Description du sujet de thèse
Domaine
Défis technologiques
Sujets de thèse
Étude et modélisation des dynamiques de domaines ferroélectriques et antiferroélectriques dans les condensateurs à base d'oxyde d'hafnium
Contrat
Thèse
Description de l'offre
Le contexte de la thèse s'inscrit dans l'exploration de nouvelles technologies de supercondensateurs et de dispositifs hybrides de stockage d'énergie, visant à concilier miniaturisation, forte densité de puissance et compatibilité avec les procédés microélectroniques. L'expertise du laboratoire d'accueil (LTEI/DCOS/LCRE) en intégration de couches minces et en ingénierie de matériaux diélectriques ouvre aujourd'hui des perspectives inédites pour l'étude des comportements ferroélectriques et antiferroélectriques dans les oxydes d'hafnium dopés.
La thèse portera plus particulièrement sur l'étude expérimentale et la modélisation physique de condensateurs à couches minces d'oxyde d'hafnium (HfO2), dopés de manière à présenter des propriétés ferroélectriques (FE) ou antiferroélectriques (AFE) selon la composition et les conditions de dépôt, par exemple à travers l'incorporation de ZrO2 ou de SiO2. Ces matériaux présentent un fort potentiel pour la réalisation de dispositifs combinant fonctions de mémoire non-volatile et de stockage d'énergie sur une même plateforme CMOS-compatible, ouvrant ainsi la voie à des systèmes autonomes à très faible consommation, tels que les architectures d'edge computing, les capteurs environnementaux ou les objets connectés intelligents.
Le travail de recherche consistera à fabriquer et caractériser des condensateurs métal-isolant-métal (MIM) à base d'HfO2 dopé, intégrés sur substrats silicium, puis à étudier expérimentalement les mécanismes de relaxation des domaines ferroélectriques et antiferroélectriques à partir de mesures courant-tension (I-V) et polarisation-champ électrique (P-E), réalisées sous différentes fréquences, amplitudes et conditions de cyclage. L'analyse des boucles d'hystérésis mineures permettra d'extraire la distribution des énergies d'activation et de modéliser la dynamique de relaxation des domaines ferroélectriques. Un modèle physique sera ensuite élaboré ou adapté afin de décrire les transitions FE/AFE sous excitation électrique cyclique, en tenant compte des phénomènes de piégeage de charges, des contraintes mécaniques et des effets de nucléation et de croissance des domaines.
L'ensemble de ces travaux visera à optimiser la densité d'énergie récupérable et le rendement énergétique global des dispositifs, tout en établissant des critères de conception pour des composants de stockage d'énergie compacts, efficaces et pleinement intégrables dans les technologies silicium. Les connaissances acquises contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes dynamiques régissant le comportement FE/AFE de l'HfO2 dopé et bénéficieront potentiellement à d'autres domaines tels que les mémoires ferroélectriques, la récupération d'énergie et les architectures neuromorphiques à basse consommation.
Université / école doctorale
Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes
Localisation du sujet de thèse
Site
Grenoble
Critères candidat
Formation recommandée
Nanotechnologies solid-state physics solid-state devices
Demandeur
Disponibilité du poste
01/09/2026
Personne à contacter par le candidat
CELE Jacopo < e-mail verwijderd om veiligheidsredenen >
CEA
DRT/DCOS//LCRE
LCRE / CEA
17 Av. des Martyrs
38054 Grenoble cedex 9
France
+33 4 38 78 39 53
Tuteur / Responsable de thèse
OUKASSI Sami < e-mail verwijderd om veiligheidsredenen >
CEA
DRT/DCOS/SITEC/LCRE
17 Av. des Martyrs
Grenoble
0438782924
En savoir plus
https://www.linkedin.com/in/jacopo-cel%C3%A8-708837189/
Domaine
Défis technologiques
Sujets de thèse
Étude et modélisation des dynamiques de domaines ferroélectriques et antiferroélectriques dans les condensateurs à base d'oxyde d'hafnium
Contrat
Thèse
Description de l'offre
Le contexte de la thèse s'inscrit dans l'exploration de nouvelles technologies de supercondensateurs et de dispositifs hybrides de stockage d'énergie, visant à concilier miniaturisation, forte densité de puissance et compatibilité avec les procédés microélectroniques. L'expertise du laboratoire d'accueil (LTEI/DCOS/LCRE) en intégration de couches minces et en ingénierie de matériaux diélectriques ouvre aujourd'hui des perspectives inédites pour l'étude des comportements ferroélectriques et antiferroélectriques dans les oxydes d'hafnium dopés.
La thèse portera plus particulièrement sur l'étude expérimentale et la modélisation physique de condensateurs à couches minces d'oxyde d'hafnium (HfO2), dopés de manière à présenter des propriétés ferroélectriques (FE) ou antiferroélectriques (AFE) selon la composition et les conditions de dépôt, par exemple à travers l'incorporation de ZrO2 ou de SiO2. Ces matériaux présentent un fort potentiel pour la réalisation de dispositifs combinant fonctions de mémoire non-volatile et de stockage d'énergie sur une même plateforme CMOS-compatible, ouvrant ainsi la voie à des systèmes autonomes à très faible consommation, tels que les architectures d'edge computing, les capteurs environnementaux ou les objets connectés intelligents.
Le travail de recherche consistera à fabriquer et caractériser des condensateurs métal-isolant-métal (MIM) à base d'HfO2 dopé, intégrés sur substrats silicium, puis à étudier expérimentalement les mécanismes de relaxation des domaines ferroélectriques et antiferroélectriques à partir de mesures courant-tension (I-V) et polarisation-champ électrique (P-E), réalisées sous différentes fréquences, amplitudes et conditions de cyclage. L'analyse des boucles d'hystérésis mineures permettra d'extraire la distribution des énergies d'activation et de modéliser la dynamique de relaxation des domaines ferroélectriques. Un modèle physique sera ensuite élaboré ou adapté afin de décrire les transitions FE/AFE sous excitation électrique cyclique, en tenant compte des phénomènes de piégeage de charges, des contraintes mécaniques et des effets de nucléation et de croissance des domaines.
L'ensemble de ces travaux visera à optimiser la densité d'énergie récupérable et le rendement énergétique global des dispositifs, tout en établissant des critères de conception pour des composants de stockage d'énergie compacts, efficaces et pleinement intégrables dans les technologies silicium. Les connaissances acquises contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes dynamiques régissant le comportement FE/AFE de l'HfO2 dopé et bénéficieront potentiellement à d'autres domaines tels que les mémoires ferroélectriques, la récupération d'énergie et les architectures neuromorphiques à basse consommation.
Université / école doctorale
Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes
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Site
Grenoble
Critères candidat
Formation recommandée
Nanotechnologies solid-state physics solid-state devices
Demandeur
Disponibilité du poste
01/09/2026
Personne à contacter par le candidat
CELE Jacopo < e-mail verwijderd om veiligheidsredenen >
CEA
DRT/DCOS//LCRE
LCRE / CEA
17 Av. des Martyrs
38054 Grenoble cedex 9
France
+33 4 38 78 39 53
Tuteur / Responsable de thèse
OUKASSI Sami < e-mail verwijderd om veiligheidsredenen >
CEA
DRT/DCOS/SITEC/LCRE
17 Av. des Martyrs
Grenoble
0438782924
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