Modelling from the atomic scale for the hardening of electronic and optoelectronic components
Simulation depuis l'échelle atomique pour le durcissement des composants électroniques et optoélectroniques (HDR)
Résumé
This document written to obtain the French accreditation to supervise research presents the
studies I conducted at CEA Arpajon since 2002 on the atomic scale modelling for the hardening of
electronic and optoelectronic components. During an irradiation, the properties of materials of the
components could be modified by the creation of point defects or by the activation of point defects
generated during the manufacturing process. The aim of my studies is to obtain a better understanding
of the physical and chemical properties of these point defects at the atomic scale. My work is
organized in three parts: the study of the generation of defects during the manufacturing process, the
characterization of defects in bulk materials and the consequences for the presence of point defects on
the macroscopic properties of a component (such as electrical properties for microelectronic
components or transmission properties for fiber optics). Studied materials are mostly oxides (silica,
hafnia, germania). For these studies, I used quantum chemistry methods such as first principles
calculations in the framework of Density Functional Theory, but also methods going beyond Density
Functional Theory such as Many Body Perturbation Theory or methods on larger time and length
scale such as Kinetic Monte Carlo, for which specific codes have been developed. This document
contains my resume, a sum-up of the studies I did, future research and a selection of publications.
Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches présente les études que j’ai effectuées
depuis 2002 au CEA Arpajon sur la modélisation à l’échelle atomique pour le durcissement des
composants pour la microélectronique et l’optoélectronique. Lors d’une irradiation, les propriétés des
matériaux constituants les composants peuvent être modifiées par la création de défauts ponctuels par
déplacement atomique ou l’activation par ionisation de défauts ponctuels pré-existants générés lors de
processus de fabrication des composants. L’objectif de mes études est d’obtenir une meilleure
compréhension de la physico-chimie de ces défauts ponctuels à l’échelle atomique. Mon travail s’est
organisé autour de trois axes : la compréhension de la création des défauts lors du processus de
fabrication, la caractérisation des défauts dans les matériaux et l’impact des défauts sur les propriétés
macroscopiques du composant (par exemple, ses propriétés électriques dans un composant de la
microélectronique ou ses propriétés de transmission optique pour une fibre optique). Les matériaux
étudiés ont été principalement des oxydes (silice, dioxyde de germanium, dioxyde d’hafnium). Pour
cela, j’ai utilisé des méthodes de modélisation quantiques dîtes ab initio reposant sur la théorie de la
Fonctionnelle de la Densité mais aussi des méthodes allant au-delà de la Fonctionnelle de la Densité
comme les méthodes de perturbation à plusieurs corps et des méthodes permettant d’atteindre de plus
grandes échelles comme les méthodes Monte Carlo Cinétique, pour lesquelles des codes spécifiques
ont dû être développés. Ce document contient donc mon CV détaillé, une synthèse des études
réalisées, les perspectives de recherche, ainsi qu’une sélection de certaines de mes publications.
Mots-clés - ab initio, microélectroniques, fibres optiques, défauts, radiations.
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