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Etude des mécanismes de dégradation et Fiabilité dynamique des composants GaN sur Si

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

MASTER2 ou Ecole d'Ingenieur sciences des matériaux, électronique

01-10-2020

SL-DRT-20-0430

william.vandendaele@cea.fr

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

Les composants de puissance GaN sur Si sont aujourd'hui vus comme la prochaine génération de composants « mass market » pour la conversion d'énergie électrique à haut rendement. Dans ce cadre, le LETI développe sa propre filière GaN sur Si (compatible CMOS) allant du substrat au module final. Ces dispositifs doivent opérer des commutations entre un état de forte tension (~650V) et de fort courant (~20A) à des fréquences élevées (> 100kHz). Les performances statiques et dynamiques étant établies, il est nécessaire de tester la fiabilité de ces composants lors des état de fort stress (OFF et commutation OFF -> ON) ainsi que de comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacent afin de stabiliser la technologie et de prétendre à un transfert industriel. Dans la continuité du stage sur le développement des mesures dynamiques sur dispositifs GaN sur Si, le candidat aura en charge : - La finalisation des solutions de mesures ainsi que leurs évolutions notamment pour porter ces tests de dégradation sur prober (détermination de la faisabilité et des limitations) - De l'étude approfondie de la dégradation des performances électriques des transistors (Ron, Vth, Sw?) ou des diodes (Vf, Ron) lors de stress de type AC ou DC afin de déterminer les mécanismes susceptibles de diminuer la fiabilité des composants - La réalisation et la détermination des limites de fonctionnement de la technologie GaN sur Si via des tests de type SSOA (Switching Safe Operating Area) - La compréhension et la localisation des points de défaillance sur les transistors et la diodes GaN sur Si - De proposer des solutions techniques afin d'augmenter la durée de vie des composants auprès du laboratoire LC2E Le candidat devra faire preuve d'esprit d'équipe, de curiosité et d'une grande autonomie

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Optimisation de l'interface diélectrique/GaN pour la grille MIS des transistors de puissance

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Master Microélectronique ou Science des Matériaux

01-09-2020

SL-DRT-20-0432

laura.vauche@cea.fr

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

Sur le marché de l'électronique de puissance, un des challenges principaux pour le déploiement des technologies à base de GaN est le développement de composants normally-OFF fiables. Dans le cas de transistors GaN avec une grille MIS, les propriétés de l'interface diélectrique/GaN sont cruciales. L'objectif de cette thèse est d'optimiser l'interface diélectrique/GaN pour la grille MIS des transistors de puissance. Pour cela : 1. La qualité de l'interface diélectrique/GaN sera contrôlée par XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy). Cette technique permet d'étudier le degré d'oxydation de la surface du GaN. Des analyses complémentaires par ToF-SIMS (Time of Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) et HRTEM (High Resolution Transmission Electron Microscopy) seront effectuées pour obtenir des informations concernant la composition chimique et la structure cristalline des matériaux. 2. La qualité des composants à base de GaN sera en parallèle étudiée grâce à la caractérisation des propriétés électriques de capacitances et transistors (mobilité, résistance à l'état passant et sous le canal, tension de seuil, hystérésis), ainsi que des mesures électriques fines (extraction états d'interface Dit, fiabilité) 3. La corrélation des résultats matériaux et électriques permettra de déterminer, de manière comparative, si l'interface oxyde/GaN est de bonne qualité afin de choisir les procédés de fabrication les plus adaptés. Pour ce faire, l'impact des différentes étapes de fabrication (nettoyage chimique, gravure, stripping, traitements plasma et recuits) sera évalué.

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Développement d'un dispositif médical pour la détection simultanée haute sensibilité de biomarqueurs sanguins pour la prise en charge terrain des patients en souffrance cardiaque

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Biologie et Architecture Microfluidiques

Ecole d'ingénieur ou master en ingénierie biomédicale

01-09-2020

SL-DRT-20-0451

myriam.cubizolles@cea.fr

Technologies pour la santé et l?environnement, dispositifs médicaux (.pdf)

Les systèmes de santé doivent s'adapter à de nouvelles contraintes sociétales et économiques, et elles s'avèrent un défi majeur à relever dans le cadre de la médecine du futur. Dans les situations d'urgence où la prise de décision du praticien doit être rapide et efficace, les dispositifs d'analyses in vitro au chevet du patient (POC) fournissent une aide précieuse au diagnostic pour améliorer le soin des patients. Le sujet de thèse proposé s'inscrit dans ce contexte, afin d'explorer une nouvelle voie de dosage de biomarqueurs sanguins (protéines, petites molécules), alternative au « gold standard » que sont les immuno-essais de type ELISA, utilisant une immuno-détection couplée à une amplification enzymatique. Nous proposons d'étudier une approche innovante afin de mettre au point un dispositif médical pour la détection très sensible de différents biomarqueurs sanguins représentatifs de pathologies cardiaques. Cette démarche est basée sur l'utilisation de réactifs originaux (aptamères) permettant une amplification biomoléculaire isotherme multiplexée, rapide et haute sensibilité, couplée à l'intégration et l'automatisation du protocole dans des cartouches microfluidiques dédiées. Le dispositif médical développé sera testé sur des échantillons cliniques.

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Evolutions microstructurales de matériaux issus de fabrication additive lors d'un traitement de compression isostatique à chaud : modélisation et étude expérimentale

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire Conception et Assemblages

Master 2 métallurgie. Calcul scientifique

01-10-2020

SL-DRT-20-0470

emmanuel.rigal@cea.fr

Fabrication additive, nouvelles voies d?économie de matériaux (.pdf)

Les procédés de fabrication additive sont considérés comme des techniques d'avenir pour l'obtention de composants métalliques à partir de poudres ou fils. Les matériaux obtenus sont caractérisés par des microstructures très différentes de celles de leurs homologues coulés ou forgés. Elles sont hors d'équilibre, parfois anisotropes, présentent des intérêts (forte densité de dislocations par exemple) mais aussi des défauts (pores, infondus) nuisibles à certaines propriétés mécaniques (fatigue, fluage). Les défauts (ou leur nocivité) peuvent être diminués par un traitement thermique sous pression de gaz (CIC), au prix d'un effet de recuit qui adoucit le matériau. L'objectif de la thèse est de modéliser les évolutions microstructurales lors du traitement afin d'optimiser celui-ci, c'est-à-dire être capable de l'adapter à une microstructure de départ donnée, de diminuer suffisamment les défauts en contenant le recuit. Une caractérisation fine des microstructures sera nécessaire (défauts, taille de grain, densité de dislocations, précipités, texture?) afin d'alimenter le logiciel de simulation DIGIMU qui utilise la méthode Level set pour simuler, par calcul aux éléments finis, l'évolution d'un volume élémentaire représentatif d'une microstructure lors d'un chargement thermomécanique. Le logiciel devra être enrichi. La comparaison modèle/expérience permettra de juger la pertinence des résultats (cycles de CIC sur échantillon). On mesurera l'impact de cycles de CIC optimisés sur les propriétés mécaniques des matériaux d'étude (a priori, essentiellement l'acier 316L).

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Transmetteur intégré bidirectionnel dédié à la 5G MMW dans un système de formation de faisceau hybride et numérique

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Architectures Intégrées Radiofréquences

Master 2 / ingénieur en conceptinon microelectronique RF

01-10-2020

SL-DRT-20-0478

baudouin.martineau@cea.fr

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

Cette thèse aborde le sujet des émetteurs-récepteurs d'ondes millimétriques compacts et économiques dans le contexte de la nouvelle norme 5G FR2. En effet, un nombre considérable de puces et une conception économe en surface seront nécessaires pour l'utilisation des techniques de formation de faisceau MIMO hybride et numérique. Cependant, les conceptions d'émetteur-récepteur conventionnelles utilisent une approche bidirectionnelle basée sur un commutateur avec un émetteur (Tx) et un récepteur (Rx) fonctionnant alternativement en duplex temporel. Pour cette raison, un émetteur-récepteur bidirectionnel partageant complètement les amplificateurs et les réseaux correspondants entre l'émetteur et le récepteur est proposé. De plus, un déphaseur bidirectionnel, un mélangeur en quadrature et un amplificateur en bande de base seront étudiés et conçus afin d'offrir une solution complète pour une architecture système compatible avec une approche hybride ou numérique. La thèse portera sur l'architecture, la conception et la mesure de tels blocs en émetteur-récepteur autonome et complet. L'innovation attendue englobera plusieurs aspects: interface frontale bidirectionnelle compatible avec la formation de faisceau aux fréquences mmW, multiplication LO et génération en quadrature locale ainsi que l'utilisation de technologies CMOS SOI. Cette recherche doctorale permettra de travailler dans des disciplines interdisciplinaires allant des ondes millimétriques à la conception analogique en bande de base ainsi qu'à l'architecture de systèmes émetteur-récepteur, offrant un très large éventail d'expériences et de compétences.

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Etude d'Architectures de Composants Verticaux en GaN

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Electroniques pour l'Energie

Master 2 ou Ingénieur avec connaissances en physique des composants

01-10-2020

SL-DRT-20-0481

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 technologies de transistors en GaN actuellement disponibles sur le marché ont une architecture latérale. Elles permettent de réaliser des circuits de conversion électrique jusqu'à environ quelques 10 kilowatt. Le passage à une architecture verticale permettra d'adresser des niveaux de puissance plus élevés au-delà du megawatt. Le travail de thèse consistera à mener une étude évaluant les performances et les propriétés physiques à la base du fonctionnement des composants verticaux réalisés sur substrats GaN. Les actions comprendront également le pilotage de la fabrication (épitaxie, dépôt, lithographie, implantation) et des mesures électriques. Des simulations par éléments finis (TCAD avec outils Synopsys) seront réalisées pour dimensionner les structures à inclure dans un réticule et par la suite tester des hypothèses physiques pour interpréter les résultats électriques.

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