Offres de Thèses, Stages et Post-docs

nombre d'offres : 53

Etude conjointe circuit / substrat pour des applications RF Front-End Module 5G

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° SL-DRT-19-1021

Le front end module (FEM) concentre une partie significative du coût d’un smart phone (>3x que le processeur d’application). Aujourd’hui, chaque génération de smart phone contient une surface croissante du FEM réalisée en RFSOI (20x entre 2010 et 2016) : technologie dédiée sur substrat dédié, où STMicroelectronics et Soitec sont à l’état de l’art.

Les substrats de Soitec atténuent déjà fortement la seconde harmonique sur des structures passives. Des solutions existent pour :

– atteindre de meilleures linéarités,

– obtenir des linéarités stables en température,

– proposer des linéarités intermédiaires pour un coût réduit.

Ces solutions ne sont pas encore industralisées.

Le but de la thèse est de :

– optimiser le design d’un ou plusieurs blocs fonctionnels de FEM dans des technologies PDSOI à l’état de l’art,

– faire réaliser ces designs,

– les caractériser et évaluer le bénéfice de variantes exploratoires de substrats sur ces circuits.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, DCOS, Leti
  • Laboratoire : DCOS / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-19-1021
  • Contact : emmanuel.augendre@cea.fr

Reconstruction 3D d’objets nanométriques à partir d’images stéréoscopiques de microscopes électroniques

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° SL-DRT-19-0588

Mots clef : Traitement d’images, programmation GPU, optimisation, problème inverse, stéréovision, réseaux de neurones.

La métrologie 3D robuste, non-destructive et rapide est un enjeu mondial majeur de la microélectronique [1] pour l’inspection de défauts sur plaque de silicium, la fidélité de la lithographie optique et le contrôle des procédés. Des méthodes de reconstruction rapides à partir d’images stéréoscopiques de microscopie électronique (SEM) basées sur des considérations géométriques ont permis de reconstruire la topographie 3D d’objets microniques. Cependant ces techniques ne sont plus valables lorsque les motifs sont d’ordre nanométrique à cause d’effets physiques locaux perturbant le placement des points d’intérêt [2]. Des méthodes alternatives basées sur la résolution d’un problème inverse ont déjà été prototypées au CEA. Des gains très significatifs en temps de calcul sont attendus après leurs implémentations sur les GPUs du groupe. Des méthodes de calibration de modèle doivent aussi être développées, potentiellement sur la base de réseaux de neurones. La métrologie 3D à partir d’images SEM suscite l’intérêt de plusieurs partenaires industriels du LETI, et cette thèse se veut être un élément clé pour les collaborations présentes et à venir dans ce domaine.

L’objectif de cette thèse est de développer une méthode de reconstruction 3D à partir d’images SEM la plus précise et robuste possible. Pour cela, l’étudiant(e) en thèse s’appuiera dans un premier temps sur les moyens théoriques et de simulation du groupe pour améliorer et développer de nouveaux modèles analytiques d’imagerie SEM. Le champ d’application de ces modèles SEM se veut large, de la simulation d’objets micrométriques jusqu’aux structures nanométriques. Le CEA-LETI dispose d’une nouvelle génération de SEM qui permet la prise d’images de motifs sous différents points de vue. Ces images multi-stéréo permettent une augmentation de données sur la structure imagée, ce qui facilite sa reconstruction 3D par rapport au cas d’une unique prise d’image SEM en vue de dessus.

L’étudiant(e) en thèse entrainera les modèles SEM sur une collection d’images SEM multi-stéréo de motifs, dont les topographies 3D seront connues via de l’imagerie 3D de référence. Il devra investiguer, dans un second temps, différentes stratégies mathématiques de reconstruction 3D, permettant une convergence rapide et de qualité.

A terme, la reconstruction 3D sera appliquée sur différents produits clients d’intérêt.

[1] Bunday, 7/5 nm logic manufacturing capabilities and requirements of metrology, SPIE 9780 (2018)

[2] S. Drouyer et al., Sparse stereo disparity map densification using hierarchical image segmentation. 13th International Symposium on Mathematical Morphology, Fontainebleau ( France), 15-17 Mai 2017

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Sciences pour l'ingénieur, Mathématiques - Analyse numérique - Simulation, Physique du solide, surfaces et interfaces, DTSI, Leti
  • Laboratoire : DTSI / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-19-0588
  • Contact : aurelien.fay@cea.fr

Epitaxie quasi-Van Der Waals de CdTe sur matériaux 2D

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Date de début : 1 octobre 2019

Offre n° SL-DRT-19-0887

Les matériaux 2D font l’objet d’une intense activité de recherche de fait de leurs propriétés physiques exceptionnelles liées à leur structure de bande particulière, elle-même héritée de leur arrangement cristallin particulier. En effet, ces matériaux présentent des liaisons fortes dans le plan des couches uniquement, et une interaction faible de type van der Waals hors du plan, d’où leur dénomination 2D qui désigne un matériau organisé en feuillets bidimensionnels. L’épitaxie de matériaux 2D sur des semiconducteurs traditionnels 3D peut donc en principe avoir lieu sans contrainte d’accord de paramètres de mailles entre les deux matériaux. L’inverse est également vrai lorsque l’on considère la croissance d’un matériau 3D sur un 2D. Le travail de recherche proposé dans cette thèse consiste justement à étudier ces nouveaux systèmes épitaxiés 2D/3D en proposant d’élaborer sur la base de ces cristaux 2D des couches « strain-free » de CdTe ou HgCdTe qui sont des matériaux à fortes applications dans les domaines photovoltaique solaire et détection infrarouge. La technique de croissance privilégiée est l’épitaxie par jets moléculaires, au CEA/INAC pour le 2D et au CEA/Leti pour le matériau 3D, car elle permet le meilleur contrôle de l’interface entre ces matériaux. Les épitaxies 3D(CdTe)/2D et 2D/3D(HgCdTe) seront dans un premier temps étudiées indépendamment avec pour objectif de réaliser in fine un empilement 3D(CdTe)/2D/3D(HgCdTe) dans lequel le 3D(CdTe) sera utilisé pour induire, à travers le matériau 2D, la nucléation du HgCdTe selon la bonne structure/orientation cristalline. L’interposition d’un cristal 2D offre ainsi la possibilité d’envisager de nouvelles hétérostructures. En outre, elle permet également la possibilité de transférer la couche sur des substrats divers (Si, GaAs…); solution est très avantageuse pour l’intégration et le design de nouveaux dispositifs optoélectroniques. Le cadre de l’étude est également enrichit par la proximité immédiate des équipes de la plateforme nano-caractérisation (PFNC) où des équipements de dernière génération sont à disposition pour révéler la nature chimique et la structure cristallographique des empilements réalisés.

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Sciences pour l'ingénieur, Matériaux et applications, Physique du solide, surfaces et interfaces, DTSI, Leti
  • Laboratoire : DTSI / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-19-0887
  • Contact : philippe.ballet@cea.fr

Etude et conception d’un système intégré pour la calibration automatique des dispersions au sein d’une matrice de transducteurs et application à des matrices de PMUTs

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Date de début : 1 septembre 2019

Offre n° SL-DRT-19-0293

Le but de la thèse est d’étudier et de concevoir un système électronique intégré dédié à la compensation automatique et continue des dispersions au sein d’une matrice de transducteur en technologie MEMS (Microelectromechanical Systems).

Avec la dissémination et l’expansion continue de l’IoT (Internet of Things) et des CPS (Cyber-Physical Systems), les interfaces homme-machine et machine-machine nécessitent des capteurs de plus en plus performant et sophistiqués. En plus des gains en coût, fiabilité, encombrement et consommation, les transducteurs à technologie MEMS permettent aux capteurs d’embarquer toujours plus d’intelligence dans leur front-end électronique. Ils permettent aussi des configurations topologiques innovantes donnant accès à des gammes de mesure non adressables par leurs pendants discrets.

En métrologie, l’agencement en matrices des transducteurs permet de réaliser une discrétisation spatiale des surfaces de transduction et d’améliorer les rendements et précisions de mesures (détecteur de gaz, spectrométrie de masses, distribution de pressions, …). En imagerie et communication, les matrices de transducteurs permettent d’émettre et de recevoir des faisceaux d’ondes électromagnétiques ou acoustiques (échographie, radar, sonar, télécommunication …).

Malgré les progrès technologiques considérables dont bénéficient continuellement les technologies MEMS, certaines exigences applicatives se trouvent au-delà des performances intrinsèques qu’elles offrent. Il est alors nécessaire de mettre en œuvre des dispositifs de correction des biais introduits à la fabrication ou évoluant avec les conditions d’opération.

L’évaluation et la compensation de ces erreurs nécessitent la mise en œuvre coûteuse de processus de calibration en laboratoire de test incompatible avec une mise en production massive, demandant la caractérisation des dispositifs à corriger et leurs interactions avec un milieu de mesure maitrisé.

L’objectif de cette thèse est d’aboutir à une alternative électronique de diagnostique intégré, un BIST (Built-In Self-Test) électromécanique spécifique aux capteurs matricés, associé à un système de correction automatique mixte qui opérera en cohabitation avec les fonctions principales de l’interface-capteur.

Le cas applicatif proposé est celui des matrices de PMUTs (Piezoelectric Micromachined Ultrasonic Transducer). Ces dispositifs proposent des alternatives et des solutions complémentaires aux capteurs électromagnétiques pour la détection et localisation [1], la reconnaissance de geste [2] ou encore la détection de signaux de commande de sortie de veille [3]. Pour la majeure partie des applications, ces transducteurs résonants opèrent en émission/réception (TX/RX) et nécessitent d’être actionnés à leur fréquence de résonance afin d’optimiser la puissance de transmission. Le faisceau d’onde émis et reçu est mis en forme et orienté par commandes de phases.

La présence d’erreurs et de dispersion dans les caractéristiques des PMUTs génère des biais dans leur fréquence de résonance, leur gain et leur facteur de qualité, induisant des pertes et des distorsions dans les faisceaux d’ondes émis et reçus. Par exemple, quelques pourcents de mismatch sur la raideur mécanique des transducteurs peuvent conduire à plusieurs dizaines de pourcent de perte sur la puissance acoustique transmise à une cible.

Dans un premier temps, le doctorant se familiarisera avec les grandeurs et phénomènes physiques caractérisant les matrices de PMUTs en se basant sur un modèle analytique développé au sein du laboratoire d’accueil. Il pourra ainsi appréhender les sensibilités de ces capteurs et leur impact sur les puissances et directivités des faisceaux d’ondes.

Il définira ensuite les méthodes et architectures électroniques qui permettront au système de converger vers les conditions de fonctionnement optimales, en identifiant par exemple la fréquence de résonance moyenne de la matrice ainsi que les coefficients de corrections en phase et gain à attribuer à chaque transducteur.

Les choix d’architecture et d’implémentation doivent permettre au système de s’adapter aux dispersions et à leurs dérives de manière continue et autonome sans perturber les fonctions de mesures principales.

La solution retenue sera implémentée et validée dans un environnement de conception mixte pour aboutir à un démonstrateur fonctionnel.

[1] Przybyla, R. J., Tang, H. -., Guedes, A., Shelton, S. E., Horsley, D. A., & Boser, B. E. (2015). 3D ultrasonic rangefinder on a chip. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 50(1), 320-334.

[2] Ling, K., Dai, H., Liu, Y., & Liu, A. X. (2018). Ultragesture: Fine-grained gesture sensing and recognition. Paper presented at the 2018 15th Annual IEEE International Conference on Sensing, Communication, and Networking, SECON 2018, 1-9.

[3] Yadav, K., Kymissis, I., & Kinget, P. R. (2013). A 4.4-µ W wake-up receiver using ultrasound data. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 48(3), 649-660.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, Métrologie, DACLE, Leti
  • Laboratoire : DACLE / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-19-0293
  • Contact : gwenael.bechet@cea.fr

Micro-miroir pour le LIDAR dans le véhicule autonome

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Date de début : 1 septembre 2019

Offre n° SL-DRT-19-0521

Les MEMS optiques (MOEMS) sont de plus en plus demandés, en particulier pour la voiture autonome, qui doit avoir des possibilités de cartographie afin de détecter les obstacles (comme un LIDAR – « LIGHT Detection And Ranging »). Il consiste à balayer l’environnement avec un faisceau laser et à mesurer la distance entre le LIDAR et le point où est réfléchi le laser. Un micro-miroir peut remplir avantageusement cette fonction, assurant la compacité du système et un faible coût de production.

Le but de cette thèse sera de développer des micro-miroirs 1D et 2D, capable de scanner l’espace suivant deux directions perpendiculaires pour une application LIDAR compact. Pour cela, il s’agira tout d’abord de se familiariser avec l’état de l’art sur les micro-miroirs afin de comprendre les spécifications liées à l’application ainsi que leurs faiblesses.

Puis à partir de ces spécifications, le candidat devra investiguer le principe d’actionnement piézo-électrique, avec des matériaux ferroélectrique (ie PZT) et non-ferroélectrique (ie AlN), et définir au vu des spécifications l’intégration de ces matériaux.

Suite à ces études préliminaires, et en parallèle de l’étude expérimentale des micro-miroirs 1D existants, le candidat devra travailler à l’étude et la modélisation analytique du comportement dynamique des micro-miroirs 1D et 2D ainsi que leurs modélisations par éléments finis sous COMSOL. Ces deux approches seront développées en parallèle. Dans ce cadre, des designs dits à amplification mécanique seront étudiés, afin de pallier au faible débattement de l’actionnement piézo-électrique par un design adapté. Le design et la modélisation devront également prendre en compte la possibilité d’avoir un effet piston du micro-miroir (ie un déplacement selon Z), ce qui permettrait un contrôle de la phase de l’onde réfléchie.

De même, la non-linéarité du matériau devra être abordée lors du design, par l’incorporation, par exemple de sonde piézo-résistive ou de contrainte, permettant le suivi, en temps réel, du micro-miroir lors de l’actionnement. De manière générale, une commande des micro-miroirs par boucle de rétrocontrôle devra être étudiée et mise en place pour optimiser leur adressage.

La réalisation des micro-miroirs sera assurée par la plateforme technologique du CEA/LETI. Le candidat participera au suivi de cette fabrication puis effectuera les caractérisations électromécaniques et optiques des dispositifs afin de les comparer aux spécifications visées. Le candidat participera ainsi à la mise en place d’un banc de caractérisation optique dédiée à ces micro-miroirs, permettant la mesure des paramètres physiques (angle optique, fréquence…)

Enfin, l’étudiant proposera toutes les pistes et nouvelles architectures susceptibles d’améliorer les performances de ces dispositifs en vue d’une seconde phase d’optimisation. Les notions de packaging et contraintes d’intégration dans un système fonctionnel devront être prises en compte, ainsi que la gestion de la thermique liée à l’impact de la source laser sur le micro-miroir, et ce dès la phase de conception du micro-scanner afin de faciliter son intégration dans un futur démonstrateur.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, DCOS, Leti
  • Laboratoire : DCOS / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-19-0521
  • Contact : laurent.mollard@cea.fr
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