Simulation à l’échelle atomique des effets de déplacement dans les semi-conducteurs

Contexte :

Dans des environnements radiatifs, tels que l’espace ou les grands instruments de physique, les composants microélectroniques présents peuvent être soumis à des flux importants de particules énergétiques. Ces particules vont transmettre leur énergie cinétique à la matière constituant les composants microélectroniques, notamment via un processus dit nucléaire, dans lequel elles vont percuter des atomes de la matière qui, mis en mouvement, vont percuter à leur tour d’autres atomes de la matière et les déloger de leur position d’équilibre. Ce phénomène de collisions successives est appelé une cascade de collisions et peut engendrer des déplacements atomiques responsables de la génération de défauts et d’amas de défauts. Ces défauts peuvent introduire des niveaux d’énergie dans la bande interdite des matériaux semi-conducteurs présents dans les composants et par conséquent dégrader leurs propriétés électriques, voire dans certains cas les faire claquer.

Objectif de la thèse :

Une compréhension fine des phénomènes physiques en jeu lors d’une cascade de collisions et des causes de la dégradation des composants reste encore à acquérir et la simulation multi-échelle depuis l’échelle atomique peut apporter des éléments de réponse. Une méthodologie de simulation multi-échelles a été mise en place depuis quelques années dans le laboratoire dans lequel s’effectuera le doctorat. Tout d’abord, les produits de l’interaction particule matière et leurs propriétés sont déterminés grâce à un code Monte Carlo. Ces propriétés sont ensuite réinjectées dans un code de dynamique moléculaire afin d’étudier la dynamique de la cascade de déplacements et de mesurer, entre autres, le rayon d’influence de l’ion incident. Puis, l’utilisation de méthodes de type Monte Carlo hors réseau permet de simuler la réorganisation des amas de défauts générés par la cascade sur des temps longs. Enfin, les méthodes de type ab initio donnent accès aux changements induits par ces défauts dans la structure électronique des matériaux. Durant sa thèse, le(a) doctorant(e) sera donc amené(e) à utiliser et à améliorer la méthodologie décrite ci-dessus et les différents codes qui la constituent. Pour cela, un master 2 portant sur la simulation des matériaux, la chimie théorique ou la simulation numérique est requis.

Déroulement de la thèse :

En plus de l’application de la méthodologie décrite ci-dessus à différents semiconducteurs présents dans les technologies microélectroniques les plus avancées (Si, Ge, GaAs, GaN,…), le(a) doctorant(e) devra aussi gérer les nombreux résultats issus de ces simulations en les organisant sous forme de bases de données, qui seront ensuite utilisées pour entrainer des algorithmes basés sur les réseaux de neurones. Tout au long de sa thèse, il(elle) échangera très régulièrement avec les ingénieurs-chercheurs travaillant sur les effets des radiations dans les composants afin que les résultats obtenus pendant la thèse les aident à améliorer les modèles utilisées dans les codes simulant les technologies microélectroniques.

DIRECTEUR DE THESE

Anne HEMERYCK
anne.hemeryck@laas.fr

ECOLE DOCTORALE

ED 323
Genie Electrique Electronique Télécommunications (GEET)
7, avenue du colonel Roche 31400 Toulouse

ENCADRANT

Nicolas RICHARD
nicolas.richard@cea.fr

CENTRE

DAM – Île-de-France
Bruyères-le-Châtel
91297 Arpajon
Tél. : 01-69-26-40-00