Mesure par scattérométrie de la distance focale d'exposition des outils de photolithographie en microélectronique

Depuis la fin des années 2000 avec l’arrivée des nœuds CMOS45nm, le contrôle des dimensions critiques (CD) des structures de l’étape photo-lithographie est devenu critique pour la fiabilité des circuits imprimés. La photo-lithographie optique demeure la technique la plus économique et la plus répandue pour la production grand volume dans l’industrie du semi-conducteur. Sur ce type d’équipement, le travail des fabricants s’est concentré sur l’augmentation de l’ouverture numérique de l’objectif de l’exposition, sur la diminution des sources d’aberrations optiques et sur la métrologie pour assurer un suivi performant de leurs machines. Ces évolutions ont été possible au détriment de la profondeur de champs de l'exposition. Pour ne pas altérer les images transférées dans les résines photosensibles, et au final avoir un dispositif défaillant, il est primordial de donner une valeur la plus juste et précise possible de cette grandeur. Pour répondre aux besoins grandissants de contrôle des procédés et des outils de lithographie qu’exigent les technologies les plus avancées, les techniques de métrologie à base d’analyse de signaux réfléchis sont massivement utilisées. Même si cette méthodologie répond correctement aux technologies CMOS actuelles (CMOS14nm et antérieures), il est peu probable qu’elle puisse adresser des technologies plus avancées, c'est pourquoi d'autres techniques doivent émerger, comme les techniques à base d'analyse du signal diffracté (scatterometrie).

Etude des matériaux NMC pour accumulateurs lithium-ions par spectroscopie de photoémission à rayonnement X mous et durs expérimentale et théorique

La spectroscopie par photoémission (par rayons X, XPS, ou dans l'ultraviolet, UPS) est le reflet direct de la structure électronique des matériaux, qui est au coeur des processus redox en jeu dans les batteries à l’échelle atomique. Elle est cependant limitée par l'extrême sensibilité à la surface du matériau, avec une longueur typique de parcours du photoélectron de quelques nanomètres aux énergies usuellement accessibles en laboratoire. De plus, l’interprétation des spectres nécessite d’être capable de modéliser cette structure électronique avec précision, ce qui est particulièrement délicat dans le cas des matériaux de cathode qui contiennent des métaux de transition et sont utilisés dans une large plage de composition en Lithium. En effet, la structure électronique de ces matériaux présente des effets de corrélations électroniques dont le caractère dépend notamment du remplissage des orbitales « d ».
Dans cette thèse, nous proposons de lever ces limitations et de les utiliser à notre avantage pour explorer la structure électronique de surface comprenant l’interphase électrolyte solide (SEI), et celle du coeur de la particule active de cathode à base d’oxydes lamellaires Li(Ni1-x-yMnxCoy)O2 (NMC). .
Pour ce faire, nous tirerons avantage des apports de la spectroscopie de photoélectron à haute énergies de rayon X (HAXPES), installé à la PlateForme NanoCaractérisation (PFNC), et permettra de sonder les matériaux jusqu'à une vingtaine de nanomètres. La comparaison entre les spectres XPS et HAXPES, durant le fonctionnement des batteries (operando) et sur la même zone, permettra de découpler les spectres de surface et de coeur pour différentes compositions chimiques et à différents stades du cycle de vie de la batterie. L'interprétation des spectres de photoémission sera faite par comparaison directe avec des calculs ab initio combinant la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec la théorie du champ moyen dynamique (DMFT). Ce couplage permettra à la fois d'aller au-delà des techniques usuelles basées sur des modèles de cluster, qui ne prennent pas en compte l'écrantage métallique, et de valider la qualité des prédictions théoriques sur les effets de corrélations électroniques (masse effective, potentiel transfert de poids spectral vers les bandes de Hubbard).
La thèse comportera une partie de développement instrumental (en particulier, calibration des surfaces efficaces sur des systèmes modèles) et théorique (prédiction des spectres de photoémission de coeur sur la base de calculs DFT+DMFT), puis s'attachera à comparer la performance et le vieillissement de différents matériaux de cathode (NMC de différentes compositions) en combinaison avec des électrolytes liquides et solides et une anode Li métal.
Le candidat sera accueilli dans les laboratoires L2N du DTNM et LMP du DEHT pour mener ses travaux.

Capteurs MEMS en régime chaotique pour amplification de la résolution

L'amélioration de la résolution des capteurs MEMS s'obtient toujours par une augmentation du cout du composant (surface) ou de son électronique (complexité et conso). Au vu des enjeux actuels de sobriété énergétique, il est essentiel d'explorer de nouvelles voies disruptives permettant de réduire les impacts liés à la haute performance des capteurs.
Le chaos est un phénomène déterministe exponentiellement sensible aux faibles variations. Peu étudié jusqu’à récemment, il peut s’implémenter de façon simple dans la dynamique des capteurs MEMS, afin d'amplifier les faibles signaux et d'augmenter la résolution. Il s’agit in fine d’une méthode de "in-sensor computing", permettant de s’affranchir d’une partie de l’électronique de mesure.
L’objectif de la thèse sera de créer le premier démonstrateur MEMS de "in-sensor computing" en régime chaotique. Pour ce faire, nous proposons d’étudier, par un travail approfondi de caractérisation/modélisation, ce nouveau régime de fonctionnement des capteurs MEMS déjà disponibles au DCOS/LICA (poutres M&NEMS et MUT). Ces premiers pas dans la compréhension du lien entre mesurande et réponse d'un MEMS en régime chaotique permettront de se projeter ensuite sur d’autres applications, notamment dans le domaine de la cryptographie.

Caractérisation électrique et fiabilité de transistors FDSOI de nouvelle génération

La situation de Covid 19 et la crise de la chaîne d'approvisionnement qui a suivi ont révélé au monde à quel
point les semi-conducteurs étaient essentiels pour un large éventail d'applications. Les politiciens et les
citoyens ont pris conscience que les secteurs de l'industrie et de la recherche du semi-conducteur étaient
stratégiques. En France, le gouvernement a chargé le CEA Leti de développer des technologies plus
économes en énergie comme la prochaine génération de dispositifs FDSOI (Fully Depleted Silicon On
Insulator).
Pour atteindre les performances visées de cette nouvelle génération de transistors, plusieurs améliorations
technologiques originales sont étudiées, comme l'utilisation d'une contrainte dans le canal et d'une épaisseur
réduite pour le film de Si et pour l'oxyde. L'impact de certains de ces nouveaux procédés sur les
performances et la fiabilité du dispositif sont encore inconnus et doivent être soigneusement évalué.
Dans ce contexte, le but de la thèse sera de caractériser électriquement les empilements de grille HK/MG de
cette nouvelle génération de transistors FDSOI pour en évaluer leur performance et leur fiabilité à long terme.
Un travail de modélisation des effets physiques observé sera aussi demandé. Un grand nombre de variantes
technologiques seront comparées afin de déterminer le meilleur compromis entre performance du dispositif et
sa fiabilité

Caractérisation de l’efficacité de greffage de protéines antigènes à des pseudo-capsides virales pour le développement de vaccins

Parmi les vecteurs utilisées pour développer des vaccins, les particules apparentées à des virus (VLP) sont particulièrement intéressantes pour le transfert d'antigènes (Ag). En effet, les VLP s'auto-assemblent en motifs moléculaires associés à des pathogènes, qui déclenchent de vigoureuse réponses immunitaires, évitant ainsi d’avoir recours à des adjuvants. Dans le cadre d’un projet ANR en partenariat avec l’Institut de Biologie Cellulaire Intégrative de Gif sur Yvette et l’Institut Gustave Roussy de Villejuif, nous nous intéressons à la caractérisation structurale de vaccins basés sur des pseudo-capsides de bactériophages T5 (T5-CLP).
Au cours de leur développement, divers indicateurs de qualité doivent être évalués de manière fiable pour orienter la conception du vaccin, contrôler sa production, et vérifier sa sécurité et sa stabilité. Plusieurs attributs affectant la pureté, l'efficacité et la sécurité des T5-CLP ont été identifiés. Parmi eux, la quantité d’Ag greffée est considérée comme critique car elle est déterminante de l’efficacité du vaccin. Dans le cadre de ce travail de thèse, nous proposons de développer le potentiel des technologies de nano-caractérisation pour valider la charge antigénique de ces particules vaccinales de manière rapide et fiable. Pour cela, nous nous appuierons sur des approches conventionnelles telles que la protéomique ou la microscopie électronique, et sur une sélection de technologies avancées de nano-caractérisation dont la spectrométrie de masse à base de nanorésonateurs.

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