SPÉCIALITÉ Micro et Nanotechnologies (MNT)

Transcription

1 PROGRAMME PEDAGOGIQUE MASTER RECHERCHE 2 ème année (M2R) DOMAINE SCIENCES, TECHNOLOGIES, SANTE MENTION MICRO NANOTECHNOLOGIES, TELECOMMUNICATIONS SPÉCIALITÉ Micro et Nanotechnologies (MNT) Objectifs de la formation Au cours des dernières décennies, avec la miniaturisation des composants et des systèmes, l'électronique est devenue omniprésente et quasiment invisible dans notre quotidien. On retrouvera ces composants dans de nombreuses applications telles que les équipements portables (PC, PDA, ), les télécommunications, l'automobile, les équipements de loisirs,. L'évolution de la microélectronique vers la nanoélectronique et le développement des nanotechnologies donne lieu à l'émergence de nouvelles activités de recherche et d'innovations. Ceci permet d'envisager dans les prochaines années l'intégration de plus d'intelligence et d'interactivité dans les systèmes, pour atteindre le concept d'intelligence ambiante, qui est la vision de l'eniac (European Nanoelectronics Initiative Advisory Council) des prochaines décennies. Ce master, a pour ambition de former des spécialistes de ces secteurs, ayant une bonne connaissance des autres secteurs, par le biais des projets interspécialités, de séminaires et de cours communs autant que possible. La structure proposée ne fait plus apparaître la notion de spécificité "recherche" ou "professionnelle". Notre objectif est de proposer à tous les étudiants du master 2 une formation leur permettant d'intégrer directement le monde professionnel, ou de poursuivre en doctorat en fonction de leurs projets professionnel et personnel. De ce fait, une importance est apportée à la formation pratique dans les différentes unités d'enseignement (UE). Le stage de fin d'étude peut s'effectuer en entreprise ou dans un laboratoire de recherche. L'objectif scientifique de la spécialité Micro et NanoTechnologies (MNT) est de fournir aux étudiants (i) une bonne connaissance des propriétés des matériaux qui serviront d'éléments de base de la fabrication de composants ou de dispositifs élémentaires, (ii) les techniques de fabrication et de caractérisation des matériaux et des dispositifs, (iii) les possibilités d'intégration de ces composants dans un système pour une application donnée. Un accent sera également mis sur la pluridisciplinarité qui est nécessaire pour travailler en interaction avec d'autres secteurs disciplinaires. En effet, de nombreuses innovations se situent aux frontières de différentes disciplines (systèmes microfluidiques, bio-mems, ), et il est indispensable de savoir communiquer avec d'autres disciplines. 1

2 Organisation de la formation Sur le plan pédagogique, notre objectif est de former des spécialistes capables de répondre aux besoins actuels des entreprises et des laboratoires de recherche, et ayant une grande faculté d'adaptation, pour rester à la pointe de l'innovation. Les UE seront généralement bâties sous forme de Cours/TD/TP applicatifs, de manière à accompagner l'étudiant dans son processus d'acquisition de connaissances. Au-delà de ces aspects théoriques et pratiques, les étudiants seront sensibilisés: (i) aux problématiques actuelles et futures de leur spécialité, par des séminaires assurés par des professionnel du monde de l'entreprise et de la recherche; (ii) sur le monde de l'entreprise et de la recherche par l'ue "Outils pour l'ingénieur" commune à toutes les spécialités. Les projets techniques permettront aux étudiants de mettre en application les différentes connaissances acquises durant la formation pour résoudre des problèmes concrets. Les travaux pratiques applicatifs s'appuieront: - sur les moyens de mesures des salles de TP d'électronique basse fréquence pouvant accueillir au maximum 8 binômes - sur les moyens techniques de la plateforme mutualisée du pôle CNFM de Lille (Coordination Nationale de la Formation en Micro et nanoélectronique), qui dispose entre autres: o d'une salle de CAO disposant de logiciels professionnels (Cadence, Silvaco, ADS, ) et pouvant accueillir 12 binômes o une salle grise disposant d'équipements de fabrication de circuits hybrides d'une capacité de 3 binômes o une salle blanche disposant d'équipements de fabrication de transistors, de microsystèmes et d'équipements de nanocaractérisation (microscopie en champ proche AFM/STM), d'une capacité de 3 binômes o d'une salle de caractérisation électrique de composants et circuits jusqu'à des fréquences de 20 GHz, d'une capacité de 4 binômes. - Sur les moyens des centrales de technologies et de caractérisation de l'iemn (Institut d'electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie) pour des besoins spécifiques de formation. 2

3 Débouchés de la formation En terme d'insertion professionnelle le Master II MNT offre des débouchés dans des domaines aussi variés que les télécommunications, l instrumentation, le biomédical, les transports, l aéronautique et le spatial. En ce qui concerne la poursuite d'études, ce master s'appuie sur les compétences de recherche développées au sein de l'iemn (Institut d'electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie), des fédérations de recherche que constituent l'ircica (Institut de Recherche sur les Composants logiciels et matériels pour l Information et la Communication Avancée), l'iri (Institut de Recherche Interdisciplinaire), et de l'inrets (Institut National de REcherche sur les Transports et leur Sécurité). Ces laboratoires, qui regroupent un peu plus de 160 chercheurs et enseignants chercheurs, ont des capacités suffisantes pour accueillir des étudiants souhaitant poursuivre leurs études et se spécialiser par un Doctorat. Exemples de métiers visés : - Ingénieur analyse technologique - Ingénieur procédés de fabrication - Ingénieur conception de dispositifs - Ingénieur de recherche et développement dans de nombreux secteurs applicatifs (automobile, bio-médical, analyse médicale, télécommunications, ) - Consultant en montage de projet / conseil opérationnel, aide aux entreprises 3

4 Programme pédagogique S3_MNT - Dispositifs micro-nano-optoélectronique Formation Domaine/Mention Semestre Master Micro, Nanotechnologies et Télécommunications semestre 3 master Informations sur l'offre de formation Intitulé Dispositifs micro-nano-optoélectronique Intitulé en ANGLAIS Description des objectifs. Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés (compétences et connaissances à acquérir) Micro-nano-opto electronic devices Programme de l UE Donner aux étudiants les bases sur la physique et les propriétés des dispositifs actifs à semi-conducteurs pour la microélectronique et optoélectroniques. Etudier les limitations fondamentales de ces dispositifs pour les applications analogiques et digitales. Présenter l état de l art, l évolution prévisible (la feuille de route ITRS) et les perspectives en particulier les nano dispositifs Description du contenu Partie 1 : dispositifs pour la micro et l optoélectronique Introduction o Traitement de l information o Dispositifs-circuits systèmes o Histoire des dispositifs o Le marché des semi-conducteurs Les transistors à effet de champ MOSFET o Les règles de scalling, les limitations fondamentales. L état de l art o la feuille de route ITRS o les structures alternatives MESFET III-V o limitations fondamentales. L état de l art o les hétérostructures à modulation de dopage o le HEMT o les différentes filières ( GaAs, InP, GaN) Les transistors bipolaires o Les limitations fondamentales du TBJ. Les semiconducteurs fortement dopés. L état de l art o Le HBT o Les différentes filières (SiGe, GaAs, InP ) 4

5 Les dispositifs optoélectroniques o Diodes lasers (FP,DFB,DBR,puits quantiques,...) o Modulateurs électrooptiques o Photodétecteurs (PIN,avalanches...) o Partie 2 : Nanoelectronique Introduction à la nanoélectronique o Limitations de la loi de Moore o Propriétés électroniques et effets quantiques o Structures à basse dimension. Nanofils, nanotubes, boites quantiques Les nano dispositifs o MOSFETS ultimes o Dispositifs à un électron o Dispositifs supra conducteurs o Calcul quantique o Electronique de spin Outils pédagogiques: présentations powerpoint Polycopies, bibliographies, sites web Acquis et pré requis conseillés Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS Libelle réduit Libelle emploi du temps / PV (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD Informations administratives Nom du responsable de l'ue Alain Cappy du responsable Alain.cappy@iemn.univ-lille1.fr Téléphone du responsable Adresse administrative du responsable ( IEMN UFR qui gère les enseignements de l'ue IEEA Informations sur les modalités de contrôles de connaissances Nature des différents contrôles Contrôle continu - Devoirs surveillés - Examens Oral - Travaux pratiques Durée de l'examen final 1er session 2h Durée de l'examen final 2ème session 2h 5

6 S3_MNT Matériaux pour la nano- électronique et photonique Formation Master Domaine/Mention Micro, Nanotechnologies et Télécommunications Semestre Semestre 3 Informations sur l'offre de formation Intitulé Matériaux pour la nano- électronique et photonique Intitulé en ANGLAIS Description des objectifs. Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés (compétences et connaissances à acquérir) Description du contenu Nanoelectronics and photonics materials Le but de cette unité est de mettre en évidence les principes physiques et technologiques permettant la synthèse des matériaux micro structurés qui sont à la base des développements des composants, dispositifs et système avancés, vus dans d autres unités. Cette unité est composée de deux parties. La première partie concerne l ingénierie de bande des semi-conducteurs qui est à la base de tous les développements industriels actuels que ce soit en micro électronique, en photonique ainsi qu en opto électronique à la croisée de ces deux disciplines. La seconde partie traite des idées nouvelles, quelque fois encore au stade du laboratoire, préparant les systèmes de future génération intégrant généralement les dispositifs électroniques et photoniques. Première partie : ingénierie des semi-conducteurs (puits quantiques et super réseaux) Dispersion des systèmes cristallins Structures électroniques : Diagramme de bande et grandeurs relatives (vitesse de structure de bande, masse effective, densité d états) Structures photoniques : diagramme de dispersion et grandeurs relatives (vitesses de phase et de groupe- densité d états) Transport dans les systèmes ordonnés Transport cohérent en photonique et en nanoélectronique quantique (réaction de charge d espace-transmission et réflexion quantiques) Transport incohérent : interaction avec le réseau : propriétés de conduction en régime diffusif (champs faibles et forts) Notions sur la fabrication et la caractérisation des matériaux : Techniques d épitaxie et de caractérisation struturale par rayons X et des transitions optiques par photoluminescence. Analyse des propriétés de conduction (courants particulaire et de déplacement) Seconde partie : Matériaux artificiels Micro et nanostructuration des métalliques:applications aux structures et dispositifs plasmoniques. Exemple des guides plasmons et des grilles d Ebbessen. Contrôle de la dispersion par les métamatériaux des micro-ondes à l optique 6

7 Micro et nanostructuration des composés diélectriques. ingénierie de structures de bande des cristaux photoniques. Application à l ingénierie de la vitesse de groupe et au contrôle des effets non linéaires. Focalisation par réfraction négative. Micro et nanostructuration des composés ferroélectriques et ferromagnétiques : Effet de localisation et magnétisme artificiel Application au cloaking. Acquis et pré requis conseillés Pré-requis conseillé Unit Nano du semestre 1 physique basse dimension semestre 2 Bases de la mécanique quantique électronique) et de l optique physique (photonique) Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS 5 Libelle réduit () Libelle emploi du temps / PV (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD Partie 1 : 10h Partie 2 10 h Partie1 : 10h Partie 2 10h Partie 1 : 4 h Partie 2 : 6h Informations sur la gestion administrative Nom du responsable de l'ue Didier LIPPENS du responsable Didier.lippens@iemn.univ-lille1.fr Téléphone du responsable Adresse administrative du responsable IEMN ( Université de Lille1) UFR qui gère les enseignements de l'ue IEEA Informations sur les modalités de contrôle des connaissances Nature des différents contrôles Contrôle continu-examens Durée de l'examen final 1er session Durée de l'examen final 2ème session 2 heures 2 heures 7

8 S3_MNT_ Technologie des composants et des dispositifs / introduction aux MEMS Formation Master Domaine/Mention Micro et nanotechnologies, Télécommunications Semestre semestre 3 Nature MNT Informations sur l'offre de formation Intitulé Technologie des composants et des dispositifs / introduction aux MEMS Intitulé en ANGLAIS Devices and circuits fabrication / Basis of MEMS technology Description des objectifs. La technologie microélectronique met en œuvre un nombre élevé d'étapes élémentaires, pour la fabrication d un composant ou d'un Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés circuit intégré. La maîtrise de ces techniques de fabrication est un facteur essentiel : (compétences et - Pour l amélioration des performances des systèmes connaissances à acquérir).( - Pour l innovation (fabrication de nouveaux dispositifs) Cette UE a pour objectif d aborder les différentes techniques mises en œuvre pour fabriquer des composants et des circuits, en précisant les avantages et les limitations de chacune d elles. La mise en œuvre des différentes techniques abordées sera effectuée à travers des travaux pratiques en salle blanche, au pôle de formation de microélectronique de Lille (CNFM). En considérant l'exemple des MEMS, on abordera les contraintes technologiques associées Ceci est réaliser à l'aide d'un cours à distance, de l'université du Michigan. A l issue de cette formation, les étudiants sauront appliquer et associer de manière judicieuse les différentes techniques abordées pour fabriquer des composants et des systèmes. Description du contenu Contenu : Partie 1 1- Les matériaux en présence 2- Les techniques de lithographie Lithographies optiques Lithographie non optiques 3- Les techniques de gravure Gravures humides Gravures sèches 4- Les techniques de dépôt Matériaux diélectriques Métallisations 5- Application des techniques à la réalisation de dispositifs Composants et circuits silicium Composants et circuits III-V 6- Caractérisation électrique (BF) des dispositifs 8

9 Thèmes de TP: - Réalisation de composants (Résistances, diodes Schottky, MESFET,...) Réalisation d'un microsystème Contenu partie 2 Micro fabrication et Micro usinage: Matériels Micro fabrication Micro usinage Transducteurs: Domaines d énergie Techniques de Transduction Capteurs Actionneurs Micro systèmes: Circuits Systèmes Puissance Bruit et Signaux Communication Test et Calibration Intégration «Packaging» Acquis et pré requis conseillés Notion de propagation guidée et rayonnement Paramètres S Transposition de fréquence Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS 5 Libelle réduit Systèmes de transmission micro-ondes Libelle emploi du temps / PV (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD Informations sur la gestion administrative Nom du responsable de l'ue Henri HAPPY Stephen ARSCOTT du responsable Henri.happy@iemn.univ-lille1.fr Téléphone du responsable +33 (0) Adresse administrative du responsable IEMN Cité scientifique Avenue Poincaré BP Villeneuve d Ascq UFR qui gère les enseignements de l'ue IEEA 9

10 Informations sur les modalités de contrôle des connaissances Nature des différents contrôles Contrôle continu - Devoirs surveillés - Examens Oral - Travaux pratiques Durée de l'examen final 1ère session 3 H Durée de l'examen final 2ème session 10

11 S3_MNT - Nano caractérisation Formation Master Domaine/Mention Micro, Nanotechnologies et Télécommunications Semestre 3 Nature Informations pour l'offre de formation Intitulé Nano caractérisation Intitulé en ANGLAIS Description des objectifs. Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés (compétences et connaissances à acquérir). Nano-characterization L objectif majeur est d aborder les problématiques liées aux mesures électriques de nano-dispositifs (transistor de très faible dimension, nanofils ). Cet enseignement se veut de sensibiliser les étudiants aux mesures électriques en régimes statique (courant/tension) ou quasi-statique (capacité) et dynamique (paramètres S). Les mesures en environnement cryogénique constitueront également un ensemble d objectifs. Les principes de mesures, le matériel associé, les aspects de précision de mesure seront détaillés. L enseignement comprendra également une description détaillée des techniques adaptées pour observer et caractériser des nanostructures, telles que les microscopies à champ proche (STM, AFM). Le fonctionnement de ces techniques sera fera au travers d exemples simples de mesure qui illustreront des effets physiques liés au transport, tels que le confinement quantique, les effets de charge, le couplage électron-phonon, la supraconductivité,. Description du contenu - Principe de mesures de courant/tension en régime statique. Causes des imprécisions, calibrage, - Description du matériel pour la mesure sous pointes d ultra faible courant (appareillage, pointes, blindage, connectique ). Description et prise en compte / limitation des signaux parasites (courant de fuite, bruit ) - Description du matériel pour la mesure sous pointes de très faible valeur de capacité. Calibrage, limitations - Principe des mesures en régime dynamique (mesures d impédance et de paramètres S). - Principe et détail de l appareillage pour les mesures électriques en environnement cryogénique jusqu aux très faibles températures (qcq 100 mk). - Principe de fonctionnement d un microscope à effet tunnel. - Spectroscopie tunnel de nanostructures. - Principe de fonctionnement d un microscope à force atomique (AFM) et domaines d application - Techniques de caractérisation électrique en champ proche issues de la microscopie AFM : détection de 11

12 charges (EFM), mesure de potentiels de surface (KFM), mesure de capacités locales (SGM) Acquis et pré requis conseillés Notions de mécanique quantique Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS Libelle réduit MNT_S2_nanocar Libelle emploi du temps / PV S2_nanocar (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD Informations sur la gestion administrative Nom du responsable de l'ue du responsable Téléphone du responsable Adresse administrative du responsable ( UFR qui gère les enseignements de l'ue B. Grandidier IEMN Avenue Poincaré villeneuve d ascq cedex IEEA Informations sur les modalités de contrôle des connaissances Nature des différents contrôles Durée de l'examen final 1er session Durée de l'examen final 2ème session Examens Travaux pratiques 12

13 S3_MNT_ MEMS: Une technologie émergente pour des applications dans les marchés des télécommunications, des transports, du biomédical et de l industrie Formation Domaine/Mention Semestre Nature Master Micro, Nanotechnologies et Télécommunications semestre 3 master Informations sur l'offre de formation Intitulé MEMS: Une technologie émergente pour des applications dans les marchés des télécommunications, des transports, du biomédical et de l industrie. Intitulé en ANGLAIS MEMS: Emerging technology for applications in communication, transport, biomedical and industrial markets. Description des objectifs. Cerner l'intérêt des technologies de miniaturisation pour différentes applications industrielles. Décrire le champ de ces applications. Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés (compétences et Expliquer les challenges et solutions en terme d intégration et de packaging des produits comprenant des MEMS. Inventorier les techniques de caractérisation physiques des MEMS permettant connaissances à acquérir).( d assurer un contrôle qualité des systèmes MEMS. Description du contenu 1. Applications et Marchés (10 heures) 1.1 Télécommunication 1.2 Transport 1.3 Biomédicale 1.4 Contrôle Industriels 1.5 Autres 2. Intégration et Packaging (10 heures) 2.1 Plateforme Microfluidique 2.2 SIP? 2.3 Interconnections 3. Caractérisations Physiques (10 heures) 3.1 MEMS en milieu sec 3.2 MEMS en milieu liquide Acquis et pré requis conseillés Une formation générale en sciences physiques de niveau licence. Avoir suivi l UE Bases des microsystèmes et de la microfluidique au semestre S2. Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS Libelle réduit MEMS et Produits Libelle emploi du temps / PV (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD

14 Informations sur la gestion administrative Nom du responsable de l'ue Vincent Senez du responsable Téléphone du responsable 33-(0) Adresse administrative du responsable IEMN BP Avenue Poincaré Villeneuve d Ascq cedex UFR qui gère les enseignements de l'ue Informations sur les modalités de contrôle des connaissances Nature des différents contrôles Durée de l'examen final 1er session Durée de l'examen final 2ème session Contrôle continu 2 heures (écrit) 1 heures (oral) 14

15 S3_MNT - Matériaux et Structures actives ferroélectriques, ferromagnétiques et multi-ferroiques pour électronique fonctionnelle et microsystèmes Formation Domaine/Mention Semestre Nature Master Micro, Nanotechnologies et Télécommunications semestre 3 master Informations sur l'offre de formation Intitulé Intitulé en ANGLAIS Description des objectifs. Détails des objectifs. Préciser les objectifs visés (compétences et connaissances à acquérir). Description du contenu Matériaux et Structures actives ferroélectriques, ferromagnétiques et multi-ferroiques pour électronique fonctionnelle et microsystèmes Ferroelectric, Ferromagnetic, and Multiferroic Active materials and structures for functional electronics and microsystems Les objectifs généraux de cet enseignement sont d effectuer une présentation intégrée d une grande variété de matériaux actifs actuellement en plein essor aussi bien sous leur forme massive qu en films minces ou nanostructures, et leurs applications déjà opérationnelles ou en cours de développement. Le cours abordera aussi bien la formalisation théorique avec une approche systématisée des mécanismes des ces matériaux, que l étude de cas particuliers d études concrètes, avec un overview des champs applicatifs, de l état de l art et des marchés. - Introduction : matériaux actifs, fonctionnels et intelligents. Définitions. Effets physiques non triviaux. Notion d intelligence. Domaines d applications. Marchés. Partie I : Matériaux actifs diélectriques 1) Mécanismes de polarisation. Origine microscopique. Dépendance fréquentielle. Classes cristallines et identifications des matériaux piézo-, pyro-, ferro- électriques. 2) Piézo-électricité : Historique. Effets direct et inverse. Modèle 1D piézo-électricité / Electrostriction. Généralisation. Approche thermodynamique. Facteur de mérite. 3) Ferro-électricité : Historique. Cycle d hystérésis. Transitions de 1 er et 2 ème ordre et théorie de Landau. Conséquences de la ferro-électricité. Aspects microscopiques. Transitions displacive et ordre-désordre. Structures en domaines. Exemples 4) Technologies spécifiques des films : Méthode du Dr Blade, sol-gel, méthode hydrothermale, ablation laser ; intégration électronique et MEMS 5) Applications électronique fonctionnelle et MEMS : Capteurs de pression, accéléromètres, gyroscopes, Micro-actionneurs : 15

16 microvalves, micropompes, micromoteurs, Transducteurs ultrasonores MEMS piézo-électriques et caméras sous-marines Partie II : Matériaux ferromagnétique / multiferroiques 1) Sous-systèmes de MEMS contrôlés par les matériaux actifs magnétiques : Overview, intérêts 2) Interactions magnéto-élastiques : interactions d échange et spin-orbitale, ordre magnétique, magnétostriction géante, couplage magnéto-mécanique, transfert d énergie magnétomécanique, actionnement quasi-statique et dynamique 3) Principes d actionnement de MEMS sans contact par champ magnétique (magnétostatique, magnétostriction, transformation structurale induite par champ magnétique) 4) Transition de phase magnétique et transition structurale induite par champ magnétique : Sensibilité critique au champ de commande au voisinage des transitions de phase ; Non-linéarités géantes des systèmes couplés au voisinage des transitions de phase, et nouvelles techniques d actionnement non-linéaires de Microsystèmes Magnéto-Mécaniques (MMMS) 5) Technologie des films actifs magnétiques nanostructurés : Induction artificielle des conditions de transition de phase ; Intégration des actionneurs et capteurs ; Magnéto-élasticité à la base du transport de spin. 6) Matériaux multiferroiques : mono-phases, composites laminés et nanostructures 7) Applications en Microfluidique (microvalve, micropompes, contrôle actif d écoulements aérodynamiques sur aile d avion, dans les réacteurs, sur automobile), l Optique intégrée (micromirroirs), les Capteurs de champ magnétique, Conclusions générale : Perspectives Acquis et pré requis conseillés Bases de physique du solide et de mécanique des milieux continus Informations sur la gestion pédagogique Crédits ECTS Libelle réduit Libelle emploi du temps / PV (12 caractères) Volume horaire en heures Cours TD TP Tutorat CTD

17 Informations administratives Nom du responsable de l'ue Pr. Philippe PERNOD du responsable Téléphone du responsable Adresse administrative du responsable Ecole Centrale de Lille, BP 48, Villeneuve d Ascq Cédex UFR qui gère les enseignements de l'ue Informations sur les modalités de contrôle des connaissances Nature des différents contrôles Contrôle continu - Devoirs surveillés - Examens Oral - Travaux pratiques Durée de l'examen final 1er session 2 x 2H examen écrit + note TP Durée de l'examen final 2ème session 2 x 2H examen écrit 17