Carbon nanostructures based high frequency interconnections

Sujets de thèse 2014

Intitulé de la thèse
Carbon nanostructures based high frequency interconnections
Publication du sujet sur le site de l’ABG : OUI
Nature du financement : Chaire DEFIS-RF – Co-financement DGA
Domaine de compétences principal (pour l’ABG) : Sciences pour l’Ingénieur
Domaine de compétences secondaire (pour l’ABG) : Physique
Spécialité de doctorat : Electronique des hautes fréquences, Photonique et Systèmes

Lieu de travail
Limoges, UMR XLIM 7252, www.xlim.fr
Singapore, UMI CINTRA 3288, www.cintra.ntu.edu.sg

Funding for PhD on this topic is available for next October 2014. The University of Limoges will deliver the PhD degree. The PhD will be done in co-supervision by XLIM and CINTRA, between Limoges et Singapore and in the framework of the ANR Industrial Chair.
Laboratoire d’accueil : XLIM/MINACOM

Présentation de l’équipe de recherche
Les domaines d’expertise du département MINACOM concernent le développement ou l’utilisation de méthodes avancées de conception et la mise au point de nouvelles technologies et moyens de caractérisation pour élaborer des composants et circuits originaux et innovants. Ces activités s’appuient sur l’ensemble des moyens technologiques de fabrication et de caractérisation de micro et nano composants et de dispositifs de l’électronique organique de la plateforme PLATINOM.Elles sont couramment menées en collaboration avec d’autres équipes du laboratoire et avec des partenaires institutionnels, académiques, ou industriels. Le département est organisé autour de trois équipes étroitement liées:

L’équipe MACAO développe un ensemble de techniques (méthodologies et outils associés) pour la conception optimisée de composants et circuits hyperfréquences. Des briques technologiques plus spécifiquement liées aux techniques développées sont également intégrées à cette équipe.
L’équipe Micro et Nano structures pour les Télécoms développe de nouvelles technologies permettant la micro et nano fabrication de composants comme les MEMS et l’intégration de matériaux innovants pour des applications dans le domaine des microondes, de l’optique et de la biologie.
L’équipe Optoélectronique Plastique traite tous les aspects liés à la mise au point de composants plastiques (diodes électroluminescentes, transistors à effet de champ, cellules solaires) qui englobent les modélisations physiques, les réalisations et les caractérisations spécifiques.

Résumé de la thèse en français
A échelle nanométrique, les applications électroniques vont devoir faire face à des difficultés imposées par les lois physiques, les propriétés des matériaux, les caractéristiques des circuits et systèmes, l’assemblage et le conditionnement. Dans ce contexte, le packaging jouera un rôle majeur en fournissant les performances et l’efficacité nécessaires combinés aux composant nanométriques reliés à la carte mère. Les techniques d’assemblage se concentrent sur l’intégration au niveau système et de nouvelles technologies sont proposées (système 3D, packaging de substrats, intégration electro/optique). Les matériaux conventionnels utilisés pour le packaging seront ainsi inadaptés en terme de performances thermiques, mécaniques et électriques. Une des solutions concerne l’utilisation de matériaux innovants tels que les nanotubes de carbone (NTCs), les nano-fils, les nanoparticules ou le graphène (monocouche de graphite).
Dans ce contexte, les NTCs (feuille de graphène enroulée) présentent des propriétés physiques, électriques et thermiques uniques, ce qui leur apportent un certain intérêt pour le champ d’applications de l’électronique nanométrique. Ce nouveau champ de recherche concerne l’utilisation de nanomatériaux appliqués au packaging des composants électroniques. Les applications sont diverses et variées entre les interconnections, la gestion thermique ou même mécaniques. Dans ce travail de thèse, nous nous concentrerons plus particulièrement sur les interconnections RF.

Résumé de la thèse en anglais
Nanoelectronics applications will face limits imposed by physics laws, material properties, circuits and systems characteristics, assembly and packaging conditions. In this context, packaging will play a major role by providing an effective capability of complementing the nanometric device features to the circuit boards. Interconnecting the nanometric devices will be a major problem, especially on the global level. Assembly approaches are moving toward the system-level integration paradigm and new packaging technologies are proposed (3D system integration, wafer-level packaging, electro/optical integration). The conventional materials used in the classical packaging are expected to be inadequate in terms of thermal, mechanical and electrical performances. A possibility under investigation is the use of new materials in nanopackaging such as carbon nanotubes (CNTs), nanowires, nanoparticules and graphene (monoatomic layer of graphite).
In this context, CNTs (rolled-up sheets of graphene) reveale unique physical, electrical and thermal properties, which make them extremely attractive for many applications in the area of nanoelectronics. This new field of research concerns the use of nanomaterials applied to the packaging of electronics components. That can be for interconnect, thermal, mechanical, etc managements. In this PhD-work, we will mainly focused on RF interconnections interconnections.

Description complète du sujet de thèse
Nanoelectronics applications will face limits imposed by physics laws, material properties, circuits and systems characteristics, assembly and packaging conditions. In this context, packaging will play a major role by providing an effective capability of complementing the nanometric device features to the circuit boards. Interconnecting the nanometric devices will be a major problem, especially on the global level. Assembly approaches are moving toward the system-level integration paradigm and new packaging technologies are proposed (3D system integration, wafer-level packaging, electro/optical integration). The conventional materials used in the classical packaging are expected to be inadequate in terms of thermal, mechanical and electrical performances. A possibility under investigation is the use of new materials in nanopackaging such as carbon nanotubes (CNTs), nanowires, nanoparticules and graphene (monoatomic layer of graphite).
In this context, CNTs (rolled-up sheets of graphene) reveale unique physical, electrical and thermal properties, which make them extremely attractive for many applications in the area of nanoelectronics. This new field of research concerns the use of nanomaterials applied to the packaging of electronics components. That can be for interconnect, thermal, mechanical, etc managements. In this PhD-work, we will mainly focused on RF interconnections interconnections.

The first part of this work will be dedicated to the study of carbon nanotube properties. The objective is to understand the CNT composition and the different type of CNTs that can be grown with their respecting properties. We will also define what are the interest and advantages of using CNTs for high frequency applications. Several methods to grow CNTs will be studied with a focus on the two mains methods (TCVD and PECVD). Advantages and limitations of each method will be detailed.
In addition methods to model carbon nanotubes for high frequency will be studied. Two approaches will be presented: analytical and electromagnetic.

The second part of this work is to demonstrate the feasibility of these new interconnected CNTs up to 100 GHz. After fabrication of the device using CNTs, the performance will be tested and compared to the current technologies. A full modeling of the structure will be performed by full electromagnetic approach and a hybrid analytical/electromagnetic approach. The two methods will be compared.

Th third part of this PhD-work will be focused on innovative approaches in order to avoid ohmic contacts. The idea is to develop wireless interconnections at high frequency. Again, modeling and growth aspects will be conducted by the PhD student.

Industrial partner:
This PhD work is part of a larger project named DEFIS RF in strong collaboration with Thales (France), and funded by the ANR Industrial Chair. This Chair is located at XLIM – University of Limoges/CNRS in France. (www.xlim.fr)

Objectifs scientifiques de la thèse
– Modeling of nanostructures
– 3D EM modeling
– growth of nanostructures
– fabrication of RF components for packaging
– caracterisations of materials
– RF packaging tests

Compétences à l’issue de la thèse
pluri disciplinary skills:
– modeling
– physics
– grower of nanomaterials
– nanotechnologies
– innovative RF components

international experience

Mots clés (séparés par des virgules)
Interconnections, carbon nanotubes, high frequency, modeling, packaging, nanopackaging, nanotechnologies.
Conditions restrictive de candidature (nationalité, âge, …) : NON

Expérience/profil souhaité(e)
– Master degree or school of engineers

Skills in electronics and physics
strong motivation of the candidates

In any case, candidates are expected to have interest in physics, electronics,
and nanotechnologies

Modalité de dépôt des candidatures
CV (including education, transcript
& professional history)

Letter of Motivation including how the candidate will contribution to the project

Directeur de thèse
Prof Dominique Baillargeat
Adresse mail du directeur de thèse : dominique.baillargeat@xlim.fr
Téléphone Directeur de thèse : +33 5 55 45 72 50

Recherche

Menu principal

Haut de page