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Développement de modèles innovants permettant l'optimisation conjointe technologie/design/système

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

microélectronique, optronique, simulation

01-01-2019

PsD-DRT-19-0028

luca.lucci@cea.fr

Le projet dans lequel ce post-doc s'inscrit a pour ambition de proposer une approche nouvelle d'étude et d'optimisation des circuits et des systèmes, en prenant en compte les caractéristiques détaillées des technologies utilisées, des méthodologies de conception et des architectures choisies. L'objectif est de mettre en place une compétence transverse unique d'évaluation des technologies et des architectures, allant au-delà des analyses de type PPA, PPAY, PPAC usuellement utilisées pour évaluer les circuits. Le sujet du post-doc se concentre sur le développement de modèles simplifiés de dispositifs actifs et passifs, qui constituent les briques de base de la méthodologie d'optimisation robuste qui sera mise en place dans le projet. Les travaux de modélisation des devices actifs auront comme point de départ l'approche développée à l'EPFL, basée sur des expressions analytiques d'invariants mettant en oeuvre le coefficient d'inversion.

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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

thèse en micro / nano-électronique

01-01-2020

PsD-DRT-20-0029

francois.andrieu@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

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. Un projet transverse au leti a commencé sur le sujet: 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. Le poste de post-doctorant proposé s'inscrit dans ce projet et vise à simuler et caractériser un CUBE logique/mémoire dédié au "In-Memory-Computing". Le post-doctorant réalisera des caractérisations électriques de transistors et mémoires pour calibrer des modèles et fera des simulations TCAD et spice pour aider au dimensionnement de la technologie et permettre la conception des circuits.

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Propriétés électroniques de super-réseaux van der Waals GeSbTe pour les nouvelles mémoires résistives iPCMs (interfacial Phase-Change Memories)

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Doctorat en science des matériaux, physique du solide, semiconducteurs, simulation AIMD, microélectronique

01-02-2020

PsD-DRT-20-0031

pierre.noe@cea.fr

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

Les mémoires résistives à changement de phase (PCMs) sont les meilleures candidates pour remplacer les mémoires Flash, pour la réalisation de mémoires universelles (SCM) ainsi que pour le neuromorphique. Néanmoins, celles-ci présentent certaines limites freinant leur utilisation. Le remplacement du matériau PCM GeSbTe massif par des hétérostructures de type super-réseaux van der Waals GeSbTe est une voie très prometteuse avec les iPCMs (interfacial PCMs). Bien que les performances supérieures des iPCMs soit admise, l'origine du mécanisme de transition résistive sous l'application de pulses électriques reste obscure. Ceci est principalement lié à l'absence de description robuste de leur structure. Récemment, nous avons pu en donner une première description à l'échelle atomique (P. Kowalczyk et al., Small, 14, 24, 1704514, 2018). Cependant, il reste encore un gros travail de compréhension et de contrôle de la structure atomique au regard des propriétés électroniques afin de pouvoir in fine mettre en évidence le mécanisme physique à l'origine de la transition résistive dans les iPCMs. Ainsi, le travail de ce post-doctorat consistera à venir épauler l'équipe iPCMs du LETI (matériau/physique, dispositifs microélectroniques, simulations) en prenant en charge l'analyse des propriétés de transport électronique de systèmes iPCM modèles soit sous forme de couches minces soit directement intégrés dans des dispositifs mémoire à l'état de l'art. Cela passera par la réalisation et/ou la participation à des mesures électriques (résistivité, Hall, mémoires iPCMs ...) et la nanocaractérisation d'empilements modèles (XRD, STEM-HAADF, Raman/FTIR ...) sur la plateforme de nanocaractérisation du CEA Grenoble (PFNC). Tout ceci servira alors de base à des simulations AIMD de l'effet du champ électrique sur ces structures vdW GeSbTe afin d'être pour la première fois en mesure de mettre en évidence l'origine de la transition électronique dans les iPCMs.

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Accéléromètre nano-optomécanique sur silicium pour applications hautes performances

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

Doctorat en physique générale ou appliquée, optique, nanotechnologies, micro-systèmes, semi-conducteurs

01-06-2020

PsD-DRT-20-0035

sebastien.hentz@cea.fr

Systèmes cyberphysiques - capteurs et actionneurs (.pdf)

Les capteurs inertiels (accéléromètres et gyromètres) sont au c?ur d'un grand nombre d'applications grand public ?et bas coût- comme les smartphones et les tablettes, mais aussi d'applications à plus haute valeur ajoutée et de plus hautes performances comme la navigation pour les véhicules autonomes, l'aéronautique ou le spatial. Les microsystèmes en silicium (MEMS) sont aujourd'hui une technologie très mature et plusieurs millions en sont vendus chaque année. Ils sont cependant aujourd'hui incapables de répondre à des applications hautes performances. Le LETI est un des pionniers dans le développement de capteurs à transduction optomécanique « on-chip » : il s'agit de guider la lumière dans le silicium de manière similaire aux techniques photoniques, et de faire interagir cette lumière avec un objet en déplacement comme un résonateur mécanique ou une masse sismique. Ce déplacement module l'intensité de la lumière que l'on mesure, ce qui permet de déduire l'accélération de l'objet. Cette technologie a été développée dans les années 2000 en recherche fondamentale, et a notamment permis de réaliser les détecteurs d'ondes gravitationnelles. Le LETI développe cette technologie sur puce à l'échelle nanométrique, avec des sensibilités de déplacement plusieurs ordres de grandeur meilleures que les transductions électriques. De premiers accéléromètres optomécaniques ont été conçus et fabriqués dans les salles blanches quasi-industrielles du LETI pour de tout premiers tests de caractérisation. Il s'agit ici de prendre en main ces dispositifs, de confirmer les premiers résultats optiques, et surtout d'évaluer leurs performances sous accélération : un banc de test est à réaliser pour ce faire. Il faudra ensuite faire un retour sur la modélisation et le design à partir des mesures afin d'assurer la compréhension de tous les phénomènes. Enfin, le post-doctorant devra proposer de nouveaux designs visant les hautes performances attendues.

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Couplage de résonateurs optomécaniques en régime quantique pour une conversion de fréquence micro-onde Infrarouge

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Micro-Capteurs

le candidat devra posséder une formation en physique générale (quantique) et appliquée, idéalement en nanotechnologies. Une connaissance de la physique des semi-conducteurs, en optique IR et micro-onde serait un plus.

01-10-2020

PsD-DRT-20-0036

guillaume.jourdan@cea.fr

Les technologies de calcul quantique les plus prometteuses aujourd'hui fonctionnent à très basse température aux fréquences micro-ondes (~10 GHz) alors que les réseaux de télécommunication capables de préserver l'information dans des états non classiques (superposition, intrication) utilisent entre autres des photons infrarouges (fibre optique) à température ambiante. Les moyens de conversion de fréquence actuels offrent des efficacités médiocres (10-6) qui les rendent incapables de préserver la nature quantique de l'information. Un convertisseur micro-onde/optique de très haute efficacité (>0.5) constitue un jalon essentiel pour relier ces deux domaines fréquentiels et donner naissance à un véritable réseau de calculateurs quantiques distribués (quantum internet). Il s'agit ici de développer un tel convertisseur à base de nano résonateurs mécaniques NEMS en exploitant leur propriété de couplage multi échelle avec des résonateurs électromagnétiques. Des travaux sont actuellement en cours au Leti pour amener des NEMS dans leur état fondamental en les couplant à des résonateurs micro-ondes. L'objectif du post doc est de poursuivre ces efforts en intégrant une cavité optique infrarouge à haut facteur de qualité. Pour cela, il pourra s'appuyer sur les savoir-faire mis en place au Leti : le laboratoire est un des pionniers dans le développement de résonateurs optomécaniques à grande échelle. Une collaboration est en place avec l'institut Néel (CNRS) à Grenoble pour caractériser et étudier ces dispositifs à ultra basse température (<100 mK). Le post-doctorant devra proposer des designs visant les hauts degrés d'efficacité attendus. Les dispositifs seront fabriqués dans la salle blanche quasi-industrielle du Leti, puis ils devront être testés et comparés aux performances attendues. Il faudra ensuite faire un retour sur la modélisation et le design à partir des mesures afin d'assurer la compréhension de tous les phénomènes.

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Inductances pour la réflectométrie quantique

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire Composants Radiofréquences

01-04-2020

PsD-DRT-20-0039

jean-philippe.michel@cea.fr

Nouveaux paradigmes de calculs, circuits et technologies, dont le quantique (.pdf)

L'ordinateur quantique est aujourd'hui un axe fort de recherche au CEA-LETI et dans de nombreux instituts et entreprises à travers le monde. La réflectométrie est une des grandes pistes envisagée pour la lecture des Qubits, composants de base du futur calculateur quantique. Les techniques de réflectométrie et de multiplexage fréquentiel permettant d'adresser la lecture de nombreux Qubits en parallèle nécessitent l'utilisation de résonateurs qu'il faut positionner au plus proche de la puce quantique. Les premières démonstrations effectuées avec des inductances discrètes ont montré des limitations en termes de taille et de couplage pour le multiplexage. Les technologies collectives d'intégration de composants passifs maitrisées au CEA-LETI peuvent répondre à ces contraintes dimensionnelles. En particulier, le CEA-LETI se positionne au meilleur niveau de l'état de l'art mondial dans l'intégration des inductances magnétiques sur silicium, avec des densités record (>3 000 nH/mm²). Une première mesure a déjà permis de valider le fonctionnement de la technologie magnétique à très basse température. La densité d'intégration, pouvant encore être augmentée avec l'utilisation de procédés mieux adaptés aux températures cryogéniques, devra nous permettre de démontrer la faisabilité d'un interposer inductif dédié à la lecture des Qubits par multiplexage massif. L'étudiant procédera à la caractérisation RF fine à température cryogénique des inductances magnétiques existantes et analysera les résultats obtenus pour décrire le comportement électrique et magnétique des composants. L'analyse bibliographique et les études déjà réalisées lui permettront de définir un nouvel empilement technologique combinant les avantages des matériaux magnétiques et des supraconducteurs pour réaliser des inductances RF compactes à fort coefficient de qualité. Sur cette base, il proposera des designs adaptés et préparera la réalisation d'un interposer inductif pour la réflectométrie quantique.

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