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nombre d'offres : 109

(pourvue) Etude des fluctuations de potentiel dans les cellules solaires à couches minces

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° IMEPLaHC-24052017-CMNE

                                                                                  ED EEATS -SUJET DE THESE 2017 :
Etude des fluctuations de potentiel dans les cellules solaires à couches minces

Date de début : Octobre 2017
Offre n° : IMEPLaHC-24052017-CMNE
Mots clefs :Photovoltaïque, cellule solaire, spectroscopie optique, caractérisation électrique

Description du projet :
Les composés kesterites CuZnSnSSe représentent une voie prometteuse de développement de cellules solaires à couches minces de troisième génération, filière respectueuse de l’environnement car constituée de matériaux disponibles en abondance sur la croûte terrestre et dépourvue d’éléments toxiques.
Cependant jusqu’à présent l’efficacité de conversion de ces dispositifs reste inférieure à ses principaux concurrents, CdTe et CIGS, retardant leur développement industriel. Une des principales limitations des performances proviendrait des effets des fluctuations de potentiel qui seraient induites par une forte concentration de défauts ponctuels intrinsèques dans les alliages CuZnSnSSe.

L’objectif de cette thèse est d’analyser quantitativement les fluctuations de potentiel dans ces matériaux et d’identifier leur effet sur les performances des cellules solaires. Deux techniques expérimentales complémentaire seront mises en œuvre: la spectroscopie optique et les mesures électriques.  Le doctorant mènera des expériences d’excitation de photoluminescence et de mesures de spectroscopie résolue en temps afin de mettre en évidence la présence de queues de bande et d’états localisés. Dans un second temps, la spectroscopie d’admittance sera utilisée pour étudier la réponse des pièges profonds dans ces matériaux. Dans les deux cas, l’interprétation des données s’accompagnera d’un travail de modélisation prenant en compte l’impact des fluctuations de potentiel. L’ensemble de ces résultats sera confronté aux performances des dispositifs.

Le travail se déroulera à l’IMEP-LaHC en collaboration avec l’Institut Néel/INAC et le CEA-LITEN et s’intégrera dans le cadre de plusieurs collaborations internationales.
Ce sujet de thèse suivra la procédure de recrutement de l’école doctorale EAATS de l’Université Grenoble Alpes .

Détails : Compétences souhaitées en physique de l’état solide et en technologie des semiconducteurs
Encadrants: Frédérique Ducroquet (IMEP-LaHC) – Henri Mariette (Institut Néel/INAC)
Financement : Bourse Ministérielle
Début de la thèse : Octobre/Novembre 2017
Durée : 3 ans
Date limite de candidature: 07/06/2017
Laboratoires de recherche: IMEP-LAHC – Grenoble, Institut Néel/INAC-Grenoble
Contact: ducroquet@minatec.inpg.fr

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-24052017-CMNE
  • Contact : ducroque@minatec.grenoble-inp.fr
  • Merci de votre intérêt, mais cette offre de Thèses est déjà pourvue.

Elaboration d’aptacapteurs à nanofils basés sur la détection électrique à effet de champ

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° IMEPLaHC-30052017-CMNE

                   

OFFRE DE THESE 2017-2020

 

Ecole doctorale /

Date de début / Date de démarrage envisagée : 1 er octobre 2017.
Sujet
Description de la problématique de recherche :
La médecine personnalisée et connectée de demain implique de pouvoir disposer de biocapteurs portables, capables de détecter rapidement, directement et de manière non invasive, de faibles quantités de biomarqueurs (molécules indicatrices d’une pathologie) à partir des fluides biologique (sueur, urine, goutte de sang). Cela permettra d’améliorer, d’une part, la précocité des diagnostics médicaux de certaines maladies graves comme les cancers, ainsi que la façon d’administrer un traitement médical de façon individuelle. En outre, cette détection rapide peut être utilisée pour la protection de l’environnement, l’agriculture et la bio-défense en vue de repérer in situ la présence de bactéries pathogènes, d’OGM, ou encore de perturbateurs endocriniens.
Dans cette optique, actuellement, de nombreuses recherches sont menées sur des capteurs constitués de dispositifs nanoélectroniques à base de nanofils de silicium. Ces nanofils, après fonctionnalisation par des molécules sondes, contribuent à la détection électrique par effet de champ de molécules cibles
complémentaires, et ce avec une très grande sensibilité et spécificité [1-2]. Cependant, le silicium présente une certaine instabilité physico-chimique en présence de solutions physiologiques salines. Il en résulte des non-reproductibilités dans les mesures qui, de fait, limitent fortement l’utilisation de ce type de capteurs.
Il faut donc pouvoir disposer de nanofils très stables, tout en gardant leur sensibilité électrique. De nouvelles architectures sont à l’étude, tant au niveau de l’ensemble des nanofils (nanolignes parallèles ou nanofils aléatoirement orientés) qu’au niveau du nanofil lui-même.
Sur ce deuxième aspect, des nanofils coeur Si avec une coquille offrant une meilleure stabilité que le Si, commeles coquilles d’Al2O3, sont explorés. Egalement, les coquilles de carbure de silicium (SiC) sont prometteuses. Le SiC est déjà utilisé pour de nombreuses applications biomédicales (recouvrement de
prothèses et de ressorts) et plus récemment pour les interfaces neurones-électrodes [3], ce qui offre, in fine, de nouvelles perspectives d’intégration de capteurs in-vivo.
Par ailleurs, les recherches actuelles sur les molécules sondes s’orientent vers les aptamères [4-6], courts fragments d’ADN synthétiques dont l’utilisation offre de nombreux avantages comme une grande stabilité et des affinités avec leur cibles (protéines, molécules organiques, cellules) comparables aux
anticorps.
Ce sujet fortement interdisciplinaire bénéficie des compétences de trois laboratoires impliqués dans le sujet de thèse. Il s’agira de réaliser des biocapteurs basés sur différents types de nanofils fonctionnalisés par des aptamères en vue de détecter électriquement des molécules d’intérêt stratégique pour la santé
et l’environnement (détaillées plus loin).

Travail de thèse.
Objectif :
Il s’agit de réaliser des prototypes de biocapteurs portables, bas coût et innovants appelés « Apta-NanoWireFET » (Apta-NWFET) et « Apta-NanonetFET » (Apta-NNFET). Ces biocapteurs seront conçus à base de transistors à effet de champ (FET), constitués de nanofils semiconducteurs Si possédant différentes configurations morphologiques et architecturales: soit des réseaux de nanofils aléatoirement orientés (nanonetFET ou NNFET), soit des nanolignes (NWFET). Ces différents types de nanofils seront passivés, soit par Al2O3 ou SiC. Puis, il s’agira d’étudier leur modification de surface par différents types d’aptamères sélectionnés (molécules sonde synthétiques, hautement spécifiques) [4-6]. Le but sera de détecter électriquement des molécules cibles d’intérêt stratégique pour la santé et l’environnement : la thrombine et, à titre de démonstration, le bisphénol A. L’évaluation des performances en termes de détection des molécules cibles en fonction des différentes caractéristiques des nanofils et des aptamères sera effectuée de façon à dégager les configurations les plus pertinentes à privilégier pour le futur [7].

Lors de la thèse, le doctorant prendra en charge les trois grandes étapes du programme qui sont :
       1 : Elaboration et caractérisation des NNFET et NWFET.
Cette première partie s’appuiera sur les projets existants pour l’élaboration contrôlée de NNFET [8] et de NWFET [9] à base de nanofils Si passivés, patternés et contactés. L’influence des propriétés morphologiques des réseaux (diamètre et densité surfacique des nanofils, distance inter-électrodes) sur
les caractéristiques électriques sera effectuée.
     2 : Fabrication des AptaFET : Apta-NNFET et Apta-NWFET.
Cette étude nécessitera dans un premier temps la synthèse et la fonctionnalisation des aptamères sondes choisis qui seront effectuées au sein du DCM [4-6]. L’immobilisation des aptamères sur les surfaces des NNFET et NWFET sera réalisée au sein du LMGP et DCM. L’influence des aptamères sondes
sur les propriétés électriques des AptaFET sera étudiée à l’IMEP-LaHC.
3 : Apta-NNFET et Apta-NWFET pour la détection électrique de la thrombine puis du bisphénol A
A l’issue de la détection électrique des molécules par les aptamères greffés sur la surface, les expérimentations porteront sur l’évaluation et l’optimisation des performances : étude de la sensibilité, limite de détection, stabilité, réversibilité et sélectivité. Des techniques, comme la mesure du courant (statique et temporelle), de l’impédance, du bruit électrique, seront utilisées sur les deux variantes technologiques : Apta-NNFET et Apta-NWFETs (IMEP-LaHC). Par ailleurs, l’acquisition en temps réel sera étudiée et développée par la mise en place de systèmes microfluidiques (LMGP).

Résultats attendus :
A terme, la comparaison des résultats obtenus permettra d’effectuer une première avancée dans le domaine des aptacapteur à base de FET ou « aptaFET», domaine encore émergent [10] et pour lequel les nanonets et nanolignes à base de Si/SiC n’ont jamais été encore proposés. La réalisation de ce type de dispositifs innovants repose fortement sur la synergie de disciplines scientifiques variées : science des nanomatériaux, micro et nanoélectronique, chimie et biologie. La contribution des différents laboratoires à ce projet permettra justement d’initier cette synergie en débouchant sur des preuves de concept.

Références bibliographiques :
[1] N. Gao, W. Zhou, X. Jiang, G. Hong, T-M Fu, C.M. Lieber, Nano Letters. 15, p2143−2148 (2015)
[2] A. Zhang, G. Zheng, Semiconductor nanowires for biosensors, Chapter (PDF Available) 2015, DOI: 10.1016/B978-1-78242-
253-2.00017-7 In book: Semiconductor Nanowires, pp.471-490
[3] S.E.Saddow, Silicon Carbide Biotechnology: A Biocompatible Semiconductor for Advanced Biomedical Devices and
Applications. 2nd edition, Elsevier Sciences (2016)
[4] Sussman, D. et al. Nature Struct. Biol. 7, 2000, 53.
[5I Kazane, K. Gorgy, C. Gondran, N. Spinelli, A. Zazoua, E. Defrancq and S. Cosnier, Analytical Chemistry 2016, 88, 7268-7273
[6] S. G. Kim, J. S. Lee, J. Jun, D. H. Shin, and J. Jang, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2016, 8 (10), pp 6602–6610
[7] M.-K. Joo, M. Mouis, D.-Y. Jeon, G.-T. Kim, U J. Kim, G. Ghibaudo, J. Appl. Phys., 2013, Vol. 114, no. 154503
[8] P. Serre, V. Stambouli, M. Weidenhaupt, T. Baron and C. Ternon, Biosens. Bioelectron. 2015, 68, 336-342
[9] L. Fradetal, E. Bano, G. Attolini, F. Rossi, and V. Stambouli, 2016, 27 (23) 235501
[10] Kao, W. C., Chu, C. H., Chang, W. H., Wang, Y. L., & Lee, G. B. 2016, April), In Nano/Micro Engineered and Molecular
Systems (NEMS), 2016 IEEE 11th Annual International Conference on (pp. 583-586). IEEE.

Lieu
Le candidat travaillera sur trois laboratoires :

1) LMGP (Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique), à l’interface de l’équipe « Films minces, nanomatériaux et nanostructures » et de l’équipe « Interface Matériaux / Matière biologique »,

2) DCM (Département de Chimie Moléculaire), dans
l’équipe « Ingénierie et interactions biomoléculaires »,

3) IMEP-LaHC (Laboratoire de microélectronique électromagnétisme, hyperfréquence, photonique et caractérisation), dans l’équipe « Composants micro nanoélectroniques ».
Site Web du laboratoire LMGP
Site Web du laboratoire DCM
Site Web du laboratoire IMEP-LaHC

Profil
Le candidat recherché est diplômé d’une grande école, école d’ingénieurs et/ou d’un Master 2R dont la formation est axée principalement sur la science des nanomatériaux, la biologie et les biotechnologies.
Des aptitudes pour le travail interdisciplinaire en équipe et sur plusieurs laboratoires seront indispensables, ainsi que des aptitudes pour l’expression en anglais orale et écrite seront appréciées.

Financement
Allocation du Ministère de lʼEnseignement supérieur, de la Recherche et de lʼInnovation

Directeurs de thèse
Valérie Stambouli, Valerie.stambouli-sene@grenoble-inp.fr
LMGP: 3 Parvis Louis Néel, Grenoble INP, MINATEC, BP 257, 38 016 Grenoble cedex 1
Tel: 04 56 52 93 35
Nicolas Spinelli, Nicolas.Spinelli@univ-grenoble-alpes.fr
DCM, Université Grenoble Alpes, Bâtiment NanoBio Campus
570, rue de la Chimie, BP 53, 38041 Grenoble Cedex 09
Tel: 04 56 52 08 33
Co-encadrants : Edwige Bano (IMEP), Céline Ternon (LMGP), Mireille Mouis (IMEP)

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc, LMGP
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc / LMGP
  • Code CEA : IMEPLaHC-30052017-CMNE
  • Contact : bano@minatec.grenoble-inp.fr

Conception et réalisation de spectromètres infrarouges compacts basés sur la modulation électro-optique et l’optique guidée, en configuration SWIFTS-Gabor.

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° IMEPLaHC-19052017-PHOTO

                                                                                    SUJET DE THESE POUR CONTRAT DOCTORAL FLECHE EEATS

Laboratoires :
Institut de Planétologie et d’Astrophysique de Grenoble (IPAG)
Institut de Micro-électronique, Electromagnétisme et Photonique et Laboratoire d’Hyperfréquences et Caractérisation (IMEP-LAHC)

Directeur de thèse :
Guillermo Martin (IPAG)   04 76 63 52 76  (HDR 63)

Co-encadrant(s) éventuel(s) :
Alain Morand (IMEP-LAHC)  04 56 52 94 86  (HDR 63)

Sujet (titre) :
Conception et réalisation de spectromètres infrarouges compacts basés sur la modulation électro-optique et l’optique guidée, en configuration SWIFTS-Gabor.

Description du projet :
Il s’agit de concevoir, réaliser et caractériser un spectromètre optique intégrée pour les applications en spectroscopie proche IR à très haute résolution. Le principe est d’injecter le signal sur deux entrées opposées d’un guide multimode (N modes), puis de séparer en N guides monomode (typ. N=16). A l’endroit de la différence de marche nulle, se forme le paquet de franges qui va être échantillonné par des sillons ou des nanoplots d’or déposés à la surface. Le signal extrait est alors dirigé vers un détecteur, qui a typiquement un pixel pitch de 10um. Pour compenser le sous-échantillonnage, des électrodes en amont permettent de moduler la différence de phase et ainsi d’améliorer l’échantillonnage (voir Fig. 1). Par ailleurs, les plots d’échantillonnage seront des antennes, étudiées pour optimiser la directivité du flux vers le détecteur, car dans le cas des détecteurs IR, la zone de déplétion étant relativement enterrée, on est en effet obligé de séparer les centres d’échantillonnage de l’ordre de 100um pour éviter la diaphonie. Le multiplexage en 16 canaux permet d’une part de compenser ce grand décalage en passif, puis la modulation électro-optique permet de déplacer finement les franges sous chacun des centres.

Fig.1 : Schéma du concept SWIFTS-Gabor : Le signal à injecter est injecté simultanément par deux entrées opposées. Les électrodes permettent de faire varier la phase relative entre les entrées mais aussi de compenser des variations statiques de la différence de marche nulle. La zone de plots SWIFTS permet d’échantillonner la frange blanche et rayonner le signal vers le détecteur (à la verticale du dessin).

On fait ainsi un spectromètre hybride spatial-temporel, pour augmenter l’étendue spectrale, tout en gardant une très grande résolution spectrale (typ. 1000nm d’étendue et R=20000), ce qui est un véritable progrès pour répondre aux besoins des spectromètres compacts pour des missions spatiales ou portées sur drone, qui sont pilotées ou envisagées notamment par l’équipe Planeto au sein de l’IPAG. Pour comparaison, les projets d’instruments spatiaux comme SPICAM-IR (resp. OMEGA) comportent des spectromètres avec R=1000 et étendue 1-1.7um (resp. R=3000 et étendue 0.5-5um), et notamment des poids très conséquents (OMEGA, 30kg).


Avec notre concept de spectromètre compact, nous envisageons de multiplier par 10 la résolution spectrale, obtenir une étendue spectrale de l’ordre de 1000nm, centrée sur 1.55um, tout en assurant un poids réduit (<1kg) pour l’ensemble composant et détecteur.

L’étudiant(e) devra travailler sur différents aspects :

-Etude du meilleur compromis multiplexage spatial-temporel, pour optimiser le rapport signal/bruit (distribution du flux sur différents canaux), tout en diminuant autant que possible le besoin de modulation électro-optique (pour limiter la tension de modulation, et donc la consommation électrique, la taille des électrodes).

-L’optimisation de la géométrie et la distribution des sillons diffusants. En collaboration avec Alain Morand de l’IMEP-LaHC, l’étudiant prendra en main les simulations permettant de modéliser la diffusion d’un sillon unique, en fonction de ses caractéristiques opto-géométriques et de la longueur d’onde. Des phénomènes collectifs seront étudiés pour accroître la directivité des antennes et réduire l’angle d’émission des sillons diffusants, qui sont aujourd’hui un des inconvénients majeurs dans nos structures, générant de la diaphonie entre les différents points d’émission.

-Au niveau technologique, l’étudiant concevra et caractérisera différents guides d’onde et interféromètres qui seront réalisés avec nos collègues de FEMTO-ST à Besançon, spécialistes du Niobate de Lithium. Les composants seront testés à la fois à l’IPAG et à l’IMEP-LaHC, où des bancs de caractérisation optique dans le proche et moyen IR sont disponibles. La structure qui sera réalisée est celle correspondant à la figure 1, notamment en fabricant des nano-sillons pour extraire le flux contenu dans le guide. Il devra aussi valider l’association mécanique de la puce collée sur le capteur en cours de test actuellement.

Argumentaire :
Notre objectif est d’explorer la spectroscopie sur-puce qui permet d’avoir un instrument très compact favorable à une opération embarquée (drone ou cubesat). Basé sur notre expérience sur la technologie SWIFTS adapté à haute résolution spectrale en mode Fourier Transform Spectrometer, nous proposons d’étudier le concept Gabor, qui n’est aujourd´hui pas exploité, alors qu’il permet d’avoir accès à la frange centrale et surtout d’éviter les problèmes de saturation lorsqu’on regarde les franges collées au miroir dans le mode Lippmann. Dans ce concept, le signal transporté par des guides d’onde est diffracté via des discontinuités diélectriques périodiques (nanoplots ou nanosillons) déposés à la surface. Ce concept n’utilise aucun système d’imagerie, permettant de recueillir le signal directement dans le détecteur et limitant les problèmes d’alignement optique et sensibilité aux vibrations. Ceci permet d’aller vers des applications spatiales avec des volumes et poids très réduits (<1dm3, <1kg). Ce projet est d’autant plus d’actualité que dans le cadre du Centre Spatial Universitaire Grenoblois, un premier projet de satellite (ATISE/ZeGrenSat) est destiné à réaliser un instrument interférométrique pour l’étude des aurores boréales, basé sur le concept du prisme à échelon (SPOC/ONERA). Notre objectif serait de proposer assez rapidement notre spectromètre au CSUG, pour une première démonstration en vol du concept. Des discussions sont actuellement en cours avec des collègues du CEA-Leti pour récupérer des matrices 625×512 pour ce genre de projet.

Enfin, ce travail de miniaturisation est essentiel dans le cadre des développements d’interféromètres optiques intégrés basés sur Niobate de Lithium, que nous menons en collaboration avec S. Lacour au LESIA (Projet FIRST/LITHIUM), où l’objectif est de valider le fonctionnement d’un interféromètre à 2 Télescopes (jonction Y achromatique) dans un Nanosat.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLaHC-19052017-PHOTO
  • Contact : morand@minatec.inpg.fr

Réalisation d’un niveau de transistors basse consommation & bas coût dans une intégration 3D séquentielle

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Date de début : 1 octobre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0908

En empilant des niveaux de transistors les uns au-dessus des autres, la 3D séquentielle (appelée aussi 3DVLSI ou CoolCube dans la littérature) apparaît comme une alternative intéressante à la course à la miniaturisation. la technologie CoolCube permet un alignement nanométrique qui permet d’avoir une très forte densité d’interconnexions contrairement aux technologies 3D de type packaging. une telle d’intégration a été démontré au LETI sur des plaques 300mmm, avec deux niveaux de transistors MOS haute performance. un des plus grand challenge est de réaliser un niveau supérieur performant avec un budget thermique limité afin de ne pas dégrader le ou les étages sous-jacents.

La technologie CoolCube est une technologie très versatile et au delà des application logiques, elle peut être utilisée dans le but d’empiler différentes fonctions (cas des applications neuromorphiques ou de l’automotive), fonctions qui répondent à des critères de performances différents de la logique (plus basse consommation et plus bas coût)et qui nécessitent donc des adaptations technologiques.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, DCOS, Leti
  • Laboratoire : DCOS / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0908
  • Contact : laurent.brunet@cea.fr

Amélioration de la qualité cristalline des premières briques d’une LED UV

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Date de début : 1 septembre 2017

Offre n° SL-DRT-17-0839

L’émission dans la gamme des UVC est importante pour les applications telles que la désinfection de l’eau. Les lampes mercure sont actuellement utilisées mais leur inconvénient majeur est justement l’utilisation de mercure ainsi que leur encombrement. Les LEDs UV à base d’AlGaN semble être le meilleur candidat pour leur remplacement. Néanmoins, les performances de ces LEDs UV, émettant autour de 260 nm, progressent mais restent faibles. Trois points faibles de la structure de ces LEDs sont à incriminer: 1) la mauvaise qualité cristalline du buffer AlN ou AlGaN, 2) le rendement quantique interne des puits quantiques, 3) le dopage p de l’AlGaN. S’ajoutent à cela des problèmes d’extraction de la lumière.

Dans le cadre de cette thèse, nous proposons de répondre aux points 1) et 2). La thèse se déroulera donc en deux volets. Le premier portera sur l’amélioration de la qualité cristalline du buffer AlGaN en utilisant des pyramides d’AlGaN (filtrage des dislocations). Le second volet s’intéressera à la modification de la microstructure du puits AlGaN afin d’augmenter les effets de localisation. Pour chaque amélioration significative apportée, un démonstrateur LED UV pourra être réalisé.

  • Mots clés : Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences, Sciences pour l'ingénieur, Optique - Optique laser - Optique appliquée, Physique du solide, surfaces et interfaces, DOPT, Leti
  • Laboratoire : DOPT / Leti
  • Code CEA : SL-DRT-17-0839
  • Contact : amelie.dussaigne@cea.fr
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