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Caractérisation expérimentale d’un rayonnement Térahertz obtenu par battement de deux lasers intégrés

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Date de début : 01/02/2021

Offre n° IMEPLAHC-PHOTO-26-11-2020

Sujet de stage de Master 2- projet de fin d’étude ingénieur
au laboratoire IMEP-LAHC – UMR 5130 CNRS

Caractérisation expérimentale d’un rayonnement Térahertz
obtenu par battement de deux lasers intégrés


CONTEXTE :
Depuis une vingtaine d’années, la recherche dans le domaine des ondes térahertz (1 THz = 1012 Hz ou λ= 300 μm) situé entre l’infra-rouge lointain et les radiofréquences a connu un essor très important touchant de nombreux domaines scientifiques. Cet intérêt croissant a permis l’émergence de nombreuses solutions technologiques parmi lesquelles la photonique et l’optoélectronique jouent un rôle important pour la réalisation de sources et de détecteurs THz, de systèmes de spectroscopie ou de transmission. Par exemple, les applications dans le domaine des télécommunications sont prometteuses puisque la transmission d’informations à un débit très élevé (> 100 Gbits/s) sur des fréquences porteuses à 300 GHz a été démontrée récemment. Aussi, cette technologie pourrait-elle être au coeur des futures télécommunications sans fil à très hautes performances. Un des enjeux dans ce domaine est d’assurer la compatibilité des technologies employées pour le THz avec celles utilisées dans les communications sur fibre optique ce qui favoriserait l’intégration de systèmes optiques/ THz.

ENJEUX :
Ce stage s’inscrit dans le cadre du projet LIGHT (Laser Intégrés sur verre pour la Génération Hyperfréquence et TéraHertz) qui vise à réaliser de nouvelles sources d’ondes THz compactes basées sur une technologie de lasers intégrés sur verre dopé Yb- Er émettant à 1550 nm et donc compatibles avec les télécommunications optiques. De par la grande stabilité thermique du substrat de verre et la grande durée de vie des photons intra cavité, les lasers intégrés sur verre offrent une largeur de raie spectrale meilleure que les diodes à semiconducteur habituellement utilisées. Ceci permet d’envisager des sources THz compactes, de faible coût, à forte cohérence temporelle qui permettraient le développement de nouvelles techniques de communications THz cohérentes.

SUJET :
Le travail de stage consiste à mettre en oeuvre plusieurs bancs de caractérisation du rayonnement THz obtenu par le battement des deux lasers et à les employer pour caractériser les sources développées dans le cadre du projet LIGHT. Le battement optique entre deux faisceaux laser émis à des longueurs d’onde différentes est transformé en rayonnement THz par un photo-détecteur à très hautes performances. Le signal THz est mis en forme et collimaté par des optiques puis mesuré par un détecteur d’intensité. Un premier banc de mesure permettra de caractériser la puissance THz émise en fonction des conditions d’utilisation des lasers. Le second banc permettra de remonter à la fréquence THz par interférométrie : plus précisément il s’agira de comparer les performances (rapport signal à bruit, dynamique, stabilité) de deux configurations expérimentales qui différent selon que l’interféromètre est réalisé à la longueur d’onde de 1550 nm ou bien dans le domaine THz.

Ce sujet présente une forte composante expérimentale, il concerne à la fois l’instrumentation, le domaine optique, l’optique intégrée et la métrologie de mesure.

Le stage aura lieu au laboratoire IMEP-LAHC (site du Bourget du Lac, Université Savoie Mont-Blanc) en collaboration avec l’équipe du laboratoire réalisant les lasers intégrés sur verre (site de Grenoble, UGA). Une poursuite en thèse est possible.

Merci d’envoyer un CV et une lettre de motivation accompagnés des derniers diplômes et résultats académiques à l’encadrant du stage.
Responsable : J.- F. ROUX, IMEP-LAHC, tél. 04 79 75 87 55 (jean-francois.roux@univ-smb.fr)
Lieu du stage : IMEP-LAHC.
Indemnité de stage : environ 500 €/mois pendant la durée du stage (5 mois).

Domaine de compétence recherchés candidats :
Optique, Optoélectronique, Electromagnétisme, Instrumentation

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLAHC-PHOTO-26-11-2020
  • Contact : jean-francois.roux@univ-smb.fr

Réseaux de microéléctrodes à la base de SiC pour la caractérisation ex-vivo

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Date de début : 01/02/2021

Offre n° IMEPLAHC-CMNE-23-11-2020

  MSc subject
SiC microelectrode arrays for ex-vivo characterization

 

 

Thesis background :
Nervous system damage and disorders come in a variety of forms and rarely heal over time. Millions of individuals  worldwide suffer from physical disabilities that are a direct result of damage to their central nervous system (CNS);  thousands more have lost limbs due to wartime violence and have suffered damage to their peripheral nervous system (PNS). In addition, neurodegenerative diseases and conditions, such as Alzheimer, Parkinson’s disease, epilepsy, depression, and schizophrenia, are affecting a growing number of individuals globally. The brain machine interface (BMI) or neurointerface technology also known as the brain-computer interface (BCI) shows great promise to be able to provide therapeutics for these types of injuries [1].

In the field of BMI devices, researchers are not still able to produce clinically viable solutions that meet the requirements of long-term operation due to biological, material, and mechanical issues. Most of the issues are due to biotic and abiotic sources related to the employed materials for BMI fabrication. Biotic mechanisms of failure are related to the brain inflammatory response to implanted system. Abiotic mechanisms correspond to the stability of the implanted system in the brain environment.

Objective :
Hereby, we propose the use of SiC as the base and single material for the fabrication of the electrodes in BMI systems. Towards this purpose microelectrode arrays (MEAs) will be fabricated for the in-vitro investigation of SiC as electrode material.

Why SiC?
Various in vitro and in vivo studies have shown that this material is suitable for use in biomedical devices [2, 3, 4].
Indeed, SiC is a semiconductor that is completely chemically inert within the physiological environment, resists oxidative corrosion and has demonstrated no appreciable toxicity [5, 6, 7].
In addition, SiC electrode probes are characterized by an excellent neural compatibility. Cubic silicon carbide (3C-SiC) is highly compatible with central nervous system (CNS) tissue in a murine mouse model [8]. In a later study [9], it has been demonstrated a robust all3C-SiC intracortical neural interface (INI) for advanced bionics and brain-machine interfaces (BMI). Similar devices based on 4H-SiC polytype exhibited better performance in terms of electrochemical response [10, 11, 12].

SiC can also address successfully abiotic issues. Silicon carbide (SiC) is extremely suitable for the fabrication of the implantable electrode incorporating all three functions: support, conductors and insulation. Indeed, SiC current technology maturity (many SiC devices are commercially available) offers this possibility. The support can be micromachined using conventional methods available to the Si industry. Doping the semiconductor into the metallic regime can create the conductors. Lastly, the insulation can be achieved by using amorphous insulating SiC.
By reducing the heterogeneity of the materials comprising microelectrode arrays, we can improve the reliability of these devices (abiotic response). Other semiconductors fall short in providing a platform for single material electrodes. In addition to the mechanical limitations of Si, its low bandgap reduces the blocking voltage and limits electrical isolation [13].
Indeed, SiC-based diodes have higher turn-off voltage (well above 1V) than Si (0.6V) warranting a small cross-talk in multi-electrode probes. Many semiconductors are toxic (aka gallium arsenide [14]), experience anodic oxidation and corrosion (diamond [15], gallium nitride[16])), or have extremely large bandgap and resistivity (boron nitride [17]).
In addition to the excellent bio- and hemocompatibility, SiC has a fracture toughness 4-5 times greater than Si as well as better buckling characteristics. Thus, SiC probes can be thinner and more compliant than the current implantable devices, which may lead to a reduced biotic response.

Workplan :
In the frame of the present thesis, the MSc                   
candidate will develop the initial stages for the
development of a new implantable electrode based
on SiC material. More precisely planar
microelectrode arrays will be fabricated and
characterized. A typical configuration for such MEA
is shown in the figure aside. The comprehensive
effort will include SiC electrode fabrication and
electrochemistry characterization.

 

The work will be principally performed in the IMEPLAHC in Grenoble in collaboration with the lab
MRG-FORTH in Heraklion, Greece.

The main steps of the workplan are:

  • Detailed bibliography.
  • Design of the MEA and the corresponding process steps
  • Design of the photolithography mask set
  • Optimization of technology steps (plasma etching, ohmic contacts)
  • Fabrication of the MEA
  • Electrochemical evaluation of the MEA

Contact:
For further information contact:
Dr. Konstantinos Zekentes , Konstantinos.Zekentes@grenoble-inp.fr

References :
[1] J. P. Donoghue, « Bridging the brain to the world: a perspective on neural interface systems, » Neuron, vol. 60, pp. 511-21, Nov 6 2008.
[2] R. Yakimova, R.M. Petoral, G.R. Yazdi, C. Vahlberg, A. Lloyd Spetz, and K. Uvdal: Surface functionalization and biomedicalapplications based on SiC, J. Phys. D: Appl. Phys.40, 6435–6442 (2007)
[3] S.E. Saddow, C.L. Frewin, C. Coletti, N. Schettini, E. Weeber, A. Oliveros, and M. Jarosezski: Single crystal silicon carbide: Abiocompatible and hemocompatible semiconductor for advanced bio-medical applications, Mater. Sci. Forum 679–680, 824–830 (2011).
[4] C. Coletti, M.J. Jaroszeski, A. Pallaoro, M. Hoff, S. Iannotta, andS.E. Saddow: Biocompatibility and wettability of crystalline SiCand Si surfaces. In29th Annual International Conference of theIEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Lyon, France,2007; pp. 5849–5852.17. C.L. Frewin, M. Jarosze
[5] Kordina, O. & Saddow, S. E. 2004. Silicon carbide overview. In: SADDOW, S. E. & AGARWAL, A. (eds.) Advances in
Silicon Carbide Processing and Applications. 1 ed. Boston, MA, U.S.A.: Artech House, Inc.
[6] Saddow, S. E. (ed.) 2011. Silicon Carbide Biotechnology: A Biocompatible Semiconductor for Advanced Biomedical Devices and Applications, Amsterdam: Elsevier.
[7] SiC biotechnology for advanced biomedical applications, 2013. Presentation. Directed by Saddow, S. E. University of Sao Paulo, Sao Carlos, Brasil.
[8] C.L.Frewin, C.Locke, L.Mariusso, E.J.Weeber, and S.E.Saddow, « Silicon Carbide Neural Implants: in vivo Neural Tissue Reaction, » Neural Engineering (NER), 6th International IEEE/EMBS Conference on, pp. 661 – 664, 2013.
[9] M. Gazziro et al., « Transmission of wireless neural signals through a 0.18µm CMOS low-power amplifier, » 2015 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Milan, 2015, pp. 5094- 5097. doi: 10.1109/EMBC.2015.7319537
[10] Bernardin, E., Frewin, C. L., Dey, A., Everly, R., Ul Hassan, J., Janzén, E., Pancrazio, J. & Saddow, S. E. 2016.Development of an all-SiC neuronal interface device. MRS Advances, FirstView, 1-6, and in http://www.usf.edu/engineering/ee/documents/usfutd.pdf
[11] Evans K. Bernardin, Christopher L. Frewin, Richard Everly, Joseph J. Pancrazio and Stephen E. Saddow, “3C-Silicon Carbide Intracortical Neural Interfaces”, presented in 21 Annual Meeting of North America Neuromodulation Society (NANS18)
[12] Evans K. Bernardin, Christopher L. Frewin, Richard Everly, Jawad Ul Hassan and Stephen E. Saddow, Demonstration of a Robust All-Silicon-Carbide Intracortical Neural Interface, Micromachines 2018, 9(8): 412.
[13] Park, J., Park, K.-S., Won, J.-I., Kim, K.-H., Koo, S., Kim, S.-G. & Mun, J.-K. 2017. Control of pn-junction turn-on voltage in 4H-SiC merged PiN Schottky diode. Applied Physics Letters, 110, 142103.
[14] Tanaka, A. 2004. Toxicity of indium arsenide, gallium arsenide, and aluminium gallium arsenide. Toxicology and Applied Pharmacology, 198, 405-411.
[15] Kashiwada, T., Watanabe, T., Ootani, Y., Tateyama, Y. & Einaga, Y. 2016. A Study on Electrolytic Corrosion of BoronDoped Diamond Electrodes when Decomposing Organic Compounds. ACS Applied Materials & Interfaces, 8, 28299-28305.
[16] Pakes, A., Skeldon, P., Thompson, G. E., Fraser, J. W., Moisa, S., Sproule, G. I., Graham, M. J. & Newcomb, S. B. 2003. Anodic oxidation of gallium nitride. Journal of Materials Science, 38, 343-349.
[17] Minghu, P., Liangbo, L., Wenzhi, L., Soo Min, K., Qing, L., Jing, K., Mildred, S. D. & Vincent, M. 2016. Modification of the electronic properties of hexagonal boron-nitride in BN/graphene vertical heterostructures. 2D Materials, 3, 045002.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLAHC-CMNE-23-11-2020
  • Contact : Konstantinos.Zekentes@grenoble-inp.fr

Mesure Absolue de champ Electrique par Voie électrooptique et applications à la caractérisation d’Antennes et à la mesure de débit d’absorption spécifique

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Date de début : 01/02/2021

Offre n° IMEPLAHC-RFM-16-11-2020

                                                                                                                                                                 

 

 

Proposition de sujet de stage Master / Ingénieur électronique
Titre : Mesure Absolue de champ Electrique par Voie électrooptique et applications à la
caractérisation d’Antennes et à la mesure de débit d’absorption spécifique

Contexte du sujet de stage :
Le sujet de stage s’inscrit dans le cadre d’un projet entre l’entreprise Kapteos et le laboratoire CNRS IMEP‐LAHC (Université de Savoie Mont Blanc). Kapteos, basée à Alpespace, au milieu du triangle Grenoble‐Chambéry‐Albertville, est le leader français pour la mesure de champ électrique à déport
optique. Elle se situe parmi les trois leaders mondiaux avec EMAG Technologies inc. (US) et EnProbe (Germany) pour la mesure vectorielle de champ électrique dans la gamme gigahertz. D’autre part,
Kapteos est le concurrent direct de la société SPEAG, leader historique du test normatif de DAS.

Le laboratoire IMEP‐LAHC dispose d’une expertise dans le domaine des hyperfréquences depuis plus de trente ans, en particulier pour la modélisation électromagnétique et la caractérisation par analyseurs de
réseaux vectoriels de lignes de transmission et de cavités résonnantes.
L’objectif est de développer des dispositifs d’étalonnage pour les sondes électrooptiques de Kapteos pour la gamme de fréquence 6GHz‐40GHz. Ceci permettra d’adresser de nombreux problèmes de mesure de champ électrique aujourd’hui sans solution.

En effet, la capacité à effectuer une mesure absolue du champ électrique est un objectif en soi pour certaines applications comme la mesure du débit d’absorption spécifique (DAS). De plus, la société Kapteos développe actuellement une méthode de caractérisation d’antennes par mesure en champ très proche (quelques mm) afin de proposer une solution concurrente des actuelles chambres anéchoïques pour la mesure du diagramme de rayonnement. L’étalonnage permettra d’accéder aux autres caractéristiques habituellement recherchées de l’antenne telles que le gain ou l’ouverture effective.

Travail de stage :
Le travail de stage peut être scindé en quatre parties :

  1. Etat de l’art des méthodes analytiques de modélisation du champ électrique produit par des
    structures standard telles que cavités, guides d’onde ou lignes de transmission triplaques. Recherche des avantages et inconvénients associés à chaque structure.
  2. Prise en main d’outils de simulation électromagnétiques (HFSS, Q2D Extractor…) et simulation de ces structures standard.
  3.  Etude de l’impact de la sonde électrooptique (cylindre isolant de quelques millimètres de diamètre
    sur le champ généré par ces structures
  4. Parallèlement, des expérimentations seront menées pour la mesure de la permittivité diélectrique
    des matériaux composant la sonde, permettant ainsi d’alimenter les modèles électromagnétiques utilisés.

Une demande de financement de thèse de doctorat est actuellement en cours d’étude par la région
Auvergne‐Rhône Alpes et pourrait donc faire suite à ce sujet de stage.

Compétences :
Le(a) candidat(e) doit être curieux(se), autonome et avoir un goût pour l’expérimentation et la programmation.

Contacts :
Philippe ARTILLAN, maître de conférences, IMEP‐LAHC, 04.79.75.81.88, philippe.artillan@univ.smb.fr
Cédric BERMOND, maître de conférences, IMEP‐LAHC, 04.79.75.81.28, cedric.bermond@univ.smb.fr

Lieu :
Laboratoire IMEP‐LAHC (UMR5130), Université de Savoie Mont Blanc, 73170 Le Bourget du Lac.

Durée et rémunération :
Durée de 4 à 6 mois. La rémunération est de 3.9 euros/heure.

  • Mots clés : Sciences pour l'ingénieur, Electronique et microélectronique - Optoélectronique, FMNT, IMEP-LaHc
  • Laboratoire : FMNT / IMEP-LaHc
  • Code CEA : IMEPLAHC-RFM-16-11-2020
  • Contact : philippe.artillan@univ.smb.fr

Imagerie ellipsométrique pour la caractérisation de réseaux de nanostructures à base de GaN

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Date de début : 01/02/2021

Offre n° 20201109-2

Contexte :

La croissance par épitaxie d’empilements de semiconducteurs III-V à base de GaN est limitée par un fort taux de dislocations lorsque réalisée sur substrat Silicium. Il est nécessaire de réduire ce taux de défauts pour la réalisation de μleds. La croissance localisée de GaN est sensée réduire la densité de dislocations, mais a pour conséquence la formation de joints de grain lors de la coalescence de cristallites voisines désorientées. Il est possible de contourner cette limitation par une approche en pendeoépitaxie, soit en faisant croître le matériau sur des piliers déformables. Une telle approche ouvre de nouvelles perspectives pour la réalisation de dispositifs à μLEDs.

Nous avons déjà atteint des taux de défauts réduits, mais les procédés doivent encore être optimisés. Le LTM collabore avec le CEA LETI et le CHREA et réalise par un ensemble de procédés technologiques incluant une étape de nanoimpression les réseaux de nanopiliers. Afin de garantir la croissance du GaN sur le réseau de piliers, il est indispensable de contrôler la qualité de celui-ci et en particulier de quantifier le nombre de piliers potentiellement manquants.

 

Objectif :

Dans ce contexte, l’objectif du stage de Master est de développer un outil de métrologie rapide et non destructif afin de caractériser les réseaux de piliers. La technique qui sera employée est l’imagerie ellipsométrique qui est déjà en cours de développement au LTM, et qui sera adaptée aux besoins du projet. Elle repose sur la cartographie par éllipsométrie du réseau et sur un traitement des données qui par comparaison avec la réponse ellipsométrique d’un réseau parfait, permet d’imager le réseau et d’estimer le taux de défauts manquants.

Ce stage sera effectué dans l’équipe lithographies avancées du Laboratoire des Technologies de la Microélectronique. Le stagiaire aura accès aux outils technologiques et de caractérisation du LTM, situés en salle blanche, et aux codes de traitement de données déjà développés pour d’autres applications. L’objectif final sera de disposer d’un outil permettant d’identifier tout pilier manquant dans un réseau tout en garantissant une rapidité de mesure/analyse de façon à disposer d’une métrologie adaptée potentiellement à un procédé de fabrication de μleds industriel.

 

Formation Requise: Master 2

Durée: 6 mois

Début: février ou mars 2021

Contact: cecile.gourgon@cea.fr

Laboratoire d’accueil:

Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM/CNRS)

17 avenue  des martyrs

38054 GRENOBLE cedex 9

  • Mots clés : Instrumentation, Optique et Photonique, Technologies micro et nano, Instrumentation, métrologie et contrôle, Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique, Métrologie, Optique et optronique, Photonique, imageurs et écrans, FMNT, LTM
  • Laboratoire : FMNT / LTM
  • Code CEA : 20201109-2
  • Contact : cecile.gourgon@cea.fr

Etude de la récupération d’eau de condensation sur des surfaces nanostructurées à mouillabilité contrôlée

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Date de début : 01/02/2021

Offre n° 20201109-1

Contexte :

Le ressourcement en eau est un enjeu planétaire et il convient dès aujourd’hui d’envisager toutes les solutions possibles pour favoriser un accès à l’eau dans les régions arides.

Il est connu par l’étude de certains insectes vivants dans des déserts, que des surfaces qui combinent différentes mouillabilités permettent d’augmenter la collection d’eau de condensation. Ces surfaces combinent à la fois des zones superhydrophobes et des zones hydrophiles ou superhydrophiles. Des études menées en laboratoire montrent la possibilité de récolter jusqu’à 5 g d’eau par cm² par heure. Cela semble peu, mais à l’échelle d’une surface de 10 cm de côté, c’est un demi litre qui peut ainsi être récupéré en 1 heure. La combinaison de procédés technologiques tels que la nanoimpression et la gravure plasma permet de micro/nanostructurer des films polymères flexibles afin de contrôler le caractère superhydrophobe ou superhydrophile de leur surface. L’intérêt des films de polymères flexibles pour cette étude réside dans leur faible coût, leur faible poids et leur flexibilité qui permet de les adapter sur toute surface.

 

Objectif :

L’objectif du stage est de réaliser de telles surfaces à partir des procédés déjà développés au LTM, et d’étudier leur taux de collection d’eau. Pour cela un système de récupération sera conçu et calibré en contrôlant la condensation à l’aide d’un humidificateur.

Différents procédés seront mis en oeuvre  pour obtenir sur une même surface des zones superhydrophobes et hydrophiles, à partir de différentes chimies et différentes structures, aussi bien au niveau de la taille que de la forme des motifs (micrométriques ou nanométriques). Outre la mesure de taux de récupération d’eau, le stagiaire caractérisera la morphologie des surfaces par microscopie électronique à balayage et la mouillabilité par des mesures d’angle de contact. Le but sera de déterminer en fonction des chimies et topologies de surface le ratio optimal entre zones superhydrophobes et zones hydrophiles. Dans la perspective de réaliser des collecteurs d’eau dont la surface reste sanitairement propre, l’aspect antibactérien de ces surfaces sera abordé.

 

Formation Requise: Master 2

Durée: 6 mois

Début: février ou mars 2021

Contact: cecile.gourgon@cea.fr

Laboratoire d’accueil:

Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM/CNRS)

17 avenue  des martyrs

38054 GRENOBLE cedex 9

  • Mots clés : Sciences et technologie des matériaux, Technologies micro et nano, Matériaux et applications, Physique du solide, surfaces et interfaces, Technologies micro et nano, Technologies pour la santé et l’environnement, dispositifs médicaux, FMNT, LTM
  • Laboratoire : FMNT / LTM
  • Code CEA : 20201109-1
  • Contact : cecile.gourgon@cea.fr
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