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Caractérisation avancée de recombinaison de porteurs sur structure HEMT AlGaN/GaN, comprehension de l'évolution des materiaux de l'épitaxie à la gravure

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire Analyses de Surfaces et Interfaces

M1

01-09-2021

SL-DRT-21-0377

Lukasz.Borowik@cea.fr

Nano-caractérisation avancée (.pdf)

La présence d'un gaz d'électrons bi-dimensionnel (2DEG) dans les hétérostructures AlGaN/GaN permet de produire des transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) qui sont naturellement normally-ON. Cependant dans le domaine de l'électronique de puissance, il est nécessaire d'utiliser des transistors à accumulation (normally-OFF). C'est pourquoi le CEA-LETI développe des transistors AlGaN/GaN MOSchannel HEMTs où l'AlGaN/GaN est gravé sous la grille pour réduire ou supprimer le 2DEG et où le canal est contrôlé par la structure MOS (métal-oxyde-semiconducteur). Cette structure permet d'obtenir des tensions de seuil positives et donc des composants normally-OFF. Cependant, la gravure de l'AlGaN/GaN peut induire des défauts dans la structure cristalline (implantation d'ions de gravure, endommagement de la maille cristalline, lacunes). Il est donc critique de pouvoir identifier ces défauts pour optimiser les procédés de fabrication et donc la performance des transistors. Le travail de thèse sera basé sur : (1) Caractérisation des matériaux par cathodo-luminescence et KPFM : préparation d'échantillons, réalisation et interprétation des mesures en termes de recombinaisons radiatives et non radiatives, étude de différents empilements produits par épitaxie et de l'impact des procédés de gravure (2) Corrélation entre KPFM et CL pour une compréhension approfondie des phénomènes électroniques autour de la grille du transistor (3) Corrélation avec les performances électriques des transistors AlGaN/GaN Les équipements de cathodoluminescence et KPFM sous illumination sont situés sur la plateforme nano-caractérisation (PFNC) du LETI. L'acquisition d'un équipement de CL résolue en temps (TRCL) est également envisagée par la PFNC, qui pourrait être utilisé pour la troisième année de thèse.

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Techniques de focalisation en champ proche dans les milieux inhomogènes aux fréquences millimétriques

Département Systèmes (LETI)

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master electrical engineering / hyperfréquences

01-10-2021

SL-DRT-21-0378

antonio.clemente@cea.fr

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

Dans des multiples applications telles que le transfert d'énergie sans fil, l'imagerie micro-ondes, le contrôle industriel, etc., il est nécessaire de former, diriger ou encore focaliser le rayonnement électromagnétique dans une région spécifique de l'espace. Cette région peut se situer dans l'environnement proche de la surface rayonnante qui a généré l'onde électromagnétique. Dans ce cas, on parle de système focalisant en champ proche. Avec le développement des futurs systèmes de communication de type « Beyond 5G » et 6G, la nécessité de focaliser le faisceau en champ proche peut aussi s'appliquer dans le cas des surfaces intelligentes reconfigurables. Ces dispositifs, si dotés d'éléments reconfigurables, peuvent être utilisés pour manipuler les ondes électromagnétiques et contrôler de manière dynamique les propriétés du canal de propagation. Enfin, la focalisation en champ proche peut aussi être un élément différentiant pour le développement des futurs systèmes d'imagerie médicale qui nécessitent de former et diriger l'énergie dans corps humain afin de diagnostiquer, suivre et / ou soigner des pathologies spécifiques. Dans ce contexte, la focalisation en champ proche peut être utilisée pour améliorer la résolution du système d'imagerie en optimisant le transfert / transmission d'énergie. Le premier objectif de cette thèse est de développer des outils de synthèse, de conception et d'optimisation de systèmes focalisants en champ proche en milieux non homogènes. Ces techniques seront développées en considérant les propriétés électromagnétiques des milieux. La synthèse du champ d'ouverture se fera à partir de l'expansion modale du champ et de la théorie des potentiels vecteurs. Après cette phase, les procédures de synthèse et d'optimisation développées seront utilisées pour concevoir un système focalisant en champ proche opérant aux fréquences millimétriques et / ou sub-THz (30 ? 300 GHz). Ces antennes seront fabriquées et caractérisées en chambre anéchoïque. Des simulations système et / ou des mesures seront aussi faite pour analyser l'impact du système focalisant en champ proche.

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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-21-0380

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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Transformateur électronique à haut rendement pour les applications à base d'ENR en forte puissance

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Ingénieur en électronique de puissance spécialité electromagnetisme

01-09-2021

SL-DRT-21-0386

jeremy.martin@cea.fr

Efficacité énergétique pour bâtiments intelligents, mobilité électrique et procédés industriels (.pdf)

Les sources primaires d'énergie électriques utilisées dans les systèmes à base d'énergies renouvelables sont pour la plupart à courant continu : Nous pouvons indiquer ci dessous, les principales caractéristiques en tension des sources en question : -Photovoltaïques (1.5 kVDC) -Systèmes de stockage d'énergie (800 V-1.5 kVDC) -Stacks EHT (950 VDC) -Batteries de véhicule électrique (800 VDC) D'autre part , les nouveaux réseaux de transport d'énergie sont à courant continu : -HVDC : 100 kVDC à 1.6 MVDC Certains systèmes d'alimentation ferroviaires sont également à courant continu : -Ferroviaire : 1.5 kVDC, 3 kVDC, projet de réseau expérimental SNCF 6 kVDC Des architectures avec collecteur DC sont prévues dans les applications suivantes : -Distribution d'énergie dans les stations de recharge pour les véhicules électriques -Réseaux de bord des engins de propulsion navale -Chaînes de conversion électrique des engins de traction ferroviaire électrique -Production d'énergie photovoltaïque -Stockage stationnaire d'énergie électrique L'objectif de ce travail de thèse sera d'obtenir une brique de convertisseur DC/DC modulaire compatible avec les niveaux de tension délivrés par les sources d'ENR et permettant d'injecter sur de la moyenne tension DC. L'isolement électrique des sources primaires sera inchangé : il faudra donc apporter, pour assurer l'isolement des sources, une technologie de transformateur à très haut rendement (>99.5%) intégré dans les étages de conversion statique. Le transformateur sera l'un des éléments clés de la problématique et à ce titre certainement le support de nombreuses innovation en termes d'utilisation de matériaux magnétiques (selon la bande de fréquence et le cahier des charges, des matériaux amorphes, nanocristallins coupés, ou ferrites spécifiques peuvent être employés), de disposition mécanique de ces matériaux (orientation, taux de charge, morphologie), de disposition électrique des enroulements ainsi que de gestion thermique de l'ensemble, tout en assurant une rigidité diélectrique appropriée. -L'injection pourra se faire sur un réseau 6 kVDC (réseau expérimental SNCF) -L'électronique de puissance sera réalisée avec des semiconducteurs HT SiC dont les performances actuelles sont très supérieures à des équivalents Si. Le DTNM et le laboratoire Ampère apporteront leurs expertises sur les matériaux magnétiques pour le dimensionnement du transformateur intégré dans les étages de conversion tandis que le DTS apportera des connaissances dans le domaine du prototypage de convertisseurs moyenne / forte puissance, de transformateurs , ainsi que dans la caractérisation de composants d'électronique de puissance.

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Conception multiphysique de modules à semiconducteurs de puissance haute tension pour la conversion des énergies renouvelables

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Systèmes PV

Electronique de puissance, physique de matériaux diélectrique, simulation multiphysique

01-09-2021

SL-DRT-21-0387

jeremy.martin@cea.fr

Energie solaire pour la transition énergétique (.pdf)

La recherche et développement autour des semiconducteurs de puissance en carbure de silicium (SiC) a permis de développer des composants capable de bloquer des tensions jusqu'à 15 kV. Ces dispositifs permettent en outre des commutations à des vitesses très élevées (ex : 120 kV/µs pour un MOSFET SiC 10 kV ou encore 180 kV/µs pour un IGBT SiC 15 kV). Les performances de ces semiconducteurs sont exceptionnelles et permettent de réduire drastiquement les pertes par commutation par rapport à des équivalents en Silicium. La mise en ?uvre des ces interrupteurs est en revanche très délicate et fait appel à des méthodologies de conception multiphysique dans champs disciplinaires transversaux. De nombreux verrous scientifiques et technologiques restent toutefois à lever : - Minimisation des inductances parasites des modules de puissance (<5 nH) - Intégration de blindage CEM pour collecter les courant impulsionnels perturbateurs - Refroidissement des puces SiC donc la taille est très réduite par rapport à des équivalent en Si - Gestion des décharges partielles et matériaux diélectriques - Influence des dV/dt sur le vieillissement des matériaux (en DC à 50Hz, et en impulsionnel) - Phénomènes de réflexion (onde électromagnétique) ... Le travail proposé consiste à étudier et à développer une architecture de module de puissance innovante permettant la mise en ?uvre de puces SiC pour des systèmes pouvant atteindre 10 kV. Une équipe du CEA à Toulouse spécialistes du packaging 3D en forte puissance apporteront leurs compétences en technologies d'assemblage pour la réalisation de modules de puissance complexes. Les équipes du CEA sur le campus INES (Institut National de l'Energie Solaire) au Bourget du Lac (73) mettront à disposition leurs moyens de mesure et prototypage en haute tension ainsi que leurs connaissances en conception de module de puissance (simulation par éléments finis). Les chercheurs du laboratoire G2ELAB (Grenoble INP) spécialistes en refroidissement de modules de puissance et en science des diélectriques mettront à profit leur connaissances ainsi que leurs plateformes expérimentales.

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Neurones oscillants pour le calcul d'optimisation et la mémoire associative

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Niveau M2, formation en micro/nanoélectronique (technologie et conception) - des connaissances théorique et pratiques des réseaux de neurones pour l'IA sont un avantage

01-10-2021

SL-DRT-21-0393

louis.hutin@cea.fr

Data intelligence dont Intelligence Artificielle (.pdf)

Les réseaux de Hopfield sont des réseaux de neurones récurrents qui permettent de réaliser des fonctions de mémoire associative. En soumettant leurs éléments à des fluctuations ajustables, ces réseaux peuvent également être adaptés à la résolution efficace de problèmes d'optimisation combinatoire NP-difficiles. De tels problèmes, dont la résolution exacte en temps polynomial est hors de portée de machines de Turing déterministes, trouvent des applications dans des domaines tels que les opérations logistiques, le design de circuits (e.g. placement-routage), le diagnostic médical, la gestion de réseaux intelligents (e.g. smart grid), la stratégie de management etc. Le sujet proposé s'inscrit dans le contexte de la recherche d'accélérateurs hardware pour l'intelligence artificielle. L'approche considérée en particulier porte sur le choix d'oscillateurs verrouillés en phase par injection (ILO: Injection-Locked Oscillators) pour réaliser la fonction du neurone. L'objectif sera la conception, la fabrication et la démonstration de réseaux de neurones binaires couplés par des poids synaptiques ajustables pour réaliser des fonctions de mémoire associative (ex: reconnaissance de forme) ou d'optimisation combinatoire (ex: coloration de graphe, partitionnement maximal,?).

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