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nombre d'offres : 132

Vers une rupture technologique des procédés plasma pour la nanostructuration de la matière avec une précision sub-nanométrique

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Date de début : 3 octobre 2016

Offre n° PARGON-LTM-201610

Pour les nœuds technologiques CMOS avancés sub-20nm, l’industrie du semi-conducteur fait face à un défi sans précédent, qui est de structurer la matière dans des gammes de dimensions nanométriques avec une précision sub-nanométrique, sans endommagement. L’approche dite « top down » qui combine une étape de lithographie suivie d’une étape de gravure par plasma est classiquement utilisée pour usiner la matière et ainsi réaliser les dispositifs CMOS. Le problème est que les technologies plasma actuelles ne permettent plus de répondre aux exigences de la miniaturisation. En effet, la synergie ion/radicaux, c’est-à-dire le bombardement simultané des surfaces à graver par des flux de radicaux et d’ions, qui régit les mécanismes de gravure plasma conventionnelle, conduisent à la formation de couches réactives rugueuses épaisses de quelques nanomètres sur la surface des matériaux à graver, qui compromettent le contrôle de la gravure à l’échelle sub-nanométrique. Le CNRS-LTM a récemment proposé un nouveau concept de gravure, totalement révolutionnaire, qui repose sur deux étapes autolimitées qui découplent l’action des radicaux et des ions. La première étape consiste en une modification du matériau par des ions créés par un plasma capacitif d’He ou d’H2. Cette étape est autolimitée dans le sens où l’épaisseur modifiée est pilotée par l’énergie des ions. La deuxième étape est une étape de retrait de la couche modifiée par des radicaux générés par un plasma haute pression downstream. Ces radicaux vont réagir avec la couche modifiée en formant des sels qui seront sublimés par chauffage du substrat. Cette étape est autolimitée car les sels ne se formeront qu’à partir de la couche préalablement modifiée par les ions.

Théoriquement, ce nouveau concept de gravure est capable de graver un matériau de manière ultra sélective par rapport à lui-même et les autres matériaux en présence, de graver la matière de manière anisotrope de par la directionnalité des ions, tout en préservant l’intégrité des surfaces (stœchiométrie et rugosité). Applied Materials, partenaire industriel du LTM-CNRS a développé récemment un prototype de réacteur disposant de deux modes de fonctionnement (plasma capacitif et plasma downstream) permettant de mettre en œuvre ce concept. Ce prototype est actuellement installé sur la plateforme de gravure du LTM.

L’objectif de la thèse est d’étudier les mécanismes impliqués dans les deux étapes du concept de gravure afin de bâtir une expertise sur ce nouveau procédé de gravure et de prouver qu’il permet de lever les limitations des procédés standards. La réussite du projet de thèse permettra de répondre aux besoins des futures générations des dispositifs CMOS mais aussi à toutes les applications qui nécessitent une nano-structuration de la matière sans endommagement. Cette recherche s’appuiera sur les compétences en procédé de gravure plasma du LTM-CNRS et les compétences de caractérisation de matériaux du SCMC-Leti.

 

Localisation: La thèse se déroulera au sein du Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM) du CNRS lié à l’Université de Grenoble Alpes, situé sur le site du CEA-LETI-MINATEC à Grenoble. Elle se fera en étroite collaboration avec le laboratoire de caractérisation des matériaux, le SCMC du CEA-Leti.

 

  • Mots clés : Opto-électronique, Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique
  • Laboratoire :
  • Code CEA : PARGON-LTM-201610
  • Contact : erwine.pargon@cea.fr

Fabrication, modélisation et caractérisation de transducteurs mécaniques à base de nanofils piézoélectriques

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Date de début : 1 octobre 2016

Offre n° IMEP-Lahc-20161305-CMNE

 

 

Mots clefs :
Nanotechnologies, Nano fils, Piézoélectricité, Physique du semi-conducteur et technologie, modélisation multi-physique, nanogénérateur, récupération d’énergie

Description du projet :
Les dispositifs à base de nanofils attirent actuellement un intérêt croissant au sein de la communauté scientifique internationale car le caractère unidimensionnel (1D) leur confère des propriétés (électriques, mécaniques…) uniques. Ces propriétés sont exploitées avantageusement pour différentes applications de type capteurs et systèmes de récupération d’énergie.
Cette thèse se focalise sur la transduction mécanique à électrique utilisant un matériau composite à base de nanofils de ZnO. Des nanogénérateurs (Figure 1) basées sur ce principe sont actuellement développés à l’IMEP-LaHC [1][2] en partenariat avec plusieurs laboratoires et industriels en France et à l’étranger (par exemple LMGP, INL, CEA/LETI, Georgia Tech, Korea Univ., STMicroelectronics…).

 

Ce projet, à la fois théorique et expérimental a trois objectifs principaux :
Le développement de modèles multi-physiques : Des méthodes analytiques ou utilisant la méthod des éléments finis ont été développés préalablement dans notre équipe pour décrire la conversion d’énergie dans les nanofils individuels et dans les transducteurs à base de nanofils pour des sollicitations mécaniques différentes. La nouveauté sera de tenir en compte le caractère semi-conducteur du nanofil, les états de surface et les effets non-linéaires qui sont suspectés d’affecter les performances des dispositifs. Ces résultats nous permettront une meilleure compréhension des phénomènes mis en jeu et de leur poids respectif et nous permettra de dégager des pistes d’optimisation des dispositifs.

Fabrication : Des nanofils de ZnO seront fabriqués en collaboration avec différents partenaires (LMGP, INL…). Ces nanofils seront intégrés dans des composites sur des substrats flexibles et rigides à l’IMEP-LaHC.
Caractérisation : Ces transducteurs rigides et flexibles seront caractérisés grâce à des bancs de test spécifiques développés à l’IMEP-LaHC. La méthodologie et les techniques seront améliorées pendant la thèse. Un objectif important du projet sera d’étudier la fiabilité de ces transducteurs. Eventuellement leur performances seront comparés à d’autres solutions (par exemple les couches minces ou d’autres mécanismes de transduction mécanique/électrique).

L’analyse des résultats expérimentaux et théoriques permettra de mieux comprendre ce mécanisme de transduction à l’échelle nanométrique et d’améliorer l’efficacité de conversion.
Le/La doctorant/doctorante bénéficiera d’un cadre de collaboration déjà établi et aura l’opportunité de contribuer à des projets nationaux et Européen liés à la récupération d’énergie.
Ce sujet de thèse suivra la procédure de recrutement sélective de l’école doctorale EAATS de l’Université Grenoble Alpes .

Références:
[1] R. Tao, G. Ardila L. Montes and M. Mouis, Nano energy, 14, p.62-76 2015
[2] S. Lee, R. Hinchet, Y. Lee, Y. Yang, Z.-H. Lin, G. Ardila, L. Montes, M. Mouis, Z. L. Wang, Adv. Funct. Mater., 24, p. 1163-1168 2014.

Détails :
Compétences souhaités pour le doctorat :
– Formation en électronique/physique ou sciences de matériaux
– Connaissances de base en technologie de salle blanche
– Des connaissances de base en techniques de caractérisation électrique seront appréciées
– Une expérience en MEMS/NEMS sera aussi appréciée
– Connaissances de base en outils de simulation (logiciels d’éléments finis…)

Encadrants :

Gustavo ARDILA 
Mireille MOUIS

Financement :
Bourse Ministérielle (salaire net 1367.80€/mois)

Début de la thèse 
:
Octobre/Novembre 2016

Durée : 
3 ans

Date limite de candidature:
31/05/2016

Laboratoire de recherche:
IMEP-LAHC / MINATEC / Grenoble
L’IMEP-LAHC est localisé dans le centre d’innovation de Minatec. Il collabore avec plusieurs grands industriels (ST-Microelectronics, SOITEC, etc.) et centres microélectroniques préindustriels (LETI, LITEN, IMEC, Tyndall). Le/La doctorant/doctorante travaillera au sein du groupe Composant MicroNanoElectronique / Nanostructures & Nanosystèmes Intégrés et aura accès aux plateformes technologiques (salle blanche) et de caractérisation du laboratoire.

Contacts:
Gustavo ARDILA  04.56.52.95.32

  • Mots clés : Opto-électronique, piézoélectricité, Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEP-Lahc-20161305-CMNE
  • Contact : ardilarg@minatec.grenoble-inp.fr

Fabrication et caractérisation de source optique III-V épitaxiée sur Silicium

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Date de début : 1 octobre 2016

Offre n° BARON_LTM_201610

La demande croissante de performances en terme de transmission de données que ce soit pour des liaisons à grande distance ou des interconnexions inter puce ou intra puce est un défi majeur pour les industries de la microélectronique et des télécommunications. Basées sur les transmissions optiques dans la gamme IR, le domaine des télécoms a rejoint celui de la micro-électronique par la voie du Silicium. Ainsi, depuis une dizaine d’année, la photonique sur silicium (Silicon-Photonics) s’est imposée comme un nouveau paradigme. La nécessité d’abaisser les coûts de fabrication et ainsi d’optimiser l’intégration des fonctions optiques a poussé le développement de circuit à base de matériaux III-V partagé avec des plaquettes Silicium. Le Silicium offrira un système miniaturisé de guide optique, alimenté par des sources Lasers III-V Infra-rouge (l=1.3 µm à 1.5 µm) directement reportées.

L’approche habituellement choisie consiste en un collage moléculaire d’un composant à base de semiconducteurs III-V sur un substrat SOI-préalablement structuré afin de guider la lumière. L’onde optique circule ainsi des cavités III-V vers le circuit photonique Si. Récemment, un nouveau schéma d’intégration se développe, il s’agit d’élaborer directement les composants III-V sur les substrats de Silicium par hétéroépitaxie. Plusieurs challenges sont à résoudre afin d’obtenir une source laser III-V directement épitaxiée sur silicium, notamment réduire la densité de défauts structuraux dans les couches actives venant des différences de paramètre maille, de polarité et de coefficient d’expansion thermique entre le III-V et le silicium. STMicroelectronics associé aux laboratoires du CEA/Leti, et du LTM propose d’investiguer cette approche très innovante à fort potentiel dans le cadre d’une thèse via un financement CIFRE STMicroelectronics. La thèse proposée s’appuiera ainsi fortement sur le laboratoire du CNRS/LTM qui développe depuis 2 ans des nouveaux concepts d’épitaxie MOCVD de matériaux III-V (base AsGa) sur wafer Silicium structuré. 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 à interconnexions optiques intégrés.

Ce travail de thèse consistera la première année à identifier les contraintes d’intégration sur silicium, développer des stratégies de croissance appliquées aux filières GaAs et InGaAs, et caractériser des propriétés optiques de ces couches (photoluminescence …). La seconde année sera focalisée sur l’intégration de ces couches III-V sur Silicium, dans une version de composants de type diodes à injection électrique. Enfin, en troisième année, les premiers lasers à pompage optique seront fabriqués et caractérisés.

 

Les trois entités (STMicroelectronics, CNRS/LTM, CEA/Leti) sont complémentaires. STMicroelectronics fournira les substrats Si 300 mm pré-structurés. L’épitaxie sélective et la caractérisation des propriétés structurales seront réalisées au CNRS/LTM. Le design des dispositifs, leurs caractérisations électro-optiques ainsi que les étapes technologiques pour élaboration le laser sur silicium seront traités au CEA-Leti. L’intégration de composants laser III-V directement épitaxiés sur silicium est un sujet innovant et ambitieux et le candidat pourra s’appuyer sur les expertises déjà présentes.

  • Mots clés : Electronique, Opto-électronique, Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, LTM
  • Laboratoire : LTM
  • Code CEA : BARON_LTM_201610
  • Contact : thierry.baron@cea.fr

Simulation quantique du transport électronique dans les dispositifs à base de matériaux bidimensionnels

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Date de début : 3 octobre 2016

Offre n° IMEP-Lahc-20160608-CMNE

Sujet de thèse 2016-­2019 ­ CANDIDATURE AVANT LE LUNDI 27 JUIN 2016.

Simulation quantique du transport électronique dans les dispositifs à base de matériaux bidimensionnels

 

DESCRIPTION DU PROJET

Depuis la découverte du graphène, de nombreux autres matériaux lamellaires ont été synthétisés, comme les X­ènes (silicène…), les X­anes (stanane…) et les dichalcogénures des métaux de transition (disulfure de molybdène…).

En fonction de leur composition ou empilement, ceux­ci montrent des propriétés très variées, comme la présence d’une bande interdite directe ou indirecte plus ou moins grande. En combinaison avec l’excellent contrôle électrostatique dû à l’épaisseur atomique, cela permet d’envisager leur utilisation dans les dispositifs logiques pour l’électronique flexible à faible consommation. L’extrême variété des matériaux bidimensionnels et de leurs défauts demande un immense effort exploratoire qui est encore dans sa phase initiale. Dans ce contexte, la simulation quantique du transport électronique se révèle un outil essentiel pour la compréhension de la physique à l’origine des propriétés des matériaux bidimensionnels et pour la conception de dispositifs innovants qui exploitent ces propriétés originales.

Le but de la thèse est d’étudier théoriquement et numériquement ces nouveaux matériaux en explorant d’un côté leurs propriétés de transport électronique, et de l’autre leur potentiel applicatif dans les dispositifs innovants. Ce type de structure est intrinsèquement quantique et exige l’adoption d’une théorie du transport assez générale, comme celle basée sur le formalisme des fonctions de Green hors équilibre, ainsi qu’une description à l’échelle atomique basée sur la théorie de la fonctionnelle de la densité.

Très synthétiquement, le travail demandé au/à la doctorant(e) consistera à :

simuler le transport quantique d’électrons dans différents matériaux bidimensionnels (principalement dichalcogénures des métaux de transition et leurs empilements) parfaits et désordonnés à partir d’hamiltoniens atomistiques et au moyen du code TB_sim développé au CEA ;

développer un code numérique pour la simulation du transport électronique dans des composants exploitant ces matériaux 2D ; il s’agira d’adapter aux modèles k.p les codes développés dans l’équipe d’accueil de l’IMEP­LaHC pour d’autres composants. Ces codes utilisent le formalisme des fonctions de Green, avec un traitement auto­cohérent du potentiel électrostatique et de l’interaction électron­phonon ;

simuler des dispositifs électroniques basés sur les matériaux bidimensionnels et notamment les transistors à effet de champ et tunnel (avec jonctions latérales ou verticales) tout en tenant compte des possibles défauts (dopants, impuretés, défauts structuraux) et de leur impact sur la variabilité ; évaluer l’efficacité de différentes architectures de transistors en fonction de leur géométrie, du substrat employé et de la configuration électrostatique.

COMPETENCES SOUHAITEES POUR LE DOCTORAT

Formation en physique et en électronique

Connaissances solides en physique de la matière condensée

Connaissances de base en programmation de codes numériques

Le candidat devra disposer d’un master M2R ou d’un degré universitaire susceptible de bénéficier d’une équivalence master de la part de l’école doctorale EEATS de Grenoble.

DETAILS

Directeurs de thèse : François TRIOZON (CEA­LETI) et Mireille MOUIS (IMEP-­LaHC)

Co­encadrants : Alessandro CRESTI (IMEP­LaHC) et Maud VINET (LETI/CEA)

Financement : Bourse labex MINOS

Début de la thèse : Octobre/Novembre 2016

A PROPOS DES LABORATOIRES DE RECHERCHE L’ IMEP-­LaHC est une unité mixte de recherche de Grenoble INP, Université Grenoble Alpes, Université Savoie Mont Blanc et CNRS. Il est localisé dans le centre d’innovation de Minatec, à Grenoble. Le laboratoire accueille 64 chercheurs, 18 ingénieurs et techniciens, 18 post doctorants et 85 doctorants. Il collabore avec plusieurs universités et centres de recherche, grands industriels (ST­Microelectronics, IBM, Motorola, etc.) et centres microélectroniques préindustriels (LETI, LITEN, IMEC, Tyndall).

Le CEA-­LETI est un institut de recherche sur l’électronique et les technologies de l’information employant plus de 1000 chercheurs, ingénieurs et techniciens, et comportant une importante plate­forme technologique (salles blanches, caractérisation physico­chimique). Il est majoritairement financé par des contrats industriels (STMicroelectronics, IBM, …). Il s’appuie sur une expertise scientifique forte : projets communs avec le CEA/DRF (Direction de la Recherche Fondamentale) et avec des partenaires académiques (CNRS, Universités) via des financements nationaux et européens. Le/la doctorant(e) travaillera au sein du groupe Composant MicroNanoElectronique de l’IMEP-­LaHC et du groupe Simulation et Modélisation du LETI, dans le cadre d’une collaboration entre partenaires du labex MINOS.

CONTACTS ET DATE LIMITE

Envoyer CV, lettre de motivation, copie des diplômes, résumé du cursus d’études avec liste et notes obtenues aux examens, résultats provisoires de master ainsi que deux lettres de référence à :

François TRIOZON, Ingénieur-­chercheur CEA-­LETI tél. 04.38.78.21.86

Alessandro CRESTI, Chargé de Recherche au CNRS, IMEP-­LAHC tél. 04.56.52.95.50

Mireille MOUIS, Directeur de Recherche au CNRS, IMEP­-LAHC tél. 04.56.52.95.35

LA CANDIDATURE DOIT ETRE REÇUE AVANT LE LUNDI 27 JUIN 2016. Toutes les candidatures reçues après la date limite seront prises en compte seulement si le délai de financement le permet.

  • Mots clés : Electronique et microélectronique - Optoélectronique, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEP-Lahc-20160608-CMNE
  • Contact : crestial@minatec.inpg.fr

Simulation atomistique pour procédés de gravure plasma avancés : Application à la gravure ONO des produits mémoires Flash

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Date de début : 1 octobre 2016

Offre n° 20160627-ST/LTM-01

Utilisée dans les étapes de fabrication des produits mémoires flash, la gravure ONO, diélectrique inter polysilicium, consiste à graver un empilement de couches ultrafines avec une précision nanométrique (ex: un oxyde de 36A avec arrêt sur nitrure, puis un nitrure de 42A avec arrêt sur oxyde, et enfin 40A d’une couche de 100A d’oxyde). Le travail de thèse consistera à modéliser et simuler la gravure de ces matériaux par un nouveau concept (couche atomique par couche atomique ou de type « smartetch ») afin de permettre, à terme, d’obtenir un meilleur contrôle de la gravure des diélectriques fins. Une mémoire flash a une structure similaire à celle d’un transistor MOS, auquel sont ajoutés un oxyde tunnel et une grille flottante en polysilicium au­dessus du canal. La grille flottante permet de piéger des charges injectées depuis le canal à travers l’oxyde tunnel en agissant en puits de potentiel. L’état de la mémoire est alors passant (1) ou non (0), selon si des charges sont piégées ou non, dans la grille flottante. L’oxyde situé entre les deux grilles (ou inter­poly) est quant à lui composé d’une couche oxyde/nitrure/oxyde (ONO). L’épaisseur de ce diélectrique influe notamment sur la vitesse d’écriture et d’effacement de la mémoire, ainsi que sur l’intensité du courant lu lors des lectures de la mémoire.

La gravure de l’ONO s’effectue généralement en 2 étapes: une gravure par plasma, gravure sèche où l’on vient graver l’oxyde supérieur, le nitrure et une partie de l’oxyde inférieur avec un masque de résine, suivie d’une gravure humide (Hf) qui vise à graver l’oxyde restant en laissant un état de surface du silicium intact ; on évite ainsi le bombardement ionique du silicium, ce qui permet une croissance ultérieure d’oxyde de bonne qualité électrique. La gravure par plasma de ces couches ultrafines oblige cependant à utiliser les équipements traditionnels en limite de leur capacité, i.e. à très faible tension bias, pour obtenir de très faibles vitesses de gravure avec un contrôle difficile.

Dans ce contexte, le développement d’une approche de gravure de type « couche atomique par couche atomique » ou « smart­etch » permettrait d’obtenir un meilleur contrôle de la gravure de ces diélectriques fins et donc un procédé plus robuste. Afin de répondre à de tels défis, le CNRS­LTM travaille sur une approche alternative en rupture avec les méthodes conventionnelles de gravure plasma, qui repose sur deux étapes autolimitées découplant l’action des ions et des radicaux. Cette méthode consiste, lors d’une première étape, à exposer et modifier le matériau à graver dans des plasmas ICP ou CCP d’hydrogène ou d’hélium. Dans une seconde étape, le matériau transformé est gravé de manière purement chimique, par voie humide (Hf) ou par exposition à des réactifs gazeux. La modification préalable du matériau en plasmas H2 ou He est une étape capitale puisque c’est elle qui permet, en changeant la structure/composition du matériau, de le graver (sans plasma) par la suite. L’intérêt de cette technique, qui a montré des résultats prometteurs pour la gravure des espaceurs SiN, est de pouvoir contrôler précisément les profondeurs modifiées et de créer une excellente sélectivité entre les couches transformées et non transformées du matériau. La maîtrise de ces procédés nécessitant une compréhension approfondie des processus réactionnels mis en jeux, le CNRS­LTM travaille en parallèle sur le développement de simulations atomistiques – de type Dynamique Moléculaire (MD) – capables de fournir un aperçu des mécanismes d’interaction plasma­surface à l’échelle atomique. Dans ce contexte, le travail de thèse consistera à développer des simulations MD pour étudier les systèmes Si­O­N­He et Si­O­N­H, et modéliser la modification des couches oxyde et nitrure en plasmas H2/He. Ces simulations viseront à déterminer la relation entre les flux/énergies des espèces (He+, Hx+, H) bombardant le substrat et les modifications structurelles/chimiques des couches exposées. Un des objectifs sera de comprendre le rôle­clé du flux, de la nature et de l’énergie des ions dans la transformation du matériau et dans l’implantation ionique auto­limitée (profondeurs modifiées, sélectivité vis­à­vis de la partie non­modifiée, phénomènes de saturation). Au-­delà de l’aspect fondamental, ces simulations devront aider à développer et optimiser le procédé/étape d’exposition plasma (fenêtres de tension bias, puissance source, temps de process) selon les objectifs de gravure visés.  Elles pourront être confrontées aux cas réels de matériaux modifiés/gravés via cette technologie chez ST ou au CNRS-LTM.

Profil recherché : Le candidat devra avoir de solides compétences en physique des plasmas ou physique des matériaux, ainsi qu’un goût prononcé pour le développement et la programmation informatiques (C++).

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Chimie, Physique, Physique du solide, surfaces et interfaces, LTM
  • Laboratoire : LTM
  • Code CEA : 20160627-ST/LTM-01
  • Contact : emilie.despiaupujo@cea.fr
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