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Engineering science >> Solid state physics, surfaces and interfaces
9 propositions.
Etude et caractérisation de la passivation des photodiodes pour l'optimisation des performances des futures générations de détecteurs infrarouge refroidis
Aujourd?hui, la roadmap de l'imagerie infrarouge refroidi impose des matrices de photodiodes plus en plus grandes, avec des pas pixels de plus en plus petits et une température de fonctionnement de plus en plus haute, tout en étant capable de conserver le même rapport signal sur bruit (SNR), voire de détecter des flux de plus en plus faibles. Pour adresser ces nombreux enjeux, une analyse approfondie des caractéristiques électro-optiques (EO) du circuit de détection (CD) est indispensable. Les optimisations technologiques sont souvent guidées par la compréhension fine des phénomènes physiques mis en jeu dans la brique élémentaire de nos détecteurs, la photodiode. En particulier, une brique technologique clé a été identifiée comme un axe d'amélioration de la technologie des futurs détecteurs photovoltaïques: il s'agit de la passivation (couche d'isolation entre le matériau optiquement actif et les niveaux d'interconnexions métalliques du CD). Elle joue un rôle important sur les performances EO des photodiodes que ce soit en termes de bruit, de courant d'obscurité, et de courant photonique (rendement quantique) et in fine sur le SNR et le taux de pixels en défaut du détecteur. L'étude de l'impact des défauts de la passivation sur les performances EO constitue le c?ur de cette thèse. Il s'agira d'identifier et de quantifier les différents défauts et d'établir leurs impacts sur les performances EO des photodiodes, jusqu'à l'imageur complet. Dans un 1er temps, le candidat développera des outils et des méthodes d'analyse et de caractérisations électriques et optiques des différentes variantes de couches de passivation et de leur interface avec un matériau semi-conducteur petit gap, à la fois du point de vue théorique (modélisation et simulation numérique) et expérimental (nouvelles méthodes d'extraction de paramètres, développement d'outils de mesure). A partir de ces outils théoriques et expérimentaux, le doctorant étudiera dans 2ème temps le lien qui existe entre l'état électrique de la passivation avec ses défauts et les performances EO de la photodiode, au sens large. L'étude sera menée sur plusieurs technologies développées au laboratoire (matériaux II-VI et III-V). L'influence des procédés de fabrication sur la qualité de la passivation sera investiguée en étroite collaboration avec les technologues. Les retombées de ce travail scientifique amont sont, en plus d'une augmentation de notre connaissance, des propositions de voies d'amélioration des technologies de passivation pour les deux filières majeures à base d'InSb et de CdHgTe développées au laboratoire. Le développement de la Propriété Intellectuelle sera encouragé. Les outils développés pourront aussi bénéficier à d'autres technologies de détecteurs pour lesquels le laboratoire développe des partenariats (technologies InGaAs, QWIP,?). Le doctorant évoluera au sein de l'équipe de caractérisation du Laboratoire d'Imagerie Infrarouge Refroidi du Service pour l'Imagerie du Département d'Optique et PhoTonique du CEA-Léti (pôle Direction de la Recherche Technologique du CEA). Des experts l'aideront à prendre en main les outils nécessaires au bon déroulement de la thèse. Ce travail sera mené en relation étroite avec les technologues du Laboratoire des Procédés Front-End pour les aspects liés à la technologie et aux caractérisations physico-chimiques des couches minces. En outre, un soutien important du laboratoire académique associé (IMEP-LAHC) en expertise scientifique permettra de progresser efficacement tout au long de ce travail de thèse.
Voir le résumé de l'offreHétéroépitaxie de films de diamant sur iridium pour la dosimétrie médicale
Ce travail de thèse vise à réaliser des films de diamant de très haute qualité cristalline en hétéroépitaxie sur des substrats de Ir (001) / SrTiO3 (001) et à étudier leurs performances comme dosimètres pour la radiothérapie. Ces travaux de recherche seront développés en collaboration avec le consortium du projet ANR HIRIS. Le Laboratoire Capteurs Diamant du CEA LIST a commencé l'hétéroépitaxie du diamant sur iridium en 2007, des films de qualité cristalline à l'état de l'art ont été obtenus [1]. Deux objectifs majeurs seront visés : - L'amélioration de la qualité cristalline des films de diamant. En effet, la densité de dislocations obtenue dans la littérature (> 5x10^8 cm-2) limite toujours les propriétés de transport électronique. Le contrôle de l'homogénéité des domaines formés sur l'Ir (001) nécessite une meilleure connaissance des mécanismes de surface se produisant lors de la nucléation assistée par polarisation. Des études de la chimie de surface (XPS, AES, UPS) et de la topographie (AFM) seront menées en utilisant un montage fonctionnant sous ultra-vide. Cet appareillage permet un suivi séquentiel de la surface sans remise à l'air après l'étape de nucléation. Des observations en microscopie électronique à balayage permettront de caractériser la morphologie des domaines. Des conditions CVD spécifiques seront ensuite utilisées pour la croissance de films de diamant de 300 µm de haute qualité cristalline avec un faible niveau d'impuretés. - Le passage à des substrats de 20x20 mm2 (up-scaling) permettra la reproductibilité. En effet, ceci permettra de disposer de plusieurs échantillons 5x5 mm2 après découpage. L'utilisation de substrats alternatifs comme des couches de SrTiO3 (001) épitaxiées sur silicium facilitera ce up-scaling. L'utilisation du diamant hétéroépitaxié pour la dosimétrie médicale est nouvelle. Les meilleurs échantillons seront sélectionnés et montés comme dosimètres en utilisant la technologie développée au CEA LIST. Après tests en hôpital, les performances seront comparées au diamant monocristallin et aux autres dosimètres actuellement utilisés. [1] A. Chavanne, J. Barjon, B. Vilquin, J. Arabski, J.C. Arnault, Diam. Relat. Mater. 22 (2012) 52?58.
Voir le résumé de l'offreLe développement et la compréhension des couches III-N pour l'amélioration des transistors de haute puissance
En réponse aux besoins sociétaux sur les énergies alternatives, le CEA-LETI développe une activité sur les composants de puissance, éléments clé de la conversion d'énergie électrique, pour les domaines de l'énergie photovoltaïque et des véhicules électriques. Le CEA-LETI a choisi une technologie de rupture basée sur l'utilisation du Nitrure de Gallium. Cette technologie 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 : ainsi, les propriétés physico-chimiques des couches de GaN et des sous-couches requises pour la croissance, le traitement, de ces couches (dopage, gravure, nettoyage?) requièrent encore un important travail de développement et de compréhension afin de conduire à la réalisation de transistors à très haute performance. L'objectif de cette thèse est donc d'étudier la croissance de couches de nitrure de gallium sur substrats silicium 200mm, dans le but d'obtenir et d'intégrer des matériaux de haute performance dans les composants de puissance réalisés au LETI. La MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) est une technique très souple, mais également très complexe pour réaliser la croissance par épitaxie de couches de matériaux semi-conducteur. Compte-tenu du grand nombre de paramètres variables, un important travail de compréhension des mécanismes de croissance de ces couches et de leurs performances est requis. Au cours de cette étude, le thésard aura à développer des couches les plus performantes possibles en vue de les intégrer dans des transistors de type HEMT (High Electron Mobility Transistors). Il pourra s'appuyer sur notre équipe de caractérisation qui possède une expertise mondialement reconnue dans les techniques telles que KFM, C-AFM , XPS, CL, PL, TEM, SIMS, Sonde Atomique Tomographique. En outre, le thésard bénéficiera d'une route de fabrication de composants électriques (diodes, transistors) reproductible et efficace afin de caractériser les propriétés électriques des couches développées.
Voir le résumé de l'offreEtude de l'influence des propriétés mécaniques des surfaces sur l?énergie de collage direct.
L'objectif de cette thèse porte sur étude l'impact des propriétés mécaniques des surfaces sur l'énergie de collage direct. Par exemple, la mesure de 4J/m² de l'énergie de collage direct d'une interface Si/SiO2 ou SiO2/SIO2 alors que seulement 30% des surfaces sont en contact et que l'énergie de collage maximale est de 5J/m² est paradoxale. Une des explications est de supposer une consommation de l'énergie de fracture lors de la mesure d'énergie au sein de la couche superficielle d'oxyde. La rupture ne serait donc pas "fragile" ce qui, d'après la littérature, est normalement pas le cas pour le SiO2 (et à fortiori pour le Si). Si la rupture est non fragile, alors un certain volume de matériaux est impacté. L'étude de l'énergie de collage en fonction de l'épaisseur de la couche d'oxyde collée devrait donc nous permettre de mettre en évidence ce phénomène. Plus généralement cette thèse regardera l'impact des propriétés mécaniques des couches de collage sur l'énergie et les mécanismes de ce dernier. En effet, l'influence des différents types de traitement de surface tels que les plasmas, la CMP, les UV, l'ozone pourrait trouver une explication très intéressante dans la modification des propriétés mécaniques de la sub-surface des matériaux. Cette thèse s'inscrirait dans la continuité des études de mécanismes de collage, point fort de notre service.
Voir le résumé de l'offreAnalyse de nanostructures organisées par diffusion centrale des rayons X
L'étude des nano-objets nécessite le développement de techniques dédiées permettant notamment de caractériser leur forme, leur taille ainsi que leur organisation spatiale. Outil complémentaire des techniques de microscopies (TEM, MEB, AFM, STM) ?, la méthode de diffusion centrale des rayons X en incidence rasante (acronyme anglais (GI)-SAXS) connaît dans ce contexte un essor considérable. Elle permet en effet d'obtenir, de façon non destructive, une information statistique moyenne sur l'ensemble de l'échantillon et de faire un parallèle pertinent avec les propriétés physiques étudiées à l'échelle macroscopique. De plus, grâce à la modulation de la pénétration des rayons X dans la matière avec l'angle d'incidence, il est possible de caractériser des îlots déposés sur un substrat aussi bien que des nanostructures enterrées à différentes profondeurs. Enfin, la technique permet de réaliser des mesures in situ et en temps réel dans de nombreux environnements. Au sein du LETI, les applications de cette technique sont nombreuses : lithographie, interconnections avancées... Le travail de thèse sera focalisé sur le développement du GISAXS dans le cas de nanostructures organisées. Il s'agira notamment de mettre en place les outils de modélisation/simulation de la diffusion des Rx par ces structures. Ces développements seront appliqués sur les copolymères grapho-épitaxiés à l'état de l'art développés au sein du LETI et qui ont déjà fait l'objet d'études cinétiques en GISAXS à l'ESRF (European Synchrotron Radiation Facility - Grenoble). L'objectif sera de mieux comprendre la mise en ordre de ces matériaux. Enfin, on pourra combiner les résultats obtenus avec d'autres outils de caractérisation (CD-AFM, CD-SEM?) déjà pratiqués sur ces copolymères. Les expériences auront lieu à l'ESRF ainsi qu'au laboratoire du LETI qui disposera fin 2013 d'un instrument de (GI-)SAXS/WAXS à l'état de l'art. Ce sujet est l'opportunité de travailler dans l'environnement d'un synchrotron européen et sur les matériaux les plus avancés développés à MINATEC pour les micro-nano technologies.
Voir le résumé de l'offreApproche photonique de la détection hyperspectrale.
Nous proposons une thèse dans le domaines de la nanophotonique et plasmonique. La découverte que certaines structures métalliques et diélectriques permettent de trier la lumière en fonction de sa longueur d'onde, d'augmenter l'absorption de la lumière et de construire des filtres à haute performance nous donne la possibilité de concevoir des imageurs infrarouges beaucoup plus performants, ouvrant la voie à des nombreuses nouvelles applications, par exemple dans l'observation de la terre, l'astrophysique et l'astronomie. Mais beaucoup reste à faire dans ce domaine naissant: comprendre la physique, proposer des nouveaux types de détecteurs, simuler leur fonctionnement et réaliser des prototypes. Le Département d'Optoélectronique (LETI) du Commissariat à l'Énergie Atomique et aux Énergies Alternatives (CEA Grenoble) dispose d'outils de simulation optique et de fabrication de dispositifs à l'état de l'art et, depuis quelques années, il renforce sa présence dans les domaines de la nanophotonique et de la plasmonique appliquées à l'imagerie infrarouge, en collaboration avec l'industrie. Nous encourageons les étudiants en optique ou ingénierie à intégrer nos équipes pour développer notre compréhension de ce sujet porteur et fabriquer des dispositifs innovants.
Voir le résumé de l'offreDéveloppement d'architectures « Normally-Off » de transistors HEMT sur Nitrure de Gallium
Les transistors actuels basés sur ce matériau sont des transistors HEMT (High Electron Mobility Transistors) « Normally-On » c'est-à-dire qu'un courant passe en l'absence de polarisation de grille. Afin de répondre aux spécifications applicatives, il est nécessaire de mettre au point de nouvelles architectures de transistors HEMT « normally-Off »présentant une tension de seuil positive sans dégradation des autres caractéristiques électriques du transistor. Le but de la thèse est d'identifier les phénomènes physiques et électriques permettant de moduler la densité des électrons du gaz bidimensionnel de l'hétérostructure contrainte AlGaN/GaN ou InAlN/GaN et conduisant à la réalisation de structures «Normally-Off». Dans ce but, différentes architectures « Normally-Off » seront évaluées en s'appuyant sur les moyens de la salle blanche 200mm du CEA-LETI et sur la filière existance «HEMT GaN Normally-On » Le travail de thèse comportera : 1. L'état de l'art des structures « Normally-Off » et identification des architectures les plus prometteuses de concert avec l'équipe « Puissance GaN » en s'appuyant sur des simulations TCAD. 2. La définition des variantes technologiques et de procédés de fabrication afin de moduler la densité d'électrons dans le canal en interaction avec les équipes intégration et process en s'appuyant sur la filière 200mm «Normally-On». 3. Le suivi de la réalisation des composants dans la salle blanche du CEA-LETI. Caractérisations physico-chimiques des empilements et caractérisation électrique des nouveaux composants (performances statiques et dynamiques). 4. Analyse et interprétation des résultats. Identification des phénomènes physiques et électriques clés en corrélation avec la simulation TCAD. 5. Synthèse des résultats et rédaction du manuscrit
Voir le résumé de l'offreCroissance de graphene de haute qualité avec ou sans assistance laser et évaluation des propriétés de transport (spintronic sur les matériaux élaborés)
La croissance chimique en phase vapeur (CVD) du graphene est un sujet qui intéresse les applications comme les interconnexions avancées pour les futurs circuits électroniques, les électrodes transparentes et conductrices pour les écrans tactiles ainsi que les dispositifs de spintronique qui utilisent des courants de spin et qui pourraient être les remplaçants futur des circuits CMOS utilisés en nanoélectronique. Toutes ces applications nécessitent du graphene ayant les meilleures propriétés possibles en terme de transport donc les meilleures propriétés structurales possibles du matériau (nombre de défauts minimum et taille des cristallites les plus grandes possible). La voie originale que l'on souhaite développer dans cette thèse est l'utilisation de laser ultra violet ayant des impulsions courtes pour localiser en surface de l'échantillon une énergie supplémentaire par rapport aux techniques de croissance plus classique. Ce sujet a fait l'objet d'un stage précèdent qui a permis de réaliser le réacteur de croissance assisté par laser (LACVD) et déterminer des paramètres préliminaires au niveau du laser. Le candidat sera amené à développer le procédé et à optimiser les paramètres de croissance des films de graphene. La compréhension des mécanismes de croissance se fera au travers des caractéristiques des films obtenus. En particulier il réalisera et optimisera les dispositifs de spintronique qui permettront de mesurer les caractéristiques de transport (mobilité, longueur de diffusion de spin). Les moyens de caractérisation permettront également d'explorer les propriétés physico-chimique, électrique, optique et mécanique des produits obtenus. Le travail commun entre deux laboratoires du CEA Grenoble se fera à 50% dans chaque laboratoire.
Voir le résumé de l'offreEtude de la réponse acoustique des collage directs et temporaires.
Les collages directs et temporaires sont maintenant utilisés par un nombre croissant d'applications en microélectronique (Elaboration de SOI, technologie imager Back Side Illumination, technologies 3D?). Il est primordial d'avoir la possibilité de réaliser une caractérisation non-destructive pour analyser la qualité de ces collages sur une ligne de fabrication. Aujourd'hui, différentes techniques sont envisageables (infra-rouge, rayons X?) mais pour avoir à la fois la précision d'analyse nécessaire, une rapidité d'exécution suffisante et une simplicité de mise en ?uvre et d'interprétation, la microscopie acoustique par réflexion offre de nombreuses possibilités pour analyser l'interface de collage entre deux plaquettes de silicium, par exemple, et notamment de pouvoir réaliser une cartographie bidimensionnelle des collages étudiés. Cette technique de caractérisation est déjà utilisée pour ces types de collages, cependant, un travail de fond sur la compréhension, l'interprétation fine et la simulation des signaux acoustiques obtenues reste à faire. Dans un premier temps des échantillons « modèles » avec des interfaces de collages les plus simples possible seront utilisés pour élaborer les premiers modèles de réponse acoustique des collages directs et polymères. Ensuite ces modèles seront utilisés et affiner sur des collages utilisés sur les lignes de productions du CEA et de ST. Cette étude sera principalement centrée sur les ondes longitudinales acoustiques. Mais en parallèle, la caractérisation des collages par des ondes de Rayleigh sera étudiée. L'analyse de ces ondes de Rayleigh devrait permettre de remonter à une caractérisation des propriétés mécaniques des interfaces de collages. Le candidat devra étudier la possibilité de lier cette caractérisation à la qualité des collages et notamment à l'énergie de collage en élaborant notamment des collages présentant des énergies différentes et contrôlé.
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