Description du sujet de thèse

La transition écologique dans laquelle s’engage de plus en plus de pays conduit l’industrie microélectronique à s’orienter vers la durabilité. Basée sur cette tendance, la nouvelle génération de composants de puissance intègre désormais des matériaux semi-conducteurs à bande interdite ultra-large, tels que l’oxyde de gallium (Ga2O3) ou le nitrure d’aluminium (AlN). Ils permettent de fabriquer des composants qui supportent des tensions élevées avec de faibles pertes d’énergie en fonctionnement et par échauffement. Le stage s’inscrit dans ce contexte et celui du projet ALOFET (2024-2028) financé par l’Agence Nationale de la Recherche. Ce projet vise à développer une nouvelle architecture de transistors à haute mobilité d’électrons (HEMTs) à partir d’une hétérostructure Ga2O3/AlN, capable de supporter des tensions supérieures au kilovolt. Ces transistors ont pour vocation d’intégrer des convertisseurs de tension, des onduleurs, des hacheurs, … qui seront ensuite insérés dans des véhicules électriques, des installations de panneaux solaires, des parcs d’éoliennes, etc... Les composants de puissance en oxyde de gallium ont le potentiel pour répondre aux applications couvertes par les technologies SiC et GaN, tout en donnant accès à de nouveaux champs applicatifs.
L’objectif de la thèse est de fabriquer des HEMTs à partir d’une hétérostructure Ga2O3/AlN. La ou le doctorant(e) réalisera des simulations électriques de l'empilement de matériaux afin d'optimiser la conception de l'hétérostructure. Les couches minces de Ga2O3 et les hétérostructures Ga2O3/AlN seront fournies par les partenaires du projet ALOFET (LMGP et PHELIQS). La ou le doctorant(e) réalisera les étapes technologiques de fabrication des composants en utilisant les outils de la salle blanche NanoFab (banc de chimie, lithographie, gravure, dépôt). Les caractérisations électriques et optiques des couches minces, de l'interface Ga2O3/AlN et des transistors seront réalisées par la ou le doctorant(e) en utilisant les installations de l'Institut Néel. Les résultats expérimentaux obtenus sur les couches minces seront confrontés aux études structurales menées en parallèle par les autres partenaires (LMGP, MEM) et aux simulations électriques.
De niveau master ou école d'ingénieur, le candidat doit avoir des connaissances en physique des semi-conducteurs et composants. Une expérience en caractérisation et/ou fabrication de dispoositifs microélectroniques serait un plus.

Contexte de travail

L'Institut NEEL, UPR 2940 CNRS, est l'un des plus grands instituts de recherche nationaux français pour la recherche fondamentale en physique de la matière condensée enrichi d'activités interdisciplinaires aux interfaces avec la chimie, l'ingénierie et la biologie. Le laboratoire est rattaché au CNRS Physique. Il est situé au cœur d'un environnement scientifique, industriel et culturel unique. Il fait partie de l'un des plus grands environnements de haute technologie d'Europe en micro et nanoélectronique, juste à côté des Alpes françaises.
L'équipe de recherches SC2G de l'Institut NEEL se concentre sur une famille de semi-conducteurs dits à large bande interdite (GaN et ZnO) et à ultra large bande interdite (diamant, AlN et Ga2O3). La finalité est le développement de dispositifs électroniques innovants basés sur ces matériaux pour l'électronique de puissance, les dispositifs émetteurs de lumière et les capteurs. À cette fin, nos activités comprennent des études fondamentales ainsi que les développements technologiques nécessaires à la fabrication de dispositifs aux propriétés électroniques sur mesure, tels que la croissance épitaxiale avec contrôle in situ, la nanofabrication, l'incorporation d'impuretés et le dépôt d'oxyde de grille.
L'Institut NEEL est un laboratoire du CNRS. Le CNRS est un établissement public à caractère scientifique et technologique. Il a pour mission d'identifier, d'effectuer ou de faire effectuer, seul ou avec ses partenaires, toutes recherches présentant un intérêt pour l'avancement de la science ainsi que pour le progrès économique, social et culturel. Internationalement reconnu pour l'excellence de ses travaux scientifiques, le CNRS est une référence aussi bien dans l'univers de la recherche et développement que pour le grand public.


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