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Nanocomposites Al/n-SiC obtenus par le procédé de fabrication additive de fusion laser sur lit de poudre.

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Formulation des Matériaux

Master 2 Sciences des matériaux

01-11-2020

SL-DRT-20-0483

mathieu.soulier@cea.fr

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

Le matériau composite constitué d'une matrice métallique d'aluminium associé à des renforts de carbure de silicium a trouvé des débouchés dans de nombreuses applications industrielles, allant de l'automobile et l'armement à l'aérospatial, en autorisant l'allègement des pièces grâce à un rapport module de Young/densité largement supérieurs à celui des aciers ou des alliages de titane. Le sujet vise à développer ce matériau avec des renforts SiC nanométriques pour améliorer la raideur du matériau sans modifier l'allongement à la rupture avec une mise en forme par fabrication additive, suivant le procédé de fusion laser sur lit de poudre. La complexification de la forme des pièces autorisées par la fabrication additive couplée aux propriétés mécaniques avancées du nano composite doivent permettre un allègement plus poussé des pièces, ce qui s'inscrit dans les enjeux stratégiques d'économie de matière et d'impact environnemental. Le premier objectif de la thèse sera de développer des mélanges de poudres nano composites stables et homogènes en évaluant deux voies différentes: mélangeur à pales pour revêtir les particules d'aluminium de renforts, ou le broyage pour insérer les renforts dans les particules d'aluminium. Dans le cas des particules revêtues, l'enjeu est d'identifier les conditions procédé permettant une répartition homogène des renforts dans la matrice solidifiée. Le second objectif de la thèse sera de tester le potentiel de renforts de carbures de silicium synthétisés à façon. L'idée est d'utiliser pour ce faire le procédé de pyrolyse laser qui permet une modification de la chimie de surface des renforts pour améliorer leur mouillabilité et limiter leur réactivité dans le bain fondu d'aluminium.

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Actionneur MEMS piézoélectrique amplifié hydrauliquement

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Conception mécanique, mécanique des fluides, modélisation, physique, microsystème. Des connaissances en logiciel d'éléments finis (COMSOL, ANSYS ou autre) sont un plus.

01-09-2020

SL-DRT-20-0488

laurent.mollard@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Le principal objectif de la recherche sur les micro-actionneurs consiste à développer une architecture permettant l'obtention de grands déplacements et grandes forces, sur une large plage fréquentielle tout en minimisant la consommation électrique. A ce jour, aucune solution ne remplit tous ces critères. En effet les actionneurs hydrauliques ne répondent pas au critère de compacité et de fonctionnement en fréquence mais permettent des forces et des déplacements importants. De même, les actionneurs électromagnétiques répondent à une large gamme fréquentielle avec une force et un déplacement important, mais au prix d'un fort encombrement et d'une consommation importante. Enfin les actionneurs piézo-électriques présentent des déplacements limités, de l'ordre de la dizaine de micromètres, malgré l'atteinte des autres critères. La rupture technologique de la thèse consistera à amplifier hydrauliquement ces déplacements limités, en appliquant de faibles déplacements sur une grande surface, pour déplacer un liquide, et générer, par conservation du volume, des déplacements importants sur une surface mobile plus faible. Le sujet de la thèse consistera donc à développer et à intégrer dans un système MEMS (Micro Electro-Mechanical System), cette brique d'actionneur piézoélectrique amplifiée hydrauliquement (dit système HDAM pour « Hydraulic Displacement Amplification Mechanism ») et à l'optimiser.

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Recristallisation en phase solide assistée par recuit laser nanoseconde

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Master 2 / Ingénieur

01-09-2020

SL-DRT-20-0514

Pablo.ACOSTAALBA@cea.fr

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

Dans les dernières années des progrès importants ont été faits en ce qui concerne la réduction de budget thermique nécessaire pour la fabrication de composants de la microélectronique. Par ailleurs, le recuit laser nanoseconde représente aujourd'hui une alternative très prometteuse pour l'intégration des dispositifs microélectroniques dont le budget thermique doit être limité. Le CEA LETI, s 'est engagé dès 2017 dans un programme ambitieux sur le traitement thermique avancé pour la microélectronique. Dans ce contexte, un équipement de recuit laser nanoseconde a été installé dans la salle blanche du LETI. Ce procédé novateur permet d'atteindre de très hautes températures pendant de temps extrêmement courts (quelques dizaines de ns) ce qui implique que le budget thermique appliqué aux structures irradiées est très faible. Il a récemment été démontré que l'on peut utiliser le recuit laser nanoseconde afin d'obtenir la recristallisation en phase solide des couches de silicium partiellement amorphisées. Ce procédé peut être utilisé pour optimiser différentes étapes des procédés de fabrication come par exemple l'activation des dopant dans la source et drain des transistors. Il est donc fondamental de comprendre les mécanismes physiques et d'explorer l'impact des différents paramètres sur la cinétique de recristallisation afin de maitriser ce procédé dans des matériaux de base comme le Si et le SiGe. Cette thèse vise à évaluer l'apport du recuit laser nanoseconde sur les propriétés structurales et électriques de différents empilements semi-conducteurs.

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Imagerie sans lentille et intelligence artificielle pour un diagnostic rapide des infections

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Systèmes d'Imagerie pour le Vivant

Master 2 biologie, data intelligence

01-10-2020

SL-DRT-20-0518

caroline.paulus@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

L'objectif de la thèse est de développer une technologie portable d'identification des pathogènes. En effet, dans un contexte d'extension des déserts médicaux et de recrudescence des infections antibiorésistantes, il est urgent de développer des techniques innovantes pour le diagnostic rapide des infections en milieu isolé. Parmi les techniques optiques d'identification des pathogènes, les méthodes d'imagerie sans lentille occupent une place particulière car elles sont les seules à l'heure actuelle à pouvoir proposer une caractérisation simultanée d'un grand nombre de colonies, le tout avec une technologie bas coût, portable et peu énergivore. L'objectif de la thèse est d'explorer les potentialités de l'imagerie sans lentille associée à des algorithmes d'intelligence artificielle pour identifier rapidement les colonies bactériennes présentes dans un liquide biologique. La thèse visera à optimiser le dimensionnement du système imageur (sources, capteurs) et à étudier des algorithmes de traitement d'images et d'apprentissage machine nécessaires pour l'identification des colonies. Deux cas d'applications cliniques seront étudiés.

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Amélioration des performances d'imageur gamma CdZnTe par apprentissage de modèle

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

Master 2 / ingénieur physique

01-11-2020

SL-DRT-20-0522

gmontemont@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'imagerie gamma est une technique qui est appliquée à l'imagerie médicale (imagerie moléculaire, médecine nucléaire) ou à la sécurité (transport, industrie). Les détecteurs semi-conducteurs CdZnTe sont de plus en plus utilisés dans les récentes machines tomoscintigraphiques (gamma-caméras) ou des petits imageurs portables pour leur gain en vitesse, sensibilité et qualité d'image. Ces détecteurs fonctionnent à température ambiante et sont sensibles aux 5 paramètres physiques de l'interaction : énergie déposée E, instant d'interaction T et position XYZ. L'estimation de ces grandeurs se fait à partir des différents signaux électroniques mesurés. Le lien entre signaux électriques et grandeurs physiques est toutefois mal connu du fait de la variabilité physique des propriétés du matériau. Le but de cette thèse est de lever ces limitations grâce à apprentissage in-situ de la réponse réelle du détecteur qui permettra une modélisation précise. En effet, les techniques récentes d'apprentissage sur des modèles multicouches profonds peuvent s'adapter à des cas particulièrement complexes avec une grande flexibilité. Ainsi, il est possible de pallier notre connaissance imparfaite de la physique du détecteur. L'identification des paramètres physiques propres aux détecteurs peut ainsi permettre une estimation optimisée du lieu, de l'instant et de l'énergie déposée lors de l'interaction du photon. Ainsi, il sera possible d'améliorer la qualité des images, et donc la capacité globale de la machine à détecter des objets petits ou faiblement émissifs, pour un meilleur diagnostic ou une meilleure discrimination des faux positifs. L'étudiant(e) devra avoir une formation en mathématiques appliquée (machine learning) et/ou en physique de la mesure et montrer un goût prononcé pour la recherche pluridisciplinaire, entre la physique expérimentale et le traitement mathématique de données.

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Systèmes électroniques d'adaptation en fréquence pour la récupération d'énergie vibratoire large bande

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Electronique et Systèmes embarqués

01-09-2020

SL-DRT-20-0530

pierre.gasnier@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

La récupération d'énergie est une thématique dont le but est l'alimentation de n?uds de capteurs sans fil communicants en remplaçant la source d'énergie électrique (pile, câbles) par l'exploitation de l'énergie ambiante. La récupération d'énergie vibratoire notamment, permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement et de la convertir en électricité afin d'alimenter un capteur sans fil. La thèse portera sur l'exploitation de matériaux piézoélectriques sur des structures résonantes pour convertir l'énergie vibratoire en électricité. L'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes, mais la puissance récupérée chute fortement lorsque le spectre des vibrations d'entrée ne coïncide plus avec la fréquence de résonance du récupérateur. Pour l'adoption de ce type de système par l'industrie, un des verrous majeurs est donc cette sélectivité fréquentielle. Le CEA et l'Université Savoie Mont-Blanc (Laboratoire SYMME) ont récemment proposé des techniques performantes pour lever ce verrou en exploitant des récupérateurs pouvant être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur dit « fortement couplé » voit son comportement mécanique modifié (sa fréquence de résonance notamment), permettant de suivre l'évolution de la fréquence d'entrée. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des architectures électroniques innovantes (sur la base de composants discrets et/ou microcontrôleurs) permettant de réaliser l'ajustement (ou « tuning ») automatique et la recherche du point de puissance maximum de récupérateurs d'énergie vibratoire piézoélectriques. Un soin particulier sera apporté à la faible consommation et l'encombrement du circuit proposé puisque le but, à terme, est de réaliser un circuit autonome en énergie consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. En fin de thèse, la ou les architectures sélectionnées seront alors proposées au département de conception de circuits intégrés du CEA-Leti en vue d'une miniaturisation. Un démonstrateur complet (récupérateur, micro-convertisseur et circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

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