Direction scientifique
Transfert de connaissances vers l'industrie

Programme de stages

Synthèse d’alliages base silicium pour électrodes négatives d’accumulateurs Li-ion

LITEN/DEHT/SCGE/LCB

Matériaux - Matériaux

Grenoble

Région Rhône-Alpes (38)

6 mous

Ingénieur/Master

3371116

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : cedric.haon@cea.fr

Le silicium apparaît comme le matériau d'électrode négative le plus prometteur pour les batteries Li-ion. En effet, sa capacité spécifique théorique de 3579mAh/g lui permet d'être une alternative au graphite (372mAh/g) pour les applications à haute densité d'énergie. Cependant, il présente une expansion volumique pouvant atteindre près de 300% lors de l'insertion du lithium. Ces variations de volume conduisent à la pulvérisation des particules et à l'instabilité de l'interface solide-électrolyte (SEI), et donc à la dégradation des électrodes et à la chute rapide des performances électrochimiques au cours des cycles de charge-décharge.Des améliorations sont possibles en réduisant la taille des particules autour de 100nm afin de limiter la décrépitation mécanique [1] ou bien en développant des composites silicium-carbone avec des nanostructures complexes [2]. Ainsi, la structure des électrodes reste stable mais les phénomènes aux interfaces deviennent prépondérants et tous les critères de performances requis pour une densité d'énergie élevée ne sont plus respectés. La tendance actuelle pour envisager une application viable à moyen terme est de développer des structures avec des nano-domaines de silicium emprisonnés dans une matrice assurant conductivité ionique et électronique et limitant les surfaces d'interaction avec l'électrolyte. Pour ce faire, des procédés « hors équilibres » tels que la trempe sur roue [3] ou le broyage haute énergie [4] permettent de synthétiser des alliages métalliques avec les caractéristiques requises et des performances électrochimiques intéressantes. L'objectif de cette thèse est de développer la synthèse d'alliages à base de silicium par différents procédés tels que l'atomisation, la mécanosynthèse etc… en s'appuyant sur les compétences développées au DTNM pour la thermoélectricité. Le travail de stage proposé consistera, dans un premier temps, à réaliser des compositions existantes pour la thermoélectricité puis rechercher et synthétiser de nouveaux composés. Une optimisation morphologique et microstructurale pourra ensuite être effectuée en fonction des performances électrochimiques obtenues. L'interaction forte avec différentes équipes de recherche (à la fois côté batteries avec le DEHT/SCGE/LCB et matériaux DTNM/SERE/LTE) sera un des atouts importants pour la réussite de ce travail. 1] Liu X.H. et al, “Size-Dependent Fracture of Silicon Nanoparticles During Lithiation”, ACS nano, 6(2), 1522 -1531, 2012.[2] Wu H., Cui Y., “Designing nanostructured Si anodes for high energy lithium ion batteries”, Nano Today 7, 414-429, 2012.[3] Son S.B. et al, “A Highly Reversible Nano-Si Anode Enabled by Mechanical Confinement in an Electrochemically Activated LixTi4Ni4Si7 Matrix”, Adv. Energy Mater., 2, 1226 -1231, 2012.[4] Yu H.T. et al, “Electrochemical properties of Si/(FeSiB) anode materials prepared by high-energy mechanical milling”, Materials Science and Engineering B 178, 1422 -1428, 2013.

Physique du vieillissement des photodiodes imprimées : modélisation et caractérisation

LITEN/DTNM/SENCI/LFVC

Physique - Physique des matériaux

Grenoble

Région Rhône-Alpes (38)

entre 4 et 6 mois

Ingénieur/Master

3370234

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : alexandre.pereira@cea.fr

L'électronique organique est un domaine émergeant qui vise à réaliser par impression des composants “en plastique”. Cette nouvelle approche, qui n'utilise pas les technologies microélectroniques, permettra de réaliser des composants de grande surface, souple, et à bas coût. Le laboratoire, en partenariat avec la société ISORG de Grenoble, travaille à mettre au point des photodiodes imprimées pour l'imagerie médicale ou la biométrie. Cependant, les performances des composants électroniques organiques sont conditionnées par la stabilité sous éclairement des matériaux et interfaces contenues dans ces systèmes. Plus particulièrement, les caractéristiques optiques et électriques initiales des matériaux photo-actifs organiques et électrodes transparentes peuvent être fortement dégradées sous flux lumineux et/ou en présence d'une atmosphère gazeuse particulière. Ce stage comporte deux volets : un théorique, et un expérimental. Le travail expérimental consiste à améliorer un banc de mesure visant à tester le vieillissement de composants organiques sous éclairement et en atmosphère contrôlée. Il sera élaboré à partir d'un moyen existant au Laboratoire de Fiabilité et Vieillissement des Composants. Ce banc est à l'heure actuelle composé d'une enceinte à vide équipée d'un système d'injection de gaz, d'un spectromètre de masse et d'une source lumineuse. La caractéristique courant-tension des dispositifs est enregistrée au cours du temps, ce qui permet de suivre la dégradation de leurs performances électriques en fonction de l'environnement proche (présence d'oxygène, eau, gaz inerte). Pour compléter cette analyse, un diagnostic de mesure de capacité sera ajouté à cette cellule dans le but de suivre in situ l'évolution de cette caractéristique en fonction de la tension appliquée. Cette mesure complémentaire permettra d'identifier et de confirmer à postériori les mécanismes physico-chimiques liés à la dégradation de la caractéristique I(V). Elle servira en effet de donnée d'entrée d'un modèle électro-optique utilisé au laboratoire et voué à valider la présence de défauts dans la couche photo-active (dopage en oxygène, pièges donneur ou accepteur d'électrons) dégradant cette caractéristique I(V). Le second volet du stage consiste à analyser et interpréter les résultats expérimentaux, notamment en utilisant les outils de simulation disponible au laboratoire. Il s'agira de parfaire la compréhension des mécanismes de dégradation des performances des composants électroniques organiques. Plus précisément, on s'intéressera d'abord à des cas concrets simples par exemple une capacité MIM, puis une photodiode, en faisant varier l'atmosphère dans laquelle fonctionne le composant et en identifiant les changements de comportement électrique (variation de la capacité et du courant en fonction de la tension). In fine, le but de cette étude est de réaliser une analyse de défaillance des composants afin de mettre en évidence la ou les couche(s) responsable(s) de l'évolution des performances pour proposer des matériaux ou moyens technologiques permettant de limiter le vieillissement de ce type de dispositifs. Ce stage est proposé pour un élève ingénieur en MASTER2. Le candidat devra avoir suivi une formation en physique des semi-conducteurs et idéalement avoir des connaissances en instrumentation. Ce stage se déroulera au CEA Grenoble et débouchera sur une thèse centrée sur la fiabilité des composants organiques.

Electrode innovante pour mémoires émergentes

DTSI / SDEP /LDJ

Matériaux - Matériaux

Grenoble

Région Rhône-Alpes (38)

6 mois

Ingénieur/Master

3370233

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : rachid.hida@cea.fr

Cadre de la collaboration et contexte:L'émergence de nouvelles mémoires est liée à des concepts d'électrodes innovantes qui pourraient permettre de localiser les phénomènes de switch des matériaux impliqués. Les concepts visant à localiser un filament par exemple par la création d'une zone extrêmement réduite d'oxyde sous stœchiométrique sont peu manufacturables [1], tandis que les approches permettant de localiser ce filament en bord d'une électrode extrêmement mince à base de graphene (substituée à des métaux nobles) nécessite d'investiguer une croissance in situ du graphene [2]. Il existe donc une place pour investiguer des électrodes conductrices innovantes de faibles épaisseurs et qui puissent s'appliquer de manière la plus générique qui soit aux diverses familles de mémoires dès lors qu'on sait contrôler la continuité et les propriétés de ces couches aux fines épaisseurs Travail demandé :Ce travail visera à introduire des méthodes de croissance de type ALD CVD de matériaux métalliques conducteurs minces pour les comparer aux données disponibles sur le tungstène dans la gamme des fines épaisseurs. On étudiera notamment la sensibilité des propriétés électriques et physiques de ces couches fines en fonction des paramètres de croissance et on examinera leur capacité à supporter une exposition à l'air ainsi que leur sensibilité à l'exposition à des agents oxydants, comme ceux rencontré au cours de la croissance d'oxydes ou d'autres matériaux rencontrés dans l'intégration de RRAM. Il s'effectuera en relation avec des procédés de dépôt métallique disponibles à Crolles et les dépôts d'isolants disponibles au LETI. Le stagiaire disposera de dispositifs de test électriques simples permettant d'évaluer les propriétés des couches fines de métal en les corrélant avec des caractérisations physicochimiques (rugosité, taille de grain, caractérisation des interfaces), et en étudiant l'évolution en température de ces propriétés dans un process de type « back end » (température inférieure à 400°C). Ce travail permettra de déterminer les pistes d'optimisation de nouveaux procédés de dépôt métalliques minces et de leur intégrabilité (notamment passivation) dans la fabrication de mémoires résistives avancées. [1] Y. Hayakawa et al Highly reliable TaOx ReRAM with centralized filament for 28-nm embedded application; VLSI Symposium 2015[2] J. Sohn et al Atomically Thin Graphene Plane Electrode for 3D RRAM IEDM p.117 (2014)

Analyse et modélisation d'applicatifs temps réels pour l'évaluation des systèmes critiques

DACLE/SCSN/L3S

Informatique - Systèmes temps réel

Saclay

Région parisienne (91)

6 mois

Ingénieur/Master

3370229

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : Mathieu.Jan@cea.fr

Dans les systèmes embarqués temps réel, un applicatif est constitué d'un ensemble de tâches dont l'exécution est soumise au respect de contraintes temporelles. Les concepteurs de ce type de systèmes visent à optimiser leur conception, leur implémentation et leur exécution en appliquant et évaluer différentes stratégies. Toutefois, les stratégies développées sont généralement soient spécifiques à un domaine industriel d'application de ces systèmes critiques soient évaluées par la communauté scientifique sur des ensemble de cas de tests synthétiques. Par exemple, la performance des outils d'analyse temporel pire cas des tâches est généralement évaluée via l'ensemble de cas de tests appelé Mälardalen WCET dont les comportements en terme d'accès mémoire sous-exploitent les architectures matérielles actuelles. Il se pose alors la question de la représentativité des cas de tests utilisés qui servent par ailleurs de point d'entrée aux réflexions des concepteurs des stratégies d'optimisation. L'évaluation d'une stratégie et les conclusions tirées sont elles alors généralisables à l'ensemble des applicatifs critique d'un domaine industriel mais également à d'autres domaines ? Ce stage s'attaque à cette problématique via une caractérisation de différents applicatifs temps réels issus de différents domaine industriels (nucléaire, avionique, automobile, distribution d'énergie). Pour chaque applicatif, il est attendu un travail d'analyse au niveau de chaque tâche pour en extraire les chemins d'exécution, la taille des différents blocs constituant les chemins, les patterns d'accès mémoire, etc. Ce travail d'analyse inclus également une réflexion sur les métriques pertinentes à collecter puis à modéliser pour pouvoir être utile à la conception de stratégies d'optimisations. Ce stage pourra être complété pour une comparaison de l'implémentation des différents applicatifs industriels du laboratoire sur un système d'exploitation temps réel donné. Ce stage se réalisera en co-encadrement avec Belgacem Ben Hedia, également du laboratoire L3S du département DACLE.

Développement d'un outil de pré-dimensionnement de moteurs électriques

DEHT/SIGE/L2M

Electronique - Electricité - Electrotechnique

Grenoble

Région Rhône-Alpes (38)

Ingénieur/Master

3370227

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : anh-linh.buivan@cea.fr

Au sein du LITEN(1), le DEHT(2) développe les systèmes batterie et piles à combustible pour le domaine du Transport. Les applications sont en particulier les véhicules électriques ouhybrides. Les systèmes étudiés englobent à la fois la source d'énergie mais aussi tous les composants de la chaîne de traction : machine électrique, variateur, réducteur, système derefroidissement. Le laboratoire L2M(3) possède une activité 'machines électriques' (conception, modélisation, banc de tests). Ceci nous permet de disposer d'une très bonne maitrisedes machines électriques mises à disposition des projets, et de développer des innovations au niveau machine ou système. Pour compléter notre activité, nous souhaitons mettre en place un OUTIL DE PRE-DIMENSIONNEMENT DE MACHINES ELECTRIQUES. Cet outil nous permettra de réaliser des études de dimensionnement rapides afin de déterminer les caractéristiques principales d'une machine. La machine pourra ensuite êtreanalysée de façon plus détaillée par éléments finis. Le déroulement du stage sera le suivant : - Étude bibliographique :Recherche des publications de référence sur le pré-dimensionnement de machines électriques pour le domaine d'application considéré (quelques kW à environ 100kW)Définition d'indicateurs de dimensionnement et positionnement des machines pour les applications de traction (ex : couple et puissance massiques, densité de courant,...) - Définition de la méthodologie de pré-dimensionnement :Définition des entrées-sorties du modèleChoix des critères de dimensionnementMise en place des équations analytiques pour le pré-dimensionnement électromagnétique d'une machine à aimants permanentsCouplage avec un modèle thermique analytique existant - Mise en place du modèle et validationCodage sur MATLABPrise en compte de la possibilité d'interfaçage du modèle avec des fonctions d'optimisationTests du modèle et validation des résultats sur quelques machines de référencesAdaptation du modèle pour une autre technologie de machine - Synthèse et rapport (1) LITEN = Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles(2) DEHT = Département de l'Electricité et de l'Hydrogène pour les Transports(3) L2M = Laboratoire de Modélisation et de suivi de performance des véhicules

Amélioration des performances des méthodes de post-traitement pour la détection des défauts non francs.

DACLE/SCCI/LFIC

Electronique - Electricité - Traitement du signal

Saclay

Région parisienne (91)

6 mois

Ingénieur/Master

3370224

Les candidatures doivent être adressées par email et sous forme d'un CV et d'une lettre de motivation détaillant les compétences à :
CEA Grenoble

17 rue des martyrs
38054 Grenoble
e-mail : wafa.benhassen@cea.fr

Le CEA LIST étudie des méthodes de diagnostic embarqué de réseaux de câbles visant à concevoir et développer des systèmes de détection et localisation de défauts en utilisant la réflectométrie. L'idée principale est d'injecter un signal sonde dans le câble sous test. Ensuite, une partie de son énergie est renvoyée vers le point d'injection s'il rencontre une discontinuité d'impédance. Enfin, l'analyse de la partie réfléchie, basée sur un réflectogramme temporel, permet de détecter, localiser et caractériser le défaut. Dans le diagnostic filaire par réflectométrie, la détection et la localisation des défauts non francs présentent un enjeu majeur puisque ces derniers sont caractérisés par des réflexions de très faible amplitude qui sont parfois non observables à l'œil nu. Dans ce contexte, plusieurs méthodes de post-traitement ont été proposées au sein du CEA LIST et ont montré leur efficacité à améliorer la détection des défauts non francs grâce à l'amplification de la signature du défaut non franc. Cependant, une perte de performance de ces méthodes peut avoir lieu suite à la présence d'un problème de couplage (désadaptation à l'entrée du câble), la présence de plusieurs imperfections intrinsèques au câble ou même la présence d'un bruit important, etc. Dans ce cas, on se trouve face à un réflectogramme post-traité présentant plusieurs pics d'amplitudes plus ou moins similaires, ce qui peut créer une ambiguïté de prise de décision sur la localisation du défaut non franc et générer ainsi de fausses alarmes. L'objectif de ce stage est d'apporter de la robustesse aux différents algorithmes développés afin de garantir d'une part une meilleure détection et localisation d'un ou plusieurs défauts dans le câble même dans le cadre d'un milieu bruité et d'autre part une portabilité de ces algorithmes sur d'autres configurations sans perte de performances. Ces travaux s'inscrivent dans les activités de recherche et développement sur la fiabilisation des systèmes embarqués du CEA LIST. Le candidat intégrera une équipe expérimentée de chercheurs, ingénieurs et doctorants travaillant sur différents projets centrés autour du diagnostic de défauts dans les câbles et dans des secteurs tels que l'automobile, l'aéronautique ou l'énergie.

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