proposition sujet de these cemes / cea

CONCEPTION, REALISATION ET CARACTERISATION DES PROPRIETES ELECTRIQUES
D’UN INTERPOSER SILICIUM MICRO-NANO PERMETTANT UNE CO-INTEGRATION
CMOS / NANO-OBJETS
Contexte et description du sujet de thèse :
Le département DCOS (Département des Composants Silicium) au CEA-LETI développe des
projets de recherche et de développement au niveau des dispositifs avancés (CMOS), des
microsystèmes (capteurs MEMS, NEMS) et des interconnections et architectures 3D. L’une des
thématiques étudiées, et qui place le CEA-LETI très en amont au niveau mondial, s’intéresse plus
particulièrement à l’intégration de nano-objets sur un interposer générique et à leur interconnexion
avec des CMOS (base d’un brevet CEA-LETI). Les possibilités ouvertes adressent des champs variés,
de l’électronique moléculaire (projet ICT AtMol) à la détection de molécules via des capteurs denses
par exemple (projet ERC Delphins). Dans tous les cas, il s’agit de concevoir une plateforme unique et
originale permettant de réunir et développer le savoir-faire microélectronique et le savoir-faire lié à
l’étude des nano-objets (nanotubes de carbone, graphène, nanofils, molécules électroniques /
biologiques, matériaux bio-inspirés). Ces champs applicatifs ont en commun la conception d’un
circuit hybride nano-objet/CMOS et la réalisation d’une connectique compatible à la fois avec les
critères imposés par l’intégration du nano-objet (contraintes liées aux propriétés de la surface
d’accueil du nano-objet, de la densité des électrodes et interconnections, de l’environnement du
nano-objet par exemple) et avec les critères de performance du CMOS.
Le travail de thèse proposé s’inscrit dans ce contexte et a pour objet le développement de la
connectique d’un interposer générique, permettant l’intégration de nano-objets en vue de leur
caractérisation électrique. L’étude cible plus particulièrement la conception, le développement
technologique et la caractérisation d’une connectique 3D commune à un circuit CMOS et à un réseau
de nanoélectrodes, de l’échelle nanométrique (nanovias) à l’échelle micrométrique (microvias). Une
première filière permettant de réaliser un telle connectique tout en validant les critères de surface
nécessaires à l’intégration des nano-objets, est à l’étude : elle envisage une technologie de type
nanovias / microvias traversants (TSV pour « Through Silicon Vias ») avec un remplissage silicium
pour les nanovias et un remplissage métallique pour les microvias. Une technologie standard est
envisagée pour la partie CMOS, qui pourra éventuellement être adaptée en fonction des contraintes
liées au nano-objet.
La thèse proposée a pour objet la conception d’un 1er circuit CMOS / nano-objet et la
réalisation d’une chaine connectique complète alliant la technologie 3D, la technologie CMOS et le
nano-objet. Elle s’attachera particulièrement à l’étude des propriétés électriques de cet interposer
(et spécialement aux interfaces), ainsi qu’à la tenue thermomécanique de la connectique
(compatibilité mécanique des matériaux envisagés). Le travail proposé pourra se décliner selon les
trois axes suivants :
- La modélisation électrique et la conception d’un circuit hybride CMOS / nano-objet,
- La conception technologique de l’interposer et la fabrication de celui-ci,
- La caractérisation électrique et morphologique des véhicules test réalisés.
La thèse se déroulera au Laboratoire Empilements des Composants Avancés (LECA) en étroite
collaboration avec le Laboratoire des Dispositifs Innovants (LDI) au sein du département DCOS, elle
pourra par ailleurs s’appuyer sur les moyens présents dans d’autres unités (plateforme Silicium,
plateforme nanocaractérisation et outils de simulation en particulier).
Profil du candidat :
Master en Electronique, Nanoélectronique
Aptitude à la communication (échanges interdisciplinaires)
Expérience souhaitée, mais non obligatoire, dans l’un des domaines suivants : physique des semiconducteurs, technologies de la micro-électronique (salle blanche), manipulation de nano-objets.
Contact: [email protected], [email protected]