Sujet de stage / Master 2 Internship

Nous utiliserons la caractérisation avancée des matériaux operando pour tracer une voie d'optimisation des dispositifs ferroélectriques par ingénierie des matériaux.

La ferroélectricité dans les couches minces de HfO2 dopées, dans les conditions de contrainte et de température a été publiée en 2011, générant un fort intérêt dans la communauté de recherche et de développement des nouvelles technologies de mémoires non-volatiles [Böscke2011].

Grâce à la compatibilité CMOS et au potentiel de mise à l'échelle et d'intégration 3D, il s'agit non seulement d'une percée par rapport aux dispositifs ferroélectriques (FE) conventionnels à base de pérovskite, mais aussi d'une révolution du point de vue des applications [Mikolajick2021].

Par rapport aux technologies telles que les mémoires flash ou résistives, à changement de phase et magnétiques, les mémoires FE sont intrinsèquement à faible consommation d'énergie : l'inversion de la polarisation électrique qui code l'information est trois ordres de grandeur plus efficace sur le plan énergétique que les concurrents les plus proches. Cependant, pour accroître la maturité technologique, il faut comprendre l'influence des dopants et des défauts sur les performances des dispositifs.

Nous utiliserons la caractérisation avancée des matériaux operando pour tracer une voie d'optimisation des dispositifs par l'ingénierie fondamentale des matériaux. Le travail de stage sera effectué en étroite collaboration (https://www.3eferro.eu/) entre les laboratoires des divisions Recherche et Tech du CEA, respectivement, IRAMIS/SPEC/LENSIS (https://www.lensislab.com/) et LETI/DCOS/S3C/LDMC.


La spectroscopie photoélectronique à rayons X en laboratoire et éventuellement en synchrotron sera utilisée pour sonder la chimie de l'interface, la structure électronique et la concentration en vacance d'oxygène en fonction du cycle opérationnel [Hamouda2020], à corréler avec les caractéristiques électriques.

La réussite de ce stage donnera lieu à une thèse de doctorat déjà financée, à la pointe de ce domaine crucial pour l'électronique de faible puissance.

Références
[Boescke2011] T. S. Böscke et al, Appl. Phys. Lett. 99, 102903 (2011).
[Francois2021] T. Francois et al, IEDM 2021 Trans. Electron Devices 2022
[Mikolajick2021] T. Mikolajick, U. Schroeder, M.H. Park, Appl. Phys. Lett. 118, 180402 (2021)
[Hamouda2020] W. Hamouda et al, J. Appl. Phys. 127, 064105 (2020).