Silicium supraconducteur et détection pour l'observation astrophysique en infrarouge lointain // Superconducting Silicon and detection in the far Infrared Universe

Les technologies silicium occupent aujourd’hui une place centrale dans le domaine du numérique, tant pour la fabrication de composants semiconducteurs que pour la réalisation de capteurs avancés. En 2006, la découverte de la supraconductivité dans le silicium fortement dopé au bore et activé par recuit laser a ouvert un nouveau champ de recherche. Depuis, plusieurs laboratoires, dont le CEA, explorent ses propriétés électroniques et ses potentialités. Ce matériau émergent présente en effet des caractéristiques particulièrement attractives pour des applications opérant à des températures cryogéniques sub-Kelvin, notamment dans les domaines de l’électronique quantique et des détecteurs ultra-sensibles utilisés en physique fondamentale et en astrophysique.
Malgré ces avancées, la compréhension du silicium supraconducteur fortement dopé en Bore reste encore limitée, en particulier concernant ses propriétés thermiques, mécaniques et optiques à l’échelle micronique. La thèse proposée vise à combler ces lacunes en combinant modélisation, conception, fabrication technologique et caractérisation cryogénique de dispositifs prototypes, dans le cadre d’une collaboration étroite entre le CEA-Léti et le CEA-Irfu. L’objectif principal sera de développer une nouvelle génération de détecteurs fondés sur ce matériau supraconducteur et d’en démontrer la pertinence pour la détection du rayonnement électromagnétique dans les gammes térahertz et infrarouge lointain.

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Silicon technologies occupy a central position in today’s digital landscape, both for the fabrication of semiconductor devices and for the development of advanced sensors. In 2006, the discovery of superconductivity in silicon heavily doped with boron opened a new field of research. Since then, several laboratories, including CEA, have been investigating its electronic properties and potential applications. This emerging material exhibits particularly attractive characteristics for systems operating at sub-Kelvin cryogenic temperatures, especially in the fields of quantum electronics and ultra-sensitive detectors used in fundamental physics and astrophysics.
Despite these advances, the understanding of superconducting silicon remains incomplete, particularly regarding its thermal, mechanical, and optical properties at the micrometric scale. The proposed PhD aims to address these gaps by combining modelling, design, technological fabrication, and cryogenic characterization of prototype devices, within a close collaboration between CEA-Léti and CEA-Irfu. The main objective will be to develop a new generation of detectors based on this superconducting material and to demonstrate their relevance for the detection of electromagnetic radiation in the terahertz and far-infrared ranges.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie
Laboratoire : Laboratoire d’Imagerie thermique et THz
Date de début souhaitée : 01-10-2026
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : DUSSOPT Laurent
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DOPT//LI2T
URL : https://www.leti-cea.fr/cea-tech/leti
URL : https://irfu.cea.fr/dap/

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie

ingénieur ou mastère 2 en Micro- et nanotechnologies, physique des semi-conducteurs, Photonique, Physique Appliquée