CDD Doctorant H/F CNRS

Détail du poste

Corrélation multi-échelle des propriétés structurelles et ferroélectriques des alliages ScAlN par des techniques avancées de STEM et de rayons X sous stimuli électriques
Le développement de nouveaux matériaux et le contrôle de leurs propriétés sont des piliers fondamentaux de la recherche technologique. En électronique - un domaine d'expertise du CRHEA - de nouveaux semi-conducteurs à base de nitrure, tels que le ScAlN, apparaissent comme des candidats pour les dispositifs de la prochaine génération (filtres RF, mémoires non volatiles) en raison de leur propriété ferroélectrique. Cette propriété est liée à la structure cristalline non centrosymétrique du matériau, dans laquelle la polarité est déterminée par la direction de la liaison atomique cation-anion et peut être modifiée par l'application d'un champ électrique externe, ce qui permet de stocker, d'effacer et de reprogrammer des informations de manière non volatile à l'échelle du nanomètre. Le contrôle de la polarité nécessite la caractérisation de la position précise des colonnes atomiques anioniques et cationiques. Pour soutenir le développement de ces nouveaux matériaux, des techniques de caractérisation polyvalentes sont essentielles pour déterminer leurs propriétés structurelles et les corréler avec leur comportement électrique. La technique de caractérisation par microscopie électronique à transmission à balayage (STEM), en particulier par la technique du contraste de phase différentiel intégré (iDPC), offre cette capacité et permet d'analyser les matériaux à différentes échelles, de l'échelle micrométrique à l'échelle nanométrique. En outre, lorsqu'elle est couplée à des stimuli électriques externes, il est possible de déterminer en temps réel les changements dynamiques de la microstructure avec une résolution atomique. En outre, des études in situ par diffraction des rayons X au synchrotron sous des impulsions de champ électrique permettent d'étudier i) la réponse piézoélectrique et ferroélectrique des films minces et ii) le temps caractéristique de la commutation des domaines ferroélectriques. Les résultats attendus donneront un aperçu des contraintes internes des couches induites par la transition des domaines ferroélectriques pendant la polarisation.
Le sujet proposé s'inscrit dans le cadre du projet collaboratif BE-SAFE, financé par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR). Ce projet vise à optimiser la composition et les méthodes de croissance des alliages à base de ScAlN, tout en assurant leur intégration sur une plateforme électronique à base de nitrures III. L'un des objectifs clés est de développer des matériaux ferroélectriques stables à des épaisseurs nanométriques, compatibles avec les contraintes d'intégration pour des dispositifs de nouvelle génération.

Contexte de travail
Les travaux de recherche abordés dans le projet seront organisés en trois parties distinctes qui contribueront clairement à une exploration fructueuse de nouveaux domaines d'application dans les matériaux :
1) L'étude de films d'ScAlN avec différentes compositions et épaisseurs de Sc en utilisant des techniques classiques de microcopie électronique en transmission ;
2) Une approche de in situ MET sous stimuli electrique, la partie principale de la thèse, pour étudier en temps réel les phénomènes d'inversion de polarisation se produisant dans les matériaux ferroélectriques ScAlN. Cette caractéristique est directement liée à la réorganisation structurale de la position des atomes constitutifs, et son observation nécessite l'utilisation d'outils spécifiques tels que la technique d'imagerie STEM-iDPC ;
3) Des études in situ par diffraction des rayons X réalisées sous rayonnement synchrotron pendant l'application d'impulsions électriques. Ces expériences difficiles ont déjà été réalisées par le groupe Mécanique des Nano-Objets (MNO) du laboratoire IM2NP de Marseille sur d'autres matériaux ferroélectriques.
Toutes les expériences par MET seront effectuées à l'aide du microscope électronique à transmission à haute résolution Thermo Fischer Spectra 200, disponible au CRHEA. Cela permettra d'observer les changements microstructuraux des matériaux jusqu'à l'échelle atomique. En outre, nous nous attendons à ce que des défauts tels que les dislocations et d'autres caractéristiques microstructurales puissent jouer un rôle crucial dans le comportement de la polarisation, tous ces éléments pouvant être sondés avec une résolution atomique. Pour toutes les analyses, un protocole de préparation des échantillons par faisceau d'ions focalisés (FIB) sera utilisé.

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.
Contraintes et risques
Le/La candidat (e) doit être titulaire d'un M2 ou d'un diplôme d'ingénieur avec une solide formation en physique et, idéalement, en semi-conducteurs. Des connaissances en science des matériaux seraient très appréciées. Il n'est pas nécessaire que le/la candidat (e) soit déjà familiarisé(e) avec tous ces sujets et techniques, il/elle doit être motivé (e) et intéressé (e) par l'approfondissement de tous ces aspects. Le doctorant doit avoir un bon sens de l'organisation et un esprit d'équipe. Une expérience des langages de programmation serait un avantage.
La nature collaborative du projet (impliquant le CRHEA et l'IM2NP) exige que le/la candidat (e) soit disponible pour se déplacer pour des travaux expérimentaux effectués à l'IM2NP à Marseille et au synchrotron (soit à Grenoble, soit en région parisienne, mais aussi à l'étranger).