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Nos Thèses par thème

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

Développement de transducteurs piézoélectriques ultrasonores (pMUT) innovants pour applications automobiles

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Bac +5 in Mechanics, Solid-state Physics, Physics

01-09-2018

SL-DRT-18-0471

bruno.fain@cea.fr

Les transducteurs ultrasonores piézoélectriques (pMUT) suscitent un engouement particulier ces dernières années, en raison des possibilités d'intégration de ces capteurs dans les smartphones, les tablettes et les objets connectés, et des nouveaux usages associés : capteurs d'empreinte, détecteur de mouvement, détection d'obstacle. Pour répondre aux attentes, il est nécessaire d'améliorer la figure de mérite des pMUTs. Cette thèse a pour objectif la réalisation de composants innovants pour les applications dans le domaine automobile. Le sujet de thèse porte sur la conception, le suivi de fabrication et la caractérisation de pMUTs. La conception sera réalisée par une approche analytique couplée avec des moyens de simulations par éléments finis (ANSYS, Comsol Multiphysics). Le suivi de fabrication s'appuiera sur la forte expériences des équipes du CEA dans les technologies MEMS, en s'appuyant sur la plateforme 200 mm du LETI. La caractérisation sous pointe permettra de valider et d'affiner les modèles de conception. Les tests permettront d'évaluer la pertinence des composants pour les besoins identifiés. Pour ce faire, le thésard aura de solides bases en mécanique du solide et une forte culture expérimentale. Il sera à même d'aborder les volets scientifiques et technologiques du sujet. Il devra faire preuve de rigueur, d'autonomie et d'une bonne capacité à travailler en équipe.

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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

01-10-2018

SL-DRT-18-0611

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.

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Apprentissage automatique et exploitation de la parcimonie pour la génération de signaux réalistes avec applications à la simulation temps réel en contrôle non destructif

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Simulation et Modélisation en Electro-magnétisme

Mathématiques ou Physique appliquée

01-10-2018

SL-DRT-18-0628

roberto.miorelli@cea.fr

De nombreuses approches sophistiquées existent de nos jours pour la simulation de configurations complexes dans le domaine du contrôle non destructif (CND). La complexité peut venir de la géométrie de la pièce, c'est le cas par exemple pour la fabrication additive, ou de sa composition, dans le cas des aciers industriels ou des matériaux composites notamment. Ces aspects motivent de nombreux efforts de recherche dans différents domaines, toutefois il existe d'autres facteurs, dits environnementaux, pouvant avoir un impact important sur les signaux mesurés. Parmi ceux-ci, qui sont nettement moins étudiés du point de vue de leur effet sur les mesure de CND, on peut citer les dérives en température ou les perturbations électromagnétiques dus à des installations environnantes. Il peut également s'agir d'effets non pris en compte par le modèle théorique utilisé. Ces effets entraînent une variabilité des mesures (en terme de répétabilité) voire un biais qui résulte en un désaccord parfois important entre expérimentation et simulation. Il est difficile de définir ou de décrire de manière théorique l'écart séparant les prédictions issues d'un modèle physique de mesures en conditions industrielles, tant les sources de variabilité et de perturbation sont nombreuses et diverses. Le sujet de thèse proposé consiste à exploiter des données expérimentales afin de caractériser cet écart, souvent appelé « bruit de mesure », pour le réinjecter dans le modèle de simulation. L'implémentation des outils correspondant se focalisera sur des applications de CND par ultrasons et courants de Foucault pour l'inspection de pièces métalliques ou composites. L'approche proposée repose d'une part sur les concepts d'apprentissage statistique ('apprentissage supervisé ou non, apprentissage d'une base de dictionnaire, apprentissage profond) d'une part, et sur un ensemble de modèles physiques (semi-analytiques, numériques ou hybrides) développés au CEA LIST pour la simulation de procédés de CND. Tout d'abord, des descripteurs du bruit de mesure seront identifiés par comparaisons de données simulées et réelles, puis ceux-ci seront « appris » sur un jeu de mesures expérimentales afin d'obtenir un générateur temps réel, qui sera utilisé pour augmenter le signal physique simulé avec le modèle physique. En couplant cette contribution avec des métamodèles de simulation, remplaçant les modèles physiques parfois coûteux en temps de calcul, un simulateur réaliste et temps réel, fidèle aux mesures observées en pratique dans des conditions particulières, peut ainsi être obtenu. Les résultats attendus de ce projet ambitieux sont nombreux. Premièrement, des modèles physiques pourront être adaptés à différentes conditions expérimentales pour gagner en fidélité, du moment qu'un jeu de données représentatif est disponible. On peut ainsi espérer une amélioration des performances de diagnostic en ligne et d'estimations de paramètres. D'autre part, ce type de modèle peut être utilisé dans des outils de formation, où il fournira en temps réel des signaux réalistes correspondant à différents types d'endommagement. Finalement, la prise en compte de conditions réelles de mesure permettra l'amélioration de l'étude de la fiabilité des méthodes de contrôle, en affinant la description de la variabilité des procédés par intégration de phénomènes non directement modélisés mais observés en pratique.

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Mémoire à changement de phase pour les applications de mémoire de classe de stockage à haute densité

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 ou ingénieur en micro nano-electronique

01-10-2018

SL-DRT-18-0691

gabriele.navarro@cea.fr

Le besoin d'une infrastructure de stockage de données permettant le traitement de Big Data, nécessite aujourd'hui des dispositifs de mémoire avec des performances améliorées. L'objectif de ce doctorat est le développement de dispositifs innovants de mémoire à changement de phase (PCM) pour cibler les applications de mémoire de classe de stockage (SCM) qui nécessitent une vitesse de programmation et une endurance supérieures. Pour atteindre cet objectif, le développement des matériaux à changement de phase devient fondamental, en particulier avec l'exploration de nouveaux alliages capables d'une vitesse de cristallisation plus élevée et d'une majeure stabilité. Le candidat contribuera aux tâches suivantes: développement et caractérisation électrique des PCMs basés sur des matériaux innovants, également co-intégrés avec des nouveaux sélecteurs BackEnd développés au LETI, de l'analyse du dispositif unitaire aux statistiques sur matrices de mémoire; caractérisation physico-chimique des différents alliages par des mesures de résistivité, DRX, FTIR, TEM etc .; simulations multi-physiques pour corréler les performances du dispositif avec les propriétés du matériau. En outre, l'étudiant contribuera à des projets industriels, et interagira avec des experts au niveau international dans le domaine des matériaux à changement de phase.

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CIPV: Car-Integrated-PhotoVoltaics. Développement de modules photovoltaïques spécifiques pour intégration sur les véhicules

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Modules Photovoltaïques silicium

Master recherche ou ingénieur

01-10-2018

SL-DRT-18-0797

julien.gaume@cea.fr

Les technologies photovoltaïques connaissent un essor industriel considérable avec une production très largement dominée par les modules à base de silicium cristallin (plus de 90% de part de marché), rigides et plans, destinés à des applications résidentielles ou fermes solaires. Dans le cas d'applications spécifiques où l'intégration et le poids sont des éléments prépondérants, des modules fins (typiquement 2mm) et flexibles ont été développés. En parallèle, le marché des véhicules autonomes et hybrides a connu un essor important ces dernières années. Malgré cet essor, peu de solutions intégrant des panneaux photovoltaïques sur ces véhicules autonomes ou hybrides ont pour l'instant été proposées. Le Laboratoire des Modules Photovoltaïques silicium du CEA-Liten situé à l'INES a acquis depuis plusieurs années un savoir-faire dans le développement des modules photovoltaïques innovants pour des applications spécifiques. Dans le cadre de cette thèse, ce savoir-faire sera appliqué au développement de modules PV spécifiquement dédiés à l'application véhicules autonomes ou hybrides. Les objectifs de la thèse seront les suivants : - Établir un état de l'art sur l'application du solaire photovoltaïque (PV) comme source d'énergie directe pour des véhicules électriques. - Identifier les verrous technologiques et des pistes techniques pour les résoudre. - Estimer/modéliser la récolte énergétique des différentes surfaces et l'effet sur l'autonomie de la voiture, selon plusieurs scénarios. - Dimensionner, réaliser et caractériser des prototypes de modules photovoltaïques innovants en environnement indoor grâce à l'ensemble des équipements disponibles sur la plate-forme Modules PV de l'INES, puis les intégrer sur un véhicule électrique de démonstration. - étudier l'interaction système PV & batterie pour optimiser au mieux la recharge électrique.

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Epitaxie quasi-Vand Der Waals de CdTe sur matériaux 2D

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Matériaux pour la photonique

MASTER Physique

01-10-2018

SL-DRT-18-0843

philippe.ballet@cea.fr

Les matériaux 2D font l'objet d'une intense activité de recherche de fait de leurs propriétés physiques exceptionnelles liées à leur structure de bande particulière, elle-même héritée de leur arrangement cristallin particulier. En effet, ces matériaux présentent des liaisons fortes dans le plan des couches uniquement, et une interaction faible de type van der Waals hors du plan, d'où leur dénomination 2D qui désigne un matériau organisé en feuillets bidimensionnels. L'épitaxie de matériaux 2D sur des semiconducteurs traditionnels 3D peut donc en principe avoir lieu sans contrainte d'accord de paramètres de mailles entre les deux matériaux. L'inverse est également vrai lorsque l'on considère la croissance d'un matériau 3D sur un 2D. Le travail de recherche proposé dans cette thèse consiste justement à étudier ces nouveaux systèmes épitaxiés 2D/3D en proposant d'élaborer sur la base de ces cristaux 2D des couches « strain-free » de CdTe ou HgCdTe qui sont des matériaux à fortes applications dans les domaines photovoltaique solaire et détection infrarouge. La technique de croissance privilégiée est l'épitaxie par jets moléculaires, au CEA/INAC pour le 2D et au CEA/Leti pour le matériau 3D, car elle permet le meilleur contrôle de l'interface entre ces matériaux. Les épitaxies 3D(CdTe)/2D et 2D/3D(HgCdTe) seront dans un premier temps étudiées indépendamment avec pour objectif de réaliser in fine un empilement 3D(CdTe)/2D/3D(HgCdTe) dans lequel le 3D(CdTe) sera utilisé pour induire, à travers le matériau 2D, la nucléation du HgCdTe selon la bonne structure/orientation cristalline. L'interposition d'un cristal 2D offre ainsi la possibilité d'envisager de nouvelles hétérostructures. En outre, elle permet également la possibilité de transférer la couche sur des substrats divers (Si, GaAs?); solution est très avantageuse pour l'intégration et le design de nouveaux dispositifs optoélectroniques. Le cadre de l'étude est également enrichit par la proximité immédiate des équipes de la plateforme nano-caractérisation (PFNC) où des équipements de dernière génération sont à disposition pour révéler la nature chimique et la structure cristallographique des empilements réalisés.

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Dopage du GaN par implantation Ionique et recuits innovants

Département Technologies Silicium (LETI)

Autre Laboratoire

bac + 5 master ou ingénieur Matériaux ? Microélectronique

01-10-2018

SL-DRT-18-1001

frederic.mazen@cea.fr

En réponse aux besoins sociétaux sur la préservation de l'environnement et sur les énergies alternatives, le CEA développe une activité sur la réalisation de composants de puissance. Pour cela, le CEA a choisi une technologie de rupture basée sur l'utilisation du Nitrure de Gallium qui doit permettre de s'affranchir des limites théoriques du silicium. Les technologies à base de GaN sont cependant beaucoup moins matures que celles basées sur l'utilisation du silicium. L'objectif de ce travail de thèse sera de contribuer à mettre en place la brique technologique de dopage du GaN par implantation ionique et de rechercher des recuits innovants permettant de recuire à très haute température afin d'activer les dopants sans endommager la structure du wafer GaN sur Si. Malgré des progrès importants ces dernières années, la réalisation de procédés de dopage efficaces et la compréhension des mécanismes associés restent des challenges importants. Ce travail impliquera donc, entre autres, le développement de procédés d'implantation ionique et de traitements thermiques innovants qui seront notamment évalués et comparés aux procédés de référence. Un focus particulier sera porté sur la compréhension et la modélisation de l'impact des défauts créés par le procédé d'implantation et leur évolution pendant les traitements thermiques sur l'activation des dopants. Pour cela, de nombreuses techniques de caractérisations physico-chimiques, structurales, optiques et électriques (SIMS, TEM, RBS / MEIS, Diffraction X, PL, ECV, Sonde atomique tomographique, Effet Hall?) seront mises en ?uvre ou développées. L'objectif final des travaux, en lien avec les équipes d'intégration, sera de développer des procédés de dopage adaptés aux spécifications des dispositifs envisagés.

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Fonctionnalisation électronique par fabrication additive

DLORR

Master Technologies Numériques / Sciences des Matériaux

01-10-2018

SL-DRT-18-1019

manuel.fendler@cea.fr

La fabrication additive offre l'opportunité de révolutionner la fabrication de circuits imprimés, dont l'architecture est similaire à un empilement vertical 2D+Z. En effet, les procédés de photo lithogravure et de dépôts chimiques nécessaires à la réalisation des pistes, sont non seulement nocifs pour la santé et l'environnement, mais ne permettent également pas la fonctionnalisation directe des objets en 3D. A l'heure de l'internet des objets, l'intelligence s'embarque de plus en plus dans les conceptions, et la fabrication additive invite à la fonctionnalisation de l'inter strate obtenue par tranchage 2D+Z. Ainsi nous proposons de sortir la fabrication des circuits imprimés des bains chimiques, au profit d'un apport de matière conductrice par impression 3D.

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Etude de l'impact de la pré-amorphisation par implantation ionique pour l'optimisation des contacts siliciurés

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Master ou école d'ingénieur matériaux /microélectronique

01-09-2018

SL-DRT-18-1064

frederic.mazen@cea.fr

? Durant les dernières années, la pré-amorphisation par implantation ionique (PAI) a été introduite afin d'améliorer les contacts siliciurés des jonctions fines des transistors MOS. Cette méthode permet d'obtenir un meilleur contrôle de la rugosité d'interface NiSi/Si et de limiter l'agglomération du siliciure, et ainsi d'améliorer les performances en termes de courant de fuite, de hauteur de barrière Schottky et de résistance de contact. Le rendement peut également être amélioré en limitant la croissance non contrôlée du siliciure dans le canal des transistors MOS sur substrat SOI (aussi dit effet de « piping »). ? Les objectifs de la thèse seront de développer un procédé et d'acquérir une bonne compréhension des différentes interactions ayant lieu entre les conditions d'implantations (espèces, énergie, degré d'amorphisation?) et la formation du NiSi (ou NiSiGe). L'interaction avec les dopants présents dans la jonction sera également examinée. En parallèle, l'évolution des phénomènes de « piping » sera étudiée par la réalisation de structures morphologiques adaptées. Ces études amèneront une meilleure compréhension physique de l'impact de la PAI sur la siliciuration. Les performances électriques des contacts, la stabilité du siliciure et le rendement seront les figures de mérites des développements. Ce travail devra permettre de réduire les délais de développement et d'intégration de cette nouvelle brique. La thèse sera réalisée en collaboration avec le CEA-LETI et l'IM2NP. ? Tout d'abord, un plan d'expérience et de caractérisation basé sur l'état de l'art et les contraintes technologiques des transistors sera déterminé afin d'étudier cette nouvelle brique. L'étudiant sera en charge de définir les véhicules de test morphologique et électrique, et de suivre leur réalisation en salle blanche. Différents moyens de caractérisations physique et électrique tels que la diffraction des rayons X, l'imagerie TEM, le SIMS, les mesures par TLM et Rs, pourront être utilisés. L'expertise de l'IM2NP en tomographie par sonde atomique permettra une caractérisation fine de la composition chimique des contacts et des jonctions. Des outils de simulation pour l'implantation et la formation des contacts seront également disponibles.

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Gestion de l'eau dans le collage direct

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

bac + 5 master ou ingénieur

01-10-2018

SL-DRT-18-1070

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. 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...).

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