CIFRE - Méthodes avancées associées à la microscopie électronique en transmission pour l'étude de matériaux HZO dédiés à la technologie eNVM.

Description de l'offre

Chez STMicroelectronics, nous sommes convaincus que la technologie est un moteur d'innovation et a un impact positif pour les entreprises, les personnes et la société.
En tant qu'acteur mondial des semiconducteurs, nos technologies de pointe et nos composants électroniques sont invisibles mais au cœur du monde d'aujourd'hui.
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La récente acquisition d'un nouveau microscope électronique à transmission (MET) à la fois au CEA LETI et dans le groupe CARPHY chez STMicroelectronics Crolles a ouvert la voie à une nouvelle méthodologie d'acquisition et de traitement des données. Cet instrument, corrigé en sonde, permet d'atteindre une résolution spatiale de l'ordre de 0,7 Å. Équipé d'un canon à émission de champ froid (Cold FEG), cet appareil atteint également une résolution énergétique de 0,3 eV. Associé à ce microscope, de nouveaux outils analytiques tels que le spectromètre EELS (Spectroscopie de Perte d'Énergie des Électrons) ou le système de diffraction STEM permettront une compréhension approfondie du comportement des matériaux. L'objectif de cette étude sera d'examiner plus précisément l'ordre structural et chimique des matériaux dédiés aux applications dans le domaine de la microélectronique, tout en s'appuyant sur l'expertise du laboratoire CEA LETI.

L'étude portera sur les mémoires ferroélectriques à base d'oxyde de hafnium dopé au zirconium (HZO). Celles-ci représentent une rupture technologique majeure pour l'électronique. Leur compatibilité avec les procédés CMOS, leur faible épaisseur (quelques nanomètres) et leur endurance exceptionnelle en font des candidats prometteurs pour remplacer les mémoires Flash dans les nœuds technologiques avancés. Cependant, la compréhension fondamentale des mécanismes à l'origine de la ferroélectricité dans ces films ultra-minces reste incomplète. La stabilisation de la phase orthorhombique, responsable des propriétés ferroélectriques, dépend de paramètres structuraux subtils : distribution du zirconium, contraintes aux interfaces, défauts cristallins et composition locale. Ces facteurs influencent directement les performances des dispositifs, notamment la polarisation rémanente, le champ coercitif et la rétention des données. Cette thèse vise à développer une approche de caractérisation avancée par microscopie électronique en transmission pour établir les relations entre structure atomique, composition chimique et propriétés ferroélectriques dans les films HZO. Le travail s'articulera autour de diverses techniques associées à la microscope électronique corrigée des aberrations. La microscopie haute résolution (HRTEM) et la diffraction électronique permettront de décrire l'ordre structural (orthorhombique, monoclinique, tétragonale). L'objectif sera de corréler directement la proportion de phase orthorhombique avec les propriétés ferroélectriques mesurées électriquement. La caractérisation de l'ordre chimique via la spectroscopie de perte d'énergie des électrons (EELS) permettra de cartographier à l'échelle nanométrique la distribution du zirconium et de l'oxygène, analyser les liaisons chimiques et les états d'oxydation, pour in fine étudier les variations de structure électronique. L'étude se portera également sur le développement de la technique d'imagerie par contraste de phase différentiel (iDPC), technique émergente permettant de visualiser simultanément les colonnes atomiques légères et lourdes. Cette méthode sera appliquée pour cartographier les champs électriques locaux associés à la polarisation ferroélectrique, détecter des dopants à faible concentration atomique difficiles à observer par EELS ou EDX. L'approche multimodale proposée permettra d'établir une compréhension nanoscopique des mécanismes gouvernant la ferroélectricité dans les composés HZO et guidera l'optimisation des dispositifs mémoires futurs.

Une communication régulière avec l'ensemble des acteurs en lien avec ce projet sera demandée.

De formation Bac +5 ou diplômé(e) d'une école d'ingénieur, le/la candidat(e) doit montrer une réelle motivation pour le travail expérimental et une autonomie dans un travail de recherche. Une connaissance des techniques de caractérisation chimique et structurale des matériaux serait grandement appréciée.

Langue : maîtrise de l'anglais scientifique exigé.

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