Thèse Etude Théorique de Mémoire à Base de Matériaux Ferroélectrique Bidimensionnel H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie Direction de la thèse : Jerome SAINT-MARTIN ORCID 0000000265408416 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-05-04T23:59:59 La découverte expérimentale récente de matériaux ferroélectriques bidimensionnels (2D) [1] (par exemple : SnTe, -InSe, CuInPS) ouvre de nouvelles perspectives pour le développement de mémoires non volatiles à faible consommation d'énergie, contrairement aux mémoires OxRAM actuelles. Grâce aux matériaux 2D, l'architecture de la mémoire, appelée jonction tunnel ferroélectrique (FTJ pour Ferroelectric Tunnel Junction), est simple (empilement vertical d'un matériau ferroélectrique entre deux contacts métalliques) et offre des perspectives d'intégration à haute densité, et donc de mise à l'échelle.
Le principe de fonctionnement de ces mémoires repose sur la modulation de la barrière de Schottky. Cette barrière est créée par les contacts métalliques à partir de la polarisation interne du matériau ferroélectrique, qui agit également comme barrière tunnel. Ainsi, en changeant la direction de la polarisation à l'aide d'un champ électrique externe, deux états non volatils peuvent être définis. Ce principe de fonctionnement non destructif confère aux FTJs non seulement une grande endurance, mais aussi des vitesses d'écriture élevées. Des rapports de résistance tunnel électrique (TER) plus élevés sont attendus que ceux observés dans les FTJs basés sur des matériaux tels que HfO [2] et mesurés expérimentalement [3].
L'objectif de la thèse est d'utiliser la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT, Density Functional Theory) [4] pour étudier la structure (relaxation), les propriétés électroniques (structure de bande, polarisation) et le changement de polarisation [5]Par la suite, l'étude par DFT sera couplée au code de transport NEGF (Non-Equilibrium Green's Function) afin de calculer les caractéristiques courant-tension des mémoires. L'utilisation de simulations NEGF se justifie par les dimensions nanométriques du dispositif et par le rôle crucial que l'effet tunnel peut jouer dans son fonctionnement. Pour cette partie, le code DFT-NEGF [7] (github.com/marcopala/Green-Tea-), développé au sein de notre équipe de recherche, sera utilisé. Des ajouts au code, tels que le couplage du modèle de Landau à l'équation de Poisson, pourraient également être envisagés dans le cadre de cette thèse. Les objectifs actuels de la nanoélectronique sont de développer des composants plus performants mais également de faible consommation et durable. La récente découverte expérimentale de ces matériaux [1] (par exemple : SnTe, In2Se3, CuInP2S6) ouvre de nouvelles perspectives pour le développement d'une mémoire non volatile à faible coût énergétique contrairement aux OxRAMs actuelles. Les figures de mérite pour les mémoires non-volatiles sont la consommation énergétique, la vitesse d'écriture, le temps de rétention de l'information et la scalabilité. A partir de matériaux 2D, l'architecture du dispositif est simplifiée (empilement vertical du ferroélectrique entre deux contacts métalliques) et offre la perspective d'une intégration à forte densité et donc de scalabilité. Le principe de fonctionnement de ces mémoires est basé sur la modulation de la barrière Schottky. Cette dernière est créée avec les contacts métalliques à partir de la polarisation interne du matériau ferroélectrique qui joue également le rôle de barrière tunnel. Ainsi, en changeant le sens de la polarisation par un champ électrique extérieur, deux états non volatiles peuvent être définis. Ce principe de fonctionnement non destructif des FTJ permet une endurance élevée mais également des vitesses d'écriture élevées. Des ratios d'électro-résistance tunnel plus élevés que dans le FTJ à base de matériaux ferroélectrique 3D tel que le HfO2 sont attendus [2] et mesurés [3]. Du fait de leur extrême finesse, ces matériaux sont également intéressants pour l'aspect électronique durable. En effet, moins de matière est nécessaire pour leur croissance en comparaison des matériaux massifs. Une consommation électrique plus faible est également envisageable en raison du meilleur contrôle électrostatique qui permettrait de changer la polarisation avec une tension plus faible. Compréhension et étude du changement de polarisation des matériaux ferroélectriques bidimensionnels. Etude et design de mémoire à base de ces matériaux.

Les candidats doivent être titulaires d'un master en physique, en électronique, en science des matériaux ou dans une discipline apparentée. Nous recherchons des personnes créatives et très motivées, ayant une solide formation et des compétences en recherche scientifique, et capables de collaborer au sein d'une équipe interdisciplinaire. Une expérience en programmation est également souhaitable, mais n'est pas obligatoire.
Veuillez joindre votre CV, la liste des cours que vous avez suivis et les résultats des examens passés dans le cadre de votre master, ainsi que toute autre information que vous jugez utile.