Thèse Ingénierie de la Croissance des Nanostructures de VO pour la Nanoélectronique Neuromorphique H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Limoges École doctorale : Sciences et Ingénierie Laboratoire de recherche : XLIM Direction de la thèse : JEAN-CHRISTOPHE ORLIANGES ORCID 0000000181706141 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-08T23:59:59 Ce sujet de thèse est proposé à l'Université de Limoges, au sein de l'institut XLIM (CNRS UMR 7251) et de l'Institut de Recherche sur les Céramiques (IRCER, CNRS UMR 7315). Il s'inscrit dans le cadre d'une collaboration de long terme entre ces deux laboratoires. L'IRCER dispose d'un savoir-faire reconnu en cristallographie, en analyse structurale par diffraction des rayons X, ainsi qu'en développement d'outils avancés de traitement de données. XLIM apportera son expertise en synthèse de matériaux fonctionnels et en microfabrication de dispositifs, notamment en environnement de salle blanche, permettant une intégration complète depuis l'élaboration jusqu'à la caractérisation électrique des structures.

* Contexte et enjeux
Le dioxyde de vanadium (VO) constitue un matériau de premier plan pour les applications en électronique neuromorphique, en raison de sa transition métal-isolant (MIT) réversible et abrupte. Néanmoins, son intégration dans des dispositifs fiables et reproductibles reste limitée par une forte variabilité de ses propriétés physiques, directement liée à sa microstructure.
Dans ce contexte, ce projet de thèse vise à lever ces verrous en adoptant une approche de science des matériaux fondamentale. Il repose sur une comparaison systématique entre deux morphologies contrastées : les couches minces continues, généralement polycristallines et/ou contraintes, et les nanofils monocristallins, susceptibles de présenter des propriétés intrinsèques mieux maîtrisées.

* Objectifs scientifiques et méthodologie
L'originalité du projet repose sur une approche comparative menée en parallèle, visant à établir des corrélations fines entre mécanismes de croissance, états de contrainte et propriétés de transport électronique.
Les couches minces seront élaborées par pulvérisation cathodique magnétron, tandis que les nanofils seront synthétisés par croissance de type VLS (Vapor-Liquid-Solid), l'ensemble des procédés étant mis en oeuvre en environnement de salle blanche.
Le coeur du projet porte sur la maîtrise de l'épitaxie et du contrôle morphologique. Des stratégies originales seront développées pour piloter l'alignement, la densité et l'organisation spatiale des nanofils, notamment via l'utilisation de substrats monocristallins, de surfaces vicinales (substrats légèrement désorientés générant des marches atomiques) et de surfaces structurées par gravure. L'enjeu est d'exploiter la topographie de surface, en particulier les marches atomiques, comme levier pour guider et contraindre l'alignement spatial des nanofils.
Une étude systématique permettra de comparer les propriétés des films minces et des nanofils, en mettant particulièrement l'accent sur l'impact de la cristallinité et des contraintes sur des paramètres clés tels que la largeur d'hystérésis de la transition, la tension de seuil et la robustesse en cyclage (fatigue des dispositifs).

* Profil recherché
Étudiant(e) disposant de solides bases en science des matériaux et en cristallographie. Un intérêt marqué pour le travail expérimental est indispensable, notamment en croissance sous vide, diffraction des rayons X et microscopie électronique.

* Salaire et durée du contrat
Le contrat doctoral est prévu pour une durée de trois ans à compter du 1er octobre 2026. Le salaire brut mensuel est d'environ 2300 €. Le dioxyde de vanadium (VO) suscite un intérêt croissant pour les applications en électronique neuromorphique en raison de sa transition métal-isolant réversible et abrupte, exploitable pour la réalisation de composants inspirés du fonctionnement neuronal. Toutefois, les performances et la stabilité des dispositifs restent fortement dépendantes de la microstructure du matériau, des contraintes cristallines et des défauts générés lors de la croissance. Dans ce contexte, le développement de nanostructures monocristallines contrôlées apparaît comme une voie prometteuse pour accéder à des propriétés intrinsèques mieux maîtrisées. L'objectif principal de cette thèse est de développer des stratégies de croissance contrôlée de nanostructures de VO destinées à des applications en électronique neuromorphique. Le travail visera notamment à comparer les propriétés structurales et électroniques de couches minces et de nanofils monocristallins afin d'identifier les paramètres microstructuraux influençant la transition métal - isolant. Une attention particulière sera portée au contrôle de l'épitaxie, des contraintes et de l'alignement spatial des nanofils, dans le but d'améliorer la reproductibilité et la robustesse des dispositifs. Les couches minces d'oxyde de vanadium seront élaborées par pulvérisation cathodique magnétron, tandis que les nanofils seront synthétisés par croissance de type Vapor-Liquid-Solid (VLS) en environnement de salle blanche. Le travail expérimental comprendra l'optimisation des conditions de croissance, l'utilisation de substrats monocristallins et de surfaces vicinales, ainsi que la structuration des surfaces par lithographie et gravure afin de contrôler l'alignement des nanofils. Les matériaux obtenus seront caractérisés par diffraction des rayons X, microscopie électronique et mesures électriques afin de corréler structure cristalline, états de contrainte et propriétés de transport électronique.