Description du sujet de thèse

En raison de ses propriétés piézoélectriques l'alliage semiconducteur ScAlN a été développé au cours des 10 dernières années pour la réalisation de capteurs et de filtres RF à base d'ondes acoustiques. Cet alliage s'avère également intéressant pour la fabrication de transistors capables de fonctionner à des fréquences élevées. En effet, grâce à la forte polarisation électrique induite à l'interface des hétérostructures ScAlN/GaN, il est possible de générer des gaz d'électrons avec des densités supérieures à 3E13/cm² et ce malgré une épaisseur de la barrière ScAlN bien inférieure à 10 nm. Malgré les propriétés remarquables de cet alliage la première démonstration d'un transistor RF de type HEMT (high electron mobility transistor) à base de ScAlN ne date que de 2019. Au CRHEA cette activité a débuté en 2020 et des transistors avec des performances encourageantes ont déjà été obtenus, notamment sur un substrat de silicium (le standard en électronique) ce qui est une première avec cet alliage.
Dans ce contexte, le projet TWINS, financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR), regroupe le CRHEA, l'institut Jean Lamour et l'IEMN. La finalité de ce projet est de combiner un transistor HEMT ScAlN/GaN et une structure à onde acoustique de surface (SAW) afin de réaliser un filtre ajustable en fréquence opérant dans la gamme 3-10 GHz. L'approche proposée dans ce projet est totalement novatrice et elle nécessite dans un premier temps d'optimiser l'élaboration mais aussi de caractériser les performances des deux briques de base (transistor et filtre SAW). Dans un second temps, différentes approches d'intégration monolithique seront étudiées afin de proposer un filtre ajustable en fréquence répondant aux exigences des télécommunications 5G.

Contexte de travail

La thèse proposée s'intègre parfaitement dans le projet TWINS. Elle portera sur l'épitaxie sous jets moléculaires de l'alliage ScAlN et la caractérisation des hétérostructures ScAlN/GaN. L'objectif sera d'établir le lien entre conditions d'élaboration, composition des hétérostructures, et les propriétés structurales (rugosité, qualité cristalline) et électriques (densités de porteurs, mobilité, présence de pièges, réponse piézoélectrique…). Pour cela, des techniques de caractérisation telles que la diffraction des rayons X, la microscopie à force atomique (http://www.crhea.cnrs.fr/caracterisation.htm), la fabrication de dispositifs de test avec les outils de micro-fabrication du laboratoire (lithographie UV, dépôts, gravures, recuits ; http://www.crhea.cnrs.fr/plateforme-de-technologie.htm) et des caractérisations électriques simples (effet Hall, mesures I-V, C-V) seront utilisées. Une fois cette étape d'optimisation des composants élémentaires réalisée, différentes approches monolithiques seront imaginées, développées, et étudiées afin de déterminer celle offrant les meilleures performances en termes de filtre ajustable.
Ces travaux seront réalisés au CRHEA (Université Côte d'Azur, CNRS, Valbonne, 06) en étroite collaboration avec les laboratoires partenaires du projet. Pour réaliser ces études, des connaissances en physique du solide et en science des matériaux sont nécessaires. D'autre part, le laboratoire est protégé par un régime restrictif (ZRR).

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.

Contraintes et risques

Connaissances en physique du solide et en science des matériaux sont nécessaires.

Communication des relevés de notes de Master 1 et 2 dans le dossier de candidature