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Nos Thèses par thème

Sciences pour l'ingénieur >> Matériaux et applications
14 proposition(s).

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.

Etude par microsocpie electronique en transmission des phases aux joints de grains dans les aimants NdFeB pour optimiser leurs propriétés magnétiques

Département des Technologies des NanoMatériaux (LITEN)

Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité

Science des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0571

laure.guetaz@cea.fr

Le déploiement des énergies renouvelables ainsi que la volonté de réduire nos émissions de CO2 dans le transport vont impliquer une utilisation de plus en plus massive d'aimants permanents employés dans les machines électriques. Or, les aimants les plus performants utilisent des matériaux critiques (Dy,Tb). L'optimisation de la microstructure est largement reconnue comme étant le levier principal pour limiter le recours à ces matériaux critiques. La connaissance de la chimie au voisinage des joints de grains et l'identification des phases intergranulaires deviennent ainsi indispensables pour mieux comprendre leurs propriétés magnétiques puis maitriser les procédés de synthèse des aimants. L'objectif principal de cette thèse sera d'étudier la microstructure des aimants développés au CEA-Grenoble et en particulier de caractériser finement les phases intergranulaires. Pour cela le/la thésarde utilisera les différents moyens de la plateforme de nano-caractérisation (PFNC). En particulier, il/elle utilisera les techniques de microscopie électronique avancées telles que la nanodiffraction ou le STEM/HAADF (scanning transmission electron microscopy/high angle annular dark field) couplé à l'X-EDS (Xray energy dispersive spectroscopy) qui permettent de déterminer la structure et de la chimie des matériaux à l'échelle atomique. Dans un second temps, ayant identifié la nature des phases aux joints de grains, il/elle sera amené(e) à simuler les propriétés magnétiques de l'alliage. Ce travail mené en étroite collaboration avec l'équipe d'élaboration permettra finalement d'optimiser les compositions et les paramètres d'élaboration des aimants.

Mesure de composition par imageries à résolution atomique appliquée aux super-réseaux GeTe/Sb2Te3

Département Technologies Silicium (LETI)

Autre laboratoire

Physique

01-10-2019

SL-DRT-19-0639

nicolas.bernier@cea.fr

Pour tous les systèmes cristallins sensibles aux dégâts d'irradiation sous faisceau d'électrons, il est nécessaire de quantifier chimiquement le matériau à l'échelle atomique tout en minimisant la dose électronique. Les techniques analytiques usuelles dans le microscope électronique en transmission (TEM) ne peuvent alors être employées dû au fort courant de sonde et au temps d'acquisition relativement long. En revanche, l'imagerie atomique, plus précisément en champ sombre annulaire à grand angle (STEM-HAADF), permet de travailler à dose réduite et présente des contrastes proportionnels au numéro atomique des éléments présents. De plus, les TEM Titan sur la PFNC sont équipés de correcteur d'aberrations permettant d'acquérir des images HAADF à l'état de l'art en terme de résolution atomique. Cependant, pour que le contraste dans ces images puisse être relié de manière quantitative à la composition chimique du matériau, des conditions d'acquisition contrôlées au TEM et des simulations de diffusion électronique doivent être développées. En parallèle, une autre technique d'imagerie dans le TEM suscite un intérêt grandissant: la ptychographie, ou « STEM de données 4D ». Cette technique, consistant à acquérir un cliché de diffraction pour chaque position du faisceau incident d'électrons, permet de remonter au potentiel projeté dans l'échantillon. Le développement de l'aspect quantitatif de ces techniques d'imagerie présente de nombreuses applications: celle visée dans le cadre de cette thèse est la compréhension de l'ordre atomique dans les super-réseaux GeTe/Sb2Te3, matériaux considérés comme les plus prometteurs pour les mémoires à changement de phase (PCRAM).

Le Sélecteur Backend: du développement du matériau jusqu'aux performances du dispositif

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Composants Mémoires

M2 ou ingénieur en micro nano-electronique

01-10-2019

SL-DRT-19-0659

gabriele.navarro@cea.fr

La montée en maturité des technologies de mémoire résistives non-volatiles NVRM (comme les mémoires à changement de phase PCM) à la fois pour les application Storage Class Memory (SCM) et embarquées a démontrée dans les dernières années la nécessité de développer des dispositifs de sélection « backend » pour remplacer la sélection par transistor. Cette technologie permet l'empilement de plusieurs niveaux de mémoire en 3D, dans une architecture des type « Crossbar », en augmentant la densité de stockage tout en profitant des performances extraordinaires des dispositifs NVRM. Le LETI est aujourd'hui à l'état de l'art par rapport au développement des matériaux pour l'intégration dans des dispositifs sélecteurs BEOL, notamment pour les OTS (Ovonic Threshold Switching). Dans le cadre de cette thèse des nouveaux matériaux seront explorés pour atteindre les spécifications d'endurance, stabilité en température, tension de seuil et capabilité de mise à l'échelle de plus en plus strictes. Pour cela, la compréhension des phénoménologies liées au fonctionnement de ces dispositifs devient fondamentale. De plus, des nouvelles architectures de co-intégration mémoire+sélecteur seront investiguées pour enfin atteindre l'intégration de ces solutions dans un démonstrateur Crossbar avancé. Le candidat doit de préférence avoir un très bon niveau de connaissance en physique des semi-conducteurs et en science des matériaux. Le candidat sera en contact avec des experts de différents domaines car le travail demandé est multidisciplinaire (matériaux, intégration, caractérisation électrique et physico-chimique, modélisation). En outre, il est demandé un bon esprit d'équipe et une bonne maîtrise de la langue anglaise.

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.

Imagerie ultrasonore 4D par reconstruction rapide dans le domaine de Fourier et compression de données

Département Imagerie Simulation pour le Contrôle (LIST)

Laboratoire Instrumentation et Capteurs

Master 2 ou Ecoles d'Ingénieurs - Cursus: physique, ondes, traitement du signal

01-10-2019

SL-DRT-19-0677

sebastien.robert@cea.fr

L'imagerie ultrasonore multi-éléments est désormais une technique très répandue en contrôle non-destructif, et la plupart des systèmes industriels offrent la possibilité d'imager une structure en temps-réel avec des sondes comportant typiquement 64 éléments. Au-delà, les cadences d'imagerie des systèmes sont fortement ralenties en raison, d'une part, du volume important des signaux à transférer de l'unité d'acquisition à l'unité de traitement et, d'autre part, du nombre d'opérations de calcul à réaliser pour former l'image. Un exemple type est l'imagerie 3D avec des sondes matricielles de 16x16 éléments nécessitant le transfert de 256x256 signaux et le calcul de 10e6 à 10e8 voxels pour constituer l'image 3D dans le solide. Dans ce contexte, ce travail de thèse vise à accélérer les systèmes d'imagerie en optimisant le transfert des données par acquisition comprimée (ou compressed sensing), et de combiner la compression des données avec des algorithmes de reconstruction rapide dans le domaine de Fourier, ces derniers pouvant réduire les temps de calcul des images d'un facteur 300 par rapport à des méthodes plus conventionnelles opérant dans le domaine temporel. Enfin, un autre point qui sera abordé fin de thèse est la réduction du nombre de signaux par divers techniques, comme les émissions d'ondes planes aléatoires ou les réseaux clairsemés en réception (ou sparse arrays).

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.

Gestion de l'eau dans le collage direct

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

bac + 5 master ou ingénieur physique du solide, sciences des matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0722

frank.fournel@cea.fr

Le collage direct est maintenant très utilisé dans de nombreuses applications. Très récemment, il a été montré au CEA Grenoble que l'eau était capable d'imbiber une interface de collage direct non recuite tout comme elle pouvait en sortir. Or l'eau est un des composants essentiels des collages directs hydrophiles. La maîtrise de ce phénomène et sa compréhension fine est un enjeu crucial pour l'ensemble des collages directs hydrophiles et pas seulement pour les collages Silicium/Silicium. Le but de cette étude est d'étudier en détails la gestion de l'eau à l'interface de collage direct suivant plusieurs axes: 1. Une partie de l'étude consistera à trouver des moyens d'isolation de l'interface de collage. C'est crucial pour l'ensemble des caractérisations du collage direct afin de pouvoir disposer d'échantillons stables dans le temps. C'est aussi très important pour certaines applications dont les bords du collage peuvent souffrir de ce phénomène. Un autre axe de cette étude sera de quantifier la diffusion de l'eau au sein d'une interface de collage ayant subi un recuit thermique et même pendant ce recuit thermique. La cinétique de pénétration ou de sortie d'eau sera mise en regard de l'énergie de collage développée lors du recuit thermique. Un dernier axe sera de caractériser très finement la quantité d'eau à l'interface de collage « stable ». En faisant varier cette quantité d'eau, il sera alors possible d'établir son lien précis avec l'énergie de collage et la défectivité qui est parfois induite par cette eau dans certaines structures spécifiques. Pour cette étude, des plaques avec des cavités seront aussi utilisé afin d'étudier les cinétiques de mouvement au sein même de la plaque. Différentes atmosphères et conditions de collage seront employé pour déterminer les mouvements and productions d'eau et/ou des sous-produits de réaction du collage direct. Le candidat sera formé à l'ensemble des outils technologiques permettant la réalisation de collages directs (nettoyages chimiques, CMP, collage, recuits thermiques) et leur caractérisation (spectroscopie infrarouge, microscopie acoustique, mesure d'énergie de collage anhydre, réflectivité des rayons X, spectroscopie de masse...).

Super-réseaux van der Waals de matériaux chalcogénures pour les mémoires à changement de phase basse consommation du futur

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Physique du solide, Science des Matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0804

pierre.noe@cea.fr

Les mémoires à changement de phase (PCM) sont les meilleures candidates pour remplacer les mémoires Flash, pour la réalisation de mémoires universelles (SCM) ainsi que pour le neuromorphique à base de l'intelligence artificielle. Néanmoins, celles-ci présentent toujours des courants de programmation trop élevés pour les futurs générations de mémoires limitant leur utilisation. Le remplacement du matériau PCM GeSbTe massif par des hétérostructures de type super-réseaux van der Waals GeTe/Sb2Te3 est une voie très prometteuse avec les iPCM (interfacial PCM). Bien que l'amélioration des performances avec les iPCMs soit admise, l'origine du mécanisme de transition résistive reste obscure. Ceci est principalement lié à l'absence de description robuste de leur structure à l'échelle atomique. Dans ce contexte, nous avons pu la décrire à l'échelle atomique pour la première fois (thèse P. Kowalczyk 2015-2018/#Small 2018, 1704514). Afin de pouvoir aller plus loin avec ce système il reste encore un gros travail de compréhension et de contrôle de la structure atomique de ces systèmes. Pour cela l'étudiant étudiera les conditions de croissance van der Waals de ces super réseaux par co-pulvérisation cathodique dans des bâtis industriels de microélectronique 200 mm au regard de leurs propriétés électroniques (dispositifs iPCM tests, magnétotransport Hall, résistivité, structure atomique par microscopie électronique et diffraction des rayons X ...). L'objectif sera de pouvoir in fine mettre en évidence le mécanisme physique à l'origine de la transition résistive dans les dispositifs iPCMs. Cette compréhension est indispensable pour être en mesure de proposer de nouveaux systèmes de structures vdW iPCMs encore plus performantes mais aussi développer de nouvelles applications (isolants topologiques en spintronique, photonique, thermique ...).

Matériaux chalcogénures nanocomposites avec des propriétés thermiques améliorées pour le développement de mémoires à changement de phase faible consommation et haute stabilité thermique

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Physique du solide, Science des Matériaux

01-10-2019

SL-DRT-19-0816

pierre.noe@cea.fr

Les mémoires à changement de phase (PCM) sont les meilleures candidates pour remplacer les mémoires Flash, pour la réalisation de mémoires universelles de type SCM (Storage Class Memory) à la frontière entre les mémoires volatiles et non volatiles ainsi que pour le neuromorphique et l'intelligence articificielle. Néanmoins, celles-ci présentent une limite majeure liée aux courants de programmation trop élevés pour les futures générations de mémoires. Ainsi, la maîtrise de la thermique aux échelles nanométriques afin de limiter la consommation d'énergie est un point crucial afin d'optimiser l'effet Joule mis en jeu lors la programmation du point mémoire. Néanmoins la thermique à ces échelles nanométriques est encore mal comprise. Ainsi, cette thèse vise à développer de nouveaux matériaux à changement de phase de type GeSbTe et de nouvelles architectures pour fabriquer des mémoires PCM fonctionnant à plus faible puissance et présentant une plus grande stabilité thermique qu'actuellement. Ces objectifs peuvent être atteints par une optimisation du matériau à changement de phase Ge-Sb-Te (nanostructuration, multicouche, composition) et par une optimisation du confinement thermique de la cellule mémoire. L'élaboration (dépôts PVD sur bâtis de dépôt industriels) et la caractérisation de ces nouveaux matériaux GST nanostructurés (XRD, résistivité et magnéto-transport/Hall,FTIR/Raman/réflectivité, caractérisations au Synchrotron etc.) seront effectuées au CEA-Leti. La caractérisation du transport thermique (conductivité thermique Kth, RUS, Brillouin Scatt., Laser US, Inelastic Scatt., VDoS, ?) et sa modélisation seront réalisés à l'ILM (Lyon). Les démonstrations électriques (performances, fiabilité) seront faites sur des dispositifs intégrés au LETI ainsi que chez notre partenaire industriel STMicroelectronics à Crolles.

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".

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.

Dépôt innovants de couches minces de polymères pour des applications en électronique de puissance

Département Technologies Silicium (LETI)

Laboratoire

Master 2 / Ingénieur en Sciences des matériaux, Nanotechnologies, Microélectronique,

01-10-2019

SL-DRT-19-0928

aude.lefevre@cea.fr

L'électronique de puissance requiert la fabrication de composants de plus en plus petits capables de soutenir de forts courants et des tensions de travail élevées (> 500 V). En particulier, la réalisation de condensateurs minces haute tension (300 µm d'épais) nécessite l'utilisation de matériaux diélectriques à fort champ de claquage. Ce domaine est exploré depuis plus de 10 ans au sein du LETI dans le laboratoire des composants passifs. L'accent est notamment mis sur la réduction de la taille des condensateurs en augmentant la constante diélectrique des matériaux, ceci se faisant souvent au détriment de la tenue en tension. L'émergence de nouveaux marchés, par exemple les batteries pour les véhicules électriques, pousse à présent les développements vers l'utilisation de diélectriques présentant des constantes diélectriques plus faibles mais une tenue en tension élevée afin de supporter les énergies mises en jeu. Des condensateurs dits discrets à base de céramiques existent et répondent aux applications haute tension mais leur taille reste un inconvénient pour leur intégration dans des circuits performants. Une alternative prometteuse est l'utilisation de matériaux de type polymères qui peuvent répondre aux principaux enjeux : diminution de l'épaisseur par leur mise en ?uvre sous forme de couches minces tout en conservant leurs propriétés de tenue en tension. L'objectif de cette thèse est donc d'élaborer, avec des techniques compatibles avec l'industrie du semi-conducteur, des films minces de polymères capables de résister à des tensions de plusieurs centaines de volts, de les caractériser et de corréler les propriétés électriques (notamment le champ de claquage et la permittivité) à la composition et à la structure des matériaux. Les techniques de dépôt de type CVD (Chemical Vapour Deposition) seront privilégiées car elles permettent le dépôt conforme de couches minces isolantes dans des structures 3D. Ce travail s'appuiera sur la solide expertise déjà acquise par le CEA-LETI sur le développement de films minces de polymères par des techniques innovantes de CVD assistées par filament (tel que l'iCVD). Le travail de thèse comprendra la définition et le choix de précurseurs compatibles avec la technique de dépôt couches minces retenue et l'optimisation du procédé de dépôt afin d'obtenir des matériaux pouvant tenir la haute tension. Les matériaux seront caractérisés en utilisant un large panel de techniques de caractérisation physico-chimique (ellipsométrie, FTIR, AFM, ToF-SIMS, XPS, ?). Un deuxième volet du travail comprendra l'intégration des matériaux dans des dispositifs électroniques et les tests électriques de ces composants dans le but de mettre en évidence les relations entre les caractéristiques des diélectriques (notamment le champ de claquage) et la microstructure des polymères. Cette thèse pourra aussi déboucher sur la mise en évidence des mécanismes de défaillance dans ces matériaux. Ce travail sera réalisé dans le cadre d'une collaboration entre le département des plateformes technologiques et le laboratoire des composants RF du département composants du LETI. Les dépôts couches minces et une partie des caractérisations seront effectués en salle blanche. Les caractérisations fines seront réalisées en collaboration avec des experts en caractérisation des matériaux (plate-forme de nanocaractérisation) et avec des spécialistes de la caractérisation électrique haute tension des composants passifs.

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.

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