-jacents liant excitation électronique, évolution des propriétés sous champ et structure atomique de ces alliages.

Caractérisation électrique et matériau approfondie d'espaceurs à faible constante diélectrique

Dans le cadre de l'European Chip Act, le CEA-Leti s'engage à façonner l'avenir de l'électronique en développant une nouvelle génération de transistors grâce à l'architecture FDSOI. Nous recherchons un(e) thésard(e) motivé(e) pour nous aider à relever des défis passionnants liés aux performances avancées de ces transistors. Vous aurez l'opportunité de participer à un projet de pointe axé sur le développement de matériaux innovants, avec l'ambition de créer une technologie de premier plan en matière d'efficacité énergétique.
Alors que nous repoussons les limites des transistors planaires à 10 nm et 7 nm, nous faisons face à d'importants défis physiques, en particulier la réduction des éléments parasites tels que la capacitance et la résistance d'accès, qui sont essentiels pour minimiser les pertes d'énergie et optimiser les performances. Le matériau isolant utilisé pour les espaceurs jouent ici un rôle clé sur ces performances et de nombreux candidats ont été proposés pour remplacer les solutions conventionnelles avec de plus faibles permittivités (SiN, SiCO, SiCON, SiCBN). Néanmoins leur intégration introduit également des défauts inhérents entrainant la capture de charges ou la présence d'états d'interface indésirables qui nuisent à la performance finale des transistors.
L'objectif de cette thèse est de mener une enquête approfondie et une caractérisation électrique (CV, IV, BTI, HCI, etc.) du matériaux d’espaceur (interface, volume), en fournissant une analyse détaillée des performances du transistor et de ses mécanismes sous-jacents. Une caractérisation innovante par mesure de stress CV ultra-rapide sur des échantillons diélectriques sera également réalisée et la corrélation entre la performance de piégeage et les paramètres de dépôt utilisés dans leur fabrication sera établie. De plus, le candidat collaborera étroitement avec des experts pour contribuer au développement du dépôt couches minces et à la caractérisation de nouveaux matériaux par analyse de surface et caractérisation des films minces (ellipsométrie, FTIR, XRR, XPS, etc.).
Tout au long de la thèse, vous acquerrez un large éventail de connaissances, couvrant les matériaux et processus de la microélectronique, la conception intégrée analogique, tout en relevant le défi unique de la technologie FDSOI avancée à 7-10 nm. Vous collaborerez avec des équipes pluridisciplinaires pour développer une compréhension approfondie des dispositifs FDSOI et analyserez les mesures existantes. Vous ferez également partie d'un laboratoire multidisciplinaire, travaillant aux côtés d'une équipe composée de plusieurs chercheurs permanents, explorant un large éventail d'applications de recherche.
Ce thèse offre l'opportunité unique de participer à un des projet phare et ambitieux du CEA-LETI. Si vous êtes curieux et avide de relever des défis, cette opportunité est faite pour vous !

Physique des interfaces AlBN/Ga2O3 et AlBN/GaN pour l'électronique de puissance

L’aviation commerciale est responsable pour 2,5% des émissions mondiales de CO2 (1bT). Une vraie perspective propre à long-terme pour éliminer une partie significative des émissions de CO2 devra être électrique. Une solution viable pourrait être l’avion hybride dans lequel les turbines à gaz seraient utilisés pour le décollage et l’atterrissage tandis que la croisière en vol serait alimentée électriquement. Une telle solution requiert des composants à haute tension. La recherche fondamentale est nécessaire pour optimiser des matériaux à intégrer dans les composants électroniques capables à supporter de telles puissances.

L’idée originale du projet Ferro4Power est d’étendre la gamme d’applications de dispositifs à base de Ga2O3 et GaN en introduisant une couche ferroélectrique d’AlBN à haute tension de claquage, compatible avec une électronique de puissance, dans l’empilement des dispositifs. La polarisation du ferroélectrique crée un champ électrique qui va moduler les bandes de conduction et de valence du Ga2O3 et GaN et ainsi les caractéristiques des dispositifs tels que les diodes de Schottky, des transistors en déplétion et des HEMTs à haute fréquence. Notre hypothèse est de contrôler les bandes électroniques de Ga2O3 et de GaN par la couche adjacente de AlBN.

Nous explorerons la chimie et la structure électronique de interfaces AlBN/Ga2O3 et AlBN/GaN, ciblant les phénomènes clés d’écrantage de la polarisation, piégeage/dépiégeage de charge et les champs internes. Le projet emploiera des techniques avancées de la spectroscopie de photoélectrons telles que la photoémission à rayons X durs stimulée par le rayonnement synchrotron, la microscopie d’électrons en photoémission et de l’analyse structurelle complémentaire comme la microscopie électronique à haute résolution, la diffraction des rayons X et la microscopie en champ proche.

Les résultats devraient intéresser aussi bien des physiciens étudiant des aspects fondamentaux de la fonctionnalité des hétérostructures artificielles que des ingénieurs travaillant dans les applications R et D de l’électronique de puissance.

Vers un contact de base haute performance pour le transistor HBT InP pour l’application 6G

Rejoignez le CEA LETI pour un voyage technologique passionnant ! Plongez dans le monde des transistors à base de III V
intégrés sur des circuits CMOS compatibles pour les communications 6 G du futur. Cette thèse offre l'opportunité de travailler sur un projet ambitieux,si vous êtes curieux, innovant et avide de défis, cette opportunité est parfaite pour vous !

Alors que la consommation de contenu numérique continue de croître, les systèmes de communication 6 G devront trouver plus de capacité pour supporter l'augmentation du trafic. Les nouveaux systèmes basés sur des fréquences inférieures à THZ offrent une énorme possibilité d'augmenter le débit de données, mais ils sont très difficiles à construire et à mettre au point. La construction et la maturation de l'amplificateur de puissance nécessaire à la transmission d'un signal constituent un défi de taille.

L'amplificateur de puissance nécessaire pour transmettre un signal devra offrir une puissance et une efficacité énergétique suffisantes, ce qui n'est pas possible avec la technologie actuelle sur silicium. Les HBT (transistors bipolaires à hétérojonction) à base d'InP développés sur des plateformes silicium ont l'avantage de pouvoir être utilisés dans les systèmes à base de silicium sur ded substrats silicium de grande taille ont le potentiel de répondre aux exigences et d'être intégrés aussi près que possible de la technologie CMOS afin de minimiser les pertes de système/interconnexion.

Les semi-conducteurs à base de Sb pour les transistors HBT GaAsSb apparaissent comme des matériaux très prometteurs,
pour ses propriétés électriques afin d'intégrer la couche de base du transistor Il est donc nécessaire de produire des contacts électriques de haute performance sur ce type de semi-conducteur, tout en restant compatible avec la fabrication de la couche de base du transistor, tout en restant compatible avec les processus de fabrication des plates-formes technologiques Si Fab et les plates-formes technologiques Si Fab

Cette thèse vous permettra d'acquérir un large éventail de connaissances, de bénéficier de l'environnement technologique riche de la salle blanche de 300 et 200 mm et de la caractérisation nanométrique. Vous collaborerez avec des équipes pluridisciplinaires pour développer une compréhension approfondie des contacts ohmiques et analyser les mesures effectuées.
Plusieurs aspects du couple métal-semi-conducteur, Ni ou Ti sur p GaAs), ou Ni ou Ti p GaAsSb seront étudiés:

-Identifier les solutions humides et plasma permettant l'élimination de l'oxyde natif GaAsSb sans endommager la surface.

-Caractériser le niveau de dopage de l'épitaxie GaAs et GaAsSb (effet Hall, SIMS, TEM).
-Comprendre la séquence de phases pendant le recuit entre le semi-conducteur et le métal avec XRD et Tof SIMS.
Gérer la formation des alliages intermétalliques pour ne pas détériorer l'interface de contact (observations TEM).
-Évaluer les propriétés électriques du contact à l'aide de structures TLM, de la résistivité spécifique du contact, la résistance de couche du semi-conducteur et de la longueur de transfert. L'étudiant sera une force motrice pour effectuer des tests électriques sur les équipements de mesure.

Réseaux de neurones bayésiens avec transistors à effet de champ à mémoire ferroélectrique (FeMFETs)

De plus en plus de systèmes critiques pour la sécurité reposent sur des fonctions d’intelligence artificielle (IA) qui exigent des capacités de calcul robustes et économe en énergie, souvent dans des environnements marqués par une rareté des données et une forte incertitude. Cependant, les approches traditionnelles de l’IA peinent à quantifier la confiance associée à leurs prédictions, ce qui les rend vulnérables à des décisions peu fiables, voire dangereuses.
Cette thèse s’inscrit dans le domaine émergent de l’électronique bayésienne, qui exploite l’aléa intrinsèque de nanodispositifs innovants pour effectuer des calculs bayésiens directement au niveau du matériel. En encodant les distributions de probabilité au sein même du hardware, ces dispositifs permettent une estimation naturelle de l’incertitude, tout en réduisant la complexité computationnelle par rapport aux architectures déterministes classiques.
Des travaux antérieurs ont déjà démontré le potentiel des memristors pour l’inférence bayésienne. Cependant, leur endurance limitée et leur consommation énergétique élevée lors de la programmation représentent des obstacles majeurs à l’apprentissage embarqué sur puce.
Dans cette thèse, il est proposé d’exploiter des composants mémoires emergents ferroelectric memory field-effect transistors (FeMFETs) pour l’implémentation de réseau de neurones bayésiens.

Transistor à effet de champ à canal oxyde semi-conducteur: fonctions synaptiques multi-niveaux et neurones analogiques

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.

Solutions de refroidissement innovantes pour les systèmes électroniques 2.5D et 3D

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.

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.