Métrologie quasi in situ de couches fines et d’interfaces par photoémission X multi-énergies // Next-Gen Surface Analysis for Ultrathin Functional Materials

Les dispositifs de nanoélectronique avancée et les technologies quantiques reposent sur des oxydes ultraminces et des interfaces spécifiques dont la composition chimique, la stœchiométrie et l’épaisseur doivent être maîtrisées avec une grande précision. Dans ce contexte, le LETI a fait l'acquisition du premier équipement de photoémission X (XPS–HAXPES)dédiés à la mesure en ligne de plaquettes 300 mm. Les caractéristiques uniques de cet équipement (analyse multi-énergie et résolu angulairement) ouvrent la voie à une métrologie chimique quasi in situ au plus proche des étapes procédés.

Cette thèse vise à développer des méthodologies XPS/HAXPES quantitatives, multi-énergie et en résolues en angle, appliquées à l’étude d’oxydes et d’oxynitrures ultraminces. Les travaux porteront sur la validation de la précision métrologique, la quantification des paramètres structuraux et chimiques, ainsi que sur l’élaboration de protocoles robustes permettant le transfert quasi in situ de couches sensibles entre équipements précédés (dépôt, gravure, …) et de caractérisation.

Les méthodologies développées seront appliquées à des cas d’intérêt industriel et scientifique majeur, notamment les empilements CMOS avancés et les jonctions Josephson pour dispositifs quantiques, où des barrières AlOx d’épaisseur inférieure à 2 nm jouent un rôle déterminant dans les performances des composants.

Ce projet de doctorat contribue directement au développement des technologies quantiques de nouvelle génération, de la photonique avancée et de la microélectronique à faible consommation énergétique, en améliorant la fiabilité, la stabilité et la maîtrise des matériaux à l’échelle nanométrique. La thèse sera réalisée dans un environnement scientifique de haut niveau, au sein d’un cadre collaboratif multi-partenaires.
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Advanced nanoelectronics and quantum devices rely on ultrathin oxides and engineered interfaces whose chemical composition, stoichiometry and thickness must be controlled with sub-nanometer precision. LETI is installing the first 300-mm multi-energy XPS–HAXPES tool with angle-resolved capability, enabling quasi in situ chemical metrology from deposition to characterization.
This PhD will develop quantitative, multi-energy and angle-resolved XPS/HAXPES methodologies for ultrathin oxides and oxynitrides, validate measurement accuracy, and establish robust protocols for quasi in situ transfer of sensitive layers. Applications include advanced CMOS stacks and quantum Josephson junctions, where sub-2 nm AlOx barriers critically determine device performance.
The project directly supports the development of next-generation quantum technologies, advanced photonics and energy-efficient microelectronics by improving the reliability and stability of nanoscale materials. The work will be carried out within a strong multi-partner framework.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service de Métrologie et de Caractérisation Physique
Laboratoire : Laboratoire Propriétés des Matériaux et Structures
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : PELISSIER Bernard
Organisme : CNRS
Laboratoire : CNRS/LTM

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département des Plateformes Technologiques (LETI)
Service : Service de Métrologie et de Caractérisation Physique

Ecole d'ingénieur, Master Physique ou Chimie-Physique