Doctorat: Etude de composants électroniques en diamant obtenus par technologie Smart CutTM et transfert (H/F)

Description du sujet de thèse

Grâce à ses propriétés intrinsèques ultimes, le diamant est le matériau semi-conducteur qui présente les meilleures perspectives pour les dispositifs électroniques de puissance. Il présente un potentiel inexploité pour une gamme de tension plus élevée, de faibles pertes et une augmentation de fréquence des composants actifs pour la conversion de l’énergie électrique. De nombreuses perspectives s’ouvrent à une énergie plus propre et plus efficace grâce aux nouveaux composants en technologie diamants. Dans le cadre du projet financé par l’agence national pour la recherche (ANR Trans Diam), coordonné par le CEA Leti avec l’Institut Néel (CNRS et Université de Grenoble Alpes) en tant que partenaire, le laboratoire ouvre un poste de doctorat dans le domaine des dispositifs en diamants.
Le projet s’appuie sur de récents résultats, notamment de l’Institut Néel, qui ont démontré que les potentialités du diamant sont une réalité scientifique et technique, cependant le diamant n’est toujours pas une réalité industrielle dans le domaine de l’électronique. Plusieurs raisons peuvent expliquer cela, notamment :
– La difficulté à synthétiser le diamant monocristallin de qualité électronique en grande dimension. En 2020, le diamant n’existe qu’en substrat carré de 1 cm² tout au plus.
– Le coût des substrats de diamant monocristallin. Un échantillon de diamant monocristallin synthétisé de 4×4 mm² coûte environ 400 $.
– La disponibilité de films minces de diamant homo-épitaxiés de haute qualité et ultrapurs pour la fabrication des dispositifs de puissance en diamant.
L’objectif final de ce projet est de faire du diamant une réalité industrielle dans le domaine de l’électronique. Le travail du doctorant sera de participer activement à ce travail collaboratif (CEA expert en transfert et collage de couches fines, Néel expert en composants de puissance sur diamant et DiamFab en tant qu’industriel expert en croissance par homo-épitaxie du diamant).
En interaction avec les partenaires, le doctorant aura principalement la charge de la conception et de la réalisation en salle blanche des composants électroniques sur les nouveaux substrats en diamant imaginés dans le projet. Ensuite, il devra mener les campagnes de mesures permettant de caractériser le composant ainsi que le matériau. Le but étant d’extraire des données permettant de faire des relations pertinentes entre les caractéristiques électriques et physique du matériau afin d’aider à son amélioration ; avec l’objectif de démontrer la faisabilité de l’approche défendue dans le projet.
Les principales actions que devra mener le doctorant pendant la thèse sont :
• Travail en salle blanche avec les principales techniques telles que le lithographie, la gravure, le dépôt de métaux et les processus de nettoyage chimique, pour la réalisation des diodes Schottky
• Caractérisation physique des couches et empilement (SEM, TEM, AFM, ellipsométrie, profilomètrie optique, EBIC, cathodoluminescence)
• Caractérisation électrique (courant, capacité-tension)
• Interprétation et compte rendu des résultat

Contexte de travail

Le travail sera réalisé en majeure partie au sein de l’Institut Néel et dans l’équipe Semi-conducteur à grand gap qui possède plusieurs techniques de caractérisations électriques. Les moyens génériques du laboratoire seront disponibles pour le doctorant afin de mener ses actions de recherche. En particulier, les moyens communs de salle blanche et de caractérisation EBIC/cathodoluminescence. Il sera aussi localement en forte interaction avec l’entreprise DiamFab qui est une jeune startup issue des travaux de recherche de l’équipe.
Compétences attendues:
• Motivation intrinsèque pour la recherche et l’expérimentation
• Expertise prouvée sur les semi-conducteurs
• Très bonne connaissance de la physique des semi-conducteurs requise.
• La connaissance de la physique de l’état solide, de la chimie des surfaces et des matériaux est importante.
• La maîtrise de l’anglais est requise et nous recherchons des profils confortables dans un travail collaboratif dans un environnement multidisciplinaire.