Thèse Couches Minces Métalliques et Ferroélectriques à Base de Batio3 pour Dispositifs à Effet de Champ Non Volatiles H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Thomas MAROUTIAN ORCID 000000015535391X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-05T23:59:59 Les matériaux ferroélectriques sont des matériaux polaires dont la polarisation commutable permet de stocker des informations de manière non volatile. Parmi eux, le BaTiO3 (BTO) se distingue par sa commutation à basse tension et sa grande endurance sous forme de couches minces. De manière remarquable, le BTO peut également devenir conducteur lorsqu'il est dopé avec des électrons, conduisant à une coexistence rare entre ferroélectricité et métallicité.
Cette combinaison inhabituelle soulève des questions clés : comment les distorsions structurales, la densité de porteurs de charge et l'écrantage électrostatique interagissent-ils à l'échelle nanoscopique ? Comment cet équilibre évolue-t-il en fonction de l'épaisseur du film, du niveau de dopage ou de la contrainte épitaxiale ? Au-delà de l'intérêt fondamental, la création d'un canal conducteur 2D - qu'il s'agisse d'un gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG) ou d'un métal polaire faiblement dopé - au sein d'une même matrice ferroélectrique offre une nouvelle voie pour atténuer les défauts d'interface qui limitent les performances des transistors à effet de champ ferroélectriques (FeFET).
Le projet de thèse vise à explorer ces questions en exploitant le contrôle à l'échelle atomique de la qualité cristalline, de la stoechiométrie et du dopage offert par l'épitaxie par jets moléculaires d'oxydes, afin de faire croître des couches minces de BaTiO3 dotées de canaux conducteurs sur mesure. La thèse s'inscrit dans un projet de recherche entre les équipes travaillant sur les oxydes fonctionnels du Laboratoire Albert Fert (LAF) et du Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N). Le cadre général est le développement d'éléments logiques à ultra-basse consommation d'énergie combinant les fonctions de calcul et de mémoire non volatile. (i) Elaborer des couches minces de BaTiO3 et étudier le couplage entre ferroélectricité et conduction induite par lacunes d'oxygène ou dopage au Lanthane, (ii) réaliser des couches ultraminces conductrices dans le BaTiO3, et les utiliser comme canal dans des dispositifs de type transistor à effet de champ.