Developpement et gestion de la micro-thermique dans les technologies optiques et 3D avancées par thermoreflectance // Development and management of micro-thermal characterization in advanced optical and 3D technologies using thermoreflectance

De plus en plus de technologies font appel à des solutions pour gérer des flux de chaleurs très localisés, par exemple pour changer de phase un matériau PCM, contrôler ou moduler des indices optiques dans les guides d'onde optique, ou bien gérer les échauffements localisés en assemblage 3D. En particulier, les fonctions électriques ou optiques basées sur l'usage de matériaux PCM (optique reconfigurable, circuits optiques neuromorphiques, switchs optiques, …) utilisent des micro-heaters très difficiles à caractériser thermiquement à cause de leurs petites dimensions et des nouveaux matériaux utilisés, et dont l'optimisation est ainsi pénalisée. A ce jour par exemple nous ne savons pas caractériser thermiquement des micro-heaters en ITO pour les applications optiques, afin d'en extraire les paramètres pour modéliser son comportement.

Dans ce contexte, la thermoreflectance, une technique de mesure optique de la temperature basée sur la variation de reflectivité en fonction de la température, permet de faire une cartographie de température résolue en temps de composants in-operando. L'objectif de la these va donc être le développement de cette technique d'analyse sur les technologies avancées de STMicroelectronics (3D, Photonique, PCM Optics…) afin de caractériser les comportements thermiques à micro-echelle, extraire les paramètres thermiques, et ainsi simuler, developer puis intégrer avec les équipes de ST les solutions élaborées afin d'optimiser la gestion thermique aux micro-échelles. La caractérisation et l'optimisation de microheaters en ITO pour faire de l'optique reconfigurable est un exemple d'application disruptive pour les imagers.


L'objectif de la these est le développement de la technique de thermoreflectance pour l'analyse des technologies avancées (3D, Photonique, PCM Optics…) afin de caractériser les comportements thermiques à micro-echelle, extraire les paramètres thermiques, et ainsi simuler, developer puis intégrer avec les équipes de ST les solutions élaborées afin d'optimiser la gestion thermique aux micro-échelles. La caractérisation et l'optimisation de microheaters en ITO pour faire de l'optique reconfigurable est un exemple d'application disruptive pour les imagers.
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An increasing number of technologies rely on solutions to manage highly localized heat fluxes, for example to induce phase changes in phase-change materials (PCMs), control or modulate optical indices in optical waveguides, or mitigate localized self-heating in 3D integration. In particular, electrical and optical functions based on phase-change materials such as reconfigurable photonics, neuromorphic photonic circuits, and optical switches use micro-heaters that are extremely challenging to characterize thermally due to their small dimensions and the novel materials involved. This significantly limits their optimization. For instance, we are currently unable to thermally characterize ITO micro-heaters for photonic applications in order to extract the parameters required for accurate thermal modeling.

In this context, thermoreflectance is a non-contact optical temperature measurement technique based on the dependence of surface reflectivity on temperature. It enables time-resolved temperature mapping of devices under operating conditions (in operando).

The objective of this PhD project is therefore to develop and apply thermoreflectance-based characterization to our advanced technologies—including 3D integration, photonics, and PCM-based optical devices—in order to investigate thermal behavior at the microscale, extract key thermal parameters, and support the simulation, development, and integration of optimized thermal management solutions in collaboration with ST teams. One particularly promising application is the characterization and optimization of ITO micro-heaters for reconfigurable photonics, paving the way for disruptive innovations in imaging technologies.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Cifre

CIFRE ANRT

Université de Lille

632 ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes

Le candidat sera titulaire d'un master 2, avec une forte appétence pour les travaux expérimentaux exploratoires, connaissances en physique et en microélectronique, Une bonne communication en anglais, de la curiosité, de la proactivité et de l'autonomie sont attendus,
Applicants should hold a Master's degree (M2) and demonstrate a strong interest in exploratory experimental work, with a solid background in physics and microelectronics. Good communication skills in English, curiosity, proactivity, and the ability to work independently are expected