Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Nos Thèses par thème

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences  >> Matériaux et applications
12 proposition(s).

Grandes centrales photovoltaïques (P>1MW) haute tension

Département des Technologies Solaires (LITEN)

MASTER RECHERCHE / ECOLE D'INGENIEURS

01-10-2019

SL-DRT-19-0060

jeremy.martin@cea.fr

Les développements récents en matière de semi-conducteurs haute tension au Carbure de Silicium ouvrent des perspectives d'innovations majeures pour les technologies de centrales PV. L'INES souhaite se positionner sur la faisabilité d'une montée en tension des centrales de forte puissance fonctionnant sous une tension au-delà de 1500V. Les futures innovations technologiques devront permettre une réduction du coût par kWh produit (?/kWh). L'objectif de ce travail sera d'évaluer les performances des architecture photovoltaïques haute tension dans la limite de la tenue en tension des interrupteurs à base de semi-conducteurs du commerce (10kV). Une deuxième étape consistera à sélectionner l'architecture la plus intéressante et de construire un prototype à puissance réduite de la technologie.

Matrice de nanocapteurs flexibles pour mesures d'impact sur surfaces tactiles

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecoles d'ingénieurs / Master 2 en électronique, architectures électroniques et programmation, avec composantes en nanotechnologies, physique du solide, expérimentation et simulations (COMSOL).

01-09-2019

SL-DRT-19-0434

elise.saoutieff@cea.fr

Le CEA a mis au point un nanocapteur piézoélectrique apte à restituer des efforts mécaniques selon les 3 axes. Ce capteur est composé de nanofils de GaN obtenus par croissance organisée, lesquels présentent des propriétés piézoélectriques. Un des objets de la thèse est de développer l'électronique d'interrogation d'une matrice de capteurs, tactile et déformable, obtenue par l'assemblage et l'intégration d'une multitude de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points par une structuration particulière de la surface et une électronique de lecture dédiée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures. Le candidat concevra l'électronique d'interfaçage avec la matrice de capteurs (multiplexage des signaux lignes / colonnes, filtrage, amplification, rapport signal/bruit, consommation) pour la détection et la reconstruction en temps réel des signaux piézoélectriques (transitoires) émis par les capteurs. Il s'appuiera sur une première version de l'électronique développée au laboratoire et sur l'expérience de ses encadrants pour définir une architecture originale, rapide et faible consommation, pour le système global. Concernant les questions de recherche, des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser la physique aux différentes interfaces (fonctions de transfert), la physique des nanofils (couplage fort piézoélectrique / semiconducteur), les modes de détection statique / dynamique ou encore traction / compression. Pour cela le candidat pourra s'appuyer sur les compétences du laboratoire et sur des outils de simulations multi-physique mis à sa disposition. Les résultats de la modélisation doivent notamment permettre d'orienter les choix technologiques pour le dimensionnement de la matrice « idéale » en fonction de l'application visée. A partir de ce dimensionnement, et à l'aide de l'équipe du laboratoire, il fabriquera un prototype qui permettra notamment de confronter les simulations avec les résultats expérimentaux. Enfin, les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur pourront être étudiés. Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la reconnaissance de texture, de forme, de geste, de posture, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement.

Etude par microsocpie electronique en transmission des phases aux joints de grains dans les aimants NdFeB pour optimiser leurs propriétés magnétiques

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Science des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0571

laure.guetaz@cea.fr

Le déploiement des énergies renouvelables ainsi que la volonté de réduire nos émissions de CO2 dans le transport vont impliquer une utilisation de plus en plus massive d'aimants permanents employés dans les machines électriques. Or, les aimants les plus performants utilisent des matériaux critiques (Dy,Tb). L'optimisation de la microstructure est largement reconnue comme étant le levier principal pour limiter le recours à ces matériaux critiques. La connaissance de la chimie au voisinage des joints de grains et l'identification des phases intergranulaires deviennent ainsi indispensables pour mieux comprendre leurs propriétés magnétiques puis maitriser les procédés de synthèse des aimants. L'objectif principal de cette thèse sera d'étudier la microstructure des aimants développés au CEA-Grenoble et en particulier de caractériser finement les phases intergranulaires. Pour cela le/la thésarde utilisera les différents moyens de la plateforme de nano-caractérisation (PFNC). En particulier, il/elle utilisera les techniques de microscopie électronique avancées telles que la nanodiffraction ou le STEM/HAADF (scanning transmission electron microscopy/high angle annular dark field) couplé à l'X-EDS (Xray energy dispersive spectroscopy) qui permettent de déterminer la structure et de la chimie des matériaux à l'échelle atomique. Dans un second temps, ayant identifié la nature des phases aux joints de grains, il/elle sera amené(e) à simuler les propriétés magnétiques de l'alliage. Ce travail mené en étroite collaboration avec l'équipe d'élaboration permettra finalement d'optimiser les compositions et les paramètres d'élaboration des aimants.

Analyse et atténuation de la dégradation de l'ionomère dans les électrodes de PEMFC : électrochimie combinée à la caractérisation Operando par neutrons et Rayons X

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Analyse électrochimique et Post mortem

Electrochimie - Matériaux - Physico-Chimie

01-10-2019

SL-DRT-19-0638

sylvie.escribano@cea.fr

Malgré les améliorations apportées au cours de la dernière décennie, il est encore nécessaire d'améliorer les performances et la durabilité des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) pour pouvoir concurrencer les technologies existantes. Malgré son rôle probablement majeur dans les pertes de performances, peu d'études ont été menées sur le ionomère conducteur protonique contenu dans les électrodes, en raison de la difficulté de caractériser sa distribution et ses propriétés. Ainsi, les mécanismes de dégradation de l'ionomère en cours de fonctionnement, qui dépendent fortement de la teneur en eau, restent encore largement hypothétiques. Il est toutefois présumé que ces mécanismes sont associés à des modifications de sa répartition, de sa structure chimique et physique, de ses propriétés de transport ou encore à sa contamination par des cations. Dans cette thèse, nous souhaitons élucider les mécanismes en couplant des caractérisations électrochimiques et microstructurales avec des expériences in situ et Operando utilisant des neutrons (ILL) et des rayons X (ESRF, SOLEIL), incluant notamment des tests de vieillissement accélérés afin de corréler simultanément la dégradation de performance et la modification locale des matériaux. Plus précisément, la structure de l'ionomère sera étudiée par SANS et la teneur en eau dans les électrodes par radiographie neutronique. Les résultats seront exploités en vue d'améliorer la durabilité des PEMFC en ajustant la composition des électrodes et en proposant des stratégies de fonctionnement plus appropriées en tant que voies d'atténuation de la dégradation qui seront validées suivant un protocole de vieillissement sélectionné. Atteindre ces objectifs est essentiel pour l'adoption généralisée de la PEMFC dans les systèmes de transport propres.

Mesure de composition par imageries à résolution atomique appliquée aux super-réseaux GeTe/Sb2Te3

Département Technologies Silicium (LETI)

Autre laboratoire

Physique

01-10-2019

SL-DRT-19-0639

nicolas.bernier@cea.fr

Pour tous les systèmes cristallins sensibles aux dégâts d'irradiation sous faisceau d'électrons, il est nécessaire de quantifier chimiquement le matériau à l'échelle atomique tout en minimisant la dose électronique. Les techniques analytiques usuelles dans le microscope électronique en transmission (TEM) ne peuvent alors être employées dû au fort courant de sonde et au temps d'acquisition relativement long. En revanche, l'imagerie atomique, plus précisément en champ sombre annulaire à grand angle (STEM-HAADF), permet de travailler à dose réduite et présente des contrastes proportionnels au numéro atomique des éléments présents. De plus, les TEM Titan sur la PFNC sont équipés de correcteur d'aberrations permettant d'acquérir des images HAADF à l'état de l'art en terme de résolution atomique. Cependant, pour que le contraste dans ces images puisse être relié de manière quantitative à la composition chimique du matériau, des conditions d'acquisition contrôlées au TEM et des simulations de diffusion électronique doivent être développées. En parallèle, une autre technique d'imagerie dans le TEM suscite un intérêt grandissant: la ptychographie, ou « STEM de données 4D ». Cette technique, consistant à acquérir un cliché de diffraction pour chaque position du faisceau incident d'électrons, permet de remonter au potentiel projeté dans l'échantillon. Le développement de l'aspect quantitatif de ces techniques d'imagerie présente de nombreuses applications: celle visée dans le cadre de cette thèse est la compréhension de l'ordre atomique dans les super-réseaux GeTe/Sb2Te3, matériaux considérés comme les plus prometteurs pour les mémoires à changement de phase (PCRAM).

Le Sélecteur Backend: du développement du matériau jusqu'aux performances du dispositif

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 ou ingénieur en micro nano-electronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0659

gabriele.navarro@cea.fr

La montée en maturité des technologies de mémoire résistives non-volatiles NVRM (comme les mémoires à changement de phase PCM) à la fois pour les application Storage Class Memory (SCM) et embarquées a démontrée dans les dernières années la nécessité de développer des dispositifs de sélection « backend » pour remplacer la sélection par transistor. Cette technologie permet l'empilement de plusieurs niveaux de mémoire en 3D, dans une architecture des type « Crossbar », en augmentant la densité de stockage tout en profitant des performances extraordinaires des dispositifs NVRM. Le LETI est aujourd'hui à l'état de l'art par rapport au développement des matériaux pour l'intégration dans des dispositifs sélecteurs BEOL, notamment pour les OTS (Ovonic Threshold Switching). Dans le cadre de cette thèse des nouveaux matériaux seront explorés pour atteindre les spécifications d'endurance, stabilité en température, tension de seuil et capabilité de mise à l'échelle de plus en plus strictes. Pour cela, la compréhension des phénoménologies liées au fonctionnement de ces dispositifs devient fondamentale. De plus, des nouvelles architectures de co-intégration mémoire+sélecteur seront investiguées pour enfin atteindre l'intégration de ces solutions dans un démonstrateur Crossbar avancé. Le candidat doit de préférence avoir un très bon niveau de connaissance en physique des semi-conducteurs et en science des matériaux. Le candidat sera en contact avec des experts de différents domaines car le travail demandé est multidisciplinaire (matériaux, intégration, caractérisation électrique et physico-chimique, modélisation). En outre, il est demandé un bon esprit d'équipe et une bonne maîtrise de la langue anglaise.

Intégration de réseaux de Bragg haute température au sein de structures métalliques obtenues par fabrication additive

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Instrumentation, fibre optique, matériau, fabrication additive, métallurgie

01-10-2019

SL-DRT-19-0675

guillaume.laffont@cea.fr

Le sujet de thèse proposé par le laboratoire LCAE de la DRT (au LIST/DM2I) en partenariat avec le laboratoire LISL de la DEN (au DPC/SEARS), spécialiste de la fabrication additive métal, vise à développer des méthodes d'intégration de Capteurs à Fibres Optiques à réseaux de Bragg résistant aux très hautes températures au sein de pièces métalliques ? en particulier pour l'aéronautique ou l'industrie nucléaire ? réalisées en fabrication additive (impression 3D) métal. Des développements récents ont permis de développer des réseaux de Bragg ultra-stables en température (au-delà de 1000°C) à l'aide de modes d'écriture directe par laser femtoseconde. Ces transducteurs de température et déformation, inscrits dans des fibres optiques spécialement conçues pour les environnements à très haute température, seront utilisés pour l'instrumentation de pièces métalliques obtenues par fabrication additive sur lit de poudre, voire par projection. Ce projet vise à rendre possible la surveillance in situ des composants et pièces structurelles métalliques obtenues par fabrication additive 3D métal, ouvrant ainsi la voie au SHM intégré (Structural Health Monitoring) pour anticiper toute défaillance du procédé et optimiser les coûts d'exploitation par la mise en place de procédures de maintenances prédictive et conditionnelle.

Imagerie ultrasonore 4D par reconstruction rapide dans le domaine de Fourier et compression de données

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Instrumentation et Capteurs

Master 2 ou Ecoles d'Ingénieurs - Cursus: physique, ondes, traitement du signal

01-10-2019

SL-DRT-19-0677

sebastien.robert@cea.fr

L'imagerie ultrasonore multi-éléments est désormais une technique très répandue en contrôle non-destructif, et la plupart des systèmes industriels offrent la possibilité d'imager une structure en temps-réel avec des sondes comportant typiquement 64 éléments. Au-delà, les cadences d'imagerie des systèmes sont fortement ralenties en raison, d'une part, du volume important des signaux à transférer de l'unité d'acquisition à l'unité de traitement et, d'autre part, du nombre d'opérations de calcul à réaliser pour former l'image. Un exemple type est l'imagerie 3D avec des sondes matricielles de 16x16 éléments nécessitant le transfert de 256x256 signaux et le calcul de 10e6 à 10e8 voxels pour constituer l'image 3D dans le solide. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à accélérer les systèmes d'imagerie en optimisant le transfert des données par acquisition comprimée (ou compressed sensing), et de combiner la compression des données avec des algorithmes de reconstruction rapide dans le domaine de Fourier, ces derniers pouvant réduire les temps de calcul des images d'un facteur 300 par rapport à des méthodes plus conventionnelles opérant dans le domaine temporel. Enfin, un autre point qui sera abordé fin de thèse est la réduction du nombre de signaux par divers techniques, comme les émissions d'ondes planes aléatoires ou les réseaux clairsemés en réception (ou sparse arrays).

Ingénierie des contraintes pour la technologie FDSOI 12 nm et au-delà.

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Materials Science

01-09-2019

SL-DRT-19-0720

shay.reboh@cea.fr

L'ingénierie des contraintes est un outil majeur pour améliorer les performances des transistors. La contrainte de traction augmente la mobilité des électrons et la compression améliore la mobilité des trous. La mobilité des trous est également favorisée par l'utilisation du canal SiGe. Dans le FDSOI avancé, la co-intégration des canaux Si pour les canaux nMOS et SiGe pour les pMOS est réalisée par la transformation de la couche de Si supérieur en SiGe par condensation au Ge. Pour cela, une épitaxie d'un SiGe est effectuée sur une zone de Si sélectionnée. Au cours de l'oxydation thermique, les atomes de Ge sont rejetés dans la couche de Si sous-jacente. L'oxyde enterré (BOX) de la tranche SOI agit comme une barrière de diffusion pour Ge, le résultat est un substrat local SiGe-On-Insulator (SGOI). Le film de SiGe est obtenu en conservant le paramètre de réseau dans le plan de Si et se trouve donc sous une contrainte de compression biaxiale dans le plan de croissance. Aujourd'hui, la technique de condensation permet une co-intégration de transistors pMOS à base de SiGe à contrainte de compression et à base de Si. Le problème: lorsque le cSiGe fabriqué par Ge-condensation est arrêté pour la fabrication de la STI, une relaxation élastique locale de la contrainte de compression proche du bord de la STI est naturellement attendue. Cependant, les expériences montrent plus qu'une relaxation élastique sur une grande distance de la discontinuité STI, entraînant une perte significative de contrainte de compression dans la couche et, par conséquent, une contribution moindre à la performance des dispositifs. En résumé, les mécanismes physiques à l'origine de ce comportement sont inconnus aujourd'hui et ont un impact majeur sur la CMOS avancée. Ce travail a pour objectif de faire la lumière sur ce sujet et de proposer / développer des solutions technologiques.

Gestion de l'eau dans le collage direct

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

bac + 5 master ou ingénieur physique du solide, sciences des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0722

frank.fournel@cea.fr

Le collage direct est maintenant très utilisé dans de nombreuses applications. Très récemment, il a été montré au CEA Grenoble que l'eau était capable d'imbiber une interface de collage direct non recuite tout comme elle pouvait en sortir. Or l'eau est un des composants essentiels des collages directs hydrophiles. La maîtrise de ce phénomène et sa compréhension fine est un enjeu crucial pour l'ensemble des collages directs hydrophiles et pas seulement pour les collages Silicium/Silicium. Le but de cette étude est d'étudier en détails la gestion de l'eau à l'interface de collage direct suivant plusieurs axes: 1. Une partie de l'étude consistera à trouver des moyens d'isolation de l'interface de collage. C'est crucial pour l'ensemble des caractérisations du collage direct afin de pouvoir disposer d'échantillons stables dans le temps. C'est aussi très important pour certaines applications dont les bords du collage peuvent souffrir de ce phénomène. Un autre axe de cette étude sera de quantifier la diffusion de l'eau au sein d'une interface de collage ayant subi un recuit thermique et même pendant ce recuit thermique. La cinétique de pénétration ou de sortie d'eau sera mise en regard de l'énergie de collage développée lors du recuit thermique. Un dernier axe sera de caractériser très finement la quantité d'eau à l'interface de collage « stable ». En faisant varier cette quantité d'eau, il sera alors possible d'établir son lien précis avec l'énergie de collage et la défectivité qui est parfois induite par cette eau dans certaines structures spécifiques. Pour cette étude, des plaques avec des cavités seront aussi utilisé afin d'étudier les cinétiques de mouvement au sein même de la plaque. Différentes atmosphères et conditions de collage seront employé pour déterminer les mouvements and productions d'eau et/ou des sous-produits de réaction du collage direct. Le candidat sera formé à l'ensemble des outils technologiques permettant la réalisation de collages directs (nettoyages chimiques, CMP, collage, recuits thermiques) et leur caractérisation (spectroscopie infrarouge, microscopie acoustique, mesure d'énergie de collage anhydre, réflectivité des rayons X, spectroscopie de masse...).

Super-réseaux van der Waals de matériaux chalcogénures pour les mémoires à changement de phase basse consommation du futur

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Physique du solide, Science des Matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0804

pierre.noe@cea.fr

Les mémoires à changement de phase (PCM) sont les meilleures candidates pour remplacer les mémoires Flash, pour la réalisation de mémoires universelles (SCM) ainsi que pour le neuromorphique à base de l'intelligence artificielle. Néanmoins, celles-ci présentent toujours des courants de programmation trop élevés pour les futurs générations de mémoires limitant leur utilisation. Le remplacement du matériau PCM GeSbTe massif par des hétérostructures de type super-réseaux van der Waals GeTe/Sb2Te3 est une voie très prometteuse avec les iPCM (interfacial PCM). Bien que l'amélioration des performances avec les iPCMs soit admise, l'origine du mécanisme de transition résistive reste obscure. Ceci est principalement lié à l'absence de description robuste de leur structure à l'échelle atomique. Dans ce contexte, nous avons pu la décrire à l'échelle atomique pour la première fois (thèse P. Kowalczyk 2015-2018/#Small 2018, 1704514). Afin de pouvoir aller plus loin avec ce système il reste encore un gros travail de compréhension et de contrôle de la structure atomique de ces systèmes. Pour cela l'étudiant étudiera les conditions de croissance van der Waals de ces super réseaux par co-pulvérisation cathodique dans des bâtis industriels de microélectronique 200 mm au regard de leurs propriétés électroniques (dispositifs iPCM tests, magnétotransport Hall, résistivité, structure atomique par microscopie électronique et diffraction des rayons X ...). L'objectif sera de pouvoir in fine mettre en évidence le mécanisme physique à l'origine de la transition résistive dans les dispositifs iPCMs. Cette compréhension est indispensable pour être en mesure de proposer de nouveaux systèmes de structures vdW iPCMs encore plus performantes mais aussi développer de nouvelles applications (isolants topologiques en spintronique, photonique, thermique ...).

Matériaux chalcogénures nanocomposites avec des propriétés thermiques améliorées pour le développement de mémoires à changement de phase faible consommation et haute stabilité thermique

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Physique du solide, Science des Matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0816

pierre.noe@cea.fr

Les mémoires à changement de phase (PCM) sont les meilleures candidates pour remplacer les mémoires Flash, pour la réalisation de mémoires universelles de type SCM (Storage Class Memory) à la frontière entre les mémoires volatiles et non volatiles ainsi que pour le neuromorphique et l'intelligence articificielle. Néanmoins, celles-ci présentent une limite majeure liée aux courants de programmation trop élevés pour les futures générations de mémoires. Ainsi, la maîtrise de la thermique aux échelles nanométriques afin de limiter la consommation d'énergie est un point crucial afin d'optimiser l'effet Joule mis en jeu lors la programmation du point mémoire. Néanmoins la thermique à ces échelles nanométriques est encore mal comprise. Ainsi, cette thèse vise à développer de nouveaux matériaux à changement de phase de type GeSbTe et de nouvelles architectures pour fabriquer des mémoires PCM fonctionnant à plus faible puissance et présentant une plus grande stabilité thermique qu'actuellement. Ces objectifs peuvent être atteints par une optimisation du matériau à changement de phase Ge-Sb-Te (nanostructuration, multicouche, composition) et par une optimisation du confinement thermique de la cellule mémoire. L'élaboration (dépôts PVD sur bâtis de dépôt industriels) et la caractérisation de ces nouveaux matériaux GST nanostructurés (XRD, résistivité et magnéto-transport/Hall,FTIR/Raman/réflectivité, caractérisations au Synchrotron etc.) seront effectuées au CEA-Leti. La caractérisation du transport thermique (conductivité thermique Kth, RUS, Brillouin Scatt., Laser US, Inelastic Scatt., VDoS, ?) et sa modélisation seront réalisés à l'ILM (Lyon). Les démonstrations électriques (performances, fiabilité) seront faites sur des dispositifs intégrés au LETI ainsi que chez notre partenaire industriel STMicroelectronics à Crolles.

Voir toutes nos offres