Thèse Étude des Effets des Radiations sur les Composants de Puissance à Large Bande Interdite pour les Applications Spatiales H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Montpellier
École doctorale : I2S - Information, Structures, Systèmes
Laboratoire de recherche : IES - Institut d'Electronique et des Systèmes
Direction de la thèse : Frédéric WROBEL ORCID 0000000224371223
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59

Les semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), se sont imposés comme des matériaux clés pour l'électronique de puissance de nouvelle génération. Leur capacité à fonctionner à des tensions, des températures et des fréquences de commutation plus élevées que les dispositifs au silicium permet d'améliorer considérablement les performances thermiques, la densité de puissance et le rendement [1, 2]. Ces caractéristiques rendent les dispositifs WBG très attractifs pour des applications dans l'espace, l'avionique, les environnements nucléaires et les accélérateurs de haute énergie, où la fiabilité dans des conditions extrêmes est essentielle. Les effets des rayonnements restent toutefois un défi majeur. L'exposition aux ions lourds, aux protons et aux neutrons peut induire des effets à événement unique (SEE) et des dommages cumulatifs (c'est-à-dire la dose ionisante (TID) et les dommages par déplacement (DD)), entraînant une dégradation des performances et compromettant en fin de compte la fiabilité du système [3-9]. La compréhension de ces mécanismes et l'identification de stratégies d'atténuation constituent donc des étapes cruciales vers l'adoption généralisée des dispositifs de puissance WBG dans l'espace et, plus généralement, dans les environnements irradiés.
Ce projet de doctorat se concentre sur les effets des rayonnements et la fiabilité des dispositifs de puissance à semi-conducteurs à grand gap (WBG), en mettant particulièrement l'accent sur les technologies commerciales SiC et GaN. L'un des objectifs centraux est de modéliser les processus de dégradation tant au niveau microscopique qu'au niveau des dispositifs, dans le but d'identifier les mécanismes de dégradation communs aux différentes technologies WBG. Grâce à des études expérimentales et à des simulations, l'objectif final sera d'étudier la sensibilité aux rayonnements des dispositifs WBG en milieu spatial et, par conséquent, d'améliorer la fiabilité de l'ensemble du système d'alimentation.
Le projet combinera des études expérimentales et des simulations afin de développer des modèles prédictifs des mécanismes de dégradation et de défaillance. Une campagne d'essais sera menée dans des installations européennes fournissant un faisceau d'ions lourds représentatif des applications spatiales. De plus, des experiences avec une source gamma seront réalisées à l'aide des installations de la plateforme PRESERVE. En combinant les données expérimentales avec des simulations TCAD, des modèles prédictifs des mécanismes de dégradation et de défaillance pour les technologies WBG seront étudiés. Les résultats scientifiques seront présentés lors de grandes conférences internationales dans ce domaine.
Le projet sera mené au sein de l'équipe RADIAC qui rassemble des expertises complémentaires en matière d'effets des rayonnements, de physique des dispositifs, de caractérisation électrique, de simulations TCAD et d'analyse de fiabilité, offrant ainsi un environnement idéal pour aborder la nature multi-échelle des phénomènes de dégradation dans les dispositifs à large bande interdite.

WBG semiconductors are promising for the next-generation power electronics, enabling higher efficiency, compared to traditional silicon technologies. However, their reliability under radiation remains a critical bottleneck for their large-scale adoption in space, avionics, high-energy accelerators, and nuclear applications. This project addresses this challenge by investigating and modeling the fundamental mechanisms of degradation induced by space radiation. Understanding how single-event effects and cumulative radiation damage affect commercial components will help improve system-level reliability and provide the scientific foundation for designing rad-hard power devices based on WBG materials.

- Le/la candidat/candidate doit être titulaire d'un master en électronique, génie électrique, physique, génie nucléaire, science des matériaux ou dans un domaine connexe.
- Le/la candidat/candidate doit manifester un vif intérêt pour la physique des semi-conducteurs, l'électronique de puissance, les effets des rayonnements, la fiabilité ou la physique des dispositifs. Une expérience dans les domaines de l'électronique de puissance, des techniques de caractérisation électrique, des essais de résistance aux rayonnements, de l'analyse de données, de la programmation, des simulations numériques, des outils TCAD et de la fabrication sera considérée comme un atout.
- Une bonne maîtrise de l'anglais écrit et parlé est requise. La connaissance du français serait appréciée mais n'est pas obligatoire. Le/la candidat/candidate doit également être disposé à se rendre dans des sites européens pour des campagnes expérimentales et des collaborations.