Le diamant est un semi-conducteur à large bande interdite présentant un fort potentiel pour la fabrication de composants pour l’électronique de puissance. La technique la plus utilisée pour le synthétiser et le doper est la croissance CVD assistée par plasma micro-onde. 

Souvent limité à quelques millimètres de côté, les substrats diamant depuis plusieurs années s’agrandissent et dépassent le centimètre de côté. Cette progression est permise par de nouvelles techniques ou approches tels que l’amélioration des procédés haute pression-haute température, les solutions de pavages, d’hétéroépitaxie ou les méthodes CVD. Il est maintenant parfaitement envisageable dans un futur proche d’avoir à disposition des substrats en diamant de 1 pouce ou plus. Dans ce contexte, il devient indispensable de prévoir l’avenir pour les croissances de couches diamant dopées dans les réacteurs actuels ou prévoir de nouveaux réacteurs pour ces procédés.

Diamond is a very promising material for various applications in the fields of power electronics, detectors and quantum information. Understanding its fundamental properties is essential for the development of future devices. In this context, Institut Néel has developed, as part of a thesis in collaboration with the LPSC (M.L. Gallin Martel’s team), an original Time of Flight Electron Beam Induced Current (ToF-EBIC) technique. This technique enabled a world first to be achieved, namely, to measure the mobility of free carriers by ToF-EBIC in ultra-pure diamond at low temperature. The principle of the experiment is that a 1 ns pulsed electron beam (from a scanning electron microscope) impacts the diamond semiconductor, inducing the creation, and then the displacement, of charge carriers through a solid diamond more than 500 μm thick to which a bias electric field is applied. The resulting signal is analysed using the current transient technique.

The M2 internship proposes to contribute to the development of advanced betavoltaic (BV) energy source, enabling autonomous power generation solutions for demanding environmental conditions. The project focuses on optimizing the conversion of β-radiation into electric power using innovative core-shell nanowire p-i-n junctions with (Al)GaN semiconductors. The intern will fabricate BV cells using core-shell nanowire p-i-n junctions, using state-of-the-art clean-room equipment, and comprehensive characterization, including electrical testing and electron beam induced current measurements. The project, in collaboration with researchers from CEA, aims to overcome current commercial BV devices’ limitations, offering valuable hands-on experience in nanotechnology and semiconductor research. This is an excellent opportunity for students interested in innovative energy solutions and advanced material science.

La transition écologique dans laquelle s’engage de plus en plus de pays conduit l’industrie microélectronique à s’orienter vers la durabilité. Basée sur cette tendance, la nouvelle génération de composants de puissance intègre désormais des matériaux semi-conducteurs à bande interdite ultra-large, tels que l’oxyde de gallium (Ga2O3) ou le nitrure d’aluminium (AlN). Ils permettent de fabriquer des composants qui supportent des tensions élevées avec de faibles pertes d’énergie en fonctionnement et par échauffement. Le stage s’inscrit dans ce contexte et celui du projet ALOFET (2024-2028) financé par l’Agence Nationale de la Recherche. Ce projet vise à développer une nouvelle architecture de transistors à haute mobilité d’électrons (HEMTs) à partir d’une hétérostructure Ga2O3/AlN, capable de supporter des tensions supérieures au kilovolt. Ces transistors ont pour vocation d’intégrer des convertisseurs de tension, des onduleurs, des hacheurs, … qui seront ensuite insérés dans des véhicules électriques, des installations de panneaux solaires, des parcs d’éoliennes, etc… Les composants de puissance en oxyde de gallium ont le potentiel pour répondre aux applications couvertes par les technologies SiC et GaN, tout en donnant accès à de nouveaux champs applicatifs.