Service de Physique de l'Etat Condensé

2 sujets /SPEC/LENSIS

Dernière mise à jour : 19-04-2018


 

Caractérisation de la structure électronique d'interface des couches ultra-minces ferroélectriques HfZrO2 pour des mémoires non-volatiles à basse consommation d'énergie, CMOS-compatibles

SL-DRF-18-0824

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)

Saclay

Contact :

Claire Mathieu

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Claire Mathieu

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

+33 1 69 08 47 27

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/claire.mathieu/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2075

L’Internet of Things (IoT) ou « objets connectés » nécessite un traitement intelligent, rapide et peu gourmand en énergie des données inhomogènes. L’e-Flash est actuellement la mémoire non-volatile (NVM) standard. Cependant, il souffre d’une vitesse d’écriture très lente, est consommateur d’énergie, possède une endurance limitée et enfin n’est pas robuste en milieux hostiles.



Les mémoires à base ferroélectriques (FeRAM) ont l’endurance la plus importante parmi tous les candidats de NVM, consomme peu d’énergie par bit. Cela fait d’eux d’excellents candidats pour remplacer Flash dans les applications embarquées.

Dans le cadre du projet européen H2020 3eFERRO, coordonné par le CEA, nous utiliserons de nouveaux matériaux ferroélectriques à base de HfO2, pour développer une technologie FeRAMS compétitive et versatile pour les e-NVM.

La formation d’une couche d’interface (CI) est d’une importance capitale dans la performance ultime des dispositifs et représente un défi majeur pour l’ingénierie de matériaux ferroélectriques HfO2.



Nous utiliserons des techniques de caractérisation avancées, telles que la photoémission avec les rayons X tendres et durs du rayonnement synchrotron, pour décrire la formation de la CI et ses conséquences sur l’alignement des bandes, les courants de fuites et les niveaux électroniques des défauts dans la bande interdite. Les résultats des études sur la structure, la chimie et les niveaux électroniques permettront une meilleure compréhension de l’influence des défauts et de la CI sur les paramètres des matériaux et les éventuelles performances des dispositifs.



L’imagerie des domaines ferroélectriques dans le HfO2 dopé et dans le HfZrO2 sera effectuée par la microscopie d’électrons à basse énergie et en photoémission (LEEM et PEEM) pour étudier la ferroélectricité à l’échelle nanométrique.

Le travail de thèse requiert une collaboration étroite avec les laboratoires partenaires du projet 3eFERRO. Le doctorant participera activement dans les différentes réunions du projet. Il ou elle effectuera plusieurs campagnes de mesure dans les synchrotrons, tels que Soleil (Saint Aubin) ; Elettra (Trieste) et Petra-3 (Hambourg).

Contrôle électro-mécanique des parois de domaines chargées

SL-DRF-18-0825

Domaine de recherche : Physique du solide, surfaces et interfaces
Laboratoire d'accueil :

Service de Physique de l'Etat Condensé (SPEC)

Laboratoire d'Etude des NanoStructures et Imagerie de Surface (LENSIS)

Saclay

Contact :

Nicholas BARRETT

Date souhaitée pour le début de la thèse : 01-10-2018

Contact :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Directeur de thèse :

Nicholas BARRETT

CEA - DRF/IRAMIS/SPEC/LENSIS

0169083272

Page perso : http://iramis.cea.fr/Pisp/nick.barrett/

Labo : http://iramis.cea.fr/spec/Phocea/Vie_des_labos/Ast/ast_visu.php?id_ast=2075

Les matériaux ferroélectriques sont isolants par nature mais la découverte récente de la conductivité aux parois de domaine a ouvert une nouvelle époque pour ces matériaux: les parois peuvent avoir des propriétés électroniques très différentes et peuvent être manipulées sous application de champs électriques modestes. Elles sont intrinsèquement nanométriques et en conséquence adaptée à la miniaturisation. La rupture conceptuelle est basée sur la paroi de domaine qui devient l’élément actif d’un dispositif. Dans certaines conditions, les parois chargées peuvent être crées avec une conduction métallique, d’un ordre de grandeur plus important que celui du volume grâce à un gaz quasi-2D d’électrons qui se forme à la paroi. Cette conductivité peut être contrôlée chimiquement ou électriquement. L’objectif du projet est de réaliser, étudier et contrôler de telles parois de domaines chargées dans le BaTiO3 et dans le BiFeO3.

• Physique du solide, surfaces et interfaces

 

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