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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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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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Modélisation des effets de piégeages et des fuites verticales dans les substrats épitaxiés GaN sur Si

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Simulation et Modélisation

Doctorat en microélectronique

PsD-DRT-20-0043

marie-anne.jaud@cea.fr

Etat de l'art : La compréhension et la modélisation des fuites verticales et des effets de piégeages dans les substrats GaN sur Si font partie des sujets cruciaux d'études visant à améliorer les propriétés des composants de puissance sur GaN : réduction du courant de collapse et des effets d'instabilités de Vth, réduction du courant de fuite à l'état OFF. De nombreuses universités [Longobardi et al. ISPSD 2017 / Uren et al. IEEE TED 2018 / Lu et al. IEEE TED 2018] et industriels [Moens et al. ISPSD 2017] tentent de modéliser les fuites verticales mais jusqu'à l'heure aucun mécanisme clair n'émerge de ces travaux pour les modéliser correctement sur toute la gamme de tension et températures visées. De plus la modélisation des effets de piégeages dans l'épitaxie est nécessaire à l'établissement d'un modèle TCAD de dispositif robuste et prédictif. Pour le LETI, l'intérêt stratégique d'un tel sujet est double : 1) Comprendre et réduire les effets de piégeages dans l'épitaxie impactant le fonctionnement des dispositifs GaN sur Si (current collapse, instabilités de Vth?) 2) Atteindre les spécifications de fuites @ 650V nécessaires aux applications industrielles. Le candidat devra prendre en charge en parallèle les caractérisations électriques et les développements de modèles TCAD : A) Caractérisations électriques avancées (I(V), I(t), substrate ramping, C(V)) en fonction de la température et de l'illumination sur des substrats épitaxiés ou directement sur des composants finis (HEMT, Diodes, TLM) B) Etablissement d'un modèle TCAD robuste intégrant les différentes couches de l'épitaxie afin de comprendre les effets d'instabilités des dispositifs (Vth dynamique, Ron dynamique, BTI) C) Modélisation de la conduction verticale dans l'épitaxie dans l'optique de réduire les courants de fuites à 650V Enfin, le candidat devra être force de proposition pour améliorer les différentes parties du substrat

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