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Sujets de thèse
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DRF : Sujet de thèse SL-DRF-17-0356

DOMAINE DE RECHERCHE
Physique mésoscopique / Physique de l'état condensé, chimie et nanosciences
INTITULÉ DU SUJET Français English

Circuits Supraconducteurs en Technologie Silicium

RÉSUMÉ DU SUJET

L’énorme avantage de la technologie Silicium est sa maturité et sa fiabilité. Or, il se trouve que certains matériaux utilisés ou intégrable dans les dispositifs à base de silicium sont supraconducteurs à basse température. L’objectif de ce projet est donc de réaliser, à partir de ces matériaux, un nouveau genre de dispositifs de type transistor MOSFET pour lesquels les électrodes drain et source seront supraconductrices. Une fois réalisés ces nouveaux circuits permettront de développer des architectures quantiques dans une technologie intégrable.

A basse température, un transistor MOSFET silicium de taille nanométrique agit comme un transistor à un électron à cause du confinement électrostatique et de l’interaction coulombienne. Cette situation apparait lorsque l’énergie de charge devient plus importante que l’énergie thermique. Par ailleurs, la supraconductivité est décrite par la condensation d’un très grand nombre de paires d’électrons dans un état quantique macroscopique. D’un point de vue purement scientifique, l’intérêt de l’étude est de mieux comprendre comment des propriétés à priori antagonistes peuvent coexister dans ce genre de dispositifs hybrides. L’un des objectifs est de réaliser des dispositifs de type jonctions Josephson contrôlables par une grille et pour lesquelles un courant électrique peut circuler sans dissipation. Ces composants couplés à une capacité permettent de réaliser un qubit supraconducteur dont l’écart entre niveaux d’énergie est contrôlable par la grille. Ce point est important pour pouvoir ajuster le couplage du qubit avec une cavité supraconductrice dont la fréquence de résonance est fixée par la géométrie. Dans beaucoup de situations expérimentales, c’est ce couplage qui permet de lire et/ou transférer l’information quantique portée par le qubit.

D’un point de vue technologique, les électrodes seront fabriquées à partir de silicures supraconductrices comme le mono-siliciure de PtSi ou de Silicium dopé Bore (Si:B) qui peut être rendu supraconducteur par recuit/dopage laser. Dans le cas des silicures, l’objectif est de maitriser les réactions à l’état solide métal/semi-conducteur afin d’obtenir la bonne phase supraconductrice en veillant à ce que ce siliciure soit le plus proche de l’entrée du canal du transistor. Pour le Si:B, il convient de maitriser le recuit/dopage laser d’abord sur du Silicium sur isolant (SOI) puis sur des structures préexistantes sans les endommager. L’objectif technologique est de diminuer les résistances d’accès qui sont une source importante de dissipation dans les transistors submicroniques commerciaux. C’est un enjeu primordial dans l’industrie de la micro-nano électronique où la consommation énergétique est un facteur limitant de développement.

En pratique, l’étudiant(e) sera rattaché(e) à l’INAC/PHELIQS/LaTEQS et intégrera l’équipe DTSI/SDEP du CEA/LETI pour la réalisation de structures de test simplifiées ainsi que de dispositifs en salle blanche. Les mesures à basse température se feront au LaTEQS de l’INAC au CEA.

FORMATION NIVEAU MASTER RECOMMANDÉ

Master Nanoscience et Nanotechnologie

INFORMATIONS PRATIQUES
Institut nanosciences et cryogénie
Photonique, Electronique et Ingénierie Quantiques
Laboratoire de Transport Electronique Quantique et Supraconductivité
Centre : Grenoble
Date souhaitée pour le début de la thèse : 01/10/2016
PERSONNE À CONTACTER PAR LE CANDIDAT

François LEFLOCH  

CEA
DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS
CEA
Institut Nanosciences et Cryogénie PHELIQS- LaTEQS
17 rue des martyrs 38054 Grenoble FRANCE

Téléphone : +33 4 38 78 48 22

UNIVERSITÉ / ÉCOLE DOCTORALE
Université Grenoble Alpes
Ecole Doctorale de Physique de Grenoble
DIRECTEUR DE THÈSE

François LEFLOCH

CEA
DRF/INAC/PHELIQS/LATEQS
CEA
Institut Nanosciences et Cryogénie PHELIQS- LaTEQS
17 rue des martyrs 38054 Grenoble FRANCE