Doctorat en soudure des semi-conducteurs par laser bicolore ultrarapide (H/F)

Description du Poste

Sujet De Thèse

Le micro-soudage par laser ultrarapide en transmission est une technologie de fabrication émergente, avec des applications croissantes en photonique, microélectronique et matériaux avancés. En focalisant des impulsions laser ultracourtes à l’interface entre deux matériaux transparents, il est possible d’obtenir une fusion et un mélange localisés, permettant une liaison solide et précise après resolidification.
Si cette technique a été démontrée avec succès pour les verres, les céramiques et les polymères, son extension aux semi-conducteurs — en particulier au silicium — demeure un défi scientifique et technologique majeur. L’indice de réfraction élevé du silicium (n ≈ 3,5) et sa faible largeur de bande interdite (~1,12 eV) entraînent de fortes limitations optiques, notamment la délocalisation du faisceau, la propagation non linéaire et l’écran plasma. Ces effets entravent fortement l’apport d’énergie à l’interface et limitent la fiabilité du soudage.
Des avancées récentes dans notre groupe ont permis de démontrer, pour la première fois, le soudage laser en transmission du silicium à l’aide d’impulsions nanosecondes, atteignant des résistances au cisaillement supérieures à 10 MPa pour des assemblages de semi-conducteurs similaires et dissemblables (par exemple Si et GaAs). Toutefois, des verrous fondamentaux subsistent — en particulier la forte réflectivité à l’interface, qui limite la transmission de l’énergie, notamment lorsque l’écart interfacial est comparable ou supérieur à la longueur d’onde du laser. Dans ce cas, l’interface se comporte comme une cavité de Fabry–Perot, ce qui réduit fortement l’efficacité de couplage.
Ce projet de doctorat vise à dépasser ces limitations grâce à une stratégie innovante de laser bi-couleur. L’idée principale consiste à utiliser deux faisceaux laser synchronisés à des longueurs d’onde différentes (λ₁ et λ₂), conçus de manière que l’un compense la réflexion de l’autre (par exemple λ₂ décalé de multiples de λ/4). Cette approche garantit que, même dans des conditions d’interférence défavorables, au moins une des longueurs d’onde se transmet efficacement à travers l’interface pour permettre le soudage.
Le/la doctorant(e) (H/F) devra :
• Concevoir et mettre en œuvre un système laser ultrarapide à double longueur d’onde (laser femtoseconde, amplificateur paramétrique optique).
• Étudier les mécanismes d’interaction lumière–matière dans les semi-conducteurs sous excitation bi-couleur.
• Développer des modèles analytiques et numériques pour comprendre le couplage d’énergie aux interfaces.
• Réaliser des expériences d’irradiation laser avec diagnostics in situ et microscopie.
• Caractériser les interfaces soudées à l’aide de techniques avancées d’analyse des matériaux.
• Étendre l’approche à des interfaces non idéales et non uniformes, en vue d’applications réelles.
Ce projet offre une opportunité unique de contribuer à une solution de pointe dans le traitement laser des semi-conducteurs, avec un fort potentiel d’impact en encapsulation microélectronique et en intégration de dispositifs photoniques.

Votre Environnement de Travail

La thèse sera réalisée au laboratoire LP3 (Marseille) et inscrite à Aix-Marseille Université (AMU), sous la supervision de P. Sopeña et D. Grojo.
Le laboratoire LP3 est une Unité Mixte de Recherche (UMR 7341) d’AMU et du CNRS. Il mène des recherches originales sur la physique des interactions laser–matière impulsionnelles et le développement de nouveaux procédés basés sur le laser.
Le laboratoire est un acteur majeur aux niveaux national et international dans de nombreux domaines des interactions laser–matière impulsionnelles, notamment l’ablation et les diagnostics de plasma, la spectroscopie LIBS, la génération de sources X à plasma laser, ainsi que le développement de procédés innovants pour la fonctionnalisation et la transformation de la matière. Parmi les réalisations récentes figurent l’écriture laser 3D dans le silicium, l’impression additive 3D (sub)micrométrique, la synthèse laser de nanoparticules, le développement de procédés de diagnostic et la (sub)microstructuration de matériaux diélectriques. Le laboratoire exploite deux plateformes laser de haute technologie : ASUR (Applications sources ultra-rapides) et LaMP (Lasers et micro-procédés).
Cette thèse est financée dans le cadre du projet PROSECO (ANR-24-EXLU-0012) du PEPR LUMA, en collaboration avec INPHYNI (Nice, France), FEMTO-ST (Besançon, France) et LP3. Le projet sera mené au LP3 dans un environnement international regroupant doctorants, postdoctorants, étudiants de master, chercheurs, enseignants-chercheurs et ingénieurs. Des mobilités vers les laboratoires partenaires sont envisagées, ainsi que la participation à des conférences nationales et internationales et à des formations.

Rémunération et avantages

Rémunération

La rémunération est d'un minimum de 2300,00 € mensuel

Congés et RTT annuels

44 jours

Pratique et Indemnisation du TT

Pratique et indemnisation du TT

Transport

Prise en charge à 75% du coût et forfait mobilité durable jusqu’à 300€

À propos de l’offre

À propos du CNRS

Le CNRS est un acteur majeur de la recherche fondamentale à une échelle mondiale. Le CNRS est le seul organisme français actif dans tous les domaines scientifiques. Sa position unique de multi-spécialiste lui permet d’associer les différentes disciplines pour affronter les défis les plus importants du monde contemporain, en lien avec les acteurs du changement.

Le CNRS

Les métiers de la recherche