Une meilleure compréhension structurale en nanoélectronique grâce à la microscopie à rayons X en champ sombre // Sharper Structural Insight in Nanoelectronics with Dark-Field X-Ray Microscopy

La microscopie à rayons X en champ sombre (DFXM) est une technique synchrotron émergente et non destructive, capable d’imager les contraintes et les défauts cristallins avec une résolution de 30 à 100 nm sur de larges champs de vue. Les améliorations récentes à l’ESRF et sur la ligne de lumière ID03 ont augmenté l’intensité des rayons X de deux ordres de grandeur, permettant l’étude des structures nanométriques les plus complexes fabriquées en salle blanche. Cette thèse a pour objectif d’exploiter la DFXM pour l’analyse d’architectures microélectroniques avancées soumises à des contraintes thermo-mécaniques critiques. La DFXM fournira une cartographie 3D des contraintes, de l’orientation et des défauts enfouis dans des dispositifs complexes sans destruction de l’échantillon. Une étude comparative sera menée avec des techniques locales de rayons X complémentaires disponibles sur synchrotron telles que la microdiffraction Laue et la microscopie de diffraction des rayons X en balayage (SXDM). Des corrélations multi-échelles seront établies avec la MET et la spectroscopie Raman. Des simulations par éléments finis appuieront l’interprétation en modélisant le comportement mécanique sous charge thermique ou en conditions opérationnelles. L’objectif est de définir une méthodologie robuste pour l’analyse multi-échelle des contraintes dans les composants de la microélectronique.

Cette thèse se déroulera au CEA–Leti sur la plateforme de Nano-caractérisation, et s’inscrit dans une collaboration étroite avec la ligne ID03 de l'ESRF et soutient les avancées dans les technologies quantiques, la photonique et les technologies microélectroniques à haute efficacité énergétique. Ce travail contribuera à améliorer la fiabilité et l’optimisation de la conception des dispositifs de prochaine génération.
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Dark-field X-ray microscopy (DFXM) is an emerging, non-destructive synchrotron technique capable of imaging strain and crystalline defects with 30–100 nm resolution over large fields of view. Recent upgrades at the ESRF and the ID03 beamline have increased X-ray intensity by two orders of magnitude, enabling investigation of the most challenging nanoscale structures produced in cleanroom environments. This PhD aims to exploit DFXM for the analysis of advanced microelectronic architectures subjected to critical thermo-mechanical stress. DFXM will provide 3D mapping of strain, orientation and buried defects in complex devices without sample destruction. A comparative study will be performed against complementary local X-ray techniques also available at synchrotron facilities such as Laue microdiffraction and scanning X-ray diffraction microscopy. Multi-scale correlations will be established with TEM and Raman spectroscopy. Finite-element simulations will support interpretation by modelling the mechanical behavior under thermal or operational loads. The objective is to define a robust methodology for multiscale strain analysis in microelectronics devices.
This PhD will take place at the CEA–Leti on the Nanocharacterization platform and is embedded in a strong ESRF@ID03 collaboration and supports advances in quantum technologies, photonics and energy-efficient microelectronics. This work will contribute to improved reliability and design optimization of next-generation devices.

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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 : 01-09-2026
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : GERGAUD Patrice
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DPFT//LPMS
URL : https://portail.intra.cea.fr/drt/leti/dpft/Pages/Realisation_Lots/PFNC/La-PFNC.aspx
URL : https://www.esrf.fr/home/UsersAndScience/Experiments/StructMaterials/id03-hard-x-ray-microscopy.html0.1039/d1fd00110h

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

Physique de la matière condensée; Interaction rayonnement matière; grands instruments