POST-DOC: Contrôle ferroélectrique de gaz d'électrons bidimensionnels supraconducteurs

Le Centre national de la recherche scientifique est un organisme public de recherche pluridisciplinaire placé sous la tutelle du ministère de l’Enseignement supérieure et de la Recherche. Créé en 1939 et dirigé par des scientifiques, il a pour mission de faire progresser la connaissance et être utile à la société dans le respect des règles d’éthique, de déontologie et d’intégrité scientifique.

Missions :
Développer des transistors à effet de champ associant un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) à base de KTaO3 et une grille ferroélectrique à base de HfZrO2 (HZO). Le projet vise à contrôler de manière non volatile les propriétés électroniques du 2DEG par la polarisation ferroélectrique, tout en préservant la qualité de l’interface conductrice.
La personne recrutée étudiera les relations entre polarisation, densité de porteurs et mobilité, puis explorera le contrôle de l’état supraconducteur dans les hétérostructures où celui-ci est préservé après intégration de la grille.

Activités :
• Élaborer des couches minces de HZO par dépôt par couches atomiques (ALD) et/ou dépôt par laser pulsé (PLD). Optimiser les conditions de dépôt, les recuits et les électrodes pour obtenir une polarisation commutable sans dégrader le 2DEG.
• Caractériser la structure, la morphologie et la composition des hétérostructures par diffraction des rayons X, microscopie à force atomique et spectroscopie de photoélectrons X.
• Fabriquer des condensateurs et des transistors en salle blanche par lithographie optique et/ou électronique, dépôt d’électrodes et gravure.
• Mesurer les propriétés ferroélectriques par cycles de polarisation, protocoles PUND et microscopie à force piézoélectrique. Évaluer la rétention et l’endurance et distinguer la commutation ferroélectrique des effets de piégeage de charges ou de migration ionique.
• Réaliser des mesures de résistance et d’effet Hall avant et après intégration de la grille, puis après application d’impulsions de tension, avec lecture à tension de grille nulle.
• Explorer à basse température l’évolution de la température critique et, si accessible, la transition supraconducteur–isolant selon l’état de polarisation et l’orientation du KTO.
• Analyser les données, documenter les protocoles et rédiger des publications scientifiques. Présenter les résultats aux partenaires et lors de conférences.

Contexte de travail :
Le travail sera réalisé au Laboratoire Albert Fert (CNRS, Thales, Université Paris-Saclay), à Palaiseau, au sein de l’équipe Oxitronics, sous la supervision de Manuel Bibes. Le projet se situe à l’interface de la ferroélectricité, de la physique des interfaces d’oxydes et de la supraconductivité bidimensionnelle.
La personne recrutée travaillera avec les chercheurs, ingénieurs et doctorants du laboratoire et disposera des équipements de croissance, de caractérisation et de microfabrication nécessaires. Les études à très basse température seront menées en collaboration avec Nicolas Bergeal à l’ESPCI Paris. Des comparaisons entre les orientations (111), (110) et (001) du KTaO3 permettront d’étudier le rôle de l’orientation cristalline.

Le Centre national de la recherche scientifique est l’une des plus importantes institutions publiques au monde : 34 000 femmes et hommes (plus de 1 000 laboratoires et 200 métiers), en partenariat avec les universités et les grandes écoles, y font progresser les connaissances en explorant le vivant, la matière, l’Univers et le fonctionnement des sociétés humaines. Depuis plus de 80 ans, y sont développées des recherches pluri et interdisciplinaires sur tout le territoire national, en Europe et à l’international. Le lien étroit que le CNRS tisse entre ses missions de recherche et le transfert vers la société fait de lui un acteur clé de l’innovation en France et dans le monde. Le partenariat qui le lie avec les entreprises est le socle de sa politique de valorisation et les start-ups issues de ses laboratoires (près de 100 chaque année) témoignent du potentiel économique de ses travaux de recherche.

Competences :
• Solides connaissances en physique de la matière condensée et des dispositifs électroniques à base de couches minces.
• Expérience expérimentale en croissance de couches minces d’oxydes, notamment par ALD ou PLD. Une expérience des ferroélectriques à base de hafnium sera particulièrement appréciée.
• Connaissance des méthodes de caractérisation structurale et des mesures électriques des ferroélectriques. La pratique des protocoles PUND ou de la microscopie à force piézoélectrique constitue un atout.
• Expérience en microfabrication en salle blanche et en lithographie optique ou électronique appréciée.
• Compétences en transport électronique, effet Hall et mesures à basse température appréciées. Une connaissance des 2DEGs d’oxydes ou de la supraconductivité serait un atout.
• Maîtrise de l’analyse de données et de la programmation scientifique, notamment Python. Une expérience de l’automatisation des mesures, par exemple avec LabVIEW, sera appréciée.
• Rigueur expérimentale, autonomie et capacité à travailler en équipe. Bonnes capacités de rédaction scientifique et de communication en anglais.

Contraintes et risques :
• Travail expérimental impliquant l’utilisation d’équipements de dépôt sous vide, de traitements thermiques et de procédés de salle blanche.
• Utilisation de produits chimiques et de précurseurs de dépôt dans le respect des procédures de prévention et après les formations requises.
• Mesures sous champ magnétique et à température cryogénique nécessitant le respect des consignes spécifiques aux installations.
• Exigence de traçabilité des procédés, de reproductibilité des mesures et de contrôle de la qualité des interfaces.