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nombre d'offres : 52

Optimisation de structures diffractives pour des applications en sécurité visuelle

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° IMEPLaHC-21032017-PHOTO

EEATS-logo                                                           SUJET DE THESE POUR CONTRAT DOCTORAL FINANCE (Agence Nationale de la Recherche)

Laboratoires :
Institut de Micro-électronique, Electromagnétisme et Photonique et Laboratoire d’Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LaHC)

Directeur de thèse :
Alain Morand (IMEP-LaHC),  alain.morand@univ-grenoble-alpes.fr, Maitre de conférences HDR, (04 56 52 94 86 ou 04 76 82 53 73).

Co-encadrant(s) éventuel(s) :
Pierre Benech (IMEP-LaHC), benech@minatec.grenoble-inp.fr , Professeur HDR 63, (04 56 52 98 38).

Description du projet :
Suite à l’augmentation des risques dans les échanges de biens et de personnes tels que le terrorisme, les trafics ou la contrefaçon, il devient essentiel de disposer de systèmes d’authentifications sécurisés que ce soient sur des documents d’identités, des billets de banque ou de voyage… Ces dispositifs doivent être faciles à contrôler, c’est la raison pour laquelle les systèmes mettant en œuvre la perception visuelle sont particulièrement adaptés. Pour cela, d’importants efforts doivent se focaliser sur la réalisation de structures optiques complexes difficiles à copier et ayant une réponse visuelle sélective en couleur. Cette réponse peut être différente suivant si l’analyse se fait en transmission ou en réflexion, ou suivant la rotation du support.

Le projet ANR dans lequel se déroule cette thèse propose d’associer les compétences techniques d’une société spécialisée dans la réalisation de systèmes holographiques fabriqués à grande échelle et les compétences en modélisation du laboratoire IMEP-LaHC. Le but est d’optimiser des systèmes existants ou de développer de nouveaux concepts de structures pour répondre à la demande des nouveaux systèmes sécurisés attendus. En prenant en compte les possibilités technologiques industrielles, l’étudiant devra améliorer et développer des codes numériques existants dans le laboratoire permettant de modéliser des structures périodiques 2D dans un premier temps puis 3D. L’outil de référence sur lequel le travail va se dérouler est la RCWA (Rigourous Coupled Wave Analysis) qui permet de simuler la réponse en transmission et en réflexion d’une structure complexe périodique.

  • Dans un premier temps, le travail consistera à se familiariser avec l’outil existant codé en Matlab ou en Python. Il devra utiliser ce code pour simuler des structures de référence de la société partenaire du projet, qui permettront de confronter les mesures expérimentales aux calculs de notre méthode mais aussi d’autres méthodes numériques utilisées par d’autres partenaires du projet.
  • Dans un deuxième temps, l’étudiant devra améliorer le modèle pour augmenter les potentialités du code afin de modéliser des modes d’excitation plus complexes (excitation conique par exemple) ou des structures constituées de guides diélectriques et de films métalliques pour avoir des résonances plasmoniques. Des améliorations seront notamment requises pour la simulation de structures de formes non lamellaires en introduisant en particulier  des couches métalliques.Le laboratoire veut aussi chercher à associer la technologie du partenaire industriel de ce projet, avec la technologie d’optique intégrée sur verre propre au laboratoire. Le partenaire industriel a en effet à disposition différentes solutions rendant possible la réalisation de structures périodiques complexes totalement originales, sur des guides de surface en verre. En effet, elle ouvre la porte à la réalisation de structures périodiques avec des rapports de forme et des périodes difficilement atteignables avec les technologies actuelles du laboratoire. La validation de cette association pourrait être dans un premier temps la réalisation de filtres réjecteurs de longueur d’onde compacts en réalisant des miroirs de Bragg dans le visible. Il sera donc demandé à l’étudiant de réaliser les guides permettant cette association, de participer aux discussions pour finaliser les procédés de réalisation, puis ensuite de caractériser les composants réalisés afin de valider l’hybridation des deux technologies. Les outils de modélisation permettant de concevoir ces structures seront les mêmes que ceux utilisés précédemment. A la fin de cette étape, l’étudiant sera force de proposition pour concevoir des composants nouveaux fruits de cette association.Thèmes abordés
    modélisation numérique avec la RCWA et/ou la méthode différentielle
    – programmation en Matlab et surtout en Python
    – travail en salle blanche pour la réalisation de guides en optique intégrée sur verre
    – caractérisation de guides optiques sur des bancs d’injection spécifiques

    Thèse avec un financement ANR sur 3 ans
    Début de la thèse au plus tard 09/2017

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-21032017-PHOTO
  • Contact : alain.morand@univ-grenoble-alpes.fr

Vers une Meilleure compréhension de l’Inhibition de la CROissance Bactérienne par voie ELECtromagnétique (Projet MICROBELEC)

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° IMEPLaHC-25012017-RFM

                    Logo_IMEP-LAHC                                                           Proposition de SUJET DE THESE – SEPTEMBRE 2017        

Vers une Meilleure compréhension de l’Inhibition de la CROissance Bactérienne par voie ELECtromagnétique (Projet MICROBELEC)


Mots-clés :
Electromagnétisme, décontamination microbienne, mécanismes d’inhibition de croissance, modélisation numérique

Lieux :
Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique – Laboratoire d’Hyperfréquences et de Caractérisation (IMEP-LaHC)
Minatec – Grenoble – 3, parvis Louis Néel, BP 257
38 016 GRENOBLE Cedex 1
L’Institut de Microélectronique Electromagnétisme et Photonique – Laboratoire d’Hyperfréquences et de Caractérisation (IMEP-LaHC, http://imep-lahc.grenoble-inp.fr), unité mixte de recherche (CNRS/Grenoble INP/UJF/Université de Savoie) de 180 personnes dont les sujets de recherche concernent la micro et la nanoélectronique, la photonique, les microondes. L’équipe sera composée de P. Xavier, PR de l’UGA et de D. Rauly, MCF en charge des aspects modélisation numérique. E. Chamberod, MCF en 61ème section de l’IUT1 de Grenoble, apportera en outre son expertise en instrumentation.

Institut des Géosciences de l’Environnement (IGE, UGA-CNRS-IRD-G-INP)
70 rue de la Physique, Bâtiment OSUG B , BP 53
38 041 GRENOBLE Cedex 09
L’Institut des Géosciences de l’Environnement (fusion du LTHE et du LGGE au 01/01/2017, http://www.ige-grenoble.fr/) Unité Mixte de recherche (CNRS/Grenoble-INP/IRD/UJF) de 220 personnes dont les activités de recherche concernent les interrelations entre la variabilité du climat, le cycle de l’eau et l’environnement. L’IGE est l’un des laboratoires phares au niveau français en hydrologie. L’équipe sera composée d’un DR CNRS (J. Martins) et d’un AI CNRS en microbiologie et biochimie (E. Vince). Ils ont des compétences reconnues dans le domaine de la microbiologie et la biogéochimie, dans le champ des interactions entre microorganismes, les milieux naturels (sols et eaux) et les polluants minéraux et organiques. L’équipe a accès à des moyens d’études microbiologiques dans les conditions extrêmes (Plateau MOME, Envirhônalp).

Directeur de thèse : XAVIER Pascal, xavier@univ-grenoble-alpes.fr, 04.56.52.95.69
Co-directeur de thèse : MARTINS Jean, jean.martins@univ-grenoble-alpes.fr, 04.76.63.56.04

Financement : allocation doctorale de recherche (DEMANDE à  faire en MARS-AVRIL 2017)

Profil du candidat : Bac+5 en ingénierie biomédicale.
Le candidat devra avoir une formation d’électronique ou de physique appliquée et de biologie. Le travail proposé est très complet et formateur car il allie CAO, réalisation de circuits, modélisation multiphysique et tests microbioliques expérimentaux.

1.     Contexte scientifique et objectifs

Dans la bataille continue contre le développement de microorganismes (pathogènes ou non) dans des contextes sanitaires, agroalimentaires ou industriels, outre le processus curatif le plus ancien de pasteurisation (chauffage) nécessitant de grandes quantités d’énergie, les méthodes actuelles sont des actions mécaniques (brossage) et l’action de produits chimiques polluants : acide acétique, soude, peroxyde d’hydrogène, dioxyde de chlore. L’industrie fromagère est par exemple l’un des plus gros utilisateurs de chlore. Malheureusement, certaines souches sont devenues très résistantes à ce désinfectant. Il faut également prendre garde à ce que ces produits agressifs n’altèrent pas les installations industrielles.
L’utilisation de moyens physiques pour la décontamination des eaux n’a été explorée que depuis moins d’un siècle. Le courant électrique continu ou alternatif basse fréquence, d’intensité relativement faible, a d’abord été prouvé comme étant efficace. Ce procédé a été signalé il y a plus de cinquante ans, avec de nombreux rapports ultérieurs. La plupart des articles de la littérature sur le sujet porte sur l’amélioration de l’efficacité des antibiotiques contre les micro-organismes par l’application de courants continus faibles, un phénomène appelé “effet bioélectrique” (Blenkinsopp 1992, Costerton 1994, Giladi 2008).
Plusieurs mécanismes ont été proposés pour cette inhibition : l’électrolyse, la production de dérivés toxiques et de radicaux libres liés aux électrodes ou la modification du pH. De plus, l’application d’un champ électrique pulsé de forte amplitude a été utilisée comme effet non thermique pour l’inhibition de la croissance bactérienne avec comme inconvénient majeur le phénomène d’électro-poration.
Les champs électromagnétiques à haute fréquence (au-dessus du MHz) mais de faibles amplitudes (<1 V/cm) ont été signalés dès les années 2000 comme un moyen d’améliorer la sensibilité des bactéries aux antibiotiques ou pour diminuer leur nombre, même en l’absence d’un antibiotique (Asami  2002, Bai 2006, Caubet 2004).
En exploitant cette idée entre 2011 à 2015, dans le cadre du projet APELBIO issu du programme ECO-INDUSTRIE du Ministère de l’Industrie et porté par la PME LEAS, en collaboration avec SCHNEIDER ELECTRIC et les 2 laboratoires grenoblois impliqués dans le présent projet : IMEP-LAHC (activité « bioélectromagnétisme » au sein du groupe RFM) et IGE (activité microbiologie au sein du groupe HyDRIMZ), nous avons validé un concept expérimental innovant, non polluant et économe en énergie pour la prévention de la contamination microbienne en milieux aqueux. Nous avions noté que la fréquence optimale pour laquelle cette inhibition était maximale semblait dépendre du type de bactérie, ce qui a été confirmé par nos simulations numériques utilisant le logiciel COMSOL Multiphysics avec un modèle élaboré par nos soins (Xavier 2017). Nous avons donc eu l’idée d’utiliser une source de bruit blanc (10kHz-10MHz) à la place d’une source CW. Nos résultats, meilleurs qu’avec une source à fréquence fixe, se situent à l’état de l’art international et ont mené au dépôt d’une demande de brevet en mai 2015. Malheureusement, les mécanismes d’action fins des ondes sur les cellules bactériennes conduisant à l’inhibition de leur croissance n’ont pas pu être identifiés ce qui n’a pas permis d’optimiser notre dispositif. C’est ce que nous ambitionnons de faire dans le cadre de ce projet de thèse.

2. Objectif général et questions de recherche traitées.

Ce travail doctoral vise ainsi à contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes moléculaires d’interaction ondes électromagnétiques – cellules dans un contexte de décontamination microbienne en phase liquide. Le projet s’appuie sur les travaux récents menés dans le cadre du projet APELBIO cité ci-dessus et vise à les compléter, puisqu’il cherche à identifier les mécanismes d’action des ondes électromagnétiques qui permettent de limiter fortement la croissance de micro-organismes en suspension (bactéries, levures et champignons…). Les différentes étapes du travail doctoral seront donc :

1/ Conception et réalisation d’un instrument compact couvrant la gamme 10 Hz – 50 MHz pour des expérimentations sur pilotes. Cet instrument autonome est basé sur la mise en œuvre d’un composant DDS en association avec un microcontrôleur. Il aura la charge de générer de manière parfaitement contrôlée le bruit électromagnétique permettant la décontamination et, alternativement, de mesurer l’impédance détectant l’effet décontaminant. Un premier prototype a déjà été développé récemment et nous a permis de mener des essais préliminaires avec la bactérie Escherichia coli, qui ont mené au brevet précité.
La conception et la réalisation de l’instrument RF est l’une des compétences principales de l’IMEP-LAHC. La détection in situ de l’efficacité de la décontamination passe par une mesure de bio-impédance de la solution contenant les microorganismes. Ce dernier sujet a, depuis de nombreuses années, donné lieu à quantité de brevets et de travaux : nous savons quels écueils éviter pour construire un dispositif compact et insensible aux effets d’électrodes

2/ Tests de décontamination réalisés selon un plan d’expérience préalablement défini en suivant une large palette de conditions physiques (balayant des gammes réalistes d’amplitude et de fréquence des ondes électromagnétiques), chimiques (ambiance géochimique variable, en termes de composition et force ionique de la solution, qui ont un effet important sur les propriétés de surface des cellules vivantes, comme leur potentiel zéta ou leur état dispersé ou aggloméré pouvant potentiellement moduler les effets électromagnétiques) et biologiques (le type de bactérie étudié pourrait influencer les effets électromagnétiques déjà observés sur E. coli, nous appliquerons donc nos essais sur une gamme d’espèces bactériennes variables par leur cycle de croissance, morphologie, paroi cellulaire, propriétés de surfaces, …).
Pendant la première année de thèse, le doctorant établira donc un plan d’expérience rigoureux et fiable qui devra permettre de tester tous les facteurs initialement identifiés comme prépondérants dans le processus d’inhibition de la croissance biologique.
D’un point de vue expérimental, ces essais consisteront à traiter des cultures cellulaires obtenues dans différentes conditions et milieux de cultures et en conditions normalisées (mêmes concentration cellulaire initiale, température, agitation, … ). Pour chaque essai, les taux de croissance cellulaire et de viabilité (cytométrie de flux, microscopie de fluorescence, qPCR) et la synthèse d’ATP (mesurée par bioluminescence et reflétant l’état physiologique cellulaire) seront déterminés. Les traitements électromagnétiques (très en-dessous des niveaux menant à des effets thermiques) seront effectués sur les modèles bactériens retenus et représentatifs de différents milieux et contextes (Escherichia coli, Pseudomonas sp, Salmonella anatum, Listeria sp., Bacillus subtilis, Listeria innocua…). Des essais avec des mélanges cellulaires seront également menés. Dans ce cas, des approches de biologie moléculaire seront mises en oeuvre pour le suivi des effets des ondes électromagnétiques : empreinte génétiques et quantification cellulaire par qPCR.

3/ Compréhension et modélisation numérique sous COMSOL Multiphysics des mécanismes en jeu au niveau moléculaire et membranaire lors de l’application des signaux électromagnétiques de faible intensité. Dans nos travaux antérieurs, le modèle de la bactérie développé en interne était simple. Il s’agit maintenant d’affiner ce modèle numérique sans viser toutefois la complexité des modèles élaborés utilisés en biologie de synthèse, en suivant deux voies parallèles, à savoir la modélisation des microorganismes d’une part et celle de leur environnement d’autre part. Le couplage et la confrontation des résultats de modélisation et de suivis microbiologiques des essais de décontamination devraient permettre d’identifier les principaux mécanismes d’action des ondes sur les cellules vivantes.
Pour ce qui concerne la partie environnementale, nous souhaitons modéliser de façon réaliste le comportement des solutions nutritives dans lesquelles sont plongés les microorganismes, en tenant compte, en termes de conduction électrique et de polarisation diélectrique, des divers composants de ces solutions. Par ailleurs, la modélisation du milieu fait intervenir l’étude fine de l’interface au voisinage de l’électrode, qu’il s’agira de traiter numériquement avec l’outil électrochimique du logiciel.
La seconde grande partie du travail de modélisation proposé concerne le microorganisme lui-même. Nous souhaitons poursuivre la démarche qui a prévalu dans nos travaux antérieurs. Ainsi, l’étude préalablement menée sur E. coli a fait appel jusqu’à présent à un modèle purement passif et diélectrique : la bactérie était vue comme une simple coque diélectrique enfermant du sérum physiologique. Ce modèle a permis notamment de cerner la gamme de fréquence conduisant à un courant maximum absorbé par le microorganisme, lorsqu’une tension alternative était appliquée au milieu chargé par les bactéries. Plusieurs améliorations s’avèrent aujourd’hui nécessaires pour affiner la compréhension du phénomène. Tout d’abord il convient de prendre en compte la présence des charges (le plus souvent protoniques) mises en jeu dans la bactérie, que celles-ci soient au repos ou en mouvement : la bactérie devient un système actif. En second lieu, il sera nécessaire de prendre en compte les phénomènes de vibrations mécaniques, intervenant notamment au niveau membranaire, car ceux-ci contribuent également à des déplacements de charge, à la création de champ électromagnétiques ou au couplage avec des champs extérieurs.

Pour conclure sur le volet « modélisation », il est à noter que toutes ces opérations de simulation sont susceptibles de conduire à l’élaboration d’un schéma électrique équivalent. Cette démarche permettra, grâce à une étude amont systématique basée sur COMSOL Multiphysics, de traiter des cas généraux plus simplement en utilisant des outils gratuits sur le marché (citons par ex. le logiciel SPICE).

3. Compétences acquises pendant la thèse et conditions d’encadrement :

Le caractère transdisciplinaire de ce sujet de thèse garantit au doctorant l’acquisition de compétences dans des domaines aussi variés que la conception en instrumentation électronique analogique et numérique, les tests en microbiologie, la modélisation numérique multi-physique par éléments finis, compétences qui seront fortement valorisables dans son CV.
Tous les matériels nécessaires au bon avancement des travaux sont déjà présents au sein des deux laboratoires partenaires. L’équipe d’encadrement est composée d’un professeur d’Université et d’un Directeur de Recherche CNRS, accompagnés de deux Maîtres de conférences plus spécialisés sur les aspects instrumentaux et de modélisation.

4. Références

* Références bibliographiques des proposants
Xavier P., D. Rauly, E. Chamberod and J.M.F. Martins. Theoretical evidence of maximum intracellular currents vs frequency in an Escherichia coli cell submitted to AC voltage. Bioelectromagnet. J. DOI:10.1002/bem.22033.
Archundia D., C. Duwig, L. Spadini, G. Uzu, S. Guédron, M.C. Morel, R. Cortez, Oswaldo Ramos, J. Chincheros, and J.M.F. Martins. How uncontrolled urban expansion increases the contamination of the Titicaca lake basin (El Alto – La Paz, Bolivia). Water, Air and Soil Pollution J. In press. 2017.
Navel A., L. Spadini, J.M.F. Martins, E. Vince and I. Lamy. Soil aggregates as a scale to investigate organic matter versus clay reactivities toward metals and protons. Accepted with revision. Eur. J. Soil Sci. 2017.
Archundia, D., C. Duwig, F. Lehembre, S. Chiron, M-C Morel, B. Prado, M. Bourdat-Deschamps, E. Vince, G. Flores Aviles and J.M.F. Martins. Antibiotic pollution in the Katari subcatchment of the Titicaca Lake: major transformation products and occurrence of resistance genes. Sci. Total Environ. 576 : (15) 671–682. 2017.
Ivankovic T., S. Rolland du Roscoat, C. Geindreau, P. Séchet, Z. Huang and J.M.F. Martins. Development and evaluation of an experimental and protocol for 3D visualization and characterization of bacterial biofilm’s structure in porous media using laboratory X-Ray Tomography. (GBIF-2016-0154). In press Biofouling J.
Simonin M., J.M.F. Martins, G. Uzu, E. Vince and A. Richaume. A combined study of TiO2 nano-particles transport and toxicity on microbial communities under acute and chronic exposures in soil columns. DOI: 10.1021/acs.est.6b02415. Environ. Sci. & Technol. 50: 10693–10699. 2016.
Navel A., G. Uzu, L. Spadini, S. Sobanska and J.M.F. Martins. Combining microscopy with spectroscopic and chemical methods for tracing the origin of atmospheric fallouts from mining sites. J. Haz. Mat. 300: 538. 2015.
Simonin M., J. P. Guyonnet, J.M.F. Martins, M. Ginot and A. Richaume. Influence of soil properties on the toxicity of TiO2 nanoparticles on carbon mineralization and bacterial abundance. J. Haz. Mat. 283: 529-535. 2015.
D. Rauly, E. Chamberod, P. Xavier, J. M.F. Martins, J. Angelidis, H. Belbachir. First approach toward a modelling of the impedance spectroscopic behavior of microbial living cells, COMSOL Conference, Grenoble, 14-16 Octobre 2015
D. Rauly, E. Chamberod, P. Xavier, J. M.F. Martins, J. Angelidis, H. Belbachir, Stochastic Approach for EM Modelling of Suspended Bacterial Cells with Non-Uniform Geometry & Orientation Distribution, 36ème Progress In Electromagnetics Research Symposium (PIERS 2015), Prague (Rép Tchèque), 06-09/07/2015

* Références citées dans le sujet
Asami K. 2002. Characterization of biological cells by dielectric spectroscopy. Journal of Non-Crystalline Solids 305(1–3):268–277.
Blenkinsopp, A E Khoury, and J W Costerton. Electrical Enhancement of biocide efficay against Pseudomonas aeruginosa biofilms. Applied and Environmental Microbiology    Appl. Environ. Microbiol. November 1992 ; 58:11 3770-3773
Bai W, Zhao KZ, Asami K. 2006. Dielectric properties of E. coli cell as simulated by the three-shell spheroidal model. Biophysical Chemistry 122 :136–142.
Caubet R, Pedarros-Caubet F, Chu M, Freye E, de Belém Rodrigues M, Moreau JM, Ellison WJ. 2004. A radio frequency electric current enhances antibiotic efficacy against bacterial biofilms. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 48(12):4662-4664.
Costerton JW, Ellis B, Lam K, Johnson F, Khoury AE. 1994. Mechanism of electrical enhancement of efficacy of antibiotics in killing biofilm bacteria. Antimicrobial Agents and Chemotherapy 38(12):2803-2809.
Giladi M, Porat Y, Blatt A, Wasserman Y, Kirson ED, Dekel E, Palti Y. 2008. Microbial growth inhibition by alternating electric fields. Antimicrobial Agents Chemotherapy 52(10):3517–3522.
Guiné V, Spadini L, Muris M., Sarret G., Delolme C., Gaudet JP, Martins JMF. 2006, Zinc Sorption to cell wall components of three gram-negative bacteria: a combined titration. Modelling and EXAFS study. Environ. Sci. Technol.  40 :1806-1813.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-25012017-RFM
  • Contact : pascal.xavier@univ-grenoble-alpes.fr

Caractérisation avancée par rayons X pour le développement des transistors de puissance basse consommation

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0740

L’une des missions du Commissariat aux Energies Atomiques et Alternatives (CEA) est de développer et soutenir les avancées scientifiques et technologiques dans le domaine des énergies propres. Dans ce cadre, le CEA-LETI étudie et développe des composants de puissance et d’éclairage à basse consommation (LED) en partenariat avec plusieurs industriels majeurs du domaine. Ces composants à hautes performances incluent des couches minces de semi-conducteurs III-N (GaN, AlGaN, InAlN) hétéro-épitaxiées sur substrat silicium. Le niveau de fiabilité et de performance des composants est intimement lié aux caractéristiques microstructurales de ces couches III-N (qualité cristalline, contrainte mécanique, gradient de composition, …).

Actuellement, deux types d’hétéro-structures à base de semi-conducteurs III-N sont étudiés au CEA-LETI : des systèmes AlGaN/GaN sont intégrés dans une filière de maturité industrielle tandis que des structures InGaAlN/GaN sont étudiées pour des futurs composants aux performances optimisées grâce au meilleur accord de paramètre cristallin entre la barrière (InAlGaN) et le pseudo-substrat GaN. Enfin il a été montré [1] que des couches ultrafines à base de dichalcogénures (MoSe2, MoS2, …) peuvent être intégrées afin de minimiser les contraintes lors de la croissance et d’améliorer in fine les performances des dispositifs.

La maîtrise de ces systèmes complexes nécessite une connaissance approfondie de la microstructure des matériaux. L’objectif de cette thèse sera de développer des stratégies de mesure et d’analyse, fondées sur les techniques à rayons X, afin de caractériser finement des hétéro-structures à base de semi-conducteurs III-N. Ces développements devront permettre, d’une part de garantir le niveau de qualité des filières AlGaN/GaN et, d’autre part, de poursuivre et amplifier les développements autour des hétérostructures innovantes. Les principaux axes de travail incluront :

– La détermination de la microstructure de ces matériaux (couches quaternaires de InGaAlN sur GaN, rôle des couches d’interfaces sur la qualité des épitaxies) et notamment des champs de déformations grâce au traitement optimisé des cartographies de l’espace réciproque acquises en diffraction des rayons X

– -L’analyse des phénomènes de ségrégation/diffusion aux interfaces dans les couches InGaAlN par une analyse combinée de mesures de diffraction des rayons X, de mesures de fluorescence X en incidence rasante (GIXRF) et de mesures en XPS. Des études in-situ en température pourront aussi être envisagées.

Pour ces travaux, l’étudiant bénéficiera d’équipements de laboratoire (que ce soit pour la croissance des structures ou leur caractérisation par Rx) à l’état de l’art, et aura aussi l’opportunité de réaliser des expériences sur synchrotron. Les analyses pourront être complétées avec les autres techniques de caractérisation (spectroscopie Auger, sonde atomique tomographique, TEM…) disponibles sur la plateforme de nano-caractérisation de Minatec.

[1].Gupta, P.; Rahman, A. A.; Subramanian, S.; Gupta, S.; Thamizhavel, A.; Orlova, T.; Rouvimov, S.; Vishwanath, S.; Protasenko, V.; Laskar, M. R.; Xing, H. G.; Jena, D.; Bhattacharya, A. Scientific Reports 2016, 6, 23708.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Matériaux et applications, Métrologie, DTSI, Leti
  • Laboratoire : DTSI / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0740
  • Contact : emmanuel.nolot@cea.fr

Etude des matériaux émissifs TADF (Thermal Activated Delayed Fluorescence) pour augmenter les performances de nos empilements OLED.

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0728

Dans le domaine des micros afficheurs, l’accent est aujourd’hui mis sur la haute luminance afin de répondre aux besoins de la réalité Augmentée (RA), de la projection et des systèmes d’affichage intégrés dans des casques ou sur des lunettes. Les performances des diodes électroluminescentes organiques (OLED) actuelles, en termes de luminance et durée de vie, ne permettent pas de répondre parfaitement à ces exigences de haute luminance. L’amélioration des performances des OLED et particulièrement des matériaux émissifs est donc essentielle. Récemment, une nouvelle génération de matériaux émissifs, les TADF (Thermal Activated Delayed Fluorescence) a fait son apparition. La fluorescence retardée est un concept permettant d’envisager l’augmentation du rendement de luminescence des dispositifs électroluminescents de type OLED. Il s’agit pour cela d’utiliser le passage par l’état triplet suivi du retour vers l’état singulet à l’origine de l’émission de lumière. Grâce à ce concept, il est possible théoriquement d’atteindre un rendement quantique de 100%. Actuellement les matériaux émetteurs utilisés sont de type phosphorescent (les PhOLED) à base de métaux lourds comme l’iridium ou le platine. Ils sont intéressants du point de vue émissif mais présentent des inconvénients en termes de coût et de disponibilité. L’objectif de la thèse sera d’augmenter les performances des OLED en intégrant ces matériaux TADF dans nos empilements qui ont la particularité d’être dans une configuration où l’émission se fait par le haut (« Top emission »). Pour cela le doctorant devra définir, en termes d’ajustement des niveaux d’énergie et d’épaisseur des différents matériaux, l’empilement OLED complet à base de TADF. De plus, il aura à sa charge la réalisation des OLEDs, en utilisant une machine de dépôt par évaporation, et la caractérisation électro-optique de ceux-ci sur des bancs de mesures déjà existants. Après avoir défini l’empilement optimal, une étude sur la compréhension des phénomènes de « Roll Off » (diminution de l’efficacité avec la luminescence) et de dégradation des matériaux sous polarisation sera à effectuer.

Ce travail s’inscrira dans une collaboration avec un ou plusieurs partenaires fabricants ces matériaux TADF. Dans ce contexte le doctorant devra donc entretenir une collaboration avec les partenaires sous la forme d’échanges réguliers afin de rentrer dans une boucle d’amélioration continue des matériaux TADF.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Matériaux et applications, DOPT, Leti
  • Laboratoire : DOPT / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0728
  • Contact : benoit.racine@cea.fr

Détecteurs TéraHertz haute performance pour l’imagerie passive

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0722

La gamme de fréquence Térahertz (THz, 300 GHz-3 THz) suscite un intérêt grandissant dans de nombreux domaines d’applications (imagerie, spectrométrie, inspection et contrôle industriel, surveillance, instrumentation scientifique) en raison des propriétés de propagation à travers les matériaux non conducteurs, de la présence de fréquences de résonances caractéristiques de nombreuses molécules, de sa capacité à offrir une bonne résolution spatiale et de propriétés non-ionisantes. Le CEA-LETI possède une expertise reconnue au niveau mondial dans ce domaine et a développé plusieurs technologies de détecteurs et imageurs THz, refroidis ou à température ambiante, pour des applications d’imagerie. Récemment, un imageur THz a été démontré et est en cours d’industrialisation.

L’objectif de cette thèse sera l’étude et le développement de nouvelles technologies de détecteurs permettant une avancée significative en termes de sensibilité afin d’ouvrir le domaine de l’imagerie passive. Le doctorant sera intégré au sein d’une équipe comprenant l’ensemble des expertises et équipements nécessaires à ces travaux (études systèmes, conception et simulation, fabrication, caractérisation) et sera amené à aborder ces différentes activités afin de concevoir de nouveaux dispositifs de détecteurs, d’en suivre la fabrication dans les salles blanches du CEA-LETI et de les caractériser.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electromagnétisme - Electrotechnique, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, DOPT, Leti
  • Laboratoire : DOPT / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0722
  • Contact : jerome.meilhan@cea.fr
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