CSICSICSI - Université de Montpellier

Comité de Suivi IndividuelComité de Suivi Individuel

2019

2019

CSICSICSI

ies.univ-montp2.fr

Département Capteurs Composants SystèmesALARAB Mohammad Bouclier acoustique pour robot sous-marin d’exploration karstique .................... 6

EL BEYROUTHY Johnny Caractérisation et modélisation des sources de bruit BF dans les transistors bipolaires développés en technologie BiCMOS 55 nm ..........................................7

ESSABBAR Moad Microscopie acoustique non-linéaire .........................................................................8

FAUCON Déborah Étude de la corrélation entre microstructure et ultrasons dans l’alliage de ta6v : application au contrôle non destructif .......................................................................9

JOLLY Claire Développement d’un micro capteur piézoélectrique en quartz ...........................10

KECHAF Alexandre Contribution à l’amélioration des caractéristiques de gyromètres thermiques en environnement sévère ..............................................................................................11

KRET Joanna Élaboration, characterization and modelling of multijunction solar cells for high concentration photovoltaic .......................................................................................12

PEILLON Sébastien Caractérisation thermique de couches minces par méthodes électrothermiques .....................................................................................................................................13

POLITI Bastien Indoor energy micro-sources for energetically autonomous nomadic devices ...14

SAGGIN Benjamin Étiquette rfid-capteur uhf faible cout avec une solution de lecture simple, fiable et efficace. Applications au smart packaging alimentaire et au diagnostic sante. ...........................................................................................................................15

Département Photonique et OndesABBES Alaeddine Sources térahertz photomelangées par antennes photoconductrices térahertz multipolaires ...............................................................................................................18

DÍAZ THOMAS Daniel Mir interband cascade vcsels ..................................................................................19

GERBERT Sebastian Novel terahertz detectors/emitters based on ultrafast 2d systems for imaging and telecommunication applications ......................................................................20

KUDASHOVA Anastasiia Terahertz near-field biological sensors for proteins investigation in watery conditions ..................................................................................................................21

MAËS Clément Plasmonique active pour l’infrarouge sur semiconducteur fortement dopé ........22

MERIGUET Yoann Development of biosensors for terahertz spectroscopy of proteins .....................23

MONGE BARTOLOMÉ Laura Toward mid-ir optoelectronics on silicon photonic integrated circuits ................24

RIO CALVO Marta Epitaxial growth of gasb on on-axis silicon using a gaas nucleation layer ...........25

ROUSSEAU Roman Capteur qepas pour la surveillance de la qualité de l’air .......................................26

SABBANI Wail Conception d’une lampe à leds uv-c, destinée aux nouveaux traitements des maladies fongiques des plantes ...............................................................................27

SOMMAIRE CSI 2019

SIMOZRAG Bouzid Développement technologiques de composants optoélectroniques a base d’antimoniure .............................................................................................................28

TRZPIL Wioletta New opto mechanical resonator for photo-acoustic gas detection ......................29

VIGNE Nathan Laser à semiconducteur iii-v non-conventionnels : du vortex aux solitions spatiaux .......................................................................................................................30

Département Systèmes d’Énergie Fiabilité RadiationsAGUIAR Ygor Predictive tools and «radiation hardening by design» (RHBD) for SEU and set in digital circuits .............................................................................................................33

BOUISRI Samir Developpement de nouveaux capteurs intégrés à base de matériaux luminescents pour la dosimétrie ..............................................................................34

CECCHETTO Matteo Neutron induced see: experimental and simulation study of impact in high-energy accelerator environment ......................................................................35

DA COSTA LOPES Israel Bridging methodology from component to system-level for the assessment of coupled radiation and degradation constraints in digital systems .......................36

DARDIE Jason Étude des effets des rayonnements sur les matériaux et systèmes électroniques .....................................................................................................................................37

GUAGLIARDO Salvatore Predictive tools and «radiation hardening by design» (RHBD) - SEL and temperature effects ...................................................................................................38

HEDGE Sneha Évolutions de la méthode de l’onde thermique pour la mesure de charges électriques dans des couches minces, composants et systèmese .......................39

JEBLI Mourad Développement d’un convertisseur haute performance dc/dc a fort courant impulsionnel ...............................................................................................................40

NGOM Catherine Methodology development using X-rays and pulsed laser for the evaluation of radiation effects in advanced semiconductor components ...................................41

NGUYEN Tran Hoang Modélisation et simulation du phénomène de bits collés .....................................42

NISKANEN Kimmo Coupled aging & radiation effects on emerging power devices ..........................43

OUKMS Abdellah Evaluation du champ électrique dans des couches isolantes minces a l’aide d’une technique a stimulus thermique ....................................................................44

PEREZ Flavien Modélisation des effets de dose cumulée (TID) sur les technologies UDSM sur SOI .............................................................................................................................45

PISCINI Lorenzo Étude d’une machine haute fréquence et hautes performances pour une application aéronautique ..........................................................................................46

RAJKOWSKI Tomasz System-in-package (sip) radiation qualification requirements ..............................47

SOMMAIRE CSI 2019

Comité de Suivi Individuel 2019

Département Capteurs Composants Systèmes

CSI 2019


BOUCLIER ACOUSTIQUE POUR ROBOT SOUS-MARIN D'EXPLORATION KARSTIQUE

Mohammad ALARAB

L’exploration du réseau karstique souterrain présente un intérêt majeur pour l'inspection et la protection des ressources en eau douce. Le projet ALEYIN soutenu par le LabEx NUMEV, vise le développement d’un robot sous-marin adapté à ce type de missions périlleuses. Notre objectif consistente à concevoir et mettre en œuvre un système ultrasonore, appelé bouclier acoustique, pour aider ce robot sous-marin à la navigation dans les environnements confinés. Ce système devra détecter les obstacles pour éviter les collisions et autocentrer le robot dans son milieu. Les données acquises par ce système pourront également servir à reconstruire une carte 3D du karst. Pour cela, une première étape était la modélisation de ce milieu particulier et peu référencé. En effet, dans l'eau turbide, l'interaction des ultrasons avec les particules en suspension se traduit par une atténuation acoustique importante diminuant la portée des ondes, ne permettant plus la détection des obstacles, mettant alors le robot en danger. Pour prédire cette atténuation, choisir la bonne fréquence et envoyer la puissance acoustique adéquate, une recherche des modèles décrivant ce phénomène a été menée. Le modèle théorique le plus adapté a été sélectionné et revalidé expérimentalement sur un banc de mesure réalisé à l'IES. Ce banc a également permis de valider la faisabilité d'un système d'évaluation de la qualité de l'eau, c’est-à-dire de retrouver la taille des particules et leurs concentrations dans une solution inconnue. Des premiers tests concluants ont été menés avec de l'eau prélevée par des plongeurs dans un siphon d’une grotte immergée. Les études à venir viseront la réverbération et la réflexion sur les parois complexes des karsts, afin de faire le bon choix de capteurs. Enfin une étude de leur mise en service au sein d'un réseau sera effectuée pour trouver la meilleure configuration, qui sera validée en piscine puis sur le terrain.

Mots clés : Acoustique, capteur, robot sous-marin, eau turbide, particules en suspensions, karst

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2018

Département IES : Capteurs Composants Systémes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Lionel LAPIERRE

Co-directeur ou encadrant : Didier LAUX - Franck AUGEREAU Type de financement : 1/2 LabEx NUMEV - 1/2 IES


Caractérisation et modélisation des sources de bruit BF dans les transistors bipolaires développés en technologie BiCMOS 55 nm

Johnny EL BEYROUTHY

Les HBTs sujets de cette étude sont issus de la technologie la plus récente B55 (BiCMOS 55 nm) et de la technologie mature B9MW (BiCMOS 130 nm) de STMicroelectronics. Les caractérisations électriques menées sur les HBTs sont une étude statique I-V et la mesure du bruit du courant d'entrée dans la gamme 1 Hz - 100 KHz. Les HBTs B55 sont déclinés en 3 versions se différenciant au niveau du collecteur pour des applications High Speed (HS), Medium Voltage (MV) et High voltage (HV). Les transistors HS ont présenté le gain statique en courant le plus élevé et le niveau de bruit 1/f le plus bas, les transistors HV ont présenté le gain le plus faible et le niveau de bruit 1/f le plus élevé. En ce qui concerne l'évolution du bruit en 1/f les trois HBTs ont montré le même comportement, une évolution quadratique de SIb à 1 Hz avec Ib et une évolution inversement proportionnelle à la surface d'émetteur. On peut conclure que les sources du bruit 1/f sont localisées à l'interface de la jonction émetteur-base et en déduire les paramètres du modèle SPICE associé. Des HBTs issus d'une évolution de la technologie B55 pour laquelle l'étape d'activation des dopants par recuit thermique fait appel à un recuit laser ont été testés. Une légère amélioration du niveau de bruit 1/f a été observée. Des HBTs des 3 technologies ont été soumis à un environnement radiatif sous rayons X et d'autres sont actuellement soumis à un environnement gamma, afin d'évaluer la dégradation de leurs performances en statique et en bruit BF et HF. Le protocole de test établi en 1ère année de thèse a été mis en oeuvre en incluant les mesures de bruit. Les transistors B9MW se dégradent très rapidement contrairement aux transistors B55. Leur tenue en dose est plus faible et leur niveau de bruit en 1/f augmente fortement. L'effet des irradiations se traduit par la création ou l'activation de pièges situés au niveau de l'oxyde spacer à la jonction B-E.

Mots clés : BiCMOS, HBT, bruit BF, bruit 1/f, modèle SPICE, recuit laser, irradiation.

Année de thèse : 2A - T0 : 25/09/2017

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M@CSEE Directeur de thèse : PASCAL Fabien

Co-directeur ou encadrant : SAGNES Bruno Type de financement : contrat européen TARANTO - H2020 ECSEL


MICROSCOPIE ACOUSTIQUE NON-LINÉAIRE

Moad ESSABBAR

La microscopie acoustique est une technique d'imagerie haute résolution qui permet d’étudier en profondeur les propriétés mécaniques et la structure interne des matériaux complexes. L’une de ces proprietés est le coefficient de non-linéarité qui représente la déformation que l’onde subit en traversant le matériau. Cette déformation résulte en une transformation de l’onde émise, initialement monofréquentielle, en une onde multifréquencielle, qui contient des harmoniques de la fréquence originale. Grâce à la géométerie focalisée des transducteurs utilisés en microscopie ultrasonore, cet effet non-linéaire est intensifié dans la zone focale, permettant ainsi l’aquisition des fréquences harmoniques générées, afin de les utiliser pour l’imagerie non- linéaire. Une série de simulations de cet effet non-linéaire a été faite, dans des milieux mono et multi-couches. Ensuite, un banc expérimental (Scanning Acoustic Tank) a été mis en place pour étuder le champ non-linéaire généré. Afin d’obtenir des images haute résolution du champ de pression non-linéaire, un hyprophone aiguille a été conçu et fabriqué, permettant l’aquisition avec précision des ondes harmoniques. Une caractérisation de l’équipement expérimental a ensuite été effectuée pour s’assurer de la linéarité du système de mesure utilisé. Les images obtenues du champ harmonique mettent en évidence l’existence d’effets non linéaires générés par l’échantillon placé dans la zone focale ainsi que la possibilité de les mesurer.

Mots clés : Microscopie acoustique, non-linéaire, imagerie harmonique

Année de thèse : 2A - T0 : 15/10/2017

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Emmanulel LE CLEZIO Co-directeur ou encadrant : Gilles DESPAUX Type de financement : Contrat de recherche


ETUDE DE LA CORRELATION ENTRE MICROSTRUCTURE ET ULTRASONS DANS L'ALLIAGE DE TA6V : APPLICATION AU

CONTROLE NON DESTRUCTIF

Déborah FAUCON

Dans le domaine de l’aéronautique, le contrôle par ultrasons permet le contrôle de santé et la caractérisation non destructive des pièces métalliques et composites. L’état microstructural d’un alliage métallique est conditionné par les traitements thermomécaniques effectués au cours du processus d’élaboration. Dans le cas de l’alliage de titane TA6V, le traitement thermomécanique est le traitement β. Lors de ce traitement, des hétérogénéités de microstructures peuvent apparaître sur des pièces forgées. Ce phénomène dégrade les propriétés mécaniques attendues et doit être détecté. Pour contrôler ces zones d’hétérogénéités, deux techniques ultrasonores complémentaires peuvent être mises en œuvre. La première méthode est la spectroscopie ultrasonore. Elle permet de mesurer l’atténuation en fonction de la fréquence. L’atténuation est une grandeur corrélée à la microstructure de l’alliage inspecté et notamment à la taille des grains. La seconde méthode réside dans l’analyse du bruit rétrodiffusé. Le bruit ultrasonore résulte des réflexions aléatoires des ondes sur les cristallites aléatoirement réparties. Les signaux rétrodiffusés dépendent de la profondeur sondée. Ils permettent d’estimer l’atténuation en fonction de la profondeur et donc de détecter d’éventuelles hétérogénéités de taille de grain à une distance donnée. Parce que le bruit de structure et l’atténuation sont intimement liés, la première année de thèse a essentiellement porté sur l’optimisation des mesures d’atténuation par spectroscopie ultrasonore. Les résultats expérimentaux ont montré que l’atténuation permettait de distinguer avec une forte sensibilité deux échantillons de microstructures différentes. L’analyse du bruit rétrodiffusé sera effectuée sur un banc de mesure dédié, permettant de réaliser des C-scan.

Mots clés : Contrôle non destructif (CND), TA6V, microstructure, ultrasons (US)

Année de thèse : 1A - T0 : 01/04/2018

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A Directeur de thèse : Didier LAUX

Co-directeur ou encadrant : Eric ROSENKRANTZ, Jean-Yves FERRANDIS Type de financement : CIFRE


DEVELOPPEMENT D'UN MICRO CAPTEUR PIEZOELECTRIQUE EN QUARTZ

Claire JOLLY

Ce doctorat a pour objectif de réaliser un MEMS (MicroElectro Mechanical Structure) en couches minces de quartz sur substrat SOI (Silicon On Insulator) surpassant les caractéristiques de l’état de l’art. Ce MEMS est un capteur piézoélectrique de haute sensibilité avec un grand facteur de qualité (Q ≈ 106), de faible coût et non toxique. L’objectif de la première année de thèse est d’adapter les technologies de micro fabrication aux couches minces de quartz en trouvant les paramètres rendant le matériau et les differents procédés compatibles. Le quartz est réalisé par procédé chimique sol-gel. Cette technologie est une enduction par immersion aboutissant à la croissance du matériau sur silicium. Ce procédé a été optimisé en vue de l’obtention d’une couche de quartz parfaitement épitaxiée, de grande qualité et intégrée sur silicium. Puis, quatre étapes de microfabrication ont été développées et adaptées à la microstructure du quartz. La première étape réalise une ouverture dans le quartz permettant de mettre le Si (électrode inférieure) en contact avec le futur dépôt de métaux. La deuxième étape dépose les électrodes de Cr/Pt par lift-off. La troisième étape correspond au retrait des couches de quartz et de Si. La quatrième étape réalise la suspension des structures en éliminant la couche sacrificielle de SiO2 par acide fluorhydrique. La complexité de cette étape réside dans la protection du quartz et des électrodes qui s’avèrent vulnérables à l’acide. Cette étape technique est en cours de finalisation. Plusieurs verrous technologiques ont été identifiés et contournés. Egalement, une propriété essentielle concernant la microstructure du quartz a été mise en évidence : celle-ci doit être plane (rugosité RMS < 3 nm) pour permettre la bonne adhérence de la résine protectrice. Ainsi, le procédé a été optimisé selon ce besoin. Une collaboration avec le LAAS-CNRS a été etablie permettant l’optimisation de la dernière étape (protection lors de la gravure humide).

Mots clés : MEMS, capteur, quartz, micro fabrication

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2021

Département IES : Capteur Composants Systèmes - Groupe : M²A Directeur de thèse : Benoit CHARLOT

Co-directeur ou encadrant : Adrien CARRETERO Type de financement : Bourse de l'école doctorale I2S


CONTRIBUTION À L'AMÉLIORATION DESCARACTÉRISTIQUES DE GYROMÈTRES

THERMIQUES EN ENVIRONNEMENT SÉVÉRE

Alexandre KECHAF

Le travail de thèse porte sur un gyromètre fluidique MEMS à échangesthermiques et plus particulièrement sur l’amélioration de sescaractéristiques. Ce travail est la suite d’un premier travail (thèse de M.Kock, soutenu en novembre 2017) et s’inscrit dans le cadre du projet ANRASTRID AGYR.Il y est considéré deux types de détections thermiques pour le capteur : legyromètre dit à jet (GTJ, exploitant le phénomène de convection forcée) etcelui dit à expansion (GTE, exploitant la phase transitoire du phénomène deconvection naturelle, sous la forme d’une dilatation – contraction du gaz,localisé temporellement et spatialement).L’objectif est de développer un triptyque modèle numérique, modèleanalytique et modèle expérimental cohérent pour les différents types dedétections thermiques. Et démontrer d’une amélioration effective ducapteur (carcan de spécification couvrant : l’étendue de mesure, lasensibilité, la linéarité, la tenue aux chocs, la bande passante, la précision,la dérive de biais, pour ne définir que ceux-ci) en environnement sévère(choc jusqu’à quelques 10 000g). Le développement d’un modèle analytiquesera un axe de travail secondaire par rapport à l’amélioration des autresmodèles, tous types de fonctionnements confondus.

Mots clés : Convection; Capteur de température; Gyromètre MEMS; Effet de Coriolis; Décharge Corona;

Année de thèse : 1A - T0 : 03/06/2019

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A

Directeur de thèse : Alain GIANI

Co-directeur ou encadrant : Philippe COMBETTE

Type de financement : Bourse DGA


ELABORATION AND MODELLING OF MULTIJUNCTION SOLAR CELLS FOR HIGH

CONCENTRATION PHOTOVOLTAICS

Joanna KRET

The main goal of my PhD thesis is a research on the antimonide based solar cells in order to evaluate the potential of those materials for photovoltaic applications. My main tasks include therefore the fabrication, characterization and numerical analysis of our solar cells. The fabrication step involves extensive works in the clean room for which I’ve been trained during the first year of my PhD. These works contributed to the development of state-of-the-art AlGaAsSb and GaSb solar cells. These results are already reported in two papers (one been currently revised). A deeper analysis of the above mentioned GaSb solar cell performance under concentrated light was of my big interest during the second year of my PhD. This is due to its very fast degradation occurring with the increasing light concentration, whose origin we could have not found with 1D numerical analysis. We developed therefore a temperature-dependent 3D in-house solver based on distributed circuit units, taking into account some spatial effects such as the lateral conduction and the impact of the metal contact grid. I’ll present the results of those 3D analysis during an international conference (EUPVSEC September 2019) and are the subject of an article, I’m currently working on as a first author. My future work will concern the modelling and fabrication, followed by a further characterization of entirely antimonide-based triple junction solar cell. The optimization work was conducted this year and led to the determination of physical laws for III-Sb compounds, which is the subject of another paper being presently in preparation. We hope also that the practical realization of those solar cells will provide us with satisfying results, which we aim to publish as well.

Mots clés : Multijunction solar cells, antimonide materials, high concentration photovoltaics.

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : MACSEE Directeur de thèse : Yvan Cuminal

Co-directeur ou encadrant : Frédéric Martinez, Stéphanie Parola Type de financement : MESR


CARACTÉRISATION THERMIQUE DE COUCHES MINCES PAR MÉTHODES ÉLECTROTHERMIQUES

Sébastien PEILLON

La thèse, cofinancée par la région et l'EPF - Ecole d'ingénieurs, accompagnée par l'IES, a pour objectif la réalisation d'un benchmark de méthodes électrothermiques pour la caractérisation thermique de couches minces. Elle est réalisée sous la direction de Yvan CUMINAL et Christophe RODIET. Deux méthodes visent à être comparées : la méthode opto-électrothermique (EPF) et la méthode 3-oméga (IES). La première repose sur une excitation thermique brève par laser couplée à une mesure électrique, tandis que la seconde utilise un chauffage par effet Joule et une mesure électriques par le biais d'un ruban. En amont de la thèse débutée en mi-Février 2019, un papier de congrès a été soumis sur les biais imputables à la chaîne de mesure de la méthode opto-électrothermique. Cet article, accepté et publié dans les actes avec DOI, a conduit à la présentation d'un poster lors du congrès. Ce sujet a également été valorisé par une acceptation aux conférences internationales PVSEC à Marseille (annulée pour cause de budget) et CONFERE en Irlande (déplacement non acté, pris en charge par l'EPF si validé). La suite de la thèse s'articulera autour des deux méthodes. Le développement de la méthode opto-électrothermique se poursuivra dans la lignée des travaux amorcés et valorisés, avec notamment le développement à l'EPF d'un banc de mesure. La méthode 3-oméga dispose d'ores et déjà d'un banc à l'IES monté lors d'une thèse dirigée par Philippe COMBETTE. Il s'agira alors de prendre en main cette expérimentation afin de caractériser thermiquement dans un premier temps des matériaux test, des matériaux en céramique (bulk puis couches minces), ainsi que des matériaux poreux - en lien avec le projet REDYNOV (les résultats obtenus pour ces matériaux poreux ne seront pas utilisés pour le benchmark). Ces parties expérimentales se coupleront à la réalisation et l'utilisation de modèles thermiques, ainsi qu'à l'application de méthodes inverses pour l'obtention des propriétés thermiques des matériaux.


INDOOR ENERGY MICRO-SOURCES FOR ENERGETICALLY AUTONOMOUS NOMADIC

DEVICES

Bastien POLITI

My work is in the field of research called "Energy Harvesting". Research theme that focuses on studying the means of energy recovery that surrounds devices with low energy consumption (about 100 µW) for their power supply. However, my case study presents additional constraints. The device I am aiming to make autonomous has a power consumption of more than 30 mW, consumption level much higher than that of the devices generally studied in this field. In addition, this device is mainly used in office environments, where the surrounding energy sources are poorly distributed, with the exception of light energy. During my second year I developed a model that estimates the recoverable energy as a function of the lighting environment. This model bases its estimations on the measurements of light spectra and the characteristics (electrical and optical) of commercial photovoltaic (PV) converters. By studying and processing light spectrum in order to establish the power theoretically generated by the chosen PV converter technology, it is possible to estimate the energy theoretically recoverable by it in this environment. In order to verify the accuracy of this estimate, I made a light harvesting prototype with PV converters, an electronic board that both optimizes the extraction of the generated energy and stores it in the battery of the device to be powered and, finally power measurement instruments. The measurements made it possible to compare the energy actually recovered to my estimations in the exact same environment. Results of this comparison shows that the model estimations are close to reality. The model will now allow me to establish by simple measurements of the light spectrum of an environment, whether or not it can allow to harvest enough energy for our device and with what kind of PV converter.

Mots clés : Energy harvesting, Autonomy, Light Energy, Photovoltaic Conversion, Light Specta Analysis

Année de thèse : 2A - T0 : 06/06/2019

Département IES : CCS - Groupe : M@CSEE Directeur de thèse : Alain FOUCARAN

Co-directeur ou encadrant : Nicolas CAMARA Type de financement : CIFRE N°2017/0331


ÉTIQUETTE RFID-CAPTEUR FAIBLE COUT. APPLICATIONS AU SMART PACKAGING

ALIMENTAIRE ET AU DIAGNOSTIC SANTE.

Benjamin SAGGIN Ma thèse s'appuie sur le projet ANR LabCom « Smart Passive RFID Lab » (SPIDLab), et plus particulièrement sur le projet européen H2020 GLOPACK dont l’un des objectifs est le suivi de la maturation des aliments à travers un emballage intelligent. L'objectif est l’étude et la réalisation de capteurs-RFID analogiques (pas de transmission numérique de la valeur mesurée) fonctionnant en bande UHF, idéalement sensible au mesurande cible uniquement. Un moyen de lecture RFID- capteur sera proposé avec le traitement des données capteurs pour en extraire une information fiable et robuste de la mesure en s’affranchissant des grandeurs d’influences, sources de nuisances. À ce jour, une conception d'étiquette a été proposée ; elle fait appel à une capacité interdigité enduite d’un biopolymère (le gluten de blé) et mise en parallèle de l'antenne pour créer un élément parasite ; la mesure se fait par détection de la puissance d'activation du circuit de communication. Les tests menés jusqu’ici nous ont permis d'ajuster l'épaisseur de gluten et ont confirmé que la conception actuelle remplissait ses objectifs. Une autre conception d'antenne sera proposée dans laquelle sera introduite un élément parasite de plus grande qualité afin d'obtenir une plus grande sensibilité. Une plateforme logicielle commune à tous les lecteurs RFID a été proposée. Par abstraction du matériel, cette librairie permet plus simplement d’exécuter des fonctions évoluées sur des lecteurs RFID différents. Plusieurs algorithmes sont ou seront testés pour accéder au mesurande cible en retirant, au maximum, les autres grandeurs d'influences. Ils permettent, par exemple de : mesurer le facteur de réflexion de l'antenne de l'étiquette ; estimer la distance de l'étiquette par mesure de phase et balayage en fréquence ; ... La combinaison des améliorations matérielles et des techniques de mesure permettra d'accéder à une fiabilité accrue pour les capteur-RFID analogiques.

Mots clés : RFID, Capteur, Instrumentation, Emballage intelligent

Année de thèse : 2A - T0 : 01/04/2018 Département IES : Capteur/Composant/Système - Groupe : M2A

Directeur de thèse : Brice SORLI Co-directeur ou encadrant : Arnaud VENA

Type de financement : ANR LabCom SPIDLab/H2020 GLOPACK


Département Photoniques et Ondes

CSI 2019


SOURCES TERAHERTZ PHOTOMELANGEES PAR ANTENNES PHOTOCONDUCTRICES

TERAHERTZ MULTIPOLAIRES

Alaeddine ABBES

Aujourd'hui, le gap THz a montré des applications potentielles dans les domaines de la spectroscopie THz, du contrôle non-destructif industriel, de la sécurité, des télécommunications, de l'astronomie et du spatial et plus récemment dans le domaine pharmaceutique et biomédical. Il existe plusieurs sources THz basées sur des méthodes électroniques (multiplicateurs) ou optiques (rectification optique). Ces sources sont souvent d'utilisation coûteuses ou difficiles de par leur encombrement. Dans le cadre de cette thèse, nous utilisons une approche photonique basée sur le battement optique d'une source VeCSEL bifréquence recemment développée au laboratoire, en excitant un matériau photoconducteur. Ce dernier, modulant la conductivité d'une antenne polarisée, rayonne dans le gap THz : ces sont des antennes photocondutrices. Cette méthode est basée sur le photomélange, elle exploite des technologies photoniques matures mais reste limitée en terme de puissance de sortie disponible. Au cours de cette thèse, des manipulations ont été effectuées afin de mieux maîtriser cette source photonique et de déterminer l'origine physique de la très grande différence de fréquence du battement optique du VeCSEL mais les résultats ne sont pour l'instant toujours pas satisfaisants. Nous avons ensuite caractérisé une antenne photoconductrice simple fabriquée au laboratoire et les premiers résultats montrent des défauts liés au contact métal/semiconducteur. Actuellement, nous simulons des nouvelles antennes photoconductrices THz multipolaire spécialement conçue pour récuperer toute la puissance THz disponible que la source photonique puisse offrir. En perspective, des nouvelles antennes photoconductrices THz multipolaires seront fabriquées et caractérisées.

Mots clés : VeCSEL bifréquence, photomélange, THz, antennes photoconductrices

Année de thèse : 2A - T0 : 02/10/2017

Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : TéHO Directeur de thèse : Stéphane Blin

Co-directeur ou encadrant : Luca Varani Type de financement : Contrat doctoral handicap


MIR INTERBAND CASCADE VCSELS

Daniel Andrés DÍAZ THOMAS

The mid infrared (MIR) spectral range is of particular interest for spectroscopic applications. Tunable diode laser absorption spectroscopy (TDLAS) can thus be used for highly selective and sensitive gas detection in this range. Vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) are particularly well suited to TDLAS due to their intrinsic characteristics such as low threshold current, single frequency emission with a circular low divergent output beam. However, there is no VCSEL emitting in the 3-5 µm range and oparating in continuous wave at room temperature. During my first year of PhD, I designed, processed and studied interband cascade lasers to get efficient active region emission at 3.3 µm. During the second year, I focused my work on the study of the electro-optical confinement and semiconductor distrubuted Bragg reflector (DBR). For the electro-optical confinement, it has been choosed to use the well established Al(Ga)As oxidation process despite the large lattice mismatch between III-Sb and III-As materials. First, I realized structures owing ohmic characteristic with low electrical resitivity through the GaAs/GaSb interface. Moreover, in spite of the high dislocation density related to the large lattice mismatch, it has been found a good crystalline quality and surface roughness of 0.5 nm. I also designed, fabricated and characterized AlAsSb/GaSb DBRs. Simulations of reflectivity as a function of pair numbers and optical losses led us to fabricate 24 pairs DBR with low n-type concentration to reach a Rmax of 99.96%. Reflectivity measurements carried out with a FTIR, showed a stop-band centered at 3.3 µm with reflectivity higher than 99.5%. During my third year of PhD, I will design, process and study VCSEL structures taking into account the optimizations determined on the interband active region, DBRs and metamorphic electro-optical confinement.

Mots clés : MIR, VCSEL, ICL, antimonide, nanotechnology, photonic.

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Photonique et ondes - Groupe : NanoMIR Directeur de thèse : Laurent CERUTTI

Co-directeur ou encadrant : Alxeï BARANOV Type de financement : xcrédits ANR


NOVEL THZ DETECTORS/EMITTERS BASED ON ULTRAFAST 2D SYSTEMS FOR IMAGING AND TELECOMMUNICATION APPLICATIONS

Sebastian GEBERT

The thesis is devoted to the design, fabrication and characterization of novel terahertz detectors/emitters based on 2D Dirac systems such as graphene and graphene-like materials, e.g. HgCdTe, HgTe/CdTe and InAs/GaSb. To achieve a deeper physical understanding of the THz detection/emission different optical and electrical measurements, including low temperatures and high magnetic fields, are necessary. Therefore, since November 2018 a new magneto-optical setup, dedicated to the characterization of the chosen structures, is currently developed. This setup allows the use of different THz sources producing monochromatic or broadband radiation in the pulsed and continuous wave regime. As part of the TeraApps project, it is also envisaged to attend a secondment at Julius-Maximilians-University Würzburg. Moreover, it is mandatory to attend regular training events, e.g. soft skills (23/01 - 24/01) and THz technology/applications (11/04-12/04), as well as participating in the 29th International Traveling Summer School (12/07-20/07). The targeted breakthrough of the thesis is to prove that the investigated samples can be used as detectors or as tuneable THz sources.

Mots clés : Terahertz, Detectors, 2D Dirac matter

Année de thèse : 2A - T0 : 15/11/2018

Département IES : Département Photoniques & Ondes - Groupe : TEHO Directeur de thèse : Luca Varani Co-directeur ou encadrant : Type de financement : European


SYSTEM-IN-PACKAGE (SIP) RADIATION QUALIFICATION REQUIREMENTS

Tomasz RAJKOWSKI

Project is conducted as cooperation of 3D-Plus company and University of Montpellier within H2020 Marie Curie program RADSAGA. It aims in developing radiation test methodology for 3D-Plus System-in-Package (SiP) components. Last year activities were focused mainly on performing system-level radiation tests of specific SiP module of 3D-Plus: Point-of-Load converter (PoL). Performed tests include Total Ionizing Dose (TID) and Single Event Effect (SEE) tests in “standard test facilities” (Co-60, heavy ions), as well as tests in not standard test facilities (mixed field, highly penetrating ultrahigh energy heavy ions). Conclusions made after those test campaigns refer to defining pass/fail conditions for component-level and system-level tests, penetration of the radiation in the systems and the possibility to induce errors in the system, applicability of novel test facilities (like CHARM mixed-field facility at CERN) and accelerated tests. In addition, analysis of the test data show interesting corelations between different test methodes and facilities (e.g. laser tests help in explaining results obtained during ultrahigh energy heavy ions tests) as well as anti- corelations of results obtained in different facilities (e.g. degradation due to cumulative effects in X-Ray facility and in ultrahigh energy heavy ions facility). Alternative approach for qualification of the system, based on modeling by Bayesian network is also under evaluation - first model of PoL is under preparation and its parameters will be corelated with results of the TID system-level tests. Next steps include further analysis of the test data, further system level tests in standard and non-standard facilities, analysis of already existing standards (like ESCC 22900 or ESCC 25100) and their applicability for system-level tests and qualification, as well as evaluation of influence of 3D module package on sensitivity of the system in this package.

Mots clés : radiation, system, qualification, testing, methodology

Année de thèse : 2A - T0 : 03/01/2018

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Frédéric Saigné

Co-directeur ou encadrant : Pierre Wang (3D Plus), Prof. Ari Virtanen (Univeristy of Jyväskylä), Prof. Alessandro Paccagnella (University of Padova)

Type de financement : European Commission - Marie Skłodowska-Curie grant (RADSAGA)


PLASMONIQUE ACTIVE POUR L'INFRAROUGE SUR SEMICONDUCTEUR

FORTEMENT DOPÉ

Clément MAËS

Le cadre de ma thèse est l'imagerie multispectrale infrarouge et la plasmonique. J’explore le potentiel des semiconducteurs fortement dopés pour remplacer les métaux afin de simplifier l’intégration d’un photodétecteur et de modifier la fréquence de résonance des plasmons. Des calculs électromagnétiques ont été effectué pour déterminer les structures géométriques et les propriétés optiques d'architectures « GMR » (Guided- Mode Resonance) usuellement constituées d'un guide d’onde en diélectrique, siège de la résonance et d'un réseau en diélectrique/métal pour le couplage de l'onde incidente/transmise et le mode guidé. J’utilise des semiconducteurs avec un guide d’onde en semiconducteur intrinsèque et un réseau en semiconducteur fortement dopé. Le dimensionnement du composant a été réalisé à l’ONERA, puis fabriqué dans la salle blanche de l’IES et caractérisé à l'ONERA. La réponse en transmission sous faisceau collimaté, les dépendances angulaire (j’ai développé un banc de caractérisation dédié) et en température ont été mesurées. En parallèle, j’étudie un empilement approprié permettant, par application d’une tension électrique, de déplacer les électrons libres issus du dopage à l’interface réseau-guide, ce qui modifierait alors localement l’indice de réfraction et donc directement les conditions de guidage de la lumière par variation de phase.

Mots clés : nanophotonique, infrarouge, semiconducteurs, électromagnétisme, plasmonique

Année de thèse : 2A - T0 : 02/10/2017

Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : Nanomir - Groupe : Nanomir Directeur de thèse : Thierry Taliercio (IES) - Riad Haïdar (ONERA)

Co-directeur ou encadrant : Grégory Vincent (ONERA) Type de financement : ONERA


DEVELOPMENT OF BIOSENSORS FOR TERAHERTZ SPECTROSCOPY OF PROTEINS

Yoann MERIGUET

Brownian diffusion of freely moving biomolecules is usually considered to drive the dynamics of the molecular machinery maintaining cellular functions and thus life. However, the high efficiency and rapidity of the encounters between cognate partners of biochemical reactions inside living cells calls for a more convincing explanation with respect to purely thermal-fluctuations-driven random walks. It has been surmised that a suitable interplay between Brownian diffusion and selective electrodynamic interactions acting at a long distance (>100Å) could accelerate the encounter times of interacting biomolecules in living matter. The switching on of collective oscillations out-of-thermal equilibrium of an entire molecule is essential to generate giant oscillating molecular dipole moments. Up to now, no experimental evidence indicates that these collective vibrations, that should lie in the terahertz-frequency (THz) range, are sufficiently intense to activate some interactions between biomolecules. However, since these collective molecular oscillations are accompanied by the creation of a large dipole moment entailing the activation of electrodynamic long-range interactions, THz spectroscopy should see a change in absorption coefficient, even in aqueous medium. Since THz extinction in water is huge, the emergence of this spectral feature must be associated with the activation of a giant dipole moment related to the activation of a coherent oscillation of the whole molecule. During the two first year of my thesis, I have observed these oscillations out of equilibrium and in a liquid medium, unlike recent studies which mainly use dry or low-hydrated proteins. I have also demonstrated, for different proteins, the first observation of an out-of-equilibrium collective oscillations in agreement with the theoretical model. For the third year of my thesis, I would like to demonstrate that this phenomenon is universal by using new proteins. I also would like to use new type of detectors to improve the detected signal.

Mots clés : Spectroscopy, Terahertz, Proteins, Biosensors

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Electronique - Groupe : Spectroscopie Terahertz Directeur de thèse : Jérémie Torres

Co-directeur ou encadrant : Dominique Coquillat Type de financement : 50% Région Occitanie, 25% IES, 25% L2C


TOWARD MID-IR OPTOELECTRONICS ON SILICON PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS

Laura MONGE BARTOLOME

Technology is moving towards faster, miniaturized and more efficient devices. Silicon photonics is a potential solution, however, its indirect bandgap does not allow efficient Si-based lasers. Therefore, integration of direct bandgap III-V materials on Si is widely studied. The ultimate goal of this work is to demonstrate the monolithic integration of GaSb-based lasers on PICs. One of the most important challenges regarding the monolithic integration is to allow the integration of different components on the same wafer. This year I have been working on preliminary steps toward this aim by developing high-quality laser facets without cleavage. The first investigations were made using wet etching of the facets with various etching solutions based on citric and tartaric acids. However, non-uniform etching of the different materials of the laser structure makes unfeasible to get smooth flanks. This approach has thus been discarded. Next, we have studied dry etching with an inductively coupled plasma based on a BCl3/Cl2/Ar gas mixture. Since this technique combines chemical and physical etching, a anisotropic profile is obtained. However, a high quality mask is needed to get vertical and smooth flanks. High quality mask is obtained by using vacuum contact photolithography and hard bake of the resist. We also fabricated cleaved facets laser diodes as reference. The devices have been characterized in the same conditions at RT and in CW regime. The turn-on voltage and serial resistance are similar for both, 0.7V and 2.5Ω respectively. On the other hand, the current threshold is in the same range (48mA), although slightly higher for the etched facet diodes. Using the differential quantum efficiency method, internal losses of 11.4 cm-1 are calculated for the cleaved facet laser and the etched facet reflectivity is then estimated to 0.24, to be compared to 0.30 for typical cleaved facets. Next step is to implement this process to laser diodes monolithically grown on Si substrates.

Mots clés : optoelectronics, Si photonics, integration, GaSb

Année de thèse : 2A - T0 : 01/04/2018

Département IES : Photonique - Ondes - Groupe : nanoMIR Directeur de thèse : Eric Tournié

Co-directeur ou encadrant : Michaël Bahriz Type de financement : Projet européen H2020


EPITAXIAL GROWTH OF GASB ON ON-AXIS SILICON USING A GAAS NUCLEATION LAYER

Marta RIO CALVO

The combination of the silicon (Si) technology with the optical and electrical advantages of the III-V semiconductors is under active consideration for developing novel optoelectronic devices. Particularly, the integration of antimonides on silicon has attracted great attention since they provide short-, mid- and long-wavelength infrared emission and high electron/hole mobility. Although numerous studies have been performed, the direct epitaxial growth of III-V materials on silicon remains a challenge due to the defect generation. In particular, the growth of polar semiconductors on non polar ones creates a defect called antiphase boundaries (APBs) which clearly degradate the devices performances. One common way to avoid the formation of APBs is to use tilted Si substrates. However, no intentional off-orientation is mandatory for compatibility with the well-established silicon industry. During my second year of PhD, I have continued to work on molecular beam epitaxy growth method and sample characterization by reflection high-energy electron diffraction, x-ray, atomic force microscopy and photoluminescence. I have also made a Transmision Electron Microscopy study at the Paul Drude Institute (Berlin) in order to obtain a more complete growth characterization. In particular, I have achived the growth of GaSb on on-axis Si substrates without emerging APBs using a GaAs nucleation layer. Additionaly, I have started the growth of GaSb lasers on Si (001) and I have also begun to study the epitaxial growth on Si patterns. The next objective will be to decrease the density of threading dislocations, to improve the device characteristics. To sum up, the purpose of this work is to open up the way to grow and characterize lasers of GaSb on on-axis Silicon, which will allow the development of a new optoelectronic technology.

Mots clés : epitaxy, silicon photonics, optoelectronics, integration, GaSb

Année de thèse : 2 year - T0 : 01/10/2017

Département IES : Photonique - Ondes - Groupe : nanoMIR Directeur de thèse : Eric Tournié

Co-directeur ou encadrant : Jean Baptiste Rodriguez Type de financement : Bourse ministérielle


CAPTEUR QEPAS POUR LA SURVEILLANCE DE LA QUALITE DE L’AIR

Roman ROUSSEAU

Cette thèse se porte sur le développement d’un capteur multi-gaz/multi-laser basé sur la spectroscopie photo-acoustique par lasers accordables et destiné à la mesure et au contrôle de la qualité de l’air ambiant. Bien que des capteurs soient déjà présents sur le marché, ils présentent de nombreuses limitations (faible compacité, mauvaise sélectivité, complexité…) Le capteur développé sera compact et permettra une détection multi-espèces, tout en conservant des performances équivalentes, voire meilleures, en termes de sensibilité et de sélectivité. Des capteurs de gaz hautes performances et bas-coûts peuvent être obtenus avec la spectroscopie photo-acoustique (QEPAS, Quartz Enhanced Photoacoustic Spectroscopy). Cette thèse implique la mise en œuvre de sources laser infra-rouges et d’une cellule de détection (spectrophone) QEPAS afin d’assurer une compacité optimale au niveau optique et électrique. Durant cette seconde année, le travail s’est porté sur l'optimisation du système de détection photoacoustique. En particulier, une méthode originale de caractérisation du résonateur acoustique a été proposée et mise en œuvre. Les résultats obtenus ont permis de raffiner les modèles théoriques existants avec l'ajout de facteurs correctifs. Ce travail a donné lieu à une publication. Le développement d'une électronique spécifique au capteur QEPAS, afin de rendre le capteur compact, est en cours avec la société Valotec. D'autres aspects de spectroscopie ont été également abordés, comme la description du signal photoacoustique théorique. Les premières modélisations ont donné des résultats intéressants. Les futurs travaux concernent la mise en œuvre du prototype compact avec son électronique et la mesure des performances en détection.

Mots clés : Capteur, Laser infra-rouge, Optique, Spectroscopie, Qualité de l'air

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Photonique et ondes - Groupe : NanoMIR Directeur de thèse : Aurore VICET

Co-directeur ou encadrant : / Type de financement : ANR


CONCEPTION D’UNE LAMPE À LEDS UV-C, DESTINÉE AUX NOUVEAUX TRAITEMENTS DES MALADIES FONGIQUES DES PLANTES.

Wail SABBANI

En France, le plan Ecophyto 2 est lancé par le gouvernement en 2015. L'objectif est la réduction de 50% des produits phytosanitaires d’ici à 2050. Une des actions phares de ce plan est le développement des alternatives à ces produits, comme le développement du biocontrôle sans l’utilisation de solvants chimiques qui nuisent à l’environnement. C’est dans ce cadre que la société Antofénol s’est placée et a développé son produit de traitement biologique : Antoferine. Ce produit de biocontrôle est caractérisé par un potentiel d’inhibition de la croissance contre les principales souches fongiques (comme Botrytis cinerea) qui affectent les fruits et légumes post-récolte. Aujourd'hui par un procédé innovant d’éco-extraction reposant sur l’utilisation simultanée du brassage de la matière végétale, les ultrasons, le vide et les micro-ondes, nous savons que les polyphénols sont les molécules responsables de ce potentiel d’inhibition. Il a été démontré que des rayonnements UV dirigés sur la surface foliaire des plantes stimulaient leurs défenses naturelles. Cette solution couplée à l’utilisation d’Antoferine rend les plantes capables de se défendre efficacement contre les principales pathologies qui les affectent. L’objectif de ce travail est la mise en oeuvre de lampes UV-C avec des rayonnements pulsés dans une perspective de la stimulation des défenses naturelles des plantes. De plus, en vue d’améliorer l’action d’Antoferine, une optimisation de la composition phénolique des extraits végétaux du biocontrôle est nécessaire afin de favoriser leur photo polymérisation par des lampes UV. L’étude thermodynamique de la polymérisation sera réalisée afin d’optimiser la concentration des polyphénols identifiés, dans l’objectif d’élargir le spectre d’action de l’Antoferine.

Mots clés : Stimulation défenses des plantes,Rayonnement UV-C,Lampe à LED,maladies fongiques

Année de thèse : 1A - T0 : 01/03/2019

Département IES : Photoniques & Ondes - Groupe : TéHO Directeur de thèse : Bernard ORSAL

Co-directeur ou encadrant : Luc BIDEL Type de financement : Convention UM-Antofenol


DEVELOPPEMENT TECHNOLOGIQUES DE COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES A BASE

D'ANTIMONIURE

Bouzid SIMOZRAG

L’objectif de cette thèse est d’acquérir de nouvelles compétences et une meilleure compréhension de la fabrication technologique de composants optoélectroniques à base d’antimoniure. On étudie ici des détecteurs matriciels et différents type de lasers. Pour les détecteurs matriciels, il y a deux points durs : la génération de pixels (pixellisation) par gravure chimique et la passivation de ceux-ci. Ces deux étapes sont intimement liées. En premier lieu, nous avons validé la gravure chimique permettant la génération de ces pixels. La mise à nu, lors de la pixellisation, d’une couche à forte fraction d’aluminium, très sensible à l’oxydation, rend très compliquée la 2nde étape, à savoir la passivation. Pour limiter ce phénomène, j’ai mis en place un protocole d’enchainement de ces deux étapes. En parallèle, j’ai mené une étude sur l’interaction entre cette couche à forte teneur aluminium et la solution de gravure chimique, pointant particulièrement la modification engendrée. Après analyse en microscopie électronique à transmission, une ségrégation d’antimoine a été mise en évidence. Ce résultat nous a permis de comprendre l’origine de fuites électriques latérales entre pixels. Toujours dans le but de maitriser l’évolution de cette couche à forte teneur en aluminium, nous avons proposé une nouvelle structure atomique pour celle-ci, la rendant potentiellement moins sensible au milieu environnant. Des tests d’oxydation humide contrôlée sont prévus. Ceci devrait nous permettre de nous affranchir des effets néfastes de l’oxydation puisque la couche n’aura jamais été en présence d’élément oxydant. Pour la fabrication de diodes lasers, émettant dans le moyen infrarouge, un objectif ambitieux sera de réaliser un laser dans un caisson en Silicium. La cavité laser étant entièrement définie par gravure sèche, la problématique de définition des facettes lasers s’en trouverait entièrement résolue.

Mots clés : Antimoinures, oxydation, passivation.

Année de thèse : 2A - T0 : Entrez la date format 22/11/2017

Département IES : I2S - Groupe : NanoMIR Directeur de thèse : Eric Tournié et Laurent Cerutti

Co-directeur ou encadrant : Michel Garcia Type de financement : Interne entreprise


NEW OPTO MECHANICAL RESONATOR FOR PHOTO-ACOUSTIC GAS DETECTION

Wioletta TRZPIL

The goal of this thesis is to create capacitive sensor for high selectivity, high sensitivity photo-acoustic gas detection in a very compact, robust and portable system. Photoacoustic spectroscopy (PAS) is potentially the best method to achieve all of above feature in gas detector. However, the main limitation is caused by mechanical transducers, which are not specificallly desiged for this application. That is why micro-electromechanical systems (MEMS) are gaining more and more interest. The work will focus on developing new resonators fabricated on silicon-on-insulator (SOI) wafer for use as a photoacoustic transducer in PAS. Silicon was chosen due to its high performance in terms of quality factor, residual stress and high ability for integration in the future. My work started with a new design of a resonator: the X-resonator, which was designed in the way to maximize the collection of energy from acoustic wave and enhance the quality factor. Unique fabrication process for X-resonater was developed. The design requires vertical walls and back etch, thus these were two main challenges during the fabrication. After succesfully fabricated resonator, its characterization by laser doppler vibrometer (LDV) technique was performed. Thanks to this measurement we were able to estimate the quality factor of the resonator. The most succesfull results were obtained with the sample XRE.F5 for which the quality factor equal to 800 was achieved (quality factor increased by factor 6 compared to previous design). Moreover, we got clear signal from photoacoustic gas detection, which was performed on the same sample (XRE.F5). By use of COMSOL program, theoretical confirmation of properties of the device were obtained. The results which we got using COMSOL are consistent with mesurement perforemed by LDV. Future plans include working on a new desing of MEMS, development of high signal/noise ratio read-out mechanism and development of low resistance contact on our device.

Mots clés : MEMS, microelectronisc, photoacoustic, gas detector, TDLS, microfabrication

Année de thèse : 1A - T0 : 15/10/2018

Département IES : Photonique - Ondes - Groupe : NanoMIR Directeur de thèse : Aurore Vicet

Co-directeur ou encadrant : Michael Bahriz Type de financement : DGA


LASER À SEMICONDUCTEUR III-V NON-CONVENTIONNELS : DU

VORTEX AUX SOLITIONS SPATIAUX

Nathan VIGNE

En se basant sur la technologie VeCSEL (Vertical external Cavity Surface Emitting Laser) en semi-conducteur III-V (GaAs), on cherche à développer, en collaboration avec le C2N, de nouvelles structures laser pouvant intégrer une méta-surface et capables de fonctionner sur n'importe quel champ optique transverse. Deux types d'états exotiques sont étudiés. La génération de solitons spatio-temporels dit "Light Bullet" dans le cadre de l'ANR BLASON, en partenariat avec l'INPHYNI, et les lasers Vortex. Les applications possibles varient des pinces optiques en biophotoniques, du THz, jusqu'au traitement de l'information. La première étape a été de développer un demi-VCSEL (miroir de Bragg, zone active à puits quantiques contraints). Ensuite une cavité "Sans Mode Transverse" en auto-imagerie possédant un continuum d'état pour la génération de solitons spatiaux à été assemblé. Le design, consistant de quatre lentilles intra-cavité, peut facilement être adapté pour permettre l'existence de soliton temporel. Une série d'étude a été faite pour analyser le comportement cette cavité laser et ses limitations en fonction des précisions d'alignements, des aberrations, des pertes et de l'ouverture numérique. Les résultats montrent bien des états transverses localisés et décorrélés, mais pas encore de solitons spatiaux. Pour mieux comprendre le comportement de ces états laser et aller vers des solitons spatiaux, il faut approfondir nos études sur les effets non-linéaires de self-focusing et de diffusions des porteurs. Ensuite, avec l'ajout d'un absorbant saturable et l'optimisation des structures, on pourra aller vers des solitons spatio-temporels. Enfin, les lasers Vortex, dont le concept développé à l'IES présente une émission bi-fréquence, peuvent se révéler intéressants pour la génération THz par photo-mélange. Une partie du travail consistera à étudier ce comportement pour une exploitation dans des sources THz.

Mots clés : Laser, VCSEL, Semiconducteur III-V, Métasurface, Vortex, THz, Solitons, Ligth Bullets.

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2018

Département IES : Photoniques & Ondes - Groupe : TéHO Directeur de thèse : Arnaud GARNACHE

Co-directeur ou encadrant : Mikhaël MYARA Type de financement : Contrat doctoral


Département Systèmes d’Énergie Fiabilité Radiations

CSI 2019


PREDICTIVE TOOLS AND "RADIATION HARDENING BY DESIGN" (RHBD) FOR SEU

AND SET IN DIGITAL CIRCUITS

Ygor QUADROS DE AGUIAR

Advances on transistor technology allowed the design of ever increasing complex integrated circuits in the past years. However, Single Event Effects (SEEs) is increasingly growing in importance in circuit design. Thus, the objective is to accurately model and simulate SEEs in progressively scaled CMOS technologies (< 65 nm) to predict the reliability of digital circuit designs in a particular radiation environment representative of a specific application. The main investigated effects will be Single Event Upset (SEU) in SRAM and Single Event Transient (SET) in typical CMOS combinational logic circuits. Further, a general methodology to harden a circuit by adjusting, for instance, its layout will be proposed. Accordingly, some insights in radiation hardening by design (RHBD) approaches have been studied and discussed. The usage of standard cells, gate sizing, transistor stacking and transistor folding is analyzed and results are presented.

Mots clés : Microelectronics, Monte-Carlo Simulation, Radiation Effects, Single-Event Effects

Année de thèse : 2A - T0 : 25/09/2017

Département IES : Systèmes d'Energie, Fiabilité et Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Frédéric Wrobel

Co-directeur ou encadrant : Jean-Luc Autran (Aix-Marseille University) Type de financement : RADSAGA H2020


DEVELOPPEMENT DE NOUVEAUX CAPTEURS INTEGRES A BASE DE MATERIAUX

LUMINESCENTS POUR LA DOSIMETRIE

Samir BOUISRI

Le but de ce projet est de synthétiser, en utilisant un procédé fiable et reproductible, un matériau luminescent dans le but de l'intégrer dans un process de microélectronique. Après avoir fait l'état de l'art des différents types de dosimètres existants, nous avons choisi de nous focaliser sur les technologies OSL (Optically Stimulated Luminescence) et RPL (Radio Photo Luminescence). Ces techniques consistent à exposer le matériau à un faisceau lumineux, après qu'il est été irradié, afin que celui-ci réémette de la lumière proportionnellement à la dose qu'il a reçue. Nous avons commencé par synthétiser des couches minces à base d'aérogel de silice dopé Terbium et NHSI et l'avons testé sous UVs et sous RXs. Celui-ci, comme attendu, émet de la lumière à la longueur d'onde caractéristique du Terbium lorsqu'il est soumis à une exposition aux rayons UVs, mais n'est pas luminescent lorsqu'on l'expose à des RXs. Nous avons, par la suite, réalisé des couches minces de Quartz, que l'on a fait croître sur un substrat de Silicium et que l'on a dopé avec de l'Al. Ces couches n'ont pas montré de luminescence. Puis nous avons synthétisé des cristaux de ZnO sur ces couches minces de Quartz, cette synthèse n'ayant jamais était réalisée auparavant. Nous avons pu observer la photoluminescence de ces couches ainsi que la variation de leur longueur d'onde d'émission en fonction des recuits que nous avons effectué. Nous avons réussi à expliquer ce phénomène en faisant de la spectroscopie Raman et nous avons prévu, en vue de la rédaction d'un article, d'observer ces couches au M.E.T. pour confirmer cette hypothèse. Nous sommes actuellement en train de voir si ces couches sont thermoluminescentes. Nous avons amélioré la sensibilité de notre chaîne de détection en utilisant un photomultiplicateur relié à une fibre optique.

Mots clés : #matériau #dosimétrie #luminescence

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : Radiac Directeur de thèse : Jérome Boch

Co-directeur ou encadrant : Cathy Guasch Type de financement : MESR


NEUTRON INDUCED SEE: EXPERIMENTAL AND SIMULATION STUDY OF IMPACT IN

HIGH-ENERGY ACCELERATOR ENVIRONMENT

Matteo CECCHETTO

The activities I performed during my PhD so far involve both simulations and experimental tests. The simulations were carried out through FLUKA and MC-Oracle. With FLUKA I calculated the attenuation that different layers of materials (polyethylene, epoxy, boron carbide) present when a monoenergetic neutron beam or spectrum is passing through them. Furthermore, the study was done for the spectrum of the americium-beryllium neutron source at CERN, proven to be a valid facility for screening of components, modelling in FLUKA typical electronic boards and scoring the flux attenuation. I’m currently using Mc-Oracle to calculate the energy deposition in typical sensitive volume sizes for SEU and SEL cross sections, and compare the results with those retrieved through FLUKA. From the experimental point of view, tests with SRAM memories measuring SEU, MBU, SEL were performed in the CERN mixed filed facility at CHARM, with soft and hard spectra, resembling the radiation environment in critical areas of the LHC. In addition, tests with neutrons were carried out at CERF, NTOF (CERN) and ChipIr in the UK, which provides a wide neutron spectrum. The experimental behaviour seen during the tests was benchmarked with the simulations, for example regarding SEL. In addition, I performed an analysis of the radiation environment in different alcoves of the LHC accelerator, where thousands of electronics components and systems are installed. The important outcome is that, the field in these locations is mainly composed by thermal and intermediate energy neutrons (0.2-20 MeV), where they play the major role in inducing SEE in electronics, compared to the high-energy neutrons. The future study will be to perform a FIB/SEM analysis in some SRAM memories, which are sensitive to thermal neutrons, in order to quantify and localize the presence of 10B, for building a model in FLUKA to better understand its impact to the SEU (and complemented with test at ILL).

Mots clés : Neutrons, thermal neutrons, SRAM, SEU, SEL, FLUKA simulations, Mc-Oracle, FIB/SEM, LHC

Année de thèse : 2A - T0 : 05/06/2019

Département IES : I2S - Groupe : UMR 5214 Directeur de thèse : Frédéric Wrobel

Co-directeur ou encadrant : - Type de financement : CERN


BRIDGING METHODOLOGY FROM COMPONENT TO SYSTEM-LEVEL FOR THE

ASSESSMENT OF COUPLED RADIATION AND DEGRADATION CONSTRAINTS IN DIGITAL

SYSTEMS

Israel DA COSTA LOPES

The objective of this PhD is to study the correlation between component-level and system-level assessments of the radiation constraint on an intermediate-level electronic board representative of avionic and space computing modules based on the latest generation of digital integrated circuits. Both long and short term constraints will be considered by associating accelerated ageing and radiation testing. The error margins associated to the system-level approach will be extrapolated both for atmospheric and space environments and the approach relevancy will be compared to the bottom-up reliability methodologies used so far at component level. During the second year, the case study baseboard design was finalized and its manufacturing was ordered. Thereafter, the development of space, ground and aviation firmware and software were initiated. A prototype of the aviation application was designed and tested with neutrons at the ChipIR facility in England. An improved version of the test-bench is being prepared to perform system and component level proton experiments at the KVI-CART facility in Netherlands in June 2019. Next steps include preparation of a laser testing campaign for correlation and analysis of the proton campaign results.

Mots clés : Electronic Systems Reliability - Radiation effects - Digital Systems

Année de thèse : 2A - T0 : 15/12/2019

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Vincent POUGET

Co-directeur ou encadrant : Ketil Røed (Oslo University) Type de financement : Marie-Sklodowska-Curie RADSAGA Project


ETUDE DES EFFETS DES RAYONNEMENTS SUR LES MATERIAUX ET SYSTEMES

ELECTRONIQUES

Jason DARDIE

L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier la conception de systèmes électroniques destinés à évoluer au milieu de deux contraintes fortes qui sont : la température et les radiations. Grace à l’étude bibliographique menée durant la première année de thèse, nous avons vu que l’étude de ces deux contraintes a déjà été réalisée dans une certaine gamme de température (25->125°C), notamment pour des applications spatiales. Dans ce travail, nous élargirons cette plage de température (77K->200°C) pour correspondre à des exigences industrielles, ce qui nous permettra de mieux comprendre l’effet des radiations en fonction des hautes et très basses températures. Afin de mener les études en température, un système de chauffe et un système de refroidissement ont été développés. Le système de refroidissement est un système cryogénique basé sur un doigt froid (cycle de Stirling) dans une enceinte à vide et permet d’atteindre des températures de 77K. Par ailleurs, au niveau de la conception et du durcissement aux radiations nous travaillerons avec une vision au niveau système et non au niveau composant comme c’est généralement le cas. Un système électronique « type » sera proposé conjointement avec la société TMI-Orion pour établir des spécifications de référence à ce travail. Une étude expérimentale (irradiation – temperature) sera menée sur ce système électronique et ses différentes déclinaisons. Enfin une étude sur Géant4, outils de simulation MonteCarlo permettant de simuler le passage des particules à travers la matière, sera effectuée afin d'étudier le blindage apporté par l'encapsulation du système.

Mots clés : Radiation effect, low temperature, reliability, system level

Année de thèse : 3A - T0 : 01/02/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Jérôme Boch

Co-directeur ou encadrant : Alain Michez Type de financement : CIFRE


PREDICTIVE TOOLS AND "RADIATION HARDENING BY DESIGN" (RHBD) - SEL AND TEMPERATURE

EFFECTS

Salvatore GUAGLIARDO Single Event Latchup (SEL) is an important reliability issue, notably for advanced bulk technologies. However, only a few works have been dedicated in recent literature to the accurate prediction of the SEL rate in a given environment. The goal of this PhD work is to precisely address this lack of predictive tool for SEL in progressively scaled CMOS bulk technologies (< 65nm). In this work, a full methodology will be developed, based on a multi-scale and multi-physics simulation chain, efficiently coupling the physical and electrical responses of the device subjected to irradiation. Two TCAD tool will be used for that. One is ECORCE, a 2D tool, which has been developed by Université de Montpellier. Then, Sentaurus by Synopsis, a 2D and 3D tool. The SEL modeling will take primarily into account the temperature, the most important physical parameter for SEL. The temperature dependence of all the mechanisms along the simulation chain will be rigorously evaluated (particle interaction, charge deposition, transport and collection). So far, 2D simulations have been performed on Sentaurus. Temperature effects but also doping profiles and anode to cathode spacing effects have been studied in order to understand the importance of these parameters on SEL sensitivity. A PNPN structure formed by a PMOS source and an NMOS source has been used in order to perform simulations with this tool. This is the basic structure that SEL requires in order to be investigated. The structure is based on a 65 nm CMOS inverter. A comparison between the effects on SEL sensitivity from these different parameters has been made. Cross sections for each parameter have been calculated using 2D TCAD simulations. This approach allows to perform fast simulations and to calculate an important value to estimate SEL sensitivity as the cross section. Next step will be to perform 3D simulations using a full CMOS inverter structure and to compare results with 2D simulations.

Mots clés : Single Event Latchup, Radiation, CMOS, Predictive Tool.

Année de thèse : 2A - T0 : 01/09/2017 Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe :

RADIAC Directeur de thèse : Frédéric Wrobel Co-directeur ou encadrant : Jean-Luc Autran, Paul Leroux

Type de financement : H2020 - Marie-Sklodowska-Curie grant agreement number 721624.


ÉVOLUTIONS DE LA MÉTHODE DE L’ONDE THERMIQUE POUR LA MESURE DE CHARGES ÉLECTRIQUES DANS DES COUCHES MINCES,

COMPOSANTS ET SYSTÈMESE

Sneha Satish HEGDE

L’objectif de cette thèse est de développer des nouvelles approches pour mesurer les charges électriques dans les couches et structures isolantes. On s’appuie sur le principe dit « de l’onde thermique », qui consiste à appliquer un stimulus thermique à l’objet d’étude et à enregistrer un signal capacitif, à partir duquel les charges contenues dans l’échantillon sont déterminées. Historiquement, l’excitation est produite par un échelon de température créé par un liquide caloporteur circulant dans un radiateur en contact avec l’objet d’étude. Afin d'élargir le domaine d’application de la méthode (structures minces, mesures sans contact, mesures sur câbles in-situ) et de déboucher sur de nouveaux outils, ce travail a pour but d'étudier et de mettre en œuvre des approches utilisant des stimuli sous forme d’impulsions de puissance produites par rayonnement et par effet Joule. Les cinq premiers mois de ce travail ont été consacrés à une étude bibliographique portant sur la transmission de la chaleur dans les solides et sur les techniques de mesure utilisant ces procédés (mesure de charges d'espace avec et sans contact, mesure des propriétés thermiques). Des simulations numériques ont également été menées, avec pour objectif de pré-déterminer les valeurs des granduers physiques et les configurations permettant de réaliser une mise en œuvre expérimentale basée sur un stimulus de type « flash » pour mesurer les charges d'espace dans des échantillons polymères isolants dont les épaisseurs sont de l'ordre de 100 µm. Les résultats de cette étude par simulation serviront de base pour le dimensionnement et le développement d'une plateforme de mesure, qui constituent la suite du travail.

Mots clés : Charge d'espace, diélectrique, isolant, méthode a stimulus thermique

Année de thèse : 1A - T0 : 01/01/2019

Département IES : Systèmes d'Énergie, Fiabilité, Radiationd - Groupe : GEM Directeur de thèse : Petru NOTINGHER

Co-directeur ou encadrant : Jean-Charles LAURENTIE Type de financement : 50 % FEDER + 50 % Région Occitanie


DEVELOPPEMENT D'UN CONVERTISSEUR HAUTE PERFORMANCE DC/DC A FORT

COURANT IMPULSIONNEL

Mourad JEBLI

Les matériaux diélectriques ont la capacité de stocker des charges d'espace en volume pouvant causer des dysfonctionnements de l'isolant. La Méthode de l'Onde Thermique (MOT) adoptée pour les mesurer est basée sur l'application d'un stimulus thermique par effet joule dans l'âme conductrice du câble à tester. Les courants MOT permettant de remonter à la distribution des charges d'espace ont été simulés, pour un champ électrique interne donné, sous COMSOL pour différentes combinaisons d'amplitude et durée du courant de chauffe, permettant d'obtenir un courant MOT mesurable. Nous avons choisi une topologie de convertisseur (Convertisseur Multicellulaire Série) dont le principe consite à mettre en parallèle plusieurs cellules de commutation d'un convertisseur buck. La commande entrelacée des semi-conducteurs permet d'augmenter la fréquence de découpage et de réduire l'ondulation du courant de sortie. La présence d'un coupleur magnétique induit une atténuation des ondulations des courants de phase et permet de réduire le volume du composant du filtrage. Le nombre de phases, le nombre de spires dans les enroulements et la fréquence de découpage ont été définis comme paramètres de conception dans un algorithme génétique d'optimisation (Volume/Pertes). La conception a été réalisée en 3D et le premier prototype est en cours d'assemblage.

Mots clés : Méthode de l'onde thermique, Convertisseur abaisseur multicellulaire, Coupleur magnétique

Année de thèse : 2A - T0 : 22/12/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiation - Groupe : GEM Directeur de thèse : Jérôme CASTELLON

Co-directeur ou encadrant : Thierry MARTIRE, Jean-Charles LAURENTIE Type de financement : Entreprise (SUPERGRID)


Methodology development using X-rays and pulsed laser for the evaluation of radiation

effects in advanced semiconductor components

Catherine NGOM

The aim of the thesis is to study the feasibility of two alternative methodologies for radiation testing, one based on pulsed laser, the other based on focused X-rays. The components of interest are Wide Band-Gap power devices, in particular component off the shelf (COTS) GaN HEMTs. The thesis is funded by IRT Saint Exupéry of Toulouse, supervised by the IES of Montpellier and realized in collaboration with the IRT FELINE project partners (CNES, Airbus, ...). During the first year, a review of the bibliography about GaN and SiC technologies, radiation effects on power devices in general, radiative environments and laser-material interaction mechanisms was performed. The laser based methodology was studied first, focusing on exploring the possibilities for backside laser testing of GaN on Si devices using multiphoton absorption mechanisms. Several modelling levels of the envisioned approaches have been implemented in C in order to estimate the laser-induced charge generation rate in the active layers of the considered structures. This modelling phase allowed identifying the possible set of optical parameters that could be used for the laser experiments. A first feasibility experiment is currently in preparation to validate our modelling and the proposed approaches for laser testing of Gan on Si devices. In this context, the samples preparation requirements have been defined and a test-bench has been designed and is currently under assembly. The production of an article is envisaged after the first laser tests. One of the next steps will be to study the methodology based on X-rays.

Mots clés : Wide Band-Gap, power devices, GaN HEMT, pulsed laser, focused X-ray

Année de thèse :1A - T0 : 15/10/2018 Département IES : Systèmes Énergie Fiabilité Radiation - Groupe : RADIAC

Directeur de thèse : Antoine Touboul Co-directeur ou encadrant : Vincent POUGET

Type de financement : CCD 36 mois


MODÉLISATION ET SIMULATION DU PHÉNOMÈNE DE BITS COLLÉS

TRAN HOANG NGUYEN During the first year, As the first year of PhD, most of the time is used to study bibliography for understanding the topic. In general, bibliography study contains: types and structure of memory cells, working mechanism and working environment in space of memory cells, types of effect that influence the memory cells. Moreover, the studies with TCAD simulation has been carried on to study the effect of cluster of defects on 1D simulation. The result showed that the appearance of cluster of damage induce abnormally leakage current in the storage node of the memory’s cell. Along with bibliography and simulation studies, I also had 2 months stay in TRAD to study the technological aspect of the subject. After this period, a huge amount of data has been collected for further analysis of the previous test campaign and prepare for the next one. The Proton irradiation experiment campaign took place in UCL Belgium in February 2019. Data has been collected and analyzed. The result for first year has been the accepted paper for ESREF2018 in Denmark for the simulation work on 1D model of the phenomenon. This work proves that the existence of cluster of damage in depletion region of storage node in memory cell and induce a huge abnormally leakage current that cause stuck bit, the changing between different stages of the cluster can induce the intermittent behavior. In the starting of the second year, multiple experimental has been conducted and data has been analyzed to understand the phenomenon. The main error occurred has been proved to be the artifact come from the test bench. The additional Heavy Ion irradiation experiment show the sign of Single Event Functional Interrupt (SEFI) that affected the refresh mechanism of the memory device. New hypothesis about Variable Retention Time also been studied in order to fully explain the phenomenon. A long side with the retention time degradation, group of error has been detected. In the next steps, data from DDR3 heavy ion irradiation will be further analysis and new SDRAM devices will be select for next irradiation campaign.

Mots clés : Stuck bits, Intermittent Stuck Bits, DRAM, TCAD simulation

Année de thèse : 2A - T0 : 05/06/2019 Département IES : Systèmes Énergie Fiabilité Radiation - Groupe : RADIAC

Directeur de thèse : Frédéric Wrobel Co-directeur ou encadrant : Alain Michez

Type de financement : CNES-TRAD


COUPLED AGING & RADIATION EFFECTS ON EMERGING POWER DEVICES

Kimmo NISKANEN

Wide bandgap (WBG) materials such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) are promising candidates for use in power switching devices for space or avionic applications. Compared to silicon, they have higher critical electric field, higher carrier mobility and higher melting point allowing higher blocking voltage, higher switching frequency and higher temperature operation. The PhD work will investigate both the sensitivity to radiation of commercial off-the-shelf (COTS) WBG power technologies and the impact of radiation-induced degradation on the time-to-end of functionality of the global system such as DC-DC-converter. Aim of this work is to determine if next generation power devices can meet the space and aviation applications’ requirements in terms of radiation response and of coupled effects of aging and irradiation on long term reliability as well as effect of aging on radiation sensitivity. Latest results obtained during this PhD year have been accepted for presentation at the two major conferences in the field of radiation effects on component and systems (NSREC 2019 and RADECS 2019).

Mots clés : Power electronics reliability, radiation, wide bandgap

Année de thèse : 2A - T0 : 23/10/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC Directeur de thèse : Antoine Touboul

Co-directeur ou encadrant : Rosine Coq Germanicus Type de financement : H2020 RADSAGA ESR7


EVALUATION DU CHAMP ELECTRIQUE DANS DES COUCHES ISOLANTES MINCES A L'AIDE D'UNE TECHNIQUE A STIMULUS THERMIQUE

Abdellah OUKMS

Le Groupe « Energie et Matériaux » de l'IES est à l'origine d'une méthode basée sur l'application d'un faible échelon de température, permettant de déterminer la répartition des charges et des champs électriques dans les matériaux et structures isolantes. Ce stimulus est particulièrement adapté à des épaisseurs allant de plusieurs centaines de microns à plusieurs dizaines de millimètres. Afin d'approfondir l'étude de l'accumulation des charges d'espace près des interfaces isolant/conducteur ou isolant/semiconducteur, cette thèse vise, d'une part, l'amélioration de la connaissance de la température à la surface de l'échantillon en contact avec la source de température, et d'autre part l'optimisation du transfert thermique de la source vers l'échantillon. Après une étude bibliographique portant sur les méthodes de mesure et les capteurs de température, nous nous sommes intéressés à la réalisation et à la caractérisation d'un capteur thermique (bolomètre) à surface étendue, à haute dynamique, isolé électriquement et d'un faible rapport signal/bruit. D'autre part, pour permettre d'analyser l'influence, sur les signaux de mesure, de la répartition des charges dans l'isolant et des interfaces thermiques entre la source de température et l'échantilllon, un outil de simulation et d'analyse numérique a été developpé. La suite du travail comportera des études expérimentales à réaliser sur un dispositif en cours de développement, qui seront couplées à des simulations et à des modélisations de phénomènes électrostatiques et thermiques afin d'optimiser l'outil et d'augmenter sa précision.

Mots clés : instrumentation, thermique, capteur, isolant, charge électrique, diélectrique

Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2018

Département IES : Systèmes Énergie Fiabilité Radiation - Groupe : GEM Directeur de thèse : Petru NOTINGHER

Co-directeur ou encadrant : Serge AGNEL Type de financement : Contrat doctoral financé par l'Universite de Montpellier


Modélisation des effets de dose cumulée (tid) sur les technologies udsm sur soi

Flavien PEREZ

En premier lieu, la thèse avait pour objectif d’étudier les effets de dose ionisante sur les technologies FDSOI 22 nm à l’aide de simulation TCAD mais aussi grâce à des campagnes d’irradiation sur des composants de test. Après quelques mois de thèse, il est apparu qu’il ne serait pas possible d’avoir des composants pour la partie expérimentale, ni les données technologiques pour mener les études sur des cas réels en TCAD. La thèse a donc été réorientée sur des structures technologiques académiques et généralisée aux technologies FDSOI mais aussi PDSOI. Pour étudier les effets de dose nous utilisons deux approches. La première consiste à modéliser le composant par simulation TCAD à l’aide de l’outil ECORCE qui est le seul outil de simulation permettant de modéliser l’ensemble des processus physique à l’origine des effets de dose. La deuxième consiste à mener des campagnes d’irradiations et analyser les résultats. Les premiers travaux menés ont consisté à répondre à la problématique initiale en réalisant une structure FDSOI 22nm TCAD. J’ai ainsi montré la capacité d’ECORCE à simuler le comportement d’une technologie aussi avancée. Mais ceci a été réalisée sur une structure académique pour lesquels les paramètres ont été extraits de la littérature. N’ayant pas eu les données du fondeur, je n’ai pu aller plus loin. Dans une seconde partie j’ai mené des campagnes d’irradiation sur des composants Microchip PDSOI 150 nm. L’objectif est de caractériser le système de piégeage des oxydes pour ensuite alimenter le modèle ECORCE et se servir de ces résultats pour estimer la sensibilité des composants à la dose. Ces travaux sont en cours d’exploitation. Microchip m’a également fourni sur ce même nœud technologique des données expérimentales issues de leur propre campagne de test. J’ai pu analyser et expliquer les résultats obtenus d’un point de vue théorique et par simulation ce qui m’a permis de proposer un article dans la conférence RADECS 2019.

Mots clés : TCAD FDSOI PDSOI TID

Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017


Co-directeur ou encadrant : Alain Michez Type de financement : Allocation recherche


ETUDE D’UNE MACHINE HAUTE FREQUENCE ET HAUTES PERFORMANCES POUR UNE

APPLICATION AERONAUTIQUE

Lorenzo PISCINI

Un des principaux axes de recherche de l'industrie aéronautique est la propulsion hybride. Le programme qui vise à réduire drastiquement les émissions produites par un avion de nos jours, porte à identifier les concepts de systèmes aéronautiques de propulsion hybride susceptibles d'être disponibles dans les années 2030-2035 [Nasa]. En raison de cette électrification croissante de l'industrie du transport, on exige une augmentation progressive de la compacité massique et volumique des convertisseurs électromécaniques. SAFRAN TECH entité du groupe Safran qui a pour but de mener des projets de recherche dit ‘à bas’ TRL 1-4 (Technical Readiness Level), ou R&T, d’intérêt pour les sociétés du groupe SAFRAN, se fait porteur d'innovation et finance différents travaux de recherche dont ce travail de thèse fait partie. Dans cette optique, les dernières contributions apportées par la collaboration entre les sociétés du groupe Safran et le laboratoire IES ont montré des résultats très encourageant dans l'augmentation de la compacité, tout en maitrisant les pertes additionnelles. Cette étude, pluridisciplinaire, à permit à son tour à contribuer à la minimisation des volumes/masses des circuits magnétiques constituant la machine électrique tout en maitrisant les pertes associées afin de repondre à une application aéronautique spécifiée par l'entreprise. A la suite, des tests sur banc d'essais viendront valider le dimensionnement.

Mots clés : haute fréquence, haute temperature, haut rendement, haute puissance massique

Année de thèse : 4A - T0 : 15/02/2017

Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations IES - Groupe : GEM Directeur de thèse : Daniel MATT

Co-directeur ou encadrant : Anthony GIMENO Type de financement : CIFRE


SYSTEM-IN-PACKAGE (SIP) RADIATION QUALIFICATION REQUIREMENTS

Tomasz RAJKOWSKI

Project is conducted as cooperation of 3D-Plus company and University of Montpellier within H2020 Marie Curie program RADSAGA. It aims in developing radiation test methodology for 3D-Plus System-in-Package (SiP) components. Last year activities were focused mainly on performing system-level radiation tests of specific SiP module of 3D-Plus: Point-of-Load converter (PoL). Performed tests include Total Ionizing Dose (TID) and Single Event Effect (SEE) tests in “standard test facilities” (Co-60, heavy ions), as well as tests in not standard test facilities (mixed field, highly penetrating ultrahigh energy heavy ions). Conclusions made after those test campaigns refer to defining pass/fail conditions for component-level and system-level tests, penetration of the radiation in the systems and the possibility to induce errors in the system, applicability of novel test facilities (like CHARM mixed-field facility at CERN) and accelerated tests. In addition, analysis of the test data show interesting corelations between different test methodes and facilities (e.g. laser tests help in explaining results obtained during ultrahigh energy heavy ions tests) as well as anti- corelations of results obtained in different facilities (e.g. degradation due to cumulative effects in X-Ray facility and in ultrahigh energy heavy ions facility). Alternative approach for qualification of the system, based on modeling by Bayesian network is also under evaluation - first model of PoL is under preparation and its parameters will be corelated with results of the TID system-level tests. Next steps include further analysis of the test data, further system level tests in standard and non-standard facilities, analysis of already existing standards (like ESCC 22900 or ESCC 25100) and their applicability for system-level tests and qualification, as well as evaluation of influence of 3D module package on sensitivity of the system in this package.

Mots clés : radiation, system, qualification, testing, methodology

Année de thèse : 2A - T0 : 03/01/2018


Co-directeur ou encadrant : Pierre Wang (3D Plus), Prof. Ari Virtanen (Univeristy of Jyväskylä), Prof. Alessandro Paccagnella (University of Padova)

Type de financement : European Commission - Marie Skłodowska-Curie grant (RADSAGA)

CSICSICSI - Université de Montpellier

Documents

Transcript of CSICSICSI - Université de Montpellier