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Nos Thèses par thème

Défis technologiques >> Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique
19 proposition(s).

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Etude et Intégration de Transistor GaN Cascode Monolithique

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Niveau M2 avec spécialisation en physique et procédés de fabrication des composants de la microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0326

julien.buckley@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le LETI transfère actuellement une technologie de dispositifs de puissance AlGaN/GaN épitaxiés sur substrats Silicium 200mm avec un industriel reconnu dans le domaine du développement des composants de puissance (Silicium, SiC, ?). Les transistors de puissance à base de GaN peuvent avoir un fonctionnement de type normalement ouvert (dit à enrichissement) ou normalement fermé (dit à déplétion). Pour des raisons de sécurité il est souvent préféré d'employer des composants à enrichissement. Il existe trois principales méthodes pour obtenir ce type de dispositif : la réalisation d'une grille en GaN dopé type p, d'un canal de conduction inclus dans un empilement de type MOS (métal oxyde semi-conducteur) ou d'une architecture dite cascode (par assemblage d'un composant à enrichissement avec un composant à déplétion). L'architecture cascode pour les transistors à base de GaN connaît actuellement un grand succès de par la possibilité de piloter le dispositif avec des stratégies similaires aux dispositifs plus connus en silicium et du fait de son bon niveau fiabilité. Le travail de thèse consistera à mener une étude visant à dimensionner le composant, identifier les étapes technologiques (épitaxie, dépôt, lithographie, implantation?) nécessaires à sa fabrication puis à suivre et coordonner les actions nécessaires à sa réalisation en salle blanche. Une analyse et une interprétation des mesures électriques obtenues sera à mener en s'appuyant sur des simulations par éléments finis (TCAD avec outils Synopsys).

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Procédés lithographiques de structuration 3D haute résolution (submicronique)

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 / école d'ingénieur, matériaux ou nanotechnologie

01-09-2021

SL-DRT-21-0409

jerome.reche@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le CEA-LETI (Laboratoire d'Electronique et des Technologie de l'Information) est depuis 1960 moteur de l'innovation française et les nouvelles technologies. Ses diverses entités sont des liens entre la recherche fondamentale et l'industrie. L'une d'entre-elles, le DPFT (Département Plateforme Technologique) concentre les moyens de réalisations, de mesures et l'environnement associé permettant la mise au point et la maturation de nouveaux procédés pour la fabrication de l'électronique de demain. L'utilisation de structures 3D, a contrario de structures dans le plan, est l'une des clefs des futures avancées. Les structures 3D répliquées, telles que les lentilles, notamment pour les applications dans le domaine de la photonique, ont actuellement une échelle micrométrique tandis que les nouveaux besoins visent des dimensions sub-micrométriques. La technologie de réplication par nano-impression haute résolution permettrait de répondre à ce challenge dimensionnel avec un rendement amélioré (temps et coûts réduits). En effet, la technique de nano-impression de répliquer des structure 3D permet en une seule étape technologique et ce dans un matériau dit fonctionnel, c'est-à-dire celui utile à l'application et non un intermédiaire nécessitant d'autres procédés. La thèse a pour but ultime la réalisation de structures 3D à une échelle sub-micrométrique (100 nm à 1µm), ainsi que leur réplication. Ceci impliquant tout d'abord la création de telles structures à l'aide de technologies connues (mais lentes) telles que la lithographie par faisceau d'électrons, associée aux techniques de transfert dans des matériaux durs. La caractérisation de ces structures à chaque étape, afin de connaitre leur forme exacte, constituera un point clé. Dans un second temps, le candidat pourra répliquer ces motifs avec les équipements de nano-impression du laboratoire ainsi que les divers matériaux et procédés déjà développés. Les structures répliquées seront-elles aussi finement caractérisées. Selon les modifications morphologiques, la défectivité ou encore l'uniformité observées, le candidat devra mettre en ?uvre une analyse fine afin de comprendre les mécanismes mis en jeu, potentiellement associée à un plan d'expérience. L'utilisation de modélisation pour adapter et optimiser le procédé selon les structures de départ pour obtenir la réplication attendue constituera un autre axe de travail. Le contrat de thèse se déroulera sur 3 ans avec une rémunération brut mensuel de 2043,54? lors de la 1er et 2nd années puis de 2104,62? pour la 3ème année. A terme, les compétences développées par le doctorant devraient lui permettre de travailler dans de nombreux secteurs de hautes technologiques tels que la nano et microélectronique, la chimie des matériaux ou plus généralement le traitement de données.

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Interconnexion de composants électroniques ultra-minces dans un flex étirable pour application médicale

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Packaging et 3D

Ingénieur matériau, Microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0466

jcsouriau@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les développements des systèmes flexibles intégrant des composants silicium ultraminces et capteurs offrent de nouvelles perspectives d'application au monde médical. En effet, il est possible de fonctionnaliser des « patchs » portés par la personne et permettre ainsi le suivi de paramètres vitaux et/ou physiologiques comme la fréquence cardiaque, la pression artérielle, l'oxygénation du sang, la température corporelle etc... Un enjeu important est la robustesse de ces systèmes aux sollicitations mécaniques. Selon l'emplacement sur le corps humain, le « patch » devra supporter des étirements plus ou moins importants. Les interconnections électriques dans le flex avec les composants silicium qui eux sont non étirables seront alors fortement sollicitées. Le CEA-LETI a récemment développé un procédé générique sur « wafer » de fabrication de vignettes flexibles comportant des composants silicium amincis en dessous de 50µm. Toutefois, le matériau flexible choisi n'était pas étirable. Dans le cadre de cette thèse de nouveaux matériaux étirables, robustes et compatibles avec une intégration « wafer level » devront être identifiés. Un des objectifs sera aussi le développement d'une interconnexion étirable à base d'un élastomère biocompatible. Cette interconnexion devra être conductrice de manière localisée et suffisamment adhérente pour supporter le procédé de fabrication du patch et le maintien des puces tout au long de son utilisation. Le thésard s'appuiera sur les développements du CEA-Liten sur une interconnexion s'inspirant de la structure des pattes du gecko. Enfin, dans une optique de réutilisation des composants à haute valeur ajoutés et d'une amélioration de la recyclabilité du patch cette interconnexion devra également être repositionnable et réutilisable.

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Développement de procédés de gravure avancés pour la réalisation de nouvelles grilles CMOS

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

01-10-2021

SL-DRT-21-0472

aurelien.sarrazin@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Avec l'émergence des technologies quantiques, l'architecture des dispositifs telles que la zone active et la grille du transistor est considérablement modifiée. Ces nouvelles structures imbriquées imposent un contrôle de la gravure toujours plus important pour répondre aux enjeux des nouveaux dispositifs. Ainsi de nouveaux challenges vont devoir être relevés pour conserver des dimensions de motifs inférieures à 20 nm mais également à augmenter la sélectivité de gravure entre les matériaux. Pour cela, nous proposons d'avoir recours à des techniques de gravures dites par couche atomique (ALE en anglais). Grâce à ces techniques, nous devrons être capables d'augmenter la sélectivité et favoriser la conservation des motifs en dissociant les étapes dites de polymérisation et celles de gravure. La caractérisation et la compréhension des mécanismes seront la clé de l'évolution des travaux. Ainsi, vous aurez à votre disposition un réacteur plasma de dernière génération pour la gravure de ces dispositifs et profiterez des nombreux moyens de caractérisations des plateformes du LETI. Ces études rentreront dans le cadre du développement des projets autour du quantique sur lequel le LETI s'engage pour les prochaines années. L'enjeu et les moyens à disposition permettront des conditions favorables à ces travaux de thèse et devraient favoriser sa valorisation.

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Développement de pixels sensible à la polarisation

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie sur Silicium

Formation solide en physique, fort intérêt pour la nanophotonique, la science des matériaux, la simulation numérique et les études expérimentales

01-10-2021

SL-DRT-21-0588

quentin.abadie@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Pour certains marchés de production de masse (automobile, contrôle industriel, cartographie de profondeur etc?), des pixels sensibles à la polarisation pourraient être utiles. Le doctorat abordera ce domaine et pèsera les avantages et les inconvénients des solutions actuelles. Se différenciant des capteurs de polarisation actuellement sur le marché, qui intègrent des grilles métalliques sur les pixels, le projet de thèse vise à explorer de nouveaux designs et process de micro/nano-optiques intégrées pour améliorer les performances.

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Prise en compte de l'impact environnemental durant la conception des systèmes numériques

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

01-09-2021

SL-DRT-21-0630

adrian.evans@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Aujourd'hui, les émissions de gaz à effet de serre produites par le numérique sont comparables à celles du secteur de l'aviation et malheureusement elles suivent une croissance exponentielle. Cette thèse vise de réaliser une analyse de l'impact environnemental associées aux phases de conception et utilisation des gros circuits intégrés numériques. Suite à cette analyse, l'objectif est de fournir des nouveaux outils aux concepteurs, leur permettant d'estimer et ensuite réduire ces impacts. Pendant la phase de conception, une réduction des ressources de calcul est visée, mais le levier le plus important reste la baisse de l'empreinte énergétique du circuit pendant sa phase d'utilisation. Cela nécessite une analyse globale du système, y compris le coût des tâches délocalisées sur le cloud. En tant que leader sur la conception de système numérique intelligents, le département de conception vise via cette thèse à développer un de flot de conception sobre qui pourra ensuite être transféré vers l'industrie. Le travail de thèse s'appuiera sur la plateforme de conception de circuit et système numérique du département, avec comme exemples la conception de système de calcul haute performance, et avec la définition et l'amélioration de techniques d'optimisations.

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Construction de jumeaux numériques des interfaces contraintes MoS2, III-N et SiC à partir de données expérimentales

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Physique des matériaux, physique du solide, simulation, modélisation

01-10-2021

SL-DRT-21-0699

cyril.guedj@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Cette thèse transverse consiste à développer une suite d'outils de modélisation prédictifs à l'échelle atomique permettant d'analyser des interfaces dépôt / substrat en lien avec des mesures STM ou STEM. Ces outils numériques permettront de décrire le comportement des atomes aux interfaces afin de répondre aux besoins applicatifs. Pour ce faire, une approche mêlant la vitesse des champs de forces adaptatifs (machine learning force fields) et la précision des calculs ab initio (par DFT) sera mise en place. Il est nécessaire d'utiliser plusieurs niveaux de description en fonction de la physique que l'on souhaite reproduire : des méthodes ab initio pour les effets électroniques à l'interface et des potentiels empiriques pour décrire l'élasticité à longue portée. Leur couplage permettra une modélisation atomistique rapide ou plus poussée de systèmes réels. Deux types de croissances sont envisagées pour développer la méthodologie qui se veut générale : une croissance directe sur MoS2 ou « à distance » (remote epitaxy) sur SiC. L'utilisation d'une nouvelle méthode brevetée d'extraction des positions atomiques à partir de résultats expérimentaux permet d'atteindre des résolutions spatiales améliorées par rapport à l'état de l'art, et constitue un atout majeur dans la vérification et la validation expérimentale du couplage entre DFT et potentiels. Au final, les jumeaux numériques des matériaux et interfaces devront être suffisamment prédictifs pour permettre la mise en oeuvre d'expérimentations numériques réalistes, précises et rapides pour optimiser la technologie avec la plus grande confiance.

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Etude des mécanismes de transfert de structures 3D pour application optoéléctroniques

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

microélectronique, sciences des matériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0702

aurelien.tavernier@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Les dispositifs opto-électroniques tels que les capteurs d'image à base de CMOS (aussi appelés imageurs) nécessitent la fabrication de structures 3D, des microlentilles convexes, afin de faire converger les photons vers les diodes photosensibles qui constituent les pixels. Ces éléments optiques sont indispensables pour le fonctionnement des dispositifs imageurs et leur forme ainsi que leur dimension sont critiques pour les performances. On réalise actuellement ces structures 3D dans la salle blanche du Leti via des étapes successives de photolithographie, fluage de la résine photosensible suivi du transfert par gravure plasma dans la couche optiquement fonctionnelle. Le Leti est à la pointe de l'état de l'art mondial sur une méthode alternative de photolithographie, dite par niveau de gris ou Grayscale, qui permet de réaliser toute une gamme de structures 3D dans une résine photosensible. Des formes concaves, ellipsoïdales, pyramidales et asymétriques sont ainsi accessibles. Ces structures complexes pourraient être utilisées pour de nouveaux domaines applicatifs, comme la photonique et les micro-displays (AR/VR). Comme pour les microlentilles des imageurs, il est nécessaire de transférer ces forme 3D par gravure plasma dans une couche fonctionnelle adaptée. Bien que critique, le transfert de motifs 3D obtenus en photolithographie Grayscale par gravure plasma a très peu été décrit dans la littérature. Cette thématique est de ce fait innovante et a une réelle valeur ajoutée. L'objectif de cette thèse est d'étudier et de comprendre les mécanismes de gravure afin de contrôler la forme et le dimensionnel des structures transférées. Le travail à réaliser est à très forte dominante expérimentale et se déroulera principalement dans la salle blanche 300mm du LETI. Vous aurez accès à un réacteur de gravure plasma de dernière génération, ainsi qu'à de nombreux moyens de caractérisations. Cette thèse sera réalisée en collaboration avec le service photolithographie du LETI et en interaction avec ses différentes équipes, telles que la plateforme silicium et les départements applicatifs.

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Mise en place d'une méthodologie et d'un jumeau numérique pour pouvoir traiter l'eco conception de R&D et la problématique de changements d'échelles.

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Labo Support et Interface Techno

Physique Chimie Matériaux, implémentation de méthode d'analyse numérique

01-10-2021

SL-DRT-21-0721

olivier.girard@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'analyse environnementale, menée en industrie, consiste à anticiper pour chacune des phases du cycle de vie du futur produit les impacts environnementaux qui seront générés. Il s'avère que les équipes en charge du développement de nouvelles technologies ou de nouveaux procédés ont souvent tendance à échapper à cette logique d'analyse environnementale globale. Or, certains choix effectués dans ces phases amonts de développement conditionnent fortement les impacts globaux futurs. Il va s'agir ici d'identifier une approche pour rendre plus éco-efficients les procédés liés à l'élaboration des nano-composants, ces procédés pouvant impacter fortement l'environnement. Il faudra identifier, dès les phases de prototypage, les impacts de la fabrication des nouvelles technologies envisagées et se projeter sur les impacts potentiels des futures lignes de production, afin de pouvoir déployer des actions d'éco-conception. Plusieurs actions sont à mener pour évaluer les impacts environnementaux de ces technologies/procédés émergents i) structurer et capitaliser les connaissances et compétences pour réaliser et interpréter les impacts environnementaux; ii) collecter les données d'inventaires i.e. flux d'énergie et de matière utilisés dans les unités de productions qui ne sont pas encore matures ; iii) développer des connaissances sur les transferts d'impacts; iv) créer des outils pour prendre en compte les contraintes environnementales lors du changement d'échelle. En d'autres mots, à partir d'une ACV de la ligne pilote nous allons par extrapolation construire une méthodologie et un outil pour simuler les effets de changements d'échelle en production.

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Modélisation et caractérisation des effets de nano-compliance pour la croissance épitaxiale localisée de GaN sur substrats Si.

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire des Matériaux pour la photonique

master II ou 3ème année d'école d'ingénieurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0730

guy.feuillet@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Pour diminuer la densité de dislocations induites par la différence de structure cristalline entre les substrats Si et les couches de semi-conducteurs de la famille des nitrures (GaN), on a souvent recours à des méthodes de croissance épitaxiale localisée. Mais celles-ci résultent en la formation de défauts entre les cristallites issues des centres de nucléation adjacents. Nous avons développé une méthode de croissance localisée originale qui consiste à déposer les cristallites sur des nano-piliers déformables, permettant à ces cristallites de se joindre sans créer de défauts. La thèse que nous proposons se fixe comme objectif de comprendre, pour mieux les contrôler, les phénomènes mécaniques et thermo-mécaniques en jeu dans ce procédé de croissance dite de nano pendeo-épitaxie compliante. Ceci reposera sur la mise en place d'une modélisation par éléments finis de façon à prédire le comportement mécanique de ces systèmes complexes et par un ensemble de caractérisations fines à l'échelle nano des contraintes et défauts dans le matériau. La réduction attendue de la densité de défauts dans ces couches débloquera des verrous importants pour nombre d'applications qui nous intéressent associées à ces matériaux en opto et micro-électronique.

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Développement de procédés plasma en gaz pulsés pour la gravure des contacts et application aux composants logiques avancées

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Gravure

ingénieur physiien ou chimiste, spécialité procédés ou semiconducteurs

01-10-2021

SL-DRT-21-0747

francois.boulard@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Le CEA-Leti et ses partenaires travaillent activement au développement d'une technologie d'ordinateur quantique sur Si qui soit compatible industriellement. Celle-ci requiert une maitrise subnanométrique des procédés de réalisation. Parmi ceux-ci, la gravure des contacts présente de nombreux défis, tant en terme de sélectivité de l'arrêt de gravure que de contrôle des dimensions latérales. Pour y répondre, l'utilisation de procédés plasma en gaz pulsés, alternant le dépôt d'espèces réactives et leurs activations, permet théoriquement d'atteindre un endommagement des couches en fond de contact inférieur au nanomètre tout en maitrisant la reproductibilité des dimensions critiques. Le travail de recherche, à dominante expérimentale, se déroulera en salle blanche, sur des équipements acceptant des plaques de diamètres 300mm. Il portera sur le développement de procédés de gravure de SiO2 et Si3N4 en chimies fluoro-carbonées. Un premier temps sera consacré à la mise au point des procédés en gaz pulsés sur des paques sans motifs. L'influence de ce paramètre sur la vitesse de gravure sera évaluée par ellipsométrie et comparée aux procédés continues, maitrisés au laboratoire. Des analyses fines de la stoechiométrie de surface par spectroscopie de photoélectrons X seront menées pour éclairer les mécanismes d'interaction plasma/surface et l'influence de la stratégie de pulsation retenue. Un second temps visera à appliquer ces résultats sur des gravures de contact. Des caractérisations par microscopies électroniques à balayage et en transmission électronique chercheront à confirmer ou infirmer les mécanismes établis. En particulier, l'apport de la stratégie de pulsation sur la dépendance de la gravure au facteur d'aspect du motif et sur le pouvoir d'arrêt sur le matériau sous-jacent devra être démontré. Un volet plus exploratoire de caractérisation par mesure capacité tension des charges piégées en fond de contact sera aussi évalué. A l'issu de la thèse, l'intégration de ces nouveaux procédés sur des démonstrateurs fonctionnels visera à valider la pertinence de l'approche.

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Caractérisation des effets microstructuraux liés au smartcut du SiC

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Intégration et Transfert de Film

Sciences des materiaux

01-11-2020

SL-DRT-21-0749

christelle.navone@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'industrie automobile, et plus particulièrement le marché des véhicules électriques, requiert des composants SiC plus performants et plus robustes que leurs équivalents en Si. Cependant, les substrats SiC sont aujourd'hui encore très chers et leur approvisionnement se heurte à une dépendance vis à vis d'un monopole américain et asiatique. L'objectif de la thèse s'intègre dans la fabrication d'un substrat SiC ne comportant qu'une fine couche de SiC de très bonne qualité reportée par la technologie Smart Cut? sur un substrat moins cher et de moindre qualité, typiquement du polySiC. Elle a pour objectifs : - Approfondir la compréhension des phénomènes de surface du SiC en fonction du traitement thermique. Cette étude reposera sur des tests de recuits couplés à des analyses de surface (AFM, PEEM, Raman, XPS). Elle permettra de déterminer les mécanismes de reconstruction de la surface du SiC et le rôle de la présence du graphène. Des solutions seront proposées et évaluées afin de limiter la modification topologique de la surface en température. - Comprendre la nature des défauts SiC dus au Smart-Cut et leur impact sur les propriétés électriques et thermiques. La détermination des défauts reposera sur des analyses physico-chimiques telles que la photoluminescence, la cathodoluminescence, ?. Des analyses chimiques à base de KOH pourront être employées afin de révéler les défauts à plus large échelle.

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Fabrication d'un reseau 2D de qubits en utilisant des origamis d'ADN

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

M2 physique des materiaux, microelectronique,

01-10-2021

SL-DRT-21-0759

raluca.tiron@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Cadre et contexte: Les technologies de l'information de demain vont avoir besoin de structures de plus en plus complexes qui, dans une démarche logique de miniaturisation, combinent à la fois la haute résolution, la haute densité ainsi que le design complexe (formes arrondies, empilement 3D, etc.). Dans ce contexte et pour répondre aux futures exigences des technologies, des nouvelles techniques de nano-structuration devront être envisagées. De par son gabarit nanométrique (diamètre de 2nm), sa propension à l'auto-assemblage, sa diversité structurale et les possibilités de fonctionnalisation, l'ADN constitue une brique de choix. Il offre notamment la possibilité de réaliser des architectures en 2D et en 3D, définies au nanomètre près. Travail demandé : cette thèse a pour objectif de démontrer la faisabilité de réseaux 2D de nanostructures en utilisant un masque en ADN. Des nouveaux origamis seront réalisés en visant une résolution ultime de quelques nanomètres, une densité de motifs compatible avec des applications microélectroniques, mais aussi un control nanométrique de l'alignement, en se basant sur les propriétés d'auto-assemblage de l'ADN. La partie technologique sera focalisée sur l'implémentation de ces structures sur plaque de silicium, en utilisant des procédés compatibles avec l'environnement salle blanche du Leti, afin de réaliser un démonstrateur morphologique. Le démonstrateur final sera un réseau 2D de qbits silicium.

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Utilisation de multicouches polymère/semi-conducteur pour l'élaboration de substrats innovants

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

MASTER 2 Physico-chimie des materiaux

01-04-2021

SL-DRT-21-0761

pierre.montmeat@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Depuis une trentaine d'année, la microélectronique fait appel aux matériaux de type polymère organique pour de nombreuses applications : la photolithographie, le packaging, la micro fluidique ou bien le collage. Dans cette dernière application, les polymères organiques sont des matériaux de choix car ils peuvent être mis en forme très facilement, ce qui permet d'obtenir des films dans une large gamme d'épaisseur (De 10 nm à 100 µm). Par ailleurs, ils résistent à des températures compatibles avec certains procédés d'élaboration des transistors. Et leur bonne propriété d'isolation électrique est souvent avantageuse. Dans ce contexte, on étudiera la réalisation de multicouches polymère/silicium pour l'élaboration de substrats innovants pour la micro électronique.

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Dépôt sélectif localisé d'oxydes pour la microélectronique

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2

01-10-2021

SL-DRT-21-0781

chloe.guerin@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Dans le but de réduire les coûts de fabrication des circuits intégrés et de poursuivre leur miniaturisation, des approches reposant sur l'utilisation de procédés de dépôts sélectifs sont désormais envisagées en complément de la photolithographie. Les travaux récents sont très majoritairement liés à l'utilisation du dépôt par couches atomiques (ALD) qui est une technique très appropriée pour le développement d'un procédé sélectif en raison de sa grande sensibilité à la chimie de surface. L'ALD est une méthode de dépôt de couches minces basée sur l'adsorption autolimitée sur une surface de précurseurs en phase gazeuse et de réactions de surface entre les molécules de précurseurs et un réactif, permettant un contrôle à l'échelle atomique de l'épaisseur et de la qualité du matériau déposé. L'objectif de cette thèse concerne la mise en place d'un dépôt sélectif localisé (ASD pour Area Selective Deposition) basé sur l'utilisation d'une couche organique permettant la désactivation des réactions chimiques de surface en ALD. Cette couche organique agit comme une couches d'inhibition de l'ALD qui permet un dépôt sélectif par zone. Dans la littérature, cette approche utilise généralement des monocouches auto-assemblées (SAM) qui peuvent présenter des limitations en terme de densité et de stabilité thermique ou chimique. Dans cette thèse, on s'intéressera au développement de couches minces d'inhibition déposées par CVD dans le but de trouver une méthode polyvalente pour permettre le dépôt sélectif d'oxydes métalliques. Outre la sélectivité avec les dépôts ALD, les critères de sélection seront la stabilité thermochimique de la couche d'inhibition afin de résister aux conditions de l'ALD ainsi que la possibilité de déposer des couches épaisses d'oxydes. Au cours de cette thèse l'étudiant aura accès à plusieurs équipements de dépôts (ALD, PECVD, iCVD) ainsi qu'à une riche plateforme de nano-caractérisation (ellipsométrie, FTIR, angle de contact, AFM, XPS, Tof-SIMS). Ces analyses de surface et ces caractérisations des couches minces permettront d'identifier la meilleure approche afin d'obtenir des sélectivités les plus élevées possibles. La caractérisation fine des films organiques et inorganiques à l'échelle nanométrique sera également réalisée sur des structures patternées. On s'intéressera aussi à mettre en évidence les mécanismes à l'origine de la sélectivité ainsi que les mécanismes de génération de défauts. L'objectif final de ce projet visera à mettre en ?uvre le procédé d'ASD développé pour la réalisation d'un démonstrateur (opto)électronique.

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Intégration sur silicium de transistors III-V Térahertz (Thz) pour des applications submillimétriques

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Ingénieur/Master2 en Physique du semiconducteurs et Microélectronique

01-10-2021

SL-DRT-21-0796

herve.boutry@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'évolution des besoins en capacité de communications à haut débit (au-delà des 100Gbits/s) sans fil, que ce soit pour des applications industrielles de transfert de données numériques sans liaison filaire ou, à plus long terme, pour des applications telles que la 6G, requiert l'utilisation de circuits électroniques pouvant fonctionner à des fréquences élevées, proches du domaine des ondes térahertz. Récemment, les plages de fréquences de l'ordre de 300GHz (standard 802.15.3d), ont été ouvertes à l'industrie et nécessitent de concevoir des circuits intégrant des transistors qui présentent des fréquences de coupure de Fmax au Thz. A l'état solide, les seuls transistors connus, délivrant suffisamment de courant ou de puissance à ces fréquences sont les transistors HEMTs et HBT de la filière InP difficilement compatibles avec le Silicium, matériau préférentiel des circuits numériques et de conversion digital-analog (DAC) ou autres fonctions électroniques. Afin de profiter des meilleurs performances fréquentielles des circuits à base de semiconducteurs III-V et la fiabilité des circuits sur Si, une approche d'intégration 3D de puces III-V sur circuit Si est proposée et nécessite d'être optimiser pour limiter les pertes de transmission du signal liées aux interconnexions et lignes métalliques.

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Nouvelles topologies de circuits intégrés exploitant des composants capacitifs innovants sur silicium

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Stockage et Microsources d Energie

microélectronique, électronique, physique

01-10-2021

SL-DRT-21-0814

sami.oukassi@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'objectif de cette thèse est de d'évaluer l'intérêt des capacités hybrides sur silicium développées au LETI comme composants dans de nouvelles architectures de circuits de conversion d'énergie intégrés. Les capacités hybrides présentent une combinaison de propriétés uniques en termes de densité énergétique (stockage ionique de l'ordre de 40 mJ/mm3) et de réponse fréquentielle (stockage diélectrique démontré jusqu'à 30 GHZ), avec une réalisation technologique sur silicium en 200 mm. Il est proposé dans le cadre de ce projet de concevoir des circuits de conversion d'énergie, par exemple de type convertisseur DCDC à découpage capacitif exploitant les qualités intrinsèques de la capacité hybride développée au LETI.

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MATERIAUX D'ELECTROLYTE AVANCES PAR ALD POUR COMPOSANTS IONIQUES

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

matériaux, microélectronique, couches minces

01-09-2021

SL-DRT-21-0857

messaoud.bedjaoui@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

L'objectif principal des travaux de thèse est d'explorer la faisabilité de nouvelles couches ioniques ultraminces déposées par ALD (Atomic Layer Deposition). Ces couches trouvent un intérêt applicatif comme diélectrique haute performance pour certains composants microélectroniques comme les capacitances hautes densités ou les transistors synaptiques pour le neuromorphique. Le travail préliminaire tachera de sélectionner les couches les plus performantes en termes de conductivité ionique et de conductivité électrique réalisées par ALD (épaisseur ~20nm) par rapport à l'électrolyte solide de référence LiPON. L'un des challenges de ce travail de thèse consistera à adapter ces couches avec des structures 3D à fort aspect ratio (>200). L'autre challenge vise à réduire l'épaisseur des couches à moins de 5nm tout en préservant les propriétés électriques très avancées. Le travail de thèse comporte plusieurs aspects incluant le procédé et les précurseurs ALD, les couches intrinséques ainsi que l'intégration en dispositif 3D. Un focus particulier sera consacré à l'adaptation des moyens de caractérisation physico-chimiques, électrochimique et morphologique à ce type de couches.

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Intégration de matrices de boîtes quantiques sur silicium

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Master 2 (ou diplôme d'ingénieur) en microélectronique ou nanophysique

01-09-2021

SL-DRT-21-0883

benoit.bertrand@cea.fr

Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique (.pdf)

Dans le domaine des qubits de spin sur silicium, l'ensemble des dispositifs consistent jusqu'à présent en des arrangements linéaires de boites quantiques. Cependant, pour implémenter un protocole de correction d'erreur efficace, il est nécessaire de maximiser l'inter-connectivité entre qubits. Au niveau de l'architecture, cela se traduit par le besoin de réaliser des réseaux bidimensionnels de boites quantiques. Grenoble est actuellement reconnu comme le leader mondial sur cet aspect avec les premières démonstrations de matrices élémentaires réalisées sur GaAs à l'Institut Néel. La thèse portera sur l'extension de ces développements sur silicium et à explorer les possibilités de mise à l'échelle de telles structures. Le (la) candidat(e) travaillera à l'élaboration des routes technologiques, au design des structures et au test électrique à température ambiante et à basse température des dispositifs.

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