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Défis technologiques >> Nano-caractérisation avancée
6 proposition(s).

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Caractérisation avancée de recombinaison de porteurs sur structure HEMT AlGaN/GaN, comprehension de l'évolution des materiaux de l'épitaxie à la gravure

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Analyses de Surfaces et Interfaces

M1

01-09-2021

SL-DRT-21-0377

Lukasz.Borowik@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

La présence d'un gaz d'électrons bi-dimensionnel (2DEG) dans les hétérostructures AlGaN/GaN permet de produire des transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) qui sont naturellement normally-ON. Cependant dans le domaine de l'électronique de puissance, il est nécessaire d'utiliser des transistors à accumulation (normally-OFF). C'est pourquoi le CEA-LETI développe des transistors AlGaN/GaN MOSchannel HEMTs où l'AlGaN/GaN est gravé sous la grille pour réduire ou supprimer le 2DEG et où le canal est contrôlé par la structure MOS (métal-oxyde-semiconducteur). Cette structure permet d'obtenir des tensions de seuil positives et donc des composants normally-OFF. Cependant, la gravure de l'AlGaN/GaN peut induire des défauts dans la structure cristalline (implantation d'ions de gravure, endommagement de la maille cristalline, lacunes). Il est donc critique de pouvoir identifier ces défauts pour optimiser les procédés de fabrication et donc la performance des transistors. Le travail de thèse sera basé sur : (1) Caractérisation des matériaux par cathodo-luminescence et KPFM : préparation d'échantillons, réalisation et interprétation des mesures en termes de recombinaisons radiatives et non radiatives, étude de différents empilements produits par épitaxie et de l'impact des procédés de gravure (2) Corrélation entre KPFM et CL pour une compréhension approfondie des phénomènes électroniques autour de la grille du transistor (3) Corrélation avec les performances électriques des transistors AlGaN/GaN Les équipements de cathodoluminescence et KPFM sous illumination sont situés sur la plateforme nano-caractérisation (PFNC) du LETI. L'acquisition d'un équipement de CL résolue en temps (TRCL) est également envisagée par la PFNC, qui pourrait être utilisé pour la troisième année de thèse.

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Définition d'une nouvelle échelle de référence en énergies X et gamma inférieures à 100 keV à l'aide de calorimètres magnétiques ultra haute résolution

Département Métrologie Instrumentation et Information (LIST)

Laboratoire de Métrologie de l'Activité

Master 2 ou ingénieur en physique. Instrumentation en physique nucléaire. Intéractions rayonnement-matière

01-09-2021

SL-DRT-21-0608

matias.rodrigues@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Actuellement, de nombreuses expériences de physique fondamentale visent à mesurer précisément des transitions électromagnétiques par spectrométrie de photons X ou gamma. Elles ont pour objectif de sonder des atomes exotiques (hydrogénoïdes, pioniques ou kaoniques) pour étudier la structure du noyau et l'interaction noyau-particule ou pour tester la chromodynamique quantique (QCD) dans des conditions extrêmes. D'autres expériences visent à mesurer précisément la plus faible transition isométrique connue, émise par le Th-229m, une transition candidate pour le développement de futures horloges nucléaires. Les nouveaux détecteurs cryogéniques, permettant une très haute résolution en énergie, sont de plus en plus développés et utilisés pour ces recherches mais ils nécessitent un étalonnage en énergie extrêmement précis à partir de raies de référence. Or au-dessus de 8 keV, les incertitudes des raies X et gamma évaluées et tabulées augmentent fortement. Le but de la thèse est donc de définir une nouvelle échelle en énergie pour les photons X et gamma en dessous de 100 keV avec une incertitude relative de quelques 10^-6. Pour cela, deux dispositifs seront développés et intégreront des détecteurs cryogéniques de type calorimètre métallique magnétique (CMM). Ces détecteurs, fonctionnant autour de 20 mK, offrent des résolutions en énergie un ordre de grandeur meilleures que celles des détecteurs à semi-conducteur. Une étude approfondie de l'ensemble de la chaine de mesure devra identifier et corriger les non-linéarités et les distorsions. Par ailleurs, les CMM seront pixellisés pour accroître le taux de comptage et limiter l'incertitude statistique relative à 10^-6. Une fois caractérisés et opérationnels, les deux spectromètres cryogéniques mesureront les spectres en énergie X et gamma émis par des radionucléides judicieusement sélectionnés. Les énergies des raies métrologiquement établies seront alors des références, tant pour étalonner les spectromètres utilisés en physique fondamentale que ceux utilisés pour l'analyse de matériaux. Par ailleurs, ces énergies seront un point de référence pour valider les calculs théoriques complexes de transitions radiatives.

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Simulation ab inito pour la spectroscopie des rayons X

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Master's degree in microelectronics, solid-state physics, or related discipline.

01-10-2020

SL-DRT-21-0665

jing.li@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Le contexte: La spectroscopie de photoémission (PES) est la technique expérimentale la plus puissante pour accéder directement à la structure électronique de la matière. La spectrométrie photoélectronique X (XPS) est une technique couramment utilisée pour caractériser la composition chimique des matériaux en détectant les niveaux d'énergie des électrons de c?ur. Des mesures XPS récentes réalisées au CEA-Leti sur des alliages dopés montrent que les niveaux de c?ur sont systématiquement décalés avec la concentration de dopants et les rapports de concentrations des alliages. Cette observation suggère que les mesures XPS peuvent donner plus d'informations sur la structure atomique locale outre la composition chimique. Les spectres XPS peuvent être simulés directement par des méthodes ab initio, ce qui permet de corréler les décalages au niveau du c?ur et la structure locale. Objectifs et tâches: Cette thèse de doctorat est consacrée à l'exploration de l'origine physique du décalage des niveaux d'énergie des électrons de c?ur en utilisant des méthodes ab initio avec différents niveaux de théorie, telles que la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), les théories de perturbation à N-corps (GW) et les approches de chimie quantique (cluster-couplé, configuration-interaction, etc.). Le deuxième objectif est de développer une méthode efficace et fiable pour simuler les spectres XPS, pour interagir avec des expérimentateurs en interne au CEA-Leti. · Effectuer des calculs ab initio. · Etudier et identifier l'origine physique du décalage des niveaux d'énergie des électrons de c?ur. · Proposer et développer une méthode efficace pour simuler les spectres XPS. · Appliquer la méthode développée aux problèmes, systèmes et expériences menés au CEA-Leti dans le cadre d'une collaboration avec des expérimentateurs.

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Apprentissage profond pour la reconstruction d'images en tomographie électronique multi-modale et multi-résolution

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Microscopie Mesures et Défectivité

M2 en traitement d'images

01-09-2021

SL-DRT-21-0674

zineb.saghi@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

Les avancées récentes en instrumentation et en méthodologie de résolution de problèmes inverses ont permis à la tomographie électronique de devenir un outil de caractérisation 3D capable de répondre aux défis actuels de miniaturisation des dispositifs microélectroniques. Avec des spectromètres ultra-rapides de perte d'énergie des électrons (EELS) et des systèmes multi-détecteurs en spectroscopie de rayons X à dispersion d'énergie (EDX), il est aujourd'hui possible d'acquérir plusieurs signaux simultanément pour reconstruire en 3D la structure et la morphologie d'un objet avec une résolution sub-nanométrique, ainsi que sa composition chimique avec une résolution de quelques nanomètres. Dans le cadre d'un projet transverse de compétences, nous avons mis en place des approches parcimonieuses pour la reconstruction tomographique EELS/EDX à partir d'un nombre très limité de projections. La qualité et la résolution des reconstructions chimiques ont ainsi été améliorées, mais les volumes ont été reconstruits séparément. L'objectif de ce sujet est de développer une méthodologie basée sur l'apprentissage profond permettant de tirer profit de l'aspect multi-modal et multi-résolution de la tomographie électronique. Cette approche permettrait: 1) Un gain en temps d'exécution et rapport signal/bruit, 2) Une reconstruction simultanée des volumes issus de tous les signaux, 3) Une amélioration de la résolution des volumes chimiques par la prise en compte de l'information morphologique.

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Comprendre la structure et les propriétés des matériaux à changement de phase métavalents basés sur des composés de chalcogénure innovants pour une rupture technologique dans le domaine des mémoires à changement de phase embarquées

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Microelectronique, science des matériaux

01-10-2021

SL-DRT-21-0854

pierre.noe@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

En raison de leur miniaturisation extrême et de leur temps de commutation court (~ns), les matériaux à changement de phase (PCM) sont très prometteurs pour les nouvelles générations de mémoires non volatiles (NVM). Pour les applications embarquées à haute température (ePCM), les PCM les plus prometteurs sont les alliages à composition complexe multiphasée (alliages chalcogénures GeSbTe riche en Ge), qui soulèvent des problèmes critiques en raison de la séparation potentielle non souhaitée des phases de Ge qui se produit lors de la cristallisation. Dans ce contexte, ce projet de doctorat vise une percée avec l'étude de composés PCM innovants à très haute température (rétention des données de l'état amorphe RESET >> critères automobiles & budget thermique d'intégration) sans aucune séparation de phase parasite lors de la cristallisation. Récemment, une équipe du Leti a proposé une composition particulière de Ge-Se-Te qui est remarquablement stable (>250°C pendant 10 ans) à l'état amorphe mais qui présente également des propriétés très intéressantes à l'état cristallin qui n'avaient pas été signalées auparavant (pas de description de la structure atomique ou électronique). L'objectif de ce doctorat est de coupler des caractérisations structurelles avancées (microscopie électronique, expériences de rayons X synchrotron...) avec des simulations atomistiques modernes (AIMD/DFT) pour comprendre et maîtriser les propriétés de ces nouveaux PCMs.

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Mesures Overlay pour les technologies avancées

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Microscopie Mesures et Défectivité

BAc+5

01-09-2021

SL-DRT-21-0956

yoann.blancquaert@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

L'Overlay (OVL) est un des paramètres clef à suivre au cours de la fabrication de composants de microélectronique. Actuellement, cette grandeur est suivie par des techniques d'imagerie ou par scatterométrie. Pour les technologies les plus avancées - CMOS10nm et au-delà - ces techniques bien que précises (<0,4 nm en 3 sigma) répondront difficilement aux besoins des procédés. D'autres techniques doivent être évaluées par simulations et expérimentalement pour arriver à des précisions inférieures. Le CD-SAXS et le CD-SEM sont les deux techniques qui seront évaluées pour cette métrologie ultime. Les justesses des techniques actuelles seront évaluées, le candidat définira de nouvelles méthodologies de mesure et nécessitera la création d'étalons de références inter-techniques. Ce sujet est dans la continuité de collaborations et programmes européens en cours.

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