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Nos Thèses par thème

Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences  >> Chimie physique et électrochimie
61 proposition(s).

Impact de la turbulence en ingénierie de la ventilation

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Ingénieur mécanique et energétique

01-09-2019

SL-DRT-19-0036

xavier.faure@cea.fr

Les systèmes de ventilation dans les bâtiments, qu'ils soient mécaniques par extraction, mécaniques par insufflation, naturels ou hybrides, sont soumis aux effets du vent. Selon l'orientation des orifices de sortie/entrée, les conditions en pression peuvent sensiblement modifier les débits de renouvellement d'air. Une meilleure prise en compte des effets du vent et notamment des effets de turbulence, jusqu'alors négligés, permettrait de mieux comprendre les interactions avec les systèmes de ventilation et de contribuer aux développements des outils pour l'ingénierie de la ventilation (dimensionnement plus fin des systèmes de ventilation et développement des stratégies de ventilation hybrides). L'augmentation des performances énergétiques des bâtiments, depuis l'arrivée des réglementations jusqu'à aujourd'hui amène les systèmes de ventilation au premier plan des équipements de régulation des ambiances intérieures tant d'un point de vue énergétique que de la santé (qualité de l'air intérieur). Dans le travail envisagé, la turbulence du vent et les fluctuations de pression engendrées à l'intérieur du bâti devront être considérées au regard des perméabilités de l'enveloppe (et des dynamiques de diffusion hydrique en son sein), des temps de réponse des organes de régulation et des sources de polluants internes. L'identification des effets contribuant ou s'opposant au renouvellement d'air des bâtis devra considérer les différents rapports de forces entre les effets mécaniques et naturels (aérodynamique et thermique) et leur dynamique.

Language étendu pour le monitoring des systèmes temps-réel

Département Ingénierie Logiciels et Systèmes (LIST)

Laboratoire d'Ingénierie dirigée par les modèles pour les Systèmes Embarqués

Mathématiques (proba) Informatique, Traitement du signal

01-04-2019

SL-DRT-19-0248

nicolas.rapin@cea.fr

La thèse est liée à l'outil de monitoring ARTiMon développé dans le laboratoire. Cet outil surveille, pendant l'exécution d'un système, si des invariants issus des spécifications du système restent valides. L'objectif de cet outil est donc de détecter si un système en fonctionnement s'écarte de ses comportements spécifiés. Dans sa version actuelle le langage d'ARTiMon est fortement inspiré des logiques temporelles temporisées. La thèse aura pour but d'explorer des extensions possibles du langage d'entrée d'ARTiMon. Notamment on souhaiterait intégrer des propriétés probabilistes, des éléments de logique floue, des expressions régulières, ou des propriétés dans le domaine fréquentiel. Ces extensions devront être accompagnées de la définition d'algorithmes opérationnels de calcul qui pourront être intégré à l'outil.

Apprentissage par renforcement inverse d'une tâche effectuée par un humain

DPLOIRE (CTReg)

Autre

Master2 recherche en informatique ou robotique

01-01-2019

SL-DRT-19-0262

laurent.dolle@cea.fr

L'apprentissage par démonstration consiste à permettre à un agent (ex. un robot) d'apprendre une tâche par l'observation d'un autre agent (ex. un humain) réalisant cette même tâche. Les méthodes d'apprentissage par renforcement sont souvent utilisées dans ce cadre afin d'améliorer la capacité du robot à réaliser une tâche dans de nouvelles situations, mais elles nécessitent de définir une fonction de récompense qui renforcera les actions permettant d'atteindre l'objectif. Si cette fonction est délicate à concevoir lorsque la tâche est complexe, il est possible de l'apprendre à partir d'une série d'exemples par des méthodes dites d'apprentissage par renforcement inverse. L'utilisation, conjointe ou non, de ces techniques a montré des premiers résultats encourageants, mais qui sont limités à des exemples jouets et ne peuvent être adaptés tels quels à des tâches plus représentatives du milieu industriel. Au cours de la thèse, l'étudiant analysera et testera des travaux précédents à l'état de l'art. Il proposera alors une méthode, en combinant l'apprentissage par renforcement inverse à d'autres algorithmes (ex. generative adversarial networks, GAN), afin que le robot comprenne la tâche accomplie par l'opérateur (avec un minimum d'information de l'a part de l'opérateur), et généralisera suffisamment pour rendre le robot robuste à un environnement dynamique (obstacles, objets en mouvement ...). Cette méthode devrait être adaptée pour une tâche de « pick and place » dans un environnement industriel et assurer une période d'apprentissage raisonnable (information a priori, retour d'expérience de l'opérateur) pour des tâches de complexité moyenne.

Extraction d'objets 3D dans les scènes 3D

DPLOIRE (CTReg)

Autre

Informatique, Intelligence Artificielle, Vision par Ordinateur,

01-01-2019

SL-DRT-19-0269

anthony.mouraud@cea.fr

La détection et la localisation d'objets par l'image est une problématique étudiée depuis de nombreuses années. Les dernières évolutions technologiques permettent désormais l'acquisition temps-réel de données de profondeur couplées aux données de couleur (RGBD). Dans le même temps, les capacités de calcul de machines modernes ainsi que les méthodes de traitement intelligent de l'image ont permis des avancées significatives dans la détection/localisation d'objets en 2D selon différents angles d'approche (boites englobantes, contours, à partir de modèles CAO ?). Une étape importante est en passe d'être franchie ces dernières années avec les recherches menées pour extraire directement la volumétrie des objets détectés ainsi que leur position, en 3D. Ces travaux en sont encore à leurs débuts mais les premiers résultats sont encourageants tant à partir d'images 2D (ex. DeepManta) qu'à partir d'images 3D (ex. Deep Sliding Shapes). Malgré tout subsistent plusieurs verrous scientifiques/technologiques identifiables avant de permettre la démocratisation de ce type d'approche pour l'extraction automatique d'objets dans des scènes potentiellement inconnues. L'objectif de ce travail est d'identifier les approches actuelles de détection/localisation d'objets 3D, d'identifier leurs faiblesses et de travailler à de nouvelles technologies de traitement pour pallier celles-ci. Par ailleurs, la découverte d'objets dans des environnements inconnus et l'inférence de l'intention de l'opérateur par observation/localisation de son attention sont deux axes d'intérêt que ces travaux ambitionnent d'aborder. Au-delà de leurs applications pour l'apprentissage par démonstration, les briques logicielles issues de ce projet pourront également être réutilisées pour d'autres applications telles que la réalité augmentée (scan « intelligent », etc.), la surveillance ou la mobilité par exemple, ?

Modélisation de la Torréfaction de bioressources en four pilote à partir de données mesurées à petite échelle en laboratoire ce

Département Thermique Biomasse et Hydrogène (LITEN)

Laboratoire de Préparation de la Bioressource

génie des procédés

01-10-2019

SL-DRT-19-0288

thierry.melkior@cea.fr

la torréfaction est un prétraitement thermique appliqué à la biomasse en vue de sa valorisation énergétique, réalisé sous gaz neutre pendant plusieurs dizaines de minutes, à des températures comprises entre 200 et 300°C. Le solide traité a des propriétés qui s'approchent de celles du charbon (fossile), le rendant valorisable dans les mêmes installations industrielles que ce dernier. La plate-forme biomasse du CEA Grenoble a été équipée d'un four de torréfaction à échelle pilote (capacité : 150kg/h de bois). Les résultats obtenus dans ce four pilote sont toujours en décalage avec les données mesurées en laboratoire. Cela pose la question de la validité du changement d'échelle pour ce procédé. L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'extrapolation à l'échelle pilote les données mesurées avec des équipements analytiques de petite taille. Pour ce faire, on s'appuiera notamment sur les résultats des thèses successives menées au sein du laboratoire, qui ont abouti à un modèle représentant les différentes transformations chimiques de la biomasse au cours de la torréfaction. La validation de cette approche nécessitera un important travail expérimental, avec des mesures en laboratoire ainsi que la participation à des campagnes d'essais de torréfaction en pilote.

Etude et conception d'un système intégré pour la calibration automatique des dispersions au sein d'une matrice de transducteurs et application à des matrices de PMUTs

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Gestion d'Energie Capteurs et Actionneurs

Conception en microélectronique analogique et mixte. Affinité en traitement du signal et en mécanique.

01-09-2019

SL-DRT-19-0293

gwenael.bechet@cea.fr

Le but de la thèse est d'étudier et de concevoir un système électronique intégré dédié à la compensation automatique et continue des dispersions au sein d'une matrice de transducteur en technologie MEMS (Microelectromechanical Systems). Avec la dissémination et l'expansion continue de l'IoT (Internet of Things) et des CPS (Cyber-Physical Systems), les interfaces homme-machine et machine-machine nécessitent des capteurs de plus en plus performant et sophistiqués. En plus des gains en coût, fiabilité, encombrement et consommation, les transducteurs à technologie MEMS permettent aux capteurs d'embarquer toujours plus d'intelligence dans leur front-end électronique. Ils permettent aussi des configurations topologiques innovantes donnant accès à des gammes de mesure non adressables par leurs pendants discrets. En métrologie, l'agencement en matrices des transducteurs permet de réaliser une discrétisation spatiale des surfaces de transduction et d'améliorer les rendements et précisions de mesures (détecteur de gaz, spectrométrie de masses, distribution de pressions, ?). En imagerie et communication, les matrices de transducteurs permettent d'émettre et de recevoir des faisceaux d'ondes électromagnétiques ou acoustiques (échographie, radar, sonar, télécommunication ?). Malgré les progrès technologiques considérables dont bénéficient continuellement les technologies MEMS, certaines exigences applicatives se trouvent au-delà des performances intrinsèques qu'elles offrent. Il est alors nécessaire de mettre en ?uvre des dispositifs de correction des biais introduits à la fabrication ou évoluant avec les conditions d'opération. L'évaluation et la compensation de ces erreurs nécessitent la mise en ?uvre coûteuse de processus de calibration en laboratoire de test incompatible avec une mise en production massive, demandant la caractérisation des dispositifs à corriger et leurs interactions avec un milieu de mesure maitrisé. L'objectif de cette thèse est d'aboutir à une alternative électronique de diagnostique intégré, un BIST (Built-In Self-Test) électromécanique spécifique aux capteurs matricés, associé à un système de correction automatique mixte qui opérera en cohabitation avec les fonctions principales de l'interface-capteur. Le cas applicatif proposé est celui des matrices de PMUTs (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer). Ces dispositifs proposent des alternatives et des solutions complémentaires aux capteurs électromagnétiques pour la détection et localisation [1], la reconnaissance de geste [2] ou encore la détection de signaux de commande de sortie de veille [3]. Pour la majeure partie des applications, ces transducteurs résonants opèrent en émission/réception (TX/RX) et nécessitent d'être actionnés à leur fréquence de résonance afin d'optimiser la puissance de transmission. Le faisceau d'onde émis et reçu est mis en forme et orienté par commandes de phases. La présence d'erreurs et de dispersion dans les caractéristiques des PMUTs génère des biais dans leur fréquence de résonance, leur gain et leur facteur de qualité, induisant des pertes et des distorsions dans les faisceaux d'ondes émis et reçus. Par exemple, quelques pourcents de mismatch sur la raideur mécanique des transducteurs peuvent conduire à plusieurs dizaines de pourcent de perte sur la puissance acoustique transmise à une cible. Dans un premier temps, le doctorant se familiarisera avec les grandeurs et phénomènes physiques caractérisant les matrices de PMUTs en se basant sur un modèle analytique développé au sein du laboratoire d'accueil. Il pourra ainsi appréhender les sensibilités de ces capteurs et leur impact sur les puissances et directivités des faisceaux d'ondes. Il définira ensuite les méthodes et architectures électroniques qui permettront au système de converger vers les conditions de fonctionnement optimales, en identifiant par exemple la fréquence de résonance moyenne de la matrice ainsi que les coefficients de corrections en phase et gain à attribuer à chaque transducteur. Les choix d'architecture et d'implémentation doivent permettre au système de s'adapter aux dispersions et à leurs dérives de manière continue et autonome sans perturber les fonctions de mesures principales. La solution retenue sera implémentée et validée dans un environnement de conception mixte pour aboutir à un démonstrateur fonctionnel. [1] Przybyla, R. J., Tang, H. -., Guedes, A., Shelton, S. E., Horsley, D. A., & Boser, B. E. (2015). 3D ultrasonic rangefinder on a chip. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 50(1), 320-334. [2] Ling, K., Dai, H., Liu, Y., & Liu, A. X. (2018). Ultragesture: Fine-grained gesture sensing and recognition. Paper presented at the 2018 15th Annual IEEE International Conference on Sensing, Communication, and Networking, SECON 2018, 1-9. [3] Yadav, K., Kymissis, I., & Kinget, P. R. (2013). A 4.4-µ W wake-up receiver using ultrasound data. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 48(3), 649-660.

Capteur d'images CMOS adaptatif pour systèmes de vision intelligents

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Circuits Intégrés, Intelligents pour l'Image

Master ou ingénieur en microélectronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0335

william.guicquero@cea.fr

Cette thèse se propose d'explorer de nouvelles architectures de capteurs de vision pour améliorer la réactivité du capteur et faciliter le traitement de son image. L'imageur étudié pendant cette thèse utilisera les technologies microélectroniques émergentes dites « 3D » du CEA leti. Ces technologies permettent d'empiler plusieurs circuits intégrés et présentent l'avantage de proposer une très forte densité d'interconnexions permettant d'envisager des connexions au niveau du pixel de l'imageur. Cela nous permet d'envisager de revoir complètement la chaîne de l'image d'un imageur standard (lecture, amplification, compensation, colorisation, rendu de ton) en amenant au système complet plus d'agilité, une meilleure qualité d'image, une meilleure efficacité énergétique, le tout avec une faible surface de silicium. Le doctorant bénéficiera durant ses 3 années de thèse de l'expertise et de l'excellence scientifique de tout le CEA-Leti pour atteindre des objectifs élevés d'innovation à travers des brevets et des publications de rang international. Le candidat, dynamique et autonome, titulaire d'un Bac +5 en microélectronique, plus particulièrement en conception de circuit intégré analogique et mixte. Une bonne maitrise des outils CAO associés (Cadence, Matlab) sera attendue et des compétences en traitement d'images seront appréciées. Le déroulement des 3 années de thèse commencera par l'étude de l'état de l'art, puis le doctorant définira l'architecture optimale, la concevra et testera un prototype mettant en évidence les potentialités scientifiques et industrielles des solutions proposées.

Architecture de calcul massivement parallèle proche mémoire

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Intégration Silicium des Architectures Numériques

Master 2 Recherche ou Ingénieur - Spécialité microélectronique, architecture système sur puce, conception

01-10-2019

SL-DRT-19-0364

romain.lemaire@cea.fr

Les Systèmes-sur-puce (SoC) pour le calcul embarqué ont toujours été contraint par la bande-passante d'accès à la mémoire. Aujourd'hui avec le développement de nouvelles applications très consommatrices de données, les coûts (latence, énergie) d'accès à mémoire pour effectuer les calculs est fortement croissant. Un nouveau paradigme de calcul consistant à réaliser le calcul dans la mémoire (IMC: In-Memory Computing) a été proposé: l'idée est de traiter les données là où elles sont stockées pour gagner en latence et en énergie. La séparation entre unité de calcul et unité de stockage s'estompe introduisant de toutes nouvelles architectures. L'objectif du travail de thèse est de définir une architecture de calcul massivement parallèle proche mémoire, permettant en particulier d'interconnecter une matrice de tuiles de calcul à base de mémoire IMC pour du parallélisme d'exécution (multiprocesseur) et d'accès aux données (bancs mémoires multiples). La thèse s'appuiera sur les travaux existants dans le laboratoire sur des mémoires de type SRAM et s'orientera vers des mémoires à plus haute densité. Le sujet nécessite une approche exploratoire via de la modélisation de l'architecture proposée en lien avec les applications visées (big data, intelligence artificielle). La conception et la réalisation silicium de briques innovantes de l'architecture permettront de valider les concepts proposés.

Sécurisation de la cryptographie sur courbes elliptiques binaires contre les attaques par Templates et les attaques Horizontales

Département Systèmes

Laboratoire Sécurité des Objets et des Systèmes Physiques

Master II en Cryptographie ou Data science ou Ecole d'Ingénieur

01-09-2019

SL-DRT-19-0385

antoine.loiseau@cea.fr

Cette étude prend place dans le domaine de la sécurisation des systèmes embarqués et tout particulièrement de la cryptographie asymétrique face aux attaques par canaux auxiliaires horizontales et à base de Templates. Des études récentes, appliquées à la cryptographie symétrique, ont permis de construire de nouvelles techniques d'attaques par canaux auxiliaires, notamment contre des implémentations sites sécurisées. En améliorant l'efficacité des attaques par Templates, ces nouvelles attaques permettent de passer outre des contremesures de masquage. Il semble opportun d'étudier en profondeur les attaques par Templates et horizontales dans le cadre de cryptographie asymétrique. Cette thèse fait suite aux travaux d'Antoine Loiseau sur les Binary Edwards Curves (BEC). Ces travaux ont montré que ce modèle de courbes elliptiques a des propriétés intrinsèques de sécurité face aux attaques par canaux auxiliaires. Cependant des résultats ont montré certaines faiblesses face aux nouvelles attaques par Template. Le but principal de cette thèse est d'évaluer les propriétés des BECs face aux nouvelles attaques par Templates et Horizontales qui font appel aux machine learning. En fonction des résultats obtenus de nouvelles contremesures devront être mises au point afin de pallier à ces nouveaux biais d'attaques.

Réseaux compacts d'antennes ultra-large bande en bande Ka

Département Systèmes

Laboratoire Antennes, Propagation, Couplage Inductif

Master

01-09-2019

SL-DRT-19-0386

loic.marnat@cea.fr

Les systèmes de communication (e.g. 5G) ou de radar (e.g. automobile) millimétriques requièrent des antennes directives afin de compenser les pertes en transmission et des antennes larges bandes pour assurer, suivant l'application visée, un débit important ou une résolution fine. L'agilité du rayonnement devient donc un point clé. Les antennes réseaux offrent des avantages indéniables avec un compromis entre un nombre d'éléments rayonnants et un nombre de circuits actifs pour atteindre les performances requises en matière de formation de faisceau et de puissance rayonnée (dans un facteur de forme imposé par le système cible). Néanmoins, les règles de conception classiques liées à l'agencement des éléments peuvent être un frein pour l'intégration du réseau dans un certain nombre d'applications et aboutissent généralement à des bandes passantes et des gammes de dépointage relativement réduites. L'objectif de cette thèse est de s'affranchir de ces limitations et concevoir des réseaux plus compacts tout en assurant des performances exceptionnelles en matière de bande de fonctionnement et de gamme de dépointage. Pour cela, les études porteront sur la mise en réseau d'éléments miniatures fortement couplés. La compréhension et la modélisation de ces réseaux compacts passeront par : - L'état de l'art sur les antennes réseaux à éléments couplés large bande, - L'étude théorique du fonctionnement d'éléments couplés et les lois régissant leurs couplages, - La conception d'éléments miniatures ultra-large bande et leurs mises en réseau. Les choix technologiques viseront une solution bas coût. - Réalisation et mesures d'un prototype sur la bande Ka. Cette thèse aboutira à la réalisation de prototypes actifs peu encombrants et larges bandes comparé à l'état de l'art. Ceci ouvrira la voie à l'utilisation de réseaux d'antennes performants et facilement intégrable pour des applications avec des environnements complexes et contraints du type terminaux et points d'accès 5G ou radars automobiles millimétriques, ou encore pour des antennes spatiales avancées.

Matrice de nanocapteurs flexibles pour mesures d'impact sur surfaces tactiles

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

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

01-09-2019

SL-DRT-19-0434

elise.saoutieff@cea.fr

Le CEA a mis au point un nanocapteur 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 de développer l'électronique d'interrogation d'une matrice de capteurs, tactile et déformable, obtenue par l'assemblage et l'intégration d'une multitude de ces capteurs dans un substrat souple. Cette surface tactile doit permettre de restituer les efforts/déformations appliqués en chacun de ses points par une structuration particulière de la surface et une électronique de lecture dédiée. Cette technologie a fait l'objet de plusieurs développements, dont une thèse, en interne CEA et avec des collaborations extérieures. Le candidat concevra l'électronique d'interfaçage avec la matrice de capteurs (multiplexage des signaux lignes / colonnes, filtrage, amplification, rapport signal/bruit, consommation) pour la détection et la reconstruction en temps réel des signaux piézoélectriques (transitoires) émis par les capteurs. Il s'appuiera sur une première version de l'électronique développée au laboratoire et sur l'expérience de ses encadrants pour définir une architecture originale, rapide et faible consommation, pour le système global. Concernant les questions de recherche, des efforts de compréhension et d'optimisation sont encore à poursuivre, notamment pour modéliser la physique aux différentes interfaces (fonctions de transfert), la physique des nanofils (couplage fort piézoélectrique / semiconducteur), les modes de détection statique / dynamique ou encore traction / compression. 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 doivent notamment permettre d'orienter les choix technologiques pour le dimensionnement de la matrice « idéale » en fonction de l'application visée. 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. Enfin, les effets de la température ou du couplage piézoélectrique/pyroélectrique sur le comportement physique (et électronique) du capteur pourront être étudiés. Les applications visées sont typiquement la peau électronique pour la robotique, la reconnaissance de texture, de forme, de geste, de posture, les interfaces tactiles intégrant notamment la mesure d'effort multipoints et multi-directions et la mesure des efforts en glissement.

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

Département Systèmes

Laboratoire Autonomie et Intégration des Capteurs

Ecole d'ingénieur en électronique/automatique + Master recherche (ou stage de dernière année réalisé dans un laboratoire de recherche)

01-10-2019

SL-DRT-19-0436

pierre.gasnier@cea.fr

La récupération d'énergie est une thématique dont le but est l'alimentation de n?uds de capteurs sans fil communicants par le remplacement de la source d'énergie électrique (pile, câbles) ou par l'augmentation de l'autonomie énergétique. La récupération d'énergie vibratoire notamment, permet d'exploiter l'énergie mécanique d'un environnement et de la convertir en électricité afin d'alimenter le système électronique. La thèse portera sur l'exploitation du principe piézoélectrique pour convertir l'énergie vibratoire en électricité. Un des problèmes majeurs de ces récupérateurs est leur sélectivité en fréquence : l'exploitation de résonateurs mécaniques permet d'amplifier les vibrations ambiantes, mais la puissance récupérée chute drastiquement lorsque le récupérateur et l'environnement ne sont plus accordés en fréquence, ce qui dégrade l'opérabilité du système et donc sa fiabilité. Pour l'adoption de ce type de système par l'industrie, un des verrous majeurs est donc cette sélectivité fréquentielle. Ce verrou peut être levé par le moyen de récupérateurs dits « large bande » et/ou possédant la capacité à être accordés dynamiquement par un système électronique. En effet, couplé à une électronique intelligente, un récupérateur dit « fortement couplé » voit son comportement mécanique modifié (changement de sa raideur par exemple) ce qui permet de 1) suivre l'évolution de la fréquence d'entrée (un moteur dont la fréquence de rotation ralentit, ?) et/ou 2) compenser une propre modification de son comportement (une fréquence de résonance qui diminue avec la température, un vieillissement?). Le c?ur de cette thèse se focalise donc sur les circuits de gestion et de récupération d'énergie adaptant le comportement mécanique des tels récupérateurs en fonction des sollicitations vibratoires. Le CEA et l'Université Savoie Mont-Blanc (Laboratoire SYMME) ont récemment proposé des techniques performantes pour réaliser ce tuning. Cependant, la partie ajustement automatique de ces circuits n'a pas été étudiée. L'objectif de la thèse est de proposer, dimensionner, simuler, réaliser et tester des architectures électroniques innovantes permettant de réaliser le tuning automatique et la recherche du point de puissance maximum de récupérateurs piézoélectriques. Après un état de l'art sur les moyens et techniques d'ajustement de fréquences, une étude système et des simulations électromécaniques devront être réalisées, ce qui permettra de sélectionner les implémentations pertinentes (Full analogique, ou mixte numérique-analogique). 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 et consommant une partie négligeable de l'énergie électrique récupérée. En fin de thèse, la ou les architectures sélectionnées seront alors proposées au département conception de circuits intégré en vue d'une miniaturisation. Un démonstrateur complet (récupérateur + technique de tuning + circuit d'ajustement) est ciblé pour la fin de la thèse.

Apports de l'analyse conjointe des paramètres cinématiques de l'écriture, de l'activité cérébrale et oculométrique dans des modèles supervisés pour l'aide au diagnostic de la dysgraphie chez l'enfant

Département Systèmes

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

ingenieur, machine learning, traitement du signal

01-10-2019

SL-DRT-19-0443

etienne.labyt@cea.fr

Les troubles de l'écriture, appelés « dysgraphies », concerneraient 5 à 10% des enfants d'âge scolaire (Smits-Engelsman et al, 2001; Danna et al, 2016). Actuellement le diagnostic de la dysgraphie est basé sur un test relativement subjectif, le BHK. Le diagnostic, souvent très tardif, de ces troubles conduit à des situations d'échec scolaire. Leur diagnostic précoce est donc essentiel. La littérature décrit relativement bien les dysgraphies d'un point de vue moteur (Danna et al, 2013; Smits-Engelsman & Galen, 1997; Hamstra-Bletz & Blöte, 1993), mais très peu de données concernant l'activité cérébrale ou oculomotrice sont disponibles. Récemment, un premier algorithme permettant de détecter une partie des enfants dysgraphiques a été développé (Asselborn et al, 2018), mais cet outil présente des limitations technologiques empêchant son utilisation pour le diagnostic. Dans le cadre du projet soutenu par le programme Bottom Up, nous avons acquis une large base de données d'écriture d'enfants typiques et dysgraphiques et avons développé des algorithmes basés sur l'analyse des traces écrites, et identifier des paramètres cinématiques discriminatifs des enfants dysgraphiques. Les performances atteintes par nos algorithmes en termes de détection de la dysgraphie sont de l'ordre de 85%. L'objectif de la thèse proposée est d'analyser l'évolution de l'écriture chez l'enfant typique et dysgraphique sur la base de 3 mesures conjointes: les paramètres cinématiques de l'écriture, l'activité cérébrale mesurée par EEG, l'activité oculomotrice mesurée par Eye Tracking et d'évaluer, à partir de ces données, l'apport de features issues de l'EEG et de l'oculométrie dans les modèles supervisés. La finalité est de développer un nouvel outil d'aide au diagnostic de la dysgraphie entièrement informatisé et fiable.

Conception, développement et évaluation de dispositifs intégrés de détection et de quantification de particules ultrafines dans l'air

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Ingénieur et/ou Master recherche en sciences des matériaux, science des aérosols et/ou génie électrique

01-09-2019

SL-DRT-19-0464

simon.clavaguera@cea.fr

Domaine de recherche : La mesure de la qualité de l'air est un enjeu sociétal qui conduit à de fortes attentes de la part de la population. Peu de solutions ergonomiques et fiables permettent le suivi de l'exposition particulaire sur une large gamme de taille. De nombreux capteurs optiques existent mais répondent aux particules de taille supérieure à 300 nm en fournissant des équivalents en concentration massique (PM10 et PM2.5). Ainsi les outils performants, bas coût et couvrant toute la large gamme des aérosols inhalables font défaut aujourd'hui. Ceci est révélateur d'un fort potentiel de valorisation. Résumé du sujet : Nous nous proposons donc de développer des microcapteurs de particules offrant une sélection granulométrique sur la gamme 5-300 nm qui permettraient également de déterminer la composition chimique des particules collectées. Cette thèse a ainsi pour objectif de développer et d'évaluer, théoriquement et expérimentalement, les performances d'un dispositif intégré de détection et de quantification de particules basé sur le principe de charge par diffusion d'ions. Les phénomènes de charge et de pertes éventuelles des particules feront l'objet d'une étude particulière. Le dispositif visé permettra de trier les particules selon leur mobilité électrique, de les déposer sélectivement sur un substrat selon des anneaux concentriques et de les quantifier en temps réel à l'aide d'électromètres et d'un algorithme de traitement du signal adapté. Différentes métriques d'intérêt seront explorées telle que la concentration exprimée en nombre, en masse et en LDSA (lung-deposited surface area concentration). Nous proposons, en outre, le développement et l'évaluation sur le terrain d'un système simplifié permettant de suivre plusieurs canaux d'intérêt (5-20nm ; 20-100 nm ; 100-300 nm) afin de proposer une solution capable d'identifier des sources de particules ultrafines en temps réel (application à la pollution urbaine).

Renforcement de la sécurité inter-couches des protocoles de communication sans fil véhiculaires

Département Systèmes

Laboratoire Communication des Objets Intelligents

Master 2 Recherche (Systèmes et protocoles de communication sans fil, Télécoms, Cyber sécurité...)

01-10-2019

SL-DRT-19-0515

benoit.denis@cea.fr

La connectivité véhiculaire sans fil (ou V2X pour Vehicle to Everything) apparaît aujourd'hui comme un ingrédient essentiel des futurs systèmes de transport intelligents connectés (C-ITS) (ex. véhicule autonome, sécurité des usagers vulnérables de la route, coordination de flotte, cartographie et Internet des Objets véhiculaire?). A titre d'exemple, on pourra citer la technologie ITS-G5, qui repose sur le standard radio IEEE 802.11p à 5.9 GHz, ou encore la technologie C-V2X/LTE-V, qui se présente comme une adaptation de solutions cellulaires 4G au contexte véhiculaire (standard en cours de définition). Mais les modes de transmission V2X envisagés reposent le plus souvent sur une diffusion indifférenciée d'information (c.-à-d., destinée à toucher le plus grand nombre de véhicules alentours) et se trouvent ainsi naturellement exposées (ex. avec des canaux fréquentiels de contrôle fixes et connus publiquement). Aussi, de nombreux types d'attaque sont aujourd'hui envisagés, allant jusqu'au déni de service (ex. brouillage, injection/interception de messages, usurpation d'identité?). Jusqu'à présent, les méthodes de sécurisation mises en avant dans ce contexte s'appuient pour l'essentiel sur des approches conventionnelles à base de cryptographie (c.-à-d., utilisant des clés, des pseudonymes, des signatures non-spécifiques). D'une part, les fonctions et paramètres de base (i.e., primitives, graines, algorithmes?), qui sont sélectionnées de manière statique, peuvent s'avérer mal dimensionnées en fonction du contexte d'usage. D'autre part, le surcoût cryptographique engendré (en termes de complexité calculatoire et d'accès au réseau c?ur) est de nature à dégrader fortement la latence -pourtant critique- des systèmes véhiculaires à protéger, ce qui peut s'avérer rédhibitoire pour certaines applications. Dans le cadre de cette thèse, on se propose donc de définir de nouveaux mécanismes de sécurité tirant conjointement profit des différentes couches du protocole radio V2X et du contexte applicatif véhiculaire (ex. « furtivité » de l'allocation de ressources radio et/ou ordonnancement pseudo-aléatoire de l'accès, pseudo-périodicité des messages par le biais de modèles de trafic réduisant la prédictibilité des paquets over-the-air, évaluation de la confiance des tiers via un contrôle de la cohérence/conformité d'informations applicatives échangées...), tout en complétant/renforçant les schémas sécuritaires actuels. L'étude comprendra une première phase d'analyse du risque au regard des spécifications V2X actuelles. Certaines des méthodes proposées pour contrecarrer les attaques les plus critiques seront évaluées à partir de simulations et de données expérimentales.

Micro-miroir pour le LIDAR dans le véhicule autonome

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Physicien, Mécanicien

01-09-2019

SL-DRT-19-0521

laurent.mollard@cea.fr

Les MEMS optiques (MOEMS) sont de plus en plus demandés, en particulier pour la voiture autonome, qui doit avoir des possibilités de cartographie afin de détecter les obstacles (comme un LIDAR - "LIGHT Detection And Ranging"). Il consiste à balayer l'environnement avec un faisceau laser et à mesurer la distance entre le LIDAR et le point où est réfléchi le laser. Un micro-miroir peut remplir avantageusement cette fonction, assurant la compacité du système et un faible coût de production. Le but de cette thèse sera de développer des micro-miroirs 1D et 2D, capable de scanner l'espace suivant deux directions perpendiculaires pour une application LIDAR compact. Pour cela, il s'agira tout d'abord de se familiariser avec l'état de l'art sur les micro-miroirs afin de comprendre les spécifications liées à l'application ainsi que leurs faiblesses. Puis à partir de ces spécifications, le candidat devra investiguer le principe d'actionnement piézo-électrique, avec des matériaux ferroélectrique (ie PZT) et non-ferroélectrique (ie AlN), et définir au vu des spécifications l'intégration de ces matériaux. Suite à ces études préliminaires, et en parallèle de l'étude expérimentale des micro-miroirs 1D existants, le candidat devra travailler à l'étude et la modélisation analytique du comportement dynamique des micro-miroirs 1D et 2D ainsi que leurs modélisations par éléments finis sous COMSOL. Ces deux approches seront développées en parallèle. Dans ce cadre, des designs dits à amplification mécanique seront étudiés, afin de pallier au faible débattement de l'actionnement piézo-électrique par un design adapté. Le design et la modélisation devront également prendre en compte la possibilité d'avoir un effet piston du micro-miroir (ie un déplacement selon Z), ce qui permettrait un contrôle de la phase de l'onde réfléchie. De même, la non-linéarité du matériau devra être abordée lors du design, par l'incorporation, par exemple de sonde piézo-résistive ou de contrainte, permettant le suivi, en temps réel, du micro-miroir lors de l'actionnement. De manière générale, une commande des micro-miroirs par boucle de rétrocontrôle devra être étudiée et mise en place pour optimiser leur adressage. La réalisation des micro-miroirs sera assurée par la plateforme technologique du CEA/LETI. Le candidat participera au suivi de cette fabrication puis effectuera les caractérisations électromécaniques et optiques des dispositifs afin de les comparer aux spécifications visées. Le candidat participera ainsi à la mise en place d'un banc de caractérisation optique dédiée à ces micro-miroirs, permettant la mesure des paramètres physiques (angle optique, fréquence?) Enfin, l'étudiant proposera toutes les pistes et nouvelles architectures susceptibles d'améliorer les performances de ces dispositifs en vue d'une seconde phase d'optimisation. Les notions de packaging et contraintes d'intégration dans un système fonctionnel devront être prises en compte, ainsi que la gestion de la thermique liée à l'impact de la source laser sur le micro-miroir, et ce dès la phase de conception du micro-scanner afin de faciliter son intégration dans un futur démonstrateur.

Nouvelles attaques de circuits intégrés combinant rayons X et Faisceau d'Ions Focalisés (FIB)

Département Systèmes

Centre d'Evaluation de la Sécurité des Technologies de l'Information

Physique de la Matière Condensée - Micro- nano électronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0535

laurent.maingault@cea.fr

Le laboratoire CESTI évalue la sécurité des composants électroniques. Pour cela, les composants peuvent être attaqués physiquement en modifiant le circuit, en général à l'aide d'un à l'aide d'un FIB (Focused Ion Beam). Notre équipe a réussi une première mondiale en parvenant à modifier le comportement de circuits intégrés au niveau d'un transistor unique [1]. Une ligne de lumière très focalisée (50 nm) du synchrotron ESRF de Grenoble a montré que l'utilisation de rayons X permet de forcer l'état d'un unique transistor ou de changer la valeur d'un seul bit de mémoire. Cette méthode perturbe le circuit de manière non-invasive (le circuit n'est pas physiquement modifié) et non-permanente (un recuit permet d'effacer les effets des rayons X). Ces 2 propriétés sont totalement nouvelles dans le domaine des attaques sur circuits intégrés et de l'édition de circuits. L'objectif de la thèse est d'étudier diverses pistes pour améliorer et développer cette méthode de modification de circuit : réussir des attaques sans le faisceau synchrotron et être capable de répéter rapidement des attaques sur ces circuits. Afin de s'affranchir des contraintes de l'ESRF, il faudra utiliser des rayons X non focalisés issus d'un générateur classique. Pour cela, il faudra fabriquer des masques métalliques absorbant fortement les rayons X et comportant des trous de petite taille ? gravés au FIB dont la résolution le permet. Ces trous adresseront directement les transistors à attaquer. Quant à la répétition des attaques, le développement de recuit rapide (par irradiation laser) sera la piste préférentielle. A la fin de la thèse, nous espérons avoir une idée précise du potentiel réel des attaques de circuits intégrés par rayonnement X et peut être réalisé de premières attaques avec un générateur X classique. [1] Nanofocused X-Ray Beam to Reprogram Secure Circuits, Anceau et al, CHES 2017

Crowdsensing pour l'identification de sources de pollution atmosphérique par un réseau de capteurs de gaz multimodaux à bas coût

Département Systèmes

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

traitement de signal, modélisation, mathématiques appliquées, qualité de l'air

01-10-2019

SL-DRT-19-0542

sylvain.leirens@cea.fr

Le crowdsensing pour l'identification de sources de pollution atmosphériques repose sur l'utilisation d'un grand nombre de capteurs de gaz multimodaux à bas coût. Le sujet de thèse porte sur la mise en ?uvre de ce réseau de capteurs pour l'identification de sources fortement polluantes dans le trafic routier urbain. Il est maintenant avéré qu'un petit nombre de véhicules est responsable d'une importante fraction de la pollution générée, alors que la qualité de l'air en zone urbaine devient un sujet de plus en plus préoccupant à l'échelle européenne. Le travail de thèse consistera en la formulation et la résolution d'un problème de séparation et localisation de sources polluantes mobiles en environnement urbain avec un réseau de capteurs mobiles. Des campagnes de mesures permettront de valider expérimentalement l'approche développée dans la thèse.

Développement d'un procédé de gravure par plasma pour les transistors de puissance à base de matériaux III-V

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire Gravure

MASTER 2 microélectronique

01-09-2019

SL-DRT-19-0574

patricia.pimenta-barros@cea.fr

Les composants de puissance sont utilisés dans les nouvelles technologies pour l'énergie telles que le photovoltaïque, l'éolien ou encore le véhicule électrique. L'utilisation des matériaux III-V (GaN, AlGaN) a permis d'améliorer les performances de ces composants. Une étape clé pour obtenir les caractéristiques électriques désirées est un contrôle précis de la gravure partielle d'une fine couche de matériau III-V. La thèse portera sur la compréhension des mécanismes de gravure de chimies traditionnelles ainsi que leur impact sur la modification de ces matériaux III-V. Une approche alternative, basée sur une gravure avec une précision atomique (de type Atomic Layer Etching (ALE)) développée au LETI sera également étudiée. Pour cette gravure l'échantillon à graver est exposé, de façon cyclique, à un premier plasma (à base de Chlore) dont le but est de modifier chimiquement la surface à graver, puis à un second plasma (Argon) pour ne graver que la couche précédemment modifiée. L'objectif de la thèse est de développer et caractériser ces procédés de gravure plasma traditionnels et alternatifs pour évaluation sur une filière technologique. Pour ce faire, l'étudiant sera amené à utiliser de nombreuses techniques de caractérisation in situ ou ex situ. Pour cela, il pourra s'appuyer sur les moyens de la plate-forme silicium du Leti (XPS, Ellispométrie, RAMAN) et sur ceux de la plate-forme de nano-caractérisation (Tof SIMS, STEM, TEM?).

Microscopie hyperspectrale et tomographie en coherence optique parallèle avec un spectroimageur à transformée de Fourier statique

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Imagerie et Systèmes d'Acquisition

Formation générale, ou bien formation en optique et de bonnes compétences en réduction des données

01-09-2019

SL-DRT-19-0576

jean-charles.baritaux@cea.fr

En Spectroscopie à Transformée de Fourier on mesure le degré de cohérence de la lumière dans un interféromètre pour remonter au spectre. On parle de spectromètre à Transformée de Fourier statique lorsque l'interférogramme est enregistré en une seule exposition, sans déplacement de pièce mécanique. Récemment ce concept a été étendu à l'imagerie hyperspectrale pour le domaine du Spatial en utilisant un nouvel arrangement d'interféromètre statique que l'on positionne devant un capteur matriciel. Outre l'imagerie hyperspectrale, une possibilité qui reste inexplorée à ce jour est d'employer cet interféromètre pour l'imagerie par Tomographie en Cohérence Optique (OCT). Dans la thèse, qui est une collaboration entre l'Institut de Planétologie et d'Astrophysique de Grenoble (IPAG) et le CEA Leti, nous proposons d'étudier cette nouvelle méthode d'imagerie OCT. On pourra également envisager de coupler les deux modalités (OCT et imagerie hyperspectrale) dans un système d'imagerie rapide permettant d'adresser de nombreuses applications santé et en imagerie du vivant. L'étudiant développera un système de microscopie autour de ce nouveau concept d'imageur ainsi que les outils numériques de traitement des interférogrammes. Ce sujet s'adresse à un étudiant avec une formation en optique et de solides compétences en traitement des données, ou bien un étudiant avec une formation générale. Un fort intérêt pour la biophotonique et l'imagerie du vivant est attendu.

Utilisation des Metal-Organic Frameworks comme nouveaux précurseurs pour les matériaux de batterie Li-ion.

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Matériaux

chimie des matériaux (synthèse ou caractérisation)

01-09-2019

SL-DRT-19-0584

david.peralta@cea.fr

De par leur structures poreuses, Les Metal-Organic Frameworks (MOFs) ont été grandement étudiés pour des applications de types adsorptions (hydrogène, principe actif?), séparations des fluides (gaz ou liquide) ainsi qu'en catalyse. Cependant depuis quelques années, certains auteurs commencent à s'intéresser aux MOFs pour des applications en électrochimie. Les matériaux sont alors évalués directement comme matériaux de batterie ou comme précurseurs pour la synthèse de supercapaciteur. Depuis peu, l'idée d'utiliser les MOFs pour recycler des batteries usagées afin de refaire des matériaux actifs électrochimiquement a été introduite par le CEA. Cette thèse a pour but de mettre en évidence les mécanismes fondamentaux de préparation de matériaux hybrides présentant une forte valeur ajoutée dans le domaine des batteries. L'étudiant sélectionné travaillera au sein du LM (laboratoire des matériaux pour les batteries) qui possède toutes les compétences en synthèse des matériaux. Le doctorant travaillera sur deux facettes : la synthèse de matériaux pour les batteries et sur la caractérisation physico-chimique des composés synthétisés. Pour ce sujet, nous recherchons un étudiant en fin de master ou en dernière année d'école d'ingénieur. Le candidat devra être obligatoirement spécialisé en chimie des matériaux (synthèse ou caractérisation).

Optimisation d'un système de stockage d'hydrogène sous forme liquide

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

master génie chimique

01-10-2019

SL-DRT-19-0586

vincent.faucheux@cea.fr

L'hydrogène représente le meilleur vecteur énergétique du futur pour peu qu'il soit produit à partir d'énergie renouvelable et stocké/transporté en toute sécurité et à faible coût. Un moyen de fixer l'hydrogène consiste à utiliser des molécules organiques type LOHC (Liquid Organic Hydrogen Carrier). En effet, les LOHC présentent des capacités massiques en hydrogène à température ambiante et pression atmosphérique pouvant être supérieures à celles du stockage sous-pression. Ce sont des molécules insaturées qui réagissent directement avec de l'hydrogène en présence d'un catalyseur. Ainsi, l'acheminement de l'hydrogène consiste tout simplement à transporter un liquide. La déshydrogénation est ensuite assurée au point d'utilisation de l'hydrogène. Néanmoins, le cout énergétique pour déshydrogéner ses molécules constitue aujourd'hui un verrou à l'émergence de cette technologie. L'objectif de cette thèse consiste donc à déterminer le « meilleur » triplet molécule LOHC/catalyseur/support de catalyseur et à améliorer les interfaces molécule LOHC/ catalyseur et catalyseur/support poreux pour diminuer les températures de réaction, favoriser les transferts de chaleur et de fluides (liquide-gaz), améliorer les cinétiques de déshydrogénation, et in fine diminuer l'énergie nécessaire à la réaction. Ce travail implique sur la base d'une modélisation, la synthèse d'une molécule (ou son choix) répondant aux critères de performances, la détermination d'un support catalytique optimum menée sur la base d'une modélisation thermo-fluidique (porosité, conductivités électriques et thermique), le choix d'un catalyseur (bibliographie) et sa réalisation, puis la validation par des mesures expérimentales des sous-ensembles et des modèles. Cette optimisation passera par la réalisation d'un système catalytique (catalyseur & support) en lien avec une molécule d'intérêt.

Reconstruction 3D d'objets nanométriques à partir d'images stéréoscopiques de microscopes électroniques

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire

Master2 Recherche, Ecole d'ingénieur mathématique, informatique

01-10-2019

SL-DRT-19-0588

aurelien.fay@cea.fr

Mots clef : Traitement d'images, programmation GPU, optimisation, problème inverse, stéréovision, réseaux de neurones. La métrologie 3D robuste, non-destructive et rapide est un enjeu mondial majeur de la microélectronique [1] pour l'inspection de défauts sur plaque de silicium, la fidélité de la lithographie optique et le contrôle des procédés. Des méthodes de reconstruction rapides à partir d'images stéréoscopiques de microscopie électronique (SEM) basées sur des considérations géométriques ont permis de reconstruire la topographie 3D d'objets microniques. Cependant ces techniques ne sont plus valables lorsque les motifs sont d'ordre nanométrique à cause d'effets physiques locaux perturbant le placement des points d'intérêt [2]. Des méthodes alternatives basées sur la résolution d'un problème inverse ont déjà été prototypées au CEA. Des gains très significatifs en temps de calcul sont attendus après leurs implémentations sur les GPUs du groupe. Des méthodes de calibration de modèle doivent aussi être développées, potentiellement sur la base de réseaux de neurones. La métrologie 3D à partir d'images SEM suscite l'intérêt de plusieurs partenaires industriels du LETI, et cette thèse se veut être un élément clé pour les collaborations présentes et à venir dans ce domaine. L'objectif de cette thèse est de développer une méthode de reconstruction 3D à partir d'images SEM la plus précise et robuste possible. Pour cela, l'étudiant(e) en thèse s'appuiera dans un premier temps sur les moyens théoriques et de simulation du groupe pour améliorer et développer de nouveaux modèles analytiques d'imagerie SEM. Le champ d'application de ces modèles SEM se veut large, de la simulation d'objets micrométriques jusqu'aux structures nanométriques. Le CEA-LETI dispose d'une nouvelle génération de SEM qui permet la prise d'images de motifs sous différents points de vue. Ces images multi-stéréo permettent une augmentation de données sur la structure imagée, ce qui facilite sa reconstruction 3D par rapport au cas d'une unique prise d'image SEM en vue de dessus. L'étudiant(e) en thèse entrainera les modèles SEM sur une collection d'images SEM multi-stéréo de motifs, dont les topographies 3D seront connues via de l'imagerie 3D de référence. Il devra investiguer, dans un second temps, différentes stratégies mathématiques de reconstruction 3D, permettant une convergence rapide et de qualité. A terme, la reconstruction 3D sera appliquée sur différents produits clients d'intérêt. [1] Bunday, 7/5 nm logic manufacturing capabilities and requirements of metrology, SPIE 9780 (2018) [2] S. Drouyer et al., Sparse stereo disparity map densification using hierarchical image segmentation. 13th International Symposium on Mathematical Morphology, Fontainebleau ( France), 15-17 Mai 2017

Mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts de volume du silicium et d'interface dans les contacts passivés des cellules PV

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Laboratoire Matériaux et Procédés Silicium

Matériaux / Physique du solide

01-10-2019

SL-DRT-19-0595

raphael.cabal@cea.fr

Bien que fluctuant, le marché du photovoltaïque est toujours dominé par les technologies silicium occupant ~94 %. Les architectures de cellule homo-jonction les plus prometteuses intègrent systématiquement un contact dit « passivé » à travers un empilement de silicium poly-cristallin sur oxyde tunnel. L'hydrogénation de telles structures permet d'atteindre des rendements très performants >25%. Néanmoins, l'introduction d'hydrogène peut également mener par des effets d'accumulation aux interfaces à la délamination des couches ou à des pertes résistives dégradant significativement l'efficacité du dispositif final. Pour éviter ses effets et développer ce type de structure avec les rendements associés, il est primordial de comprendre les interactions de l'hydrogène mises en jeu et de comprendre son rôle dans les phénomènes de passivation. Cependant, l'hydrogène est un élément extrêmement difficile à caractériser de par sa nature même. Sa caractérisation représente donc un réel challenge, auquel s'ajoutent les difficultés liées à l'état de surface texturée du silicium solaire et à la configuration des interfaces poly-Si/SiOx/Si. Pour répondre à ce défi, le travail proposé ici sera de mettre en ?uvre et corréler les techniques de caractérisation, permettant à la fois de localiser et quantifier l'hydrogène dans le volume du silicium et aux interfaces des structures de contact passivés. La mise en place d'une méthodologie de caractérisation mènera à l'objectif majeur de la thèse qui est de proposer des mécanismes d'interaction de l'hydrogène avec les défauts et son rôle dans la qualité des contacts passivés. Cela permettra d'ouvrir des perspectives pour le développement et l'optimisation des structures à contact passivé. Cette étude bénéficiera de l'infrastructure de réalisation des échantillons du CEA-LITEN à INES et des moyens de caractérisation de la plateforme de nano-caractérisation avec son environnement d'experts.

Enrobage métallique de fonctions électroniques communicantes par Cold Spray

DLORR

Autre DLORR

Sciences de Matériaux, Métallurgie

01-09-2019

SL-DRT-19-0624

manuel.fendler@cea.fr

La transition numérique s'illustre dans l'usine du futur par l'instrumentation d'outils et de pièces évoluant dans des environnements extrêmement sévères pour l'internet des objets. Une des difficultés consiste à intégrer des fonctions communicantes sans fil à l'intérieur de pièces métalliques, notamment à des fins de traçabilité avec des étiquettes RFID. En raison des difficultés liées à l'environnement électromagnétique délicat, il n'existe pas de solutions d'intégration dans l'état l'art. Cette étude a pour but d'exploiter les potentialités offertes par la technique de rechargement de matière à froid appelée Cold Spray, en caractérisant les effets bénéfiques de texture sur les propriétés d'absorption des métaux ainsi mis en ?uvre pour encapsuler la puce électronique.

Mesure de données de décroissance de radionucléides relatives aux désintégrations bêta et captures électroniques à l'aide de calorimètres métalliques magnétiques

DM2I (LIST)

Laboratoire de Métrologie de l'Activité

Master 2 metrologie/instrumentation/ physique nucléaire

01-09-2019

SL-DRT-19-0643

matias.rodrigues@cea.fr

Dans le cadre de la métrologie des rayonnements ionisants, une des missions du Laboratoire National Henri Becquerel (LNHB), le laboratoire national français de métrologie pour les rayonnements ionisants, est la détermination précise des données de désintégration des radionucléides. Dans cette thèse, des détecteurs cryogéniques seront développés et employés pour la mesure précise des formes de spectres bêta, des probabilités d'émission photonique et des probabilités de capture pour les nucléides se désintégrant par capture électronique. Ces données sont requises dans de nombreux domaines de recherche et d'application, tels que la médecine nucléaire, l'énergie nucléaire, la gestion des déchets nucléaires et la recherche sur la physique des neutrinos. Les travaux du doctorant porteront sur la conception et la réalisation des détecteurs cryogéniques, leur mise en fonctionnement dans une installation cryogénique complexe, la mise en ?uvre de dispositifs électroniques sophistiqués, des simulations Monte Carlo et l'analyse et l'interprétation des données avec des méthodes très élaborées. Les données établies seront comparées avec des calculs théoriques et serviront à améliorer les tables de données nucléaires.

Gestion réseau avancée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire Systèmes Communiquants

BAC+5 : Master ou Ingénieur

01-10-2019

SL-DRT-19-0646

Michael.Boc@cea.fr

La digitalisation des industries s'accompagne généralement de problématiques d'apport d'infrastructures de communication sans-fil haut-débit directement sur les chantiers et sites de production. Toutefois, ce type de déploiement est aujourd'hui rendu extrêmement difficile par les contraintes qu'imposent ces environnements. Pour répondre à ces contraintes, nous nous intéressons dans le cadre de cette thèse à accroitre les capacités de reconfiguration en temps-réel de l'infrastructure sans-fil en considérant une gestion orientée SDN du réseau. Cette gestion doit permettre de gérer la mobilité de l'infrastructure comme un degré de liberté supplémentaire ? tel un paramètre modifiable - afin d'assurer/améliorer les performances des flux de données. Cette capacité devrait apporter deux avantages clés : 1) d'une part ne plus avoir à recourir à une phase de planification de déploiement longue et coûteuse et 2) d'autre part être capable de mettre en place de nouvelles stratégies de reconfiguration plus fines du réseau permettant d'accroitre son niveau de performance global à tout moment. La mobilité de l'infrastructure pourrait être apportée par des robots mobiles pilotables à travers un protocole SDN et portant certains des équipements du réseau. Dans le cas d'une opération de démantèlement nucléaire par exemple, nous pourrions considérer l'infrastructure comme étant composée d'une flotte de robots mobiles (terrestres ou aériens) dont la mobilité serait pilotée par un système SDN de gestion de réseau afin d'assurer la connectivité et les performances de robots de démantèlement pilotés à distance par des téléopérateurs. L'objectif du travail de thèse proposé consiste à définir un système de gestion réseau avancée et centralisée pour le contrôle du redéploiement temps-réel d'une infrastructure réseau mobile sous contraintes de performance des flux de données. Ce système devra être capable 1) d'identifier quand un changement topologique devient pertinent au regard des types de problèmes de performance des flux de données et des limites des solutions existantes d'optimisation réseau, 2) de définir et de piloter le redéploiement de l'infrastructure pour améliorer les performances de ces flux de données.

Analyse et modélisation de l'évolution de nouveaux materiaux actifs lors des premiers cycles d'une batterie Li-Ion

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Modélisation multi-échelle et suivi Performance

M2 ou ecole d'ingénieurs, electrochmie, modelisation

01-10-2019

SL-DRT-19-0664

benoit.mathieu@cea.fr

Dans le cadre de la transition énergétique, le stockage de l'énergie est un enjeu majeur. Il apparait cependant nécessaire d'augmenter la capacité de stockage des batteries et une est l'utilisation du silicium en complément du graphite pour l'électrode négative. Le développement des batteries basées sur ces matériaux est freiné par leur instabilité, liée au gonflement du silicium lors de l'insertion du lithium. Les premiers cycles de fonctionnement apparaissent fondamentaux pour la compréhension du fonctionnement à long terme Ce projet de thèse a pour objectif la compréhension et la modélisation du comportement mécanique de ces nouvelles électrodes. Il repose sur 3 équipes : A Saclay, on synthétisera des matériaux à façon : nanoparticules de silicium, alliages silicium/germanium, coeur@coquille où la coquille sera du carbone. On utilisera aussi comme référence des matériaux de type silicium/graphite commerciaux. Le comportement des matériaux sera étudié à Grenoble à l'aide d'un diffractomètre de laboratoire permettant des analyses in-situ et operando et des grands instruments tels que ESRF ou SOLEIL. Ces mesures fourniront des informations sur la contrainte à l'intérieur du silicium mais aussi sur l'état de lithiation du graphite et permettront la modélisation de l'électrochimie de l'insertion du lithium dans le silicium, notamment la dépendance en temps de l'hystérésis, encore mal comprise. L'objectif de la thèse est de construire un modèle de batterie basé sur la physique qui permette : à partir d'expériences « simples » de mesures de gonflement, de mesures de performances électriques des cellules et de cyclages en début de vie et du modèle numérique, de déduire le comportement mécanique et électrochimique des cellules à l'échelle des grains et des agglomérats ; à partir de ces données, de prédire certaines caractéristiques de vieillissement des cellules à long terme, liées à la mécanique.

Intégration de réseaux de Bragg haute température au sein de structures métalliques obtenues par fabrication additive

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Instrumentation, fibre optique, matériau, fabrication additive, métallurgie

01-10-2019

SL-DRT-19-0675

guillaume.laffont@cea.fr

Le sujet de thèse proposé par le laboratoire LCAE de la DRT (au LIST/DM2I) en partenariat avec le laboratoire LISL de la DEN (au DPC/SEARS), spécialiste de la fabrication additive métal, vise à développer des méthodes d'intégration de Capteurs à Fibres Optiques à réseaux de Bragg résistant aux très hautes températures au sein de pièces métalliques ? en particulier pour l'aéronautique ou l'industrie nucléaire ? réalisées en fabrication additive (impression 3D) métal. Des développements récents ont permis de développer des réseaux de Bragg ultra-stables en température (au-delà de 1000°C) à l'aide de modes d'écriture directe par laser femtoseconde. Ces transducteurs de température et déformation, inscrits dans des fibres optiques spécialement conçues pour les environnements à très haute température, seront utilisés pour l'instrumentation de pièces métalliques obtenues par fabrication additive sur lit de poudre, voire par projection. Ce projet vise à rendre possible la surveillance in situ des composants et pièces structurelles métalliques obtenues par fabrication additive 3D métal, ouvrant ainsi la voie au SHM intégré (Structural Health Monitoring) pour anticiper toute défaillance du procédé et optimiser les coûts d'exploitation par la mise en place de procédures de maintenances prédictive et conditionnelle.

Détection de contraintes mécaniques sur des lignes de transmission par ajout de matériaux sensibles

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Fiabilité et Intégration Capteur

Electromagnétisme et traitement du signal

01-09-2019

SL-DRT-19-0683

nicolas.gregis@cea.fr

La réflectométrie est une technique qui remonte aux origines de l'électromagnétisme et dont le principe est similaire à celui du radar. Depuis le début des années 2000, le CEA LIST a développé des technologies permettant d'utiliser la réflectométrie pour le diagnostic de câbles électriques, en s'appuyant notamment sur des architectures électroniques embarquées, tel des FPGA ou des SoC. Aujourd'hui, les avancées de ces technologies permettent d'étendre les champs applicatifs de la réflectométrie, en particulier ajouter au câble une fonctionnalité supplémentaire de capteur de contraintes. Pour ce faire, il est possible de tirer parti de nouveaux matériaux, comme les dépôts souples magnétostrictifs, qui génèrent des effets électromagnétiques sous contraintes mécaniques, et inversement. Des premiers travaux dans ce sens ont montrés des résultats prometteurs et l'objectif de cette thèse est de proposer un nouveau design de câble intégrant ces matériaux qui, combinés à la réflectométrie, permettra de mesurer les contraintes mécaniques que lui et le système dans lequel il repose subissent. Le travail portera sur le choix du matériau le plus adapté à ce but, l'adaptation de la réflectométrie au contexte cité, notamment par la création de nouvelles techniques de traitement du signal, pour enfin proposer et tester un nouveau design de câble instrumenté. Pour accomplir le travail demandé dans cette thèse, l'étudiant devra posséder de solides bases en électromagnétique pour bien appréhender à la fois le domaine de la réflectométrie et celui de la magnétostriction, les deux technologies au c?ur du sujet. Des bonnes connaissances en traitement du signal faciliteront l'exploitation des mesures issues des modèles et des tests, et aideront à orienter les travaux de la thèse dans une démarche pour un potentiel transfert technologique. Une attention particulière devra être portée sur la mise en place de bancs d'essais. Il est donc attendu que l'étudiant propose une démarche expérimentale construite et méthodique à partir des ressources mobilisées au cours des trois années de travail.

Co-clustering pour séries temporelles

DM2I (LIST)

Laboratoire d'Analyse des Données et d'Intelligence des Systèmes

Datascience, statistiques, mathématiques appliqués

01-09-2019

SL-DRT-19-0704

aurore.lomet@cea.fr

La classification croisée (co-clustering) a pour objectif d'identifier la structure en blocs homogènes d'un tableau de données à partir d'une classification jointe des lignes et des colonnes. Pour ce faire, les lignes et les colonnes d'un tableau sont réorganisées simultanément pour découvrir la structure latente des données. Parmi les méthodes développées, l'approche probabiliste par modèles de blocs latents (LBM) utilise des variables latentes pour définir les appartenances aux classes en lignes et en colonnes. Dans le cadre de cette thèse, on s'intéresse à la classification croisée de signaux temporels. Ces données ont la particularité d'être ordonnées (suivant l'axe temporel). Cette notion d'ordre est à prendre en compte pour la construction et l'interprétation des classes. Pour ce faire une méthode présente dans la littérature consiste à considérer les signaux temporels comme des fonctions afin d'y appliquer un modèle de blocs latents après prétraitement des données ou son extension FunBlock. Une autre approche à développer pourrait coupler l'analyse du signal à la fouille de données. En effet, il serait intéressant de travailler sur une transformation des signaux pour en extraire des caractéristiques pertinentes. Le LBM ainsi que son algorithme d'optimisation (VEM, Variational Expectation Maximisation, ou SEM-Gibbs) pourront alors être adaptés si nécessaire. Il peut être envisagé de développer une méthode basée sur des matrices de distance entre signaux. Dans ces deux cas, les classes des instants de mesure obtenues sont ordonnées chronologiquement. On pourra alors étudier une classification qui autorise dans les mêmes blocs des plages d'instants (à définir) différents dans le but d'extraire des caractéristiques.

Système de perception 4D sémantique temps réel embarqué

Département Architectures Conception et Logiciels Embarqués (LIST-LETI)

Laboratoire Adéquation Algorithmes Architecture

Master recherche

01-12-2019

SL-DRT-19-0712

stephane.chevobbe@cea.fr

Avec le développement des systèmes autonomes les besoins en perception de l'environnement explosent dans les systèmes électroniques embarqués. Ces systèmes de perception intègrent une grande variété de capteurs et de fonctions d'analyse de scènes. Ils permettent de modéliser l'environnement proche en réalisant souvent une collection de fonctions spécifiques plus ou moins indépendantes (extraction de points 3D, détection d'objet, détection du plan du sol, etc.). L'objectif de cette thèse est de concevoir un système de perception, fusionnant et, confrontant temporellement des mesures de l'environnement proche, pour réaliser un modèle 3D compréhensible par des applications de plus haut niveau. Il pourra, par exemple, générer un maillage 3D d'une scène intégrant des informations sémantiques et dynamiques. Le domaine applicatif visé par cette thèse est la réalité étendue. Dans un premier temps, le candidat pourra constituer une chaîne applicative de référence s'exécutant sur un ordinateur de type PC en s'appuyant sur des algorithmes récents de l'état de l'art. Suite à cette étude, le candidat définira un système embarqué multi capteur et adaptera les méthodes algorithmiques afin de minimiser la consommation d'énergie et de garantir un latence d'exécution faible.

Ingénierie des contraintes pour la technologie FDSOI 12 nm et au-delà.

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire

Materials Science

01-09-2019

SL-DRT-19-0720

shay.reboh@cea.fr

L'ingénierie des contraintes est un outil majeur pour améliorer les performances des transistors. La contrainte de traction augmente la mobilité des électrons et la compression améliore la mobilité des trous. La mobilité des trous est également favorisée par l'utilisation du canal SiGe. Dans le FDSOI avancé, la co-intégration des canaux Si pour les canaux nMOS et SiGe pour les pMOS est réalisée par la transformation de la couche de Si supérieur en SiGe par condensation au Ge. Pour cela, une épitaxie d'un SiGe est effectuée sur une zone de Si sélectionnée. Au cours de l'oxydation thermique, les atomes de Ge sont rejetés dans la couche de Si sous-jacente. L'oxyde enterré (BOX) de la tranche SOI agit comme une barrière de diffusion pour Ge, le résultat est un substrat local SiGe-On-Insulator (SGOI). Le film de SiGe est obtenu en conservant le paramètre de réseau dans le plan de Si et se trouve donc sous une contrainte de compression biaxiale dans le plan de croissance. Aujourd'hui, la technique de condensation permet une co-intégration de transistors pMOS à base de SiGe à contrainte de compression et à base de Si. Le problème: lorsque le cSiGe fabriqué par Ge-condensation est arrêté pour la fabrication de la STI, une relaxation élastique locale de la contrainte de compression proche du bord de la STI est naturellement attendue. Cependant, les expériences montrent plus qu'une relaxation élastique sur une grande distance de la discontinuité STI, entraînant une perte significative de contrainte de compression dans la couche et, par conséquent, une contribution moindre à la performance des dispositifs. En résumé, les mécanismes physiques à l'origine de ce comportement sont inconnus aujourd'hui et ont un impact majeur sur la CMOS avancée. Ce travail a pour objectif de faire la lumière sur ce sujet et de proposer / développer des solutions technologiques.

Simulation et caractérisation électrique d'un CUBE logique/mémoire dédié au calcul dans la mémoire

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

Master2 ou ingénieur microelectronique, physique du solide, électronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0747

francois.andrieu@cea.fr

Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd'hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire. Le LETI s'est vu attribué une bourse de recherche prestigieuse de l'European Research Council (ERC). Ce projet sera transverse: de l'application à l'implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au LETI, permettant d'améliorer les performances énergétique d'un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l'état de l'art. Cette technologie qui apporte de l'intelligence dans la mémoire devrait non seulement révolutionner les applications telles que l'Intelligence Artificielle, l'apprentissage machine, l'analyse de données mais pourrait aussi constituer le c?ur des futurs circuits intégrés de demain, visant la basse consommation ou la forte efficacité énergétique. La thèse proposée s'inscrit dans ce projet et vise a concevoir, simuler et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing".

Précipitateur électrohydrodynamique contre la pollution de l'air urbain

Département Microtechnologies pour la Biologie et la Santé (LETI)

Laboratoire Biologie et Architecture Microfluidiques

Ingénieur généraliste

01-10-2019

SL-DRT-19-0793

jean-maxime.roux@cea.fr

La pollution de l'air dans les cités est un problème croissant de santé publique mondial. Selon l'OMS, 9 personnes sur 10 sont exposées à des niveaux élevées de polluants. Environ 7 millions de personnes en meurent chaque année dans le monde et rien qu'en France près de 50 000 décès par an sont attribués à la pollution. Des mesures sont prises pour limiter de plus en plus les émissions mais il s'avère nécessaire de déployer en parallèle des moyens de dépollution de l'air. La thèse proposée consiste en la conception de systèmes de dépollution répartis formés de conduites verticales fixés sur les bâtiments dans lesquelles l'air pollué est aspiré et assaini de ses particules par un champ électrique forçant leur transfert vers une lame d'eau s'écoulant dans un canal descendant hélicoïdal interne à la conduite. Les performances du concept seront étudiées numériquement et expérimentalement en prenant en compte le délicat problème posé par la stabilité de l'interface eau/air dans le champ imposé.

Amélioration des performances en imagerie X et gamma par identification des paramètres de détecteur à semi-conducteur.

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire pour la Visualisation et l'Eclairage

Mathématique, Statistiques, Physique

01-10-2019

SL-DRT-19-0796

gmontemont@cea.fr

Le laboratoire d'accueil conçoit des systèmes d'imageries X et gamma appliqués à l'imagerie médicale ou au contrôle de bagages. Les détecteurs de rayonnement CdTe ou CdZnTe utilisés pour ces applications 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. Ces détecteurs sont de plus en plus performants mais ils sont limités en particulier par les inhomogénéités de réponse dues à la variabilité physique des propriétés du matériau. Le but de cette thèse est de lever ces limitations grâce à une modélisation et caractérisation précise de la réponse réelle du détecteur. L'estimation 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. L'étudiant(e) devra avoir une formation en mathématiques ou statistique ou physique et montrer un goût prononcé pour la recherche pluridisciplinaire.

Méthodes de time-stepping non-régulières pour le contact frottant en présence de non-linéarités géométriques

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Laboratoire de Simulation Interactive

Master en mathématiques appliquées et/ou analyse numérique ou diplôme équivalent

01-10-2019

SL-DRT-19-0801

xavier.merlhiot@cea.fr

La simulation de la dynamique des systèmes multi-corps avec contacts intermittents possède plusieurs domaine d'applications, allant de l'ingénierie de la conception de produits industriels (disjoncteurs, mécanismes d'horlogerie...) au développement de simulateurs temps-réel de systèmes complexes (robots télé-opérés évoluant en milieu hostile, levages offshore, prototypage de processus d'assemblage dans l'industrie manufacturière...) en passant par l'étude des milieux granulaires. Même si des méthodes numériques issues de la mécanique non-régulière permettent aujourd'hui d'aboutir globalement à des simulations robustes et performantes de tels systèmes, un certain nombre de cas d'application atteignent les limites des schémas actuels et des solveurs associés. Notamment, il est fréquent qu'il soit nécessaire d'invoquer des modèles de frottement sec au contact du type frottement de Coulomb, en présence d'inévitables non-linéarités dans la cinématique des contacts. En effet, ces non-linéarités peuvent provenir non seulement de la courbure des surfaces en contact, mais aussi de non-linéarités intrinsèques aux cinématiques de mouvement relatif des solides, en particulier en présence de grandes rotations. Cette thèse a pour objectif de dépasser les limites actuelles des méthodes numériques dans ce type de situation, en proposant de nouveaux schémas numériques ainsi que des solveurs adaptés aux contraintes applicatives. Dans ce sens, une attention particulière sera portée sur la robustesse des méthodes proposées (comportement énergétique, solvabilité des systèmes algébriques construits, etc.) ainsi que sur l'efficacité globale des méthodes (niveaux de performance atteignables, possibilités de parallélisation, applicabilité à des contextes de simulation temps-réel).

Nouveaux composants de puissance GaN à intelligence intégrée : Etude et mise en ?uvre dans une application industrielle

Département Systèmes

Laboratoire Electronique Energie et Puissance

Master2 recherche électronique, microélectronique, optoélectronique, électrotechnique

01-10-2019

SL-DRT-19-0832

leo.sterna@cea.fr

L'émergence des nouveaux transistors de puissance HEMT GaN en électronique de puissance ouvre de nombreuses perspectives permettant l'amélioration des performances des convertisseurs de puissance : augmentation de la densité de puissance et du rendement, fonctionnement à haute température. Afin de fiabiliser la mise en ?uvre de ces transistors GaN au sein d'un environnement convertisseur, le monitoring des différents signaux aux bornes du composant est incontournable. La mesure du courant instantané dans le transistor constitue alors un verrou, et reste à ce jour peu étudiée pour les transistors HEMT GaN. Le CEA Leti dispose d'une technologie et de composants spécifiques permettant la mesure de courant instantané avec une très bonne dynamique. Cette thèse se propose d'étudier et de mettre en ?uvre des circuits de mesure type miroir de courant pour transistors de puissance HEMT GaN. Le doctorant portera ses réflexions sur les applications possibles ce capteur de courant pouvant permettre la protection du transistor en courant, voire le contrôle dynamique du transistor en commutation. Cette fonction de monitoring sera à intégrer au sein d'un circuit de driver spécifique, l'objectif final de la thèse étant de proposer un circuit de driver avec capteur de courant et retour de commande sur le transistor. Le doctorant sera accueilli au sein du L2EP, laboratoire d'électronique de puissance. L'encadrement scientifique sera assuré par des chercheurs du laboratoire universitaire du G2ELab en co-encadrement avec les ingénieurs-chercheurs du CEA Leti. Le doctorant évoluera ainsi dans un environnement innovant pluridisciplinaire.

Fabrication d'un cube logique/memoire dedie au calcul dans la memoire

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire d'Intégration des Composants pour la Logique

master microelectronics

01-10-2019

SL-DRT-19-0841

francois.andrieu@cea.fr

Pour répondre à différents enjeux scientifiques et sociétaux, les circuits intégrés de demain doivent gagner en efficacité énergétique. Or, la majorité de leur énergie est aujourd'hui consommée par les transferts de données entre les blocs mémoire et logique dans des architectures circuit de type Von-Neumann. Une solution émergente et disruptive à ce problème consiste à rendre possible des calculs directement dans la mémoire (« In-Memory Computing »). Les nouvelles technologies de mémoires résistives non-volatiles et de transistors à nanofils de silicium développées au LETI et intégrées en 3D permettraient de proposer pour la première fois une solution technologique performante et viable à un calcul intensif dans la mémoire. Le LETI s'est vu attribué une bourse de recherche prestigieuse de l'European Research Council (ERC). Ce projet sera transverse: de l'application à l'implémentation technologique, en passant par le logiciel et le circuit. Le but est de créer des nano-fonctionnalités en mixant à très faible échelle des dispositifs logiques et mémoires à très grande densité et très grosses capacités. Un accélérateur circuit de In-Memory-Computing sera conçu et fabriqué au LETI, permettant d'améliorer les performances énergétique d'un facteur 20 par rapport à un circuit Von-Neumann de l'état de l'art. Cette technologie qui apporte de l'intelligence dans la mémoire devrait non seulement révolutionner les applications telles que l'Intelligence Artificielle, l'apprentissage machine, l'analyse de données mais pourrait aussi constituer le c?ur des futurs circuits intégrés de demain, visant la basse consommation ou la forte efficacité énergétique. La thèse proposée s'inscrit dans ce projet et vise à fabriquer et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing".

Compréhension des phénomènes de transport des espèces chimiques dans un procédé de post-fonctionnalisation de matériaux industriels par imprégnation sous CO2 supercritique

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire des Eco-procédés et EnVironnement

mécanique, énergétique, génie des procédés, gènie civil

01-10-2019

SL-DRT-19-0854

olivier.lebaigue@cea.fr

Problème technique et contexte : Conférer à façon des propriétés de polymères qui ne peuvent être obtenues a priori Objectif : procédé « green » de post-fonctionnalisation = typiquement par imprégnation - Le principe consiste à utiliser le scCO2 comme vecteur d'espèces chimiques au sein d'un matériau afin de l'en imprégner et d'y réaliser les réactions chimiques nécessaires pour obtenir la fonctionnalité recherchée. - Exemple de propriétés : hydrophobicité, renfort thermique, renfort mécanique, conduction électrique, coloration, tenue aux UV, ? Approche : expérimentations et modélisation multi-échelles des phénomènes de transport jusqu'au c?ur d'un matériau d'espèces chimiques solubilisées dans le scCO2. - Développement de mesures quantitatives (e.g., concentration dans le fluide par spectroscopie Raman, diffusivité dans le polymère gonflé par RMN, ?) - Mécanismes de solubilisation de molécules par le scCO2 (rôle d'un éventuel co-solvent) - Fluidique du scCO2 dans un réacteur, transport des molécules, diffusivité d'espèces en fluide supercritique - Interaction du scCO2 "chargé" avec l'interface du matériau à traiter (fermeture/ouverture du réseau de surface?) - Diffusion du scCO2 "chargé" au sein du matériau (adsorption, réaction, diffusion non-fickienne ?) Plan de travail : 1. Étude de la solubilité et de la diffusion au sein du fluide scCO2 des espèces chimiques nécessaires pour obtenir les fonctionnalités recherchées. 2. Étude du gonflement sous scCO2 de deux matrices polymères sélectionnées pour les applications industrielles ultérieures. 3. Étude de la diffusion dans le solide des solutés modèles. 4. Analyse des interactions physico-chimiques et chimiques entre solutés et matrices polymères.

Films diamant épitaxiés de haute qualité cristalline pour applications en électronique de puissance

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs Diamants

M2 Physique du solide ? Matériaux (Écoles d'Ingénieur, Université)

01-10-2019

SL-DRT-19-0856

samuel.saada@cea.fr

Le diamant possède une conductivité thermique hors norme associée à des propriétés électroniques exceptionnelles qui en font un matériau ultime pour l'électronique de puissance. Cependant, ces propriétés sont très dépendantes de la qualité cristalline du matériau. Le diamant épitaxié sur un hétérosubstrat d'iridium est aujourd'hui un matériau très attractif puisqu'il permet d'envisager la réalisation de wafers de diamant de haute qualité cristalline. Une telle filière de wafers n'existe pas aujourd'hui. La qualité cristalline de ce matériau connaît des améliorations progressives. Une densité de dislocations voisine de 10^7 / cm2, pour un film de 60 µm d'épaisseur, a été très récemment obtenue par une équipe japonaise en mettant en ?uvre une stratégie de croissance latérale [1]. Le CEA LIST réalise l'hétéroépitaxie du diamant sur des pseudo-substrats de Ir/SrTiO3/Si(001) en mettant en ?uvre une méthode de nucléation assistée par polarisation dans un bâti de dépôt chimique en phase vapeur (CVD) assisté par plasma connecté à un ensemble UHV d'analyse de surface. La qualité des films de 300 microns obtenus est à l'état de l'art avec une mosaïcité de 0.6° et une désorientation dans le plan de 0.7° [2, 3]. Des mesures locales en cathodoluminescence ont permis d'estimer la densité de dislocations à 4 × 10^6 / cm2. Ces films sont homogènes sur des surfaces de 1 cm2. L'objectif principal de cette thèse est de mieux contrôler et de réduire la densité de défauts structuraux formés dans les films hétéroépitaxiés sur ces pseudo-substrats de 1 cm2 en appliquant une stratégie de croissance innovante récemment brevetée par le laboratoire [4]. Il s'agira de déterminer les paramètres expérimentaux mis en jeu et de caractériser finement la qualité cristalline et les défauts structuraux générés dans les films en fonction de leur épaisseur par des mesures en diffraction des rayons X, spectroscopie Raman et cathodoluminescence. Les meilleurs films hétéroépitaxiés seront alors utilisés comme substrats pour réaliser des films de diamant dopés au bore (dopage de type p). Les caractéristiques électriques de ces films épitaxiés seront mesurées en collaboration avec le laboratoire GEEPS (Paris-Saclay). [1] Ichikawa et al, High crystalline quality heteroepitaxial diamond using grid-patterned nucleation and growth on Ir, Diam. Relat. Mater. (2019) doi.org/10.1016/j.diamond.2019.01.027 [2] Lee et al, Epitaxy of iridium on SrTiO3/Si (001): A promising scalable substrate for diamond heteroepitaxy, Diam. Relat. Mater. 66 (2016) 67. [3] Bensalah et al, Mosaicity, dislocations and strain in heteroepitaxial diamond grown on iridium, Diam. Relat. Mater. 66 (2016) 188. [4] Brevet déposé en décembre 2018, Delchevalrie, Arnault, Saada (2018).

Création et Fusion de trajectoires Magnéto-Visuel-Inertiel par SLAM collaboratif

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Vision & Ingénierie des Contenus (SAC)

Master 2 Automatique, Robotique

01-10-2019

SL-DRT-19-0861

vincent.gay-bellile@cea.fr

La problématique de la localisation en intérieur connaît un grand essor dans la communauté scientifique ces dernières années. En effet les applications sont nombreuses, dans le civil par exemple, les agences de marketing envisagent d'adapter l'affichage de la publicité en fonction de la position d'un utilisateur. Pour les militaires et les pompiers, une localisation précise dans les bâtiments pendant une intervention permettrait de faciliter et de rendre plus efficace le travail de soutien des forces restées à l'extérieur du bâtiment. Dans cette thèse nous étudierons la fusion de capteurs visuel/inertiel/magnétique pour résoudre le problème de navigation en intérieur à grande échelle. L'ajout d'un capteur magnétique à un système visuel/inertiel permettrait de corriger plus régulièrement et avec moins d'erreur la trajectoire lorsque l'utilisateur repasse plusieurs fois au même endroit. Les premiers travaux consisteront en l'intégration de la mesure magnétométrique à un algorithme de fusion visuel/inertiel. Ensuite, des travaux concernant la relocalisation magnéto/visuelle seront menés. Une carte magnéto/visuelle sera construite au cours du déplacement. Cette carte sera utilisée pour la relocalisation et estimer la correction à apporter pour corriger la dérive. Des travaux pour réaliser la construction automatique d'une carte magnéto/visuelle à grande échelle avec un ou plusieurs porteurs collaborant ensemble seront enfin menés.

Epitaxie quasi-Van Der Waals de CdTe sur matériaux 2D

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire

MASTER Physique

01-10-2019

SL-DRT-19-0887

philippe.ballet@cea.fr

Les matériaux 2D font l'objet d'une intense activité de recherche de fait de leurs propriétés physiques exceptionnelles liées à leur structure de bande particulière, elle-même héritée de leur arrangement cristallin particulier. En effet, ces matériaux présentent des liaisons fortes dans le plan des couches uniquement, et une interaction faible de type van der Waals hors du plan, d'où leur dénomination 2D qui désigne un matériau organisé en feuillets bidimensionnels. L'épitaxie de matériaux 2D sur des semiconducteurs traditionnels 3D peut donc en principe avoir lieu sans contrainte d'accord de paramètres de mailles entre les deux matériaux. L'inverse est également vrai lorsque l'on considère la croissance d'un matériau 3D sur un 2D. Le travail de recherche proposé dans cette thèse consiste justement à étudier ces nouveaux systèmes épitaxiés 2D/3D en proposant d'élaborer sur la base de ces cristaux 2D des couches « strain-free » de CdTe ou HgCdTe qui sont des matériaux à fortes applications dans les domaines photovoltaique solaire et détection infrarouge. La technique de croissance privilégiée est l'épitaxie par jets moléculaires, au CEA/INAC pour le 2D et au CEA/Leti pour le matériau 3D, car elle permet le meilleur contrôle de l'interface entre ces matériaux. Les épitaxies 3D(CdTe)/2D et 2D/3D(HgCdTe) seront dans un premier temps étudiées indépendamment avec pour objectif de réaliser in fine un empilement 3D(CdTe)/2D/3D(HgCdTe) dans lequel le 3D(CdTe) sera utilisé pour induire, à travers le matériau 2D, la nucléation du HgCdTe selon la bonne structure/orientation cristalline. L'interposition d'un cristal 2D offre ainsi la possibilité d'envisager de nouvelles hétérostructures. En outre, elle permet également la possibilité de transférer la couche sur des substrats divers (Si, GaAs?); solution est très avantageuse pour l'intégration et le design de nouveaux dispositifs optoélectroniques. Le cadre de l'étude est également enrichit par la proximité immédiate des équipes de la plateforme nano-caractérisation (PFNC) où des équipements de dernière génération sont à disposition pour révéler la nature chimique et la structure cristallographique des empilements réalisés.

Optimisation holistique et multidisciplinaire de la conception des bâtiments à énergie positive avec modèles de substitution

Département des Technologies Solaires (LITEN)

Master2 recherche

01-10-2019

SL-DRT-19-0891

antoine.leconte@cea.fr

La future Réglementation Thermique vise à concevoir des bâtiments producteurs d'énergie (voire BEPOS) tout en limitant les émissions de CO2. Au-delà des aspects énergétiques et environnementaux, les critères socio-économiques sont cruciaux pour optimiser la conception d'un bâtiment. Malgré leur importance, ils sont très rarement pris en compte dans les processus d'optimisation car difficilement quantifiables avec des approches classiques de calcul. Par exemple, le comportement des occupants dépend des technologies mises en ?uvre, ce qui nécessite d'adapter en conséquent les scénarios utilisés dans les simulations dynamiques. Ces hypothèses de modélisation sont importantes car elles conditionnent au final les solutions optimales obtenues. Concevoir des bâtiments producteurs d'énergie introduit également de nouvelles parties prenantes et des cadres juridiques définissant les liens entre les acteurs en cas de couplage aux réseaux de chaleur et d'électricité par exemple. Des modèles représentatifs de ces différentes disciplines doivent donc être définis et associés correctement. L'approche holistique de la conception optimisée des bâtiments est finalement très peu développée en raison aussi des temps de calcul du fait des simulations dynamiques et des nombreux paramètres de décision. L'approche par modèle de substitution constitue une approche récente permettant de résoudre ce verrou. Elle a déjà été appliquée pour optimiser des grandeurs quantifiables comme les aspects environnementaux (énergie, confort, CO2?) et financiers. Désormais, il devient indispensable d'intégrer l'approche multidisciplinaire pour une meilleure représentation de la réalité à travers les aspects socio-économiques et juridiques. C'est tout l'enjeu de la thèse proposée qui permettra de mettre en ?uvre un modèle global et des critères de performance multidisciplinaires, au sein d'une méthodologie d'optimisation de critères à la fois quantitatifs et qualitatifs, avec modèles de substitution.

Développement d'un micro Haut-Parleur aux performances optimisées

Département Composants Silicium (LETI)

Labo Composants Micro-actuateurs

Physique générale

01-09-2019

SL-DRT-19-0898

fabrice.casset@cea.fr

Le CEA-LETI développe depuis plus de 20 ans une expertise approfondie sur les technologies de mise en ?uvre et les matériaux piézoélectriques déposés en couches minces. Fort de cette expérience, nous pouvons dimensionner et réaliser des actionneurs à base de Pb(Zr0.52,Ti0.48)O3 (PZT) hautes performances. Le LETI possède notamment un design et une technologie brevetée d'un moteur piézoélectrique à l'efficacité renforcée et fonctionnant à plus basse tension que ces concurrents de l'état de l'art. Ces moteurs peuvent potentiellement générer de forts débattements ou de fortes forces. Nous nous proposons d'utiliser les actionneurs piézoélectriques pour développer un système de Haut-Parleur plus léger et plus confortable, à autonomie égale, par rapport au systèmes existants ou à plus grande autonomie à encombrement égal. Nous développerons par le biais de cette thèse un HP hybride, composé d'un actionneur piézoélectrique hautes performances actionnant une membrane polymère apte à générer des basses fréquences. Les notions de packaging et contraintes d'intégration dans un système fonctionnel devront être prises en compte dès la phase de conception du micro-HP afin de faciliter son intégration dans un futur démonstrateur pour le showroom du CEA.

Étude et maitrise de la formation des composés intermétalliques dans les interconnexions utilisant des alliages à base d'indium

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'assemblage et de Packaging Photonique

Ingénieur ou titulaire d'un bac+5 en Sciences et Génie des Matériaux, physico-chimie.

01-09-2019

SL-DRT-19-0899

olivier.mailliart@cea.fr

Le DOPT développe au sein du CEA-LETI des composants photoniques, tels que des micro-écrans, des capteurs dans le visible et l'infra-rouge ou encore des capteurs courbes (Pixcurve). La fabrication de ces composants nécessite de réaliser des assemblages mécaniques et électriques (interconnexions) entre un circuit de lecture en silicium et un circuit de détection (capteur) ou d'affichage (micro-écran LED) d'une surface de l'ordre du cm². Ces jonctions sont généralement réalisées par brasage à l'échelle du pixel (de l'ordre de 10µm), c'est-à-dire qu'un composant à la résolution SXGA (HD) comporte plus d'un million de micro-assemblages. Le brasage est une technique d'assemblage consistant à faire fondre un métal d'apport, la brasure, entre les éléments à assembler. Lorsque la brasure se solidifie, la jonction est créée. Actuellement, la brasure mise en ?uvre est un métal pur à bas point de fusion : l'indium. L'augmentation de la résolution et de la compacité de ces composants imposent une augmentation de la densité de pixels et donc une diminution de la distance entre deux interconnexions (pas pixel). La réduction de la taille des interconnexions met en évidence certains phénomènes qui étaient jusqu'alors négligeables pour des dimensions plus importantes. A titre d'exemple, lors du mouillage des pads (UBM : Under Bump Metallization) en or par l'alliage liquide (In), un composé intermétallique (IMC : Inter Metallic Compound) de quelques microns d'épaisseur se forme à l'interface. Ce produit de réaction est considéré comme étant négligeable jusqu'au pas de 15µmEn diminuant la distance entre les interconnexions (inférieure à 10µm), la proportion d'intermétallique devient supérieure à celle de l'indium au sein du joint. Cette modification de la structure de l'interconnexion peut entrainer des problèmes lors de la fabrication des composants ainsi que des défaillances au cours de leur utilisation. L'objectif de l'étude proposée dans le cadre de cette thèse est de comprendre et de maitriser la formation des intermétalliques aux interfaces entre la brasure et la métallisation (UBM) : - Compréhension de l'existant sur les billes d'indium (Interaction In/Au): o Réalisation d'expériences de mouillage o Caractérisations fines d'échantillons pour plusieurs tailles d'interconnexions (cross section par polissage ionique, MEB, TEM) : étude de la réactivité interfaciale. o Influence des paramètres d'assemblage (dimensions, température, atmosphère) sur la formation des IMC - Proposition d'amélioration de la structure de l'interconnexion o Modification de l'empilement de l'UBM : définition de la nature et de l'épaisseur des couches à mettre en ?uvre sur la base d'une étude bibliographique et d'une analyse thermodynamique des interactions mises en jeu dans l'empilement. o Fabrication et caractérisation (métallographie, vieillissement, fiabilité) des composants élaborés avec les interconnexions sélectionnées. - Etude de l'assemblage réalisé avec des alliages à base d'In (si l'avancement des travaux le permet) o Le laboratoire développe des alliages à bas point de fusion (à base d'indium) en remplacement de l'In. Il serait intéressant de comparer la réactivité de ces alliages binaires ou ternaires vis-à-vis de l'UBM (température d'assemblage plus faible et activité réduite de l'indium).

Robustesse et confidentialité dans les réseaux de neurones pour les graphes : cryptage homomorphique et algorithmes aléatoires

DM2I (LIST)

Laboratoire d'Analyse des Données et d'Intelligence des Systèmes

M2 ou école d'ingénieur en mathématiques appliquées ou informatique

01-10-2019

SL-DRT-19-0907

cedric.gouy-pailler@cea.fr

Dans de nombreux domaines, les graphes constituent une représentation naturelle efficace pour différents types de données. Des exemples notables existent pour réaliser des analyses comportementales dans les domaines de la cybersécurité ou de l'analyse des réseaux sociaux. Dans le premier cas, le comportement des utilisateurs sur Internet peut être observé par leurs requêtes DNS, interprétées comme les étapes successives d'un marcheur aléatoire sur un graphe dans lequel les noms de domaine sont les sommets et les arêtes représentent le comportement moyen au niveau de la population. Il est alors possible d'étudier le comportement des utilisateurs en analysant le sous-graphe induit par des mouvements d'un unique utilisateur. Dans le cas de l'analyse des réseaux sociaux, les représentations graphiques résultent naturellement des interactions de l'utilisateur. Les n?uds symbolisent ainsi les utilisateurs, et leurs interactions peuvent être interprétées comme des arêtes (partage d'intérêts ou de messages). Comprendre et analyser les structures des graphes est donc un outil clé dans de nombreux domaines d'applications réelles. Il est donc essentiel de trouver des méthodes efficaces et robustes pour la classification ou le regroupement de noeuds ou de graphes. Dans ce contexte, les réseaux de neurones sur graphes apparaissent comme une technologie clé, mais soulèvent des questions cruciales quant à leur robustesse face aux attaques contradictoires (adversarial attacks) et à la confidentialité des données qu'elles manipulent. L'objectif de cette thèse est d'explorer la robustesse et la confidentialité des approches basées sur les réseaux de neurones sur graphes, en examinant des solutions combinant des algorithmes à réponses aléatoires et le cryptage homomorphique afin d'assurer un compromis satisfaisant entre performance, robustesse et confidentialité des données.

Techniques de machine learning utilisant des labels incertains, application à l'estimation du stress humain

Département Systèmes

Laboratoire Signaux et Systèmes de Capteurs

Machine learning

01-10-2019

SL-DRT-19-0915

christelle.godin@cea.fr

Avec l'apparition des capteurs portés par la personne, il devient possible de mesurer en temps réel et au cours de la journée les paramètres physiologiques d'une personne et son activité. De nombreuses études ont montré la pertinence de ces mesures pour évaluer l'état de stress d'une personne. Les algorithmes d'apprentissage supervisés utilisés pour ces estimations sont en plein essor. Ces méthodes supposent que l'on dispose pour chaque mesure de l'état de stress à estimer. Or, lors de la construction de la base de données on ne peut pas attribuer de classe ou de valeur exacte au stress mais on obtient facilement des valeurs subjectives. L'objectif de la thèse est de prendre en compte des données possédant une ou plusieurs annotations qui peuvent être floues, redondantes, contradictoires ou manquantes afin d'en tirer l'information pertinente permettant d'obtenir un estimateur plus fiable. Ce type d'approche sera également utile pour de nombreuses autres applications incluant la détection de l'endormissement, le diagnostic de maladies mentales, l'estimation des émotions.

Design et intégration de filtres CEM actifs pour convertisseur de puissance

Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports (LITEN)

Laboratoire Electronique avancée, Energie et Puissance

Bac +5 électromagnétique, électrotechnique

01-10-2019

SL-DRT-19-0935

xavier.maynard@cea.fr

Les spécifications des convertisseurs de puissance pour les applications embarquées présentent des contraintes élevées (rendement, rapport poids/puissance, etc...) tout en respectant des contraintes CEM normatives. Un convertisseur peut être perturbé par ses propres émissions (auto-immunité) ou perturber son environnement, généralement en raison de courants de mode commun (CM). Les convertisseurs (même de faible puissance) peuvent également émettre de l'énergie électromagnétique à haute fréquence pouvant perturber les équipements à proximité (couplage en champ proche) ou les récepteurs radio (couplage en champ lointain). La manière classique de satisfaire aux exigences CEM est l'utilisation de techniques de blindage et de filtrage à base de composants passifs volumineux et lourds (inductances et condensateurs) qui dégradent la puissance spécifique du convertisseur. Les filtres CEM passifs représenteraient environ 20% du coût, du poids et du volume d'un convertisseur de puissance. Avec l'adoption de composants GaN permettant des fréquences de commutation de plus en plus élevées, les filtres CEM actifs apparaissent comme une alternative digne voir indispensable de l'approche classique basée sur un filtrage passif. Des atténuations similaires sont possibles avec une masse et un encombrement réduits. La thèse a pour but d'étudier les différents types de filtres CEM actifs avec : - La réalisation d'un état de l'art. - La réalisation d'un estimateur de bruit en mode commun (MC) et en mode différentiel (MD) des cellules de commutation et des transformateurs. - La simulation et comparaison des solutions les plus pertinentes (actives et passives). - Le mesure en CEM de filtres et convertisseur usuels. - La conception d'une maquette d'un filtre actif pour un convertisseur donné. - Le test de la maquette avec son convertisseur associé. Le doctorant devra posséder de solides connaissances en électronique analogique et numérique, en électronique de puissance ainsi que des connaissances de logiciels de simulation électronique (LTspice, Pspice, PSIM ou autres), de logiciels de routage (KiCad, Altium par exemples) et de programmation embarquée pour circuit numérique programmable (µC, DSP ou FPGA).

Développement d'un modulateur de phase transmissif (SLM) à base de Cristaux Liquides (LCD) pour des applications de réalité virtuelle et réalité augmentée (AR/VR)

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

optique et opto-électronique

01-11-2019

SL-DRT-19-0941

benoit.racine@cea.fr

De nos jours le domaine de l'affichage s'oriente de plus en plus vers des applications de type, casque à réalité augmentée (HMD) ou la vision à tête haute (ATH). Ces dispositifs utilisent généralement un micro-écran combiné à un système optique permettant la projection d'une image, préalablement calculée par un système informatique intégré, sur une surface précise dans le cas d'un ATH, ou directement sur l'?il dans le cas d'un HMD. Ces dispositifs doivent fournir une image avec une très haute résolution, le tout sur un angle de vue très large. Pour répondre à ces deux problématiques, l'optique nécessaire est couteuse et encombrante ce qui augmente la difficulté d'intégration pour un système mobile comme le casque. Pour résoudre ce problème une solution intermédiaire existe, il s'agit d'utiliser un système composé d'un SLM (modulation de phase) intégré à un système d'optique dite adaptative. En outre, le côté transmissif du SLM est impératif et seuls les micros-écrans LCD transmissifs, en agissant sur la phase et/ou la polarisation de la lumière, peuvent trouver une fonction de correcteur de front d'onde pour une optique adaptative. Parmi les projets d'optiques adaptatives, on trouve par exemple les objectifs compacts grand-champ et hautes résolutions, basées sur le concept de fonctionnement de l'?il (Fovéation), où seule la partie du champ utile est hautement définie en agissant sur la correction du front d'onde par l'intermédiaire du SLM intégré dans l'optique. Les précédents travaux ont montré que la réalisation d'un tel objet nécessité une technologie utilisant les briques de la micro-électronique complexes basées sur le report de CMOS sur substrat transparent pour obtenir des écrans transmissifs. La dernière étude théorique menée sur le sujet a montré que la configuration d'écran LCD dite IPS pour In-Plane Switching, pouvait être adaptée pour répondre à nos besoins. Cette configuration offre beaucoup d'avantage dont celui d'être plus facile à mettre en ?uvre. Le travail demandé s'inscrit dans un nouveau projet dans lequel la première phase consistera à simuler, avec un logiciel spécifique, l'évolution du cristal liquide selon les géométries de pixel et d'électrodes différentes et définir la géométrie optimale de la cellule de cristal liquide. On privilégiera, si possible, des structures où le cristal liquide ne twiste pas. A l'issue de cette étude, la seconde phase du projet comprendra la réalisation complète d'un écran avec une matrice passive tout en tenant compte du concept de cellule retenu. Enfin, pour mesurer les performances des cellules de test et du SLM final obtenu, le développement et la mise en place d'un banc d'optique et d'adressage pour les caractérisations électro-optiques sera également demandé.

Conception et réalisation de capteurs miniatures télé-alimentés sur support flexible

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Fiabilité des Composants

Physique des matériaux, semiconducteurs, MEMS

01-10-2019

SL-DRT-19-0959

alexandra.koumela@cea.fr

L'objectif de cette thèse est de développer un capteur télé-alimenté sur support flexible de type patch. En particulier, la mesure visée peut être est la pression, la température, l'accélération, la contrainte, le champ magnétique etc. La technologie M&NEMS développée par le CEA-LETI peut permettre répondre de répondre aux besoins de miniaturisation extrême, d'ultra-basse consommation, des hautes performances et de bas coût. Une étude sur les différents types de capteurs M&NEMS sera conduite afin d'identifier les plus pertinents pour les associer à une antenne RFID permettant d'alimenter le circuit mais également de transmettre des informations. L'intégration du capteur, de son antenne et son électronique sera réalisée sur support flexible à définir en fonction des applications et du degré de conformabilité. Ce travail s'appuiera sur les travaux du Département Systèmes (DSYS) du CEA LETI pour la partie design et conception de l'antenne ainsi que le laboratoire Packaging 3D (LP3D) pour la partie intégration et support flexible. La mise en ?uvre d'un nouveau principe d'actionnement basé sur la rétro-action thermo-piezorésistive sera aussi examinée.

Modélisation/caractérisation mécanique et triboélectrique du procédé de nanoimpression en interfaces souples

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire

Master 2 et écoles d'ingénieur Physique du solide, surface et interfaces

01-10-2019

SL-DRT-19-0977

hubert.teyssedre@cea.fr

Les moules souples utilisés en lithographie par nanoimpression permettent de réduire l'impact d'une particule sur la défectivité d'une étape de patterning : sa souplesse permet d'épouser la forme des défauts sans impacter les structures environnantes. Cette souplesse est aujourd'hui obtenue en utilisant des matériaux polymères mono-matériau ou composites qui ont la capacité de reproduire des motifs ayant des dimensions critiques de quelques dizaines de nanomètres. Les technologies les plus récentes de matériaux permettent de passer d'un état visqueux (et donc capable de s'écouler dans des nanostructures) à température ambiante à un état de solide élastique par photo-polymérisation à 365 nm avec des propriétés antiadhésives nécessaires au bon fonctionnement du procédé. Cet état élastique est fondamental pour les performances de réplications : le matériaux doit avoir suffisamment de rigidité pour ne pas flamber ou se déformer de façon irréversible lors du procédé, mais il doit avoir assez de souplesse pour pouvoir être démoulé de la résine à imprimer sans endommager les motifs créés dans cette dernière. Néanmoins l'utilisation de ces moules souples renforce l'apparition de charges électrostatiques lors de la séparation du moule et du substrat. Ces charges sont usuellement dissipées macroscopiquement grâce à des barres antistatiques ou jets d'air ionisés, mais elles peuvent persister sur l'extrême surface du moule souple et engendrer la déformation des structures. L'objectif de cette thèse est d'étudier via des mesures par AFM le comportement de ces interfaces.

Optimisation d'oxydes métalliques pour la réalisation d'électrode en adéquation avec le matériau photosensible dans le proche infrarouge

Département technologies silicium (LETI)

Laboratoire

Ingénieur 3eme année, Master Recherche Electronique, microélectronique, optronique

01-09-2019

SL-DRT-19-1000

serge.blonkowski@cea.fr

La thèse se situe dans le cadre d'un partenariat entre le CEA-Léti et le département Process Development de STMicroelectronics Crolles. L'étude portera sur le développement d'électrodes pour les applications de type capteur d'image. Les prochaines générations de capteurs d'image utiliseront des matériaux photosensibles de type chalcogénure, pérovskite ou ?dots quantiques'. Ces matériaux sont insérés entre des électrodes afin de récolter les électrons et les trous photo générés. Un engineering de bandes est nécessaire afin de favoriser le transfert des charges vers les électrodes lorsque le matériau photosensible est éclairé, alors que lorsque le détecteur est à l'obscurité il faut bloquer le flux continu de charges activées thermiquement à travers la structure, ce flux pouvant conduire à un niveau de courant d'obscurité trop élevé. Les électrodes doivent également être stables au contact de ces nouveaux matériaux, c'est-à-dire qu'il faut limiter les réactions chimiques d'interface qui peuvent conduire à du piégeage de charges, ou à un décalage non souhaité des niveaux d'énergie des bandes de valence ou de conduction. L'électrode supérieure doit quant à elle être déposée par une technique qui ne dégrade pas les matériaux photosensibles qui sont connus pour être fragiles et se dégrader facilement sous atmosphère oxydante, sous rayonnements UV ou sous bombardement lors d'un dépôt utilisant un plasma. Enfin, ces électrodes doivent être conductrices, et l'électrode supérieure doit être transparente pour les photons qui la traversent. L'objectif de la thèse est de développer et d'optimiser une nouvelle électrode supérieure adaptée au capteurs d'image fonctionnant dans le domaine du proche IR (1-1.5µm)

Caractérisation des déformations mécaniques par des mesures de degré de polarisation (DOP) de la lumière lors de la fabrication de Laser III-V pour des applications Lidar

Département technologies silicium (LETI)

Autre laboratoire

master ou école d'ingénieur specialité semiconducteurs

01-10-2019

SL-DRT-19-1006

nevine.rochat@cea.fr

Le LiDAR est une technologie de télédétection qui utilise l'impulsion d'un laser pour créer des modèles 3D. La plupart des constructeurs automobiles parient aujourd'hui sur cette technologie pour développer des véhicules autonomes. Cependant, pour atteindre cet objectif, plusieurs verrous technologiques sont à lever notamment au niveau de la source laser de puissance III-V intégrés sur Silicium. Afin de maximiser la puissance optique émise, les empilements III-V du laser doivent être conçus afin de supporter les niveaux élevés de puissance optique émise. Un des paramètres clé à contrôler pour assurer un fonctionnement optimal du laser et garantir son vieillissement sont les déformations générées lors de la fabrication du laser, et également lors de son utilisation.. En 2019, le CEA/Leti et le CNRS/LTM ont développé une technique originale pour mesurer des déformations, qui est basée sur le degré de polarisation (DOP) de la cathodoluminescence (CL). Le projet de thèse vise de développer la technique de mesures de DOP par cathodoluminescence pour permettre l'évaluation des déformations générées lors de la fabrication d'un laser III-V reporté sur Si pour le développement des technologies de Lidar sur puce. Ce projet de recherche s'articulera selon 3 axes: 1- La consolidation de la technique de DOP cathodoluminescence pour la mesure de déformation, 2- L'évaluation des déformations par DOP CL dans des empilements III-V de laser Lidar, 3- La confrontation avec les performances optiques du laser

Segmentation panoptique par apprentissage profond semi-supervisé

Département Intelligence Ambiante et Systèmes Interactifs (LIST)

Vision & Ingénierie des Contenus (SAC)

Ingénieur (master 2) Vision par ordinateur / apprentissage automatique

01-10-2019

SL-DRT-19-1009

florian.chabot@cea.fr

Cette thèse s'intéresse à la segmentation panoptique qui a deux objectifs : associer à chaque pixel de l'image une classe (personne, voiture, arbre?) et détourer chaque objet de la scène. En d'autres termes, ce nouveau type de segmentation combine la segmentation sémantique et la segmentation d'instances pour parvenir à une description très fine d'une image. Le premier objectif de la thèse sera de proposer une nouvelle approche de segmentation panoptique en utilisant des techniques d'apprentissage profond supervisé. Dans un second temps, le doctorant devra proposer une adaptation de cette méthode en utilisant une base d'apprentissage plus petite ainsi que des données peu ou pas labellisées (apprentissage semi-supervisé). L'idée est de pouvoir apprendre un modèle de segmentation panoptique performant en utilisant un petit nombre de données complètement labellisées car l'annotation de ces données est long et fastidieux.

Etude conjointe circuit / substrat pour des applications RF Front-End Module 5G

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Intégration et Transfert de Film

conception de circuits intégrés RF

01-10-2019

SL-DRT-19-1021

emmanuel.augendre@cea.fr

Le front end module (FEM) concentre une partie significative du coût d'un smart phone (>3x que le processeur d'application). Aujourd'hui, chaque génération de smart phone contient une surface croissante du FEM réalisée en RFSOI (20x entre 2010 et 2016) : technologie dédiée sur substrat dédié, où STMicroelectronics et Soitec sont à l'état de l'art. Les substrats de Soitec atténuent déjà fortement la seconde harmonique sur des structures passives. Des solutions existent pour : - atteindre de meilleures linéarités, - obtenir des linéarités stables en température, - proposer des linéarités intermédiaires pour un coût réduit. Ces solutions ne sont pas encore industralisées. Le but de la thèse est de : - optimiser le design d'un ou plusieurs blocs fonctionnels de FEM dans des technologies PDSOI à l'état de l'art, - faire réaliser ces designs, - les caractériser et évaluer le bénéfice de variantes exploratoires de substrats sur ces circuits.

Caractérisation en flux de signaux radiologiques par apprentissage automatique embarqué

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Master 2 Recherche ou Ingénieur - Spécialité microélectronique, systèmes embarqués, Mathématiques Appliquées, systèmes informatiques

01-10-2019

SL-DRT-19-1033

gwenole.corre@cea.fr

Les méthodes de classification par apprentissage automatique sont devenues omniprésentes dans les domaines du traitement du signal et de l'image. Néanmoins, ces méthodes de classification automatique restent encore aujourd'hui très peu exploitées dans les domaines des applications embarquées. Par ailleurs, des études ont montré que des méthodes de classification par apprentissage automatique permettent d'obtenir des performances satisfaisantes pour classifier les signaux provenant de capteur radiologique. Cependant, ces études et les solutions développées sont pour la plupart réalisées hors ligne et il n'existe pas ou peu de solutions à base de réseaux de neurones exécutées en temps réel. L'objectif de la thèse est de proposer des méthodes d'apprentissage pouvant être embarquées sur des systèmes de mesure portables temps réel permettant de répondre aux besoins de classification des signaux radiologiques et de réaliser et évaluer leur implémentation effective.

Contrôle à l'échelle atomique de couches ultra minces de dichalcogénures de métaux de transition obtenues par dépôt moléculaires en phase vapeur (ALD/MLD) et recuits.

Département technologies silicium (LETI)

Autre laboratoire

01-10-2019

SL-DRT-19-1048

denis.rouchon@cea.fr

Les matériaux 2D, en particulier les dichalcogénures de métaux de transition (TMD), ont récemment fait l'objet d'une attention considérable car ils forment une classe de matériaux semi-conducteurs exceptionnels avec de nombreuses applications potentielles (super condensateurs, batteries, électronique et optoélectronique, électronique flexible,....). Cependant, une limitation importante pour leur déploiement provient de l'absence de méthodes de fabrication à grande échelle avec une précision à l'échelle atomique. Les techniques ALD et MLD sont idéales pour le dépôt de films inorganiques et organiques ultraminces à grande échelle. Le projet de thèse vise à réaliser la synthèse de films hybrides par une combinaison de dépôt de couches atomiques et de couches moléculaires (ALD/MLD) suivie d'un traitement thermique. Les matériaux visés sont d'abord TiS2 puis SnS2. Aussi, nous voulons utiliser le traitement thermique comme une voie possible pour synthétiser des interfaces graphitiques qui pourraient permettre de nouvelles électrodes ou de nouveaux contacts électriques. Fournir un aperçu et un contrôle de la croissance au niveau atomique en combinant des calculs ab initio (à ne pas faire par le doctorant) et des études chimiques et structurelles in situ réalisées pendant la croissance et le traitement thermique, c'est-à-dire l'absorption et la diffusion des rayons X, la diffusion Raman et l'ellipsométrie.

Guides Optiques Laser en III-V-AsGa/InP directement épitaxiés sur SOI-300 mm

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'integration technologique pour la photonique

Ingénieur Physique materiaux semiconducteurs

01-10-2019

SL-DRT-19-1055

christophe.jany@cea.fr

Depuis plus de 25 ans, le c?ur des réseaux télecom est devenu un des champs d'application des composants III-V unitaires (InP_like, et AsGa_like). Ce domaine repose sur la transmission d'ondes IR dans les fibres optiques, alimentées par des sources lasers en matériaux III-V. Depuis une dizaine d'année une voie technologique nouvelle s'est développée, la Silicon-Photonics, qui permet d'abaisser les coûts de fabrication par l'augmentation de l'intégration (intégration 3D, Wafer Level Packaging). L'approche habituellement choisie consiste ici en un collage moléculaire d'une wafer III-V (épitaxiée) sur un SOI-préalablement structuré de guides optiques. Un traitement technologique est ensuite appliqué pour réaliser des guides III-V émetteurs connectés aux guides silicium. Depuis moins de 5 ans ; un nouveau schéma d'intégration est en train de se développer, il s'agit de l'épitaxie directe des matériaux III-V sur Silicium. Depuis 3 ans, les laboratoires du CEA/Leti, déjà experts dans les développements de la photonique sur Silicium par procédé de collage, ont décidé d'investiguer cette approche très innovante à fort potentiel. La thèse proposée s'appuiera ainsi fortement sur le laboratoire du CNRS/LTM qui développe depuis 4 ans des nouveaux concepts d'épitaxie MOCVD de matériaux III-V (base AsGa) sur wafer Silicium patterné. Ce sujet d'étude permettra de mettre en place une filière d'épitaxie III-V sur Silicium, dans le but de concevoir une nouvelle génération de circuit photonique. Le doctorant sera impliqué à la fois aux développements des matériaux III-V sur Silicium, qu'aux conceptions et réalisations de circuits photoniques 2.0.

Développement d'une méthode de mesure multipoints pour la réduction d'incertitudes de la quantification de l'activité dans les colis de déchets par spectrométrie gamma

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs et Architectures Electroniques

Instrumentation, mesure nucléaire

01-10-2019

SL-DRT-19-1069

adrien.sari@cea.fr

La gestion des colis de déchets radioactifs représente un enjeu majeur pour l'industrie nucléaire. La caractérisation des colis requiert des solutions de mesure nucléaire non destructives afin de préserver l'intégrité des colis. La présente thèse portera sur un cas concret d'application qui consistera à équiper de capteurs embarqués un bras robotique à six axes portant un système de frottis, un contaminamètre, et un spectromètre gamma. Le bras robotique permettra de réaliser des mesures multipoints, en débit de dose (avec un détecteur de type Geiger-Müller) et en spectrométrie gamma (avec un détecteur de type CdZnTe). Les fûts à caractériser seront de type FA-MA, et les radioéléments à identifier seront des produits d'activation et des actinides. L'objectif de cette thèse est de définir une méthode de mesure multipoints dynamique pour l'optimisation de la déclaration de l'incertitude associée à la grandeur d'intérêt (débit de dose et activité). Cette thèse comportera un volet simulation MCNP6 et un volet expérimental.

Etude de réactions d'électrochimiluminescence sur électrodes en diamant dopé au bore pour des applications analytiques

DM2I (LIST)

Laboratoire Capteurs Diamants

Master 2 Sciences avec formation initiale de préférence dans un ou plusieurs des domaines suivants: chimie, chimie analytique, électrochimie, physique générale, photophysique

01-10-2019

SL-DRT-19-1092

emmanuel.scorsone@cea.fr

Le/la doctorant(e) travaillera sur l'étude des réactions d'électrochimiluminescence (ECL) à la surface d'électrodes en diamant dopé au bore (BDD). L'ECL est un phénomène dans lequel des photons sont émis lors de réactions électrochimiques. Elle s'est déjà révélée être un outil d'analyse chimique/biochimique très prometteur dans les cas d'applications de détection pour lesquelles une sensibilité et une sélectivité élevées sont nécessaires. En effet, elle associe les avantages de l'analyse par chimiluminescence à l'absence de signal optique de fond, avec de nombreuses possibilités de contrôle de la réaction à l'aide de divers protocoles électrochimiques. L'ECL peut être observée dans des solvants organiques où des formes à la fois oxydées et réduites d'espèces luminescentes sont produites simultanément. L'énergie d'excitation est alors obtenue par recombinaison d'espèces oxydées et/ou réduites. En environnements aqueux, l'oxydation et la réduction simultanées d'espèces luminescentes sont difficiles à obtenir en raison de la dissociation électrochimique de l'eau, impliquant l'utilisation d'un co-réactif. Dans ce cas, les espèces luminescentes sont oxydées au niveau de l'électrode avec le co-réactif, ce qui donne un agent réducteur puissant après certaines transformations chimiques. Dans ce contexte, les électrodes BDD offrent de nombreux avantages qui ont été peu explorés jusqu'à présent. Le candidat démontrera ainsi les avantages de telles électrodes pour des applications ECL, apportera de nouvelles connaissances sur les réactions chimiques/physiques impliquées, et contribuera éventuellement au développement d'un démonstrateur analytique.

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