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Capteurs piézoélectriques souples & innovants pour interface tactile et acoustique - Capteurs multifonctions

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

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

01-09-2021

SL-DRT-21-0205

elise.saoutieff@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le CEA a mis au point un nano capteur 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 d'utiliser ce capteur pour former une matrice tactile et déformable via l'assemblage et l'intégration de plusieurs de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre ensuite de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points via une structuration particulière de la surface et une électronique d'interrogation adaptée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures ; le candidat s'appuiera sur une électronique développée au laboratoire. Des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser l'interaction entre les nanofils, la matrice et le substrat souple, l'ensemble étant sollicité par l'environnement extérieur. 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 permettront de dimensionner la matrice idéale (épaisseur du substrat, longueur des nano-fils, structuration de la surface, disposition des électrodes de collecte des charges?). 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. Les travaux proposés visent également à répondre à des questions fondamentales autour du couplage d'effets piézoélectriques avec les effets pyroélectriques, optique voir acoustique, intrinsèques au GaN. Les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur seront étudiés. Ces aspects pourront venir complémenter le modèle existant. De plus, de nombreux axes d'amélioration demeurent par l'utilisation de nouveaux matériaux qu'il conviendra de caractériser en vue de l'application (caractérisations structurale, mécanique, électrique, optique, thermique). Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la mesure de textures, la reconnaissance de la forme des objets, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement. De plus, la multifonctionnalité du capteur peut ouvrir la voie à de nouvelles applications innovantes.

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Architectures et circutis recepterus RF mmW large bande pour modulations innovants

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master recherche en RF et ou microelectronique

01-03-2021

SL-DRT-21-0216

joseluis.gonzalezjimenez@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les réseaux de télécommunication existants évoluent vers des besoins de très haute capacité et haut débit de communication qui nécessiteront des architectures d'émetteur-récepteur innovantes. Pour les liaisons de données sans fil dans le cadre des systèmes 5G et au-delà de la 5G des nouvelles solutions d'émetteurrécepteur seront nécessaires dans les 5 à 10 prochaines années pour pouvoir fournir des débits de données de l0irdre de 100Gb/s ou supérieurs en utilisant efficacement le large spectre disponible aux fréquences millimétriques (mmW). L'architecture traditionnelle des émetteurs-récepteurs qui a été utilisée dans le passé peut entraîner une consommation d'énergie trop importante ou tout simplement une performance insuffisante pour répondre à ce défi. L'institut de recherche LETI a mené des investigations au cours des dernières année dans le domaine des schémas de modulation et des architectures d'émetteurs-récepteurs novateurs afin de répondre aux défis liés a l'augmentation du débit susmentionné dans les environnements sans fil, compte tenu des limites imposées par les dispositifs électroniques existants nécessaires à la construction des émetteursrécepteurs. Actuellement, certaines solutions ont été proposées d'un point de vue théorique qui doivent être avancées afin de trouver une mise en oeuvre optimale avec les technologies de pointe pour la conception et la fabrication de circuits intégrés. Cette thèse s'inscrit dans la continuité de ces travaux précédents et explorera la mise en oeuvre pratique de circuits basés sur des schémas de modulation et des architectures innovantes pour des récepteurs mmW à haute vitesse, à large bande passante et à l'épreuve des imperfections.

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Espace d'adressage unifié pour calculateurs massivement parallèles

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Systèmes-sur-puce et Technologies Avancées

Master 2 en informatique ou architetcure des ordinateurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0248

christian.fabre1@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

La généralisation d'une organisation hiérarchique des machines HPC en n?uds de plusieurs douzaines de c?urs de calculs interconnectés par un réseau de communication à haute performance a morcelé les systèmes d'exploitation et a complexifié fortement l'écriture des applications. La proposition d'une architecture de processeur 128 bit par la communauté RISC-V offre la possibilité de réinterpréter les concepts fondamentaux au vu de ces évolutions de fond de la structure des machines. Cette proposition offre notamment l'occasion de repenser l'adressage mémoire à l'échelle de toute la machine, et non localement au niveau de chaque n?ud. L'objet de cette thèse sera d'étudier les opportunités ainsi offertes, de proposer des stratégies de gestion d'un espace d'adressage 128 bits à l'échelle de la machine, et d'en évaluer la faisabilité technique, matérielle et logicielle, et les performances visées. Le Directeur de recherche pour cette thèse sera le Prof. Prof. Frédéric Pétrot, from Grenoble-INP/ENSIMAG. Christian Fabre (software) & Cesar Fuguet Tortorelo (hardware) du CEA LIST, seront les co-encadrants du doctorant.

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Millimeter Wave Short Range RadCom

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

M.Sc Digital communication and signal processing Wireless integrated circuit and systems

01-09-2021

SL-DRT-21-0258

cedric.dehos@cea.fr

Réseaux de communication, internet des objets, radiofréquences et antennes (.pdf)

Les prochains dispositifs mobiles devraient embarquer des circuits d'émission réception en bande millimétrique leur permettant d'échanger des données à très haut débit à courte portée (quelques cm), en remplacement des cables et connecteurs. Leur très large bande passante pourrait être également mise à profit pour des applications de radar de proximité, reconnaissance de geste, identification biométrique ou interface homme-machine. L'objectif de cette thèse est d'investiguer la faisabilité d'une double modalité radar et communication pour ces architectures de transceivers en conservant leurs basse consommation et bas cout. L'architecture non-cohérente utilisée dans ces circuits pourrait évoluer afin d'intégrer une fonctionnalité radar basée sur des impulsions (IR-UWB) ou une modulation de fréquence (FM-CW), avec un impact différent sur les performances des systèmes radar et de communication. Le candidat devra dans une approche système proposer et évaluer différentes architectures radiofréquences compatibles avec du traitement radar et de l'algorithmie à faible complexité pouvant être intégrés dans un micro-controleur.

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Vérification formelle de la micro-architecture pour l'analyse des effets des injections de fautes et de la robustesse de contre-mesures

Département Systèmes et Circuits Intégrés Numériques

Laboratoire Environnement de Conception et Architecture

Master 2 recherche (cyber-sécurité ou architecture)

01-10-2021

SL-DRT-21-0276

Mathieu.Jan@cea.fr

Cybersécurité : hardware et software (.pdf)

La course sans fin vers l'accroissement des performances en moyenne des systèmes numériques engendre une augmentation perpétuelle de la complexité des architectures matérielles modernes. Ceci met en danger la conception de systèmes embarqués sécurisés via l'ouverture de nouveaux vecteurs d'attaques. Par exemple, la famille d'attaque de type Spectre a mis en lumière les problèmes que peuvent poser les mécanismes de spéculation d'exécution des architectures matérielles. Dans le contexte de cette proposition de thèse, nous considérons que plus l'architecture d'un processeur est complexe, plus la surface d'attaque par injection de fautes est importante. De telles attaques, mises en ?uvre par le biais de perturbations sur les circuit numériques, visent à exploiter la perturbation logique générée au niveau du calcul pour atteindre différents objectifs: réaliser une fuite d'informations, contourner des procédures d'authentification, réaliser une escalade de privilèges, etc. La modélisation des effets logiques d'une perturbation physique sur un système numérique a été étudiée en détails, mais cela reste toujours un défi d'en réaliser une modélisation précise. De plus, des travaux récents ont montrés que la prise en compte des fautes au niveau de la micro-architecture peut engendrer des phénomènes subtils, ouvrant des perspectives de recherche intéressantes quant à la modélisation et l'analyse de ces effets ainsi qu'à leur réduction. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'apport d'une approche de modélisation formelle du matériel pour tout d'abord mieux comprendre les conséquences d'injections de fautes puis de vérifier l'efficacité des contre-mesures utilisées dans les systèmes embarqués sécurisés.

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Etude de diodes SOI verticales pour la détection LWIR

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Physique des semiconducteurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0313

patrick.leduc@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les détecteurs thermiques non refroidis absorbent le flux infrarouge pour des longueurs d'onde de 7µm à 14µm. Cette bande spectrale correspond à une fenêtre de transmission atmosphérique et au maximum d'émission d'un corps noir à 300K, ce qui permet de mesurer des variations de température inférieures à 100mK dans la scène imagée. Le principe de fonctionnement des microbolomètres repose sur la mesure de température d'une membrane suspendue absorbant le flux infrarouge. Le transducteur thermique est l'élément sensible du microbolomètre qui détermine son rapport signal sur bruit et donc la performance du pixel bolométrique. La majorité des microbolomètres commerciaux utilisent une thermistance à base de silicium amorphe ou d'oxyde de vanadium pour son coefficient de température élevé (TCR=2-4%/K) et son faible bruit basse fréquence (bruit 1/f). L'objet de la thèse est l'étude d'une technologie en rupture pour la fabrication des microbolomètres. Contrairement aux filières classiques à thermistances, on se propose d'évaluer un transducteur thermique à base de diodes SOI verticales, qui permettra d'améliorer significativement la qualité d'image des détecteurs LWIR. Le sujet portera sur la caractérisation et la modélisation des performances d'un tel dispositif.

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