Chercheur postdoctoral

Informations générales

Intitulé de l'offre : Chercheur postdoctoral : conception et caractérisation de composants de puissance en diamant (H/F)
Référence : UMR5213-DELDAL-021
Nombre de Postes : 1
Lieu de travail : TOULOUSE
Date de publication : lundi 28 octobre 2024
Type de contrat : CDD Scientifique
Durée du contrat : 18 mois
Date d'embauche prévue : 15 février 2025
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : Entre 2991€ et 4345€ brut mensuel selon expérience
Niveau d'études souhaité : Niveau 8 - (Doctorat)
Expérience souhaitée : Indifférent
Section(s) CN : Interactions, particules, noyaux du laboratoire au cosmos

Missions

Dans le cadre du PEPR électronique « FRENCHDIAM » regroupant 8 entités académiques de référence (France 2030), le projet FRENCHDIAM vise à développer une nouvelle génération de composants de puissance basés sur un semi-conducteur en diamant, avec des fonctionnalités et performances uniques. Les technologies de l'électronique de puissance avancée sont au cœur de la prochaine génération de systèmes énergétiques. Le silicium est un matériau semi-conducteur bien établi qui répond aux exigences de la conversion d'énergie depuis plus de 50 ans. Cependant, il est largement reconnu qu'une réelle amélioration de l'électronique de puissance sera obtenue en employant des dispositifs basés sur des matériaux semi-conducteurs à large bande interdite. Les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite présentent des caractéristiques électriques supérieures à celles du silicium pour les dispositifs de puissance. Les dispositifs électroniques de puissance basés sur des semi-conducteurs à large bande interdite permettront d'améliorer considérablement les performances des systèmes électroniques de puissance en offrant des tensions de blocage plus élevées, une efficacité et une fiabilité accrues (rapport performance/coût plus élevé), ainsi que des exigences thermiques réduites, ce qui conduira à la réalisation de systèmes électroniques verts plus efficaces. Parmi ces matériaux, le diamant, classé dans la catégorie des matériaux à ultra large bande interdite en raison de sa très grande énergie de bande interdite (5,5 eV), est considéré comme le semi-conducteur ultime pour les applications de l'électronique de puissance en raison de ses propriétés exceptionnelles. Sa rigidité diélectrique est 3 fois supérieure à celle du carbure de silicium (SiC) ou du nitrure de gallium (GaN) et plus de 30 fois meilleure que celle du silicium (Si), tandis que la résistance spécifique à l'état passant est inversement proportionnelle au cube de ce paramètre. En outre, la mobilité des porteurs est très élevée pour les deux types de porteurs et la conductivité thermique est inégalée.

Activités

Les objectifs scientifiques de ce poste sont résumés en deux tâches principales : concevoir les composants de puissance en diamant, et les caractériser en régime de commutation haute tension.
Conception des composants de puissance en diamant
En étroite collaboration avec le consortium du projet, les différents dispositifs seront étudiés à l'aide d'analyses par éléments finis 1D et 2D (par exemple TCAD Sentaurus, Silvaco). Les analyses numériques évalueront les compromis entre les performances électriques (résistance à l'état passant, tension de seuil, transconductance et tension de claquage), les paramètres de fabrication (épaisseur des couches de diamant et niveaux de dopage, type et épaisseur de l'oxyde, lithographie et étapes de fabrication) et les paramètres géométriques (par exemple, longueur de la grille, distances entre la grille et le drain et entre la grille et la source, dimensions critiques et marges de sécurité). Une attention particulière sera portée aux condensateurs parasites afin d'évaluer le plus tôt possible les performances de commutation et les meilleurs compromis entre les paramètres des composants, les pertes de conduction et de commutation. Les différentes architectures seront évaluées en termes de performances électriques (résistance à l'état passant, champs électriques à l'état bloqué) et de complexité de fabrication (nombre de procédés de fabrication et tolérance aux dispersions). Les meilleures architectures seront conçues (mask layout), en étroite collaboration avec les partenaires français du consortium.
Caractérisation en régime de commutation
S’appuyant sur les cartes de test déjà réalisées au laboratoire, il faudra prendre en charge les campagnes d’essais pour mesurer les caractéristiques en commutation grand signal des transistors en diamant. Une validation préalable sur composants du commerce sera nécessaire, afin de valider et faire évoluer les cartes de tests (ex : technique de double impulsion sur charge inductive). Il faudra rédiger les comptes rendus et les partager au sein du consortium, et communiquer les résultats par des publications scientifiques.

Compétences

-Maîtriser les outils de simulation tels que SPICE, VHDL(-AMS), Cadence, ainsi que les outils de calcul et modélisation tels que Matlab/Octave ou Python. Des compétences en simulation numérique type élément fini seront un plus (ex : Comsol, TCAD, Silvaco).
-Maîtriser les problématiques et méthodologies de caractérisation des transistors en régime de commutation large signal.
-Avoir des connaissances approfondies en électronique, idéalement dans la modélisation de transistors et les composants de puissance à matériaux grand gap et/ou ultra grand gap.
-Démontrer une aptitude au travail en équipe et dans le cadre d’un projet collaboratif, notamment par une expérience antérieure de participation active dans un tel projet
-Avoir un bon niveau et une maîtrise des langues Françaises et Anglaises

Contexte de travail

Ce poste financé par un projet de recherche collaboratif français PEPR électronique « FRENCHDIAM » : La filière française du diamant pour l’électronique de puissance. Ce projet a débuté en Mai 2024, pour une durée de 48 mois, coordonné par le LAAS (Toulouse), l’Institut Néel (Grenoble) et le CEA (Grenoble+Toulouse). Ce poste de est financé pour 18 mois.

Le Laplace (Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie) est une UMR ayant pour tutelles le CNRS, l’INP-Toulouse et l’UPS. Le laboratoire comprend plus de 300 personnes et représente la plus forte concentration de recherche en génie électrique et Plasma en France. Particulièrement, il est le seul à couvrir de manière intégrée le continuum « Plasma/matériaux/systèmes ». Le groupe CS se compose de 35 équivalent temps plein, et les investigations principales portent sur des concepts originaux d’associations de cellules de commutation imbriquées, superposées et/ou magnétiquement couplées en parallèle, donnant naissance à des circuits complexes à topologie bien souvent très ramifiée. Les recherches et les technologies ainsi développées adressent aussi bien de nouvelles fonctionnalités de gestion de l’énergie que des applications à hautes performances en termes de qualité de formes d’ondes, de filtrage compact et d’intégration tridimensionnelle à forte puissance spécifique.

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.