Thèse Croissance de Gaas sur Silicium par Plasma pour des Applications Photovoltaïques et Photoniques Optimisation du Procédé par Intelligence Artificielle H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Institut Polytechnique de Paris École polytechnique École doctorale : Ecole Doctorale de l'Institut Polytechnique de Paris Laboratoire de recherche : LPICM - Laboratoire des Interfaces et des Couches Minces Direction de la thèse : Karim OUARAS ORCID 0000000187852043 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-04-19T23:59:59 Les semiconducteurs IIIV tels que le GaAs présentent des performances optoélectroniques exceptionnelles et détiennent des records d'efficacité pour les cellules photovoltaïques. Toutefois, leur déploiement à grande échelle reste limité par le coût élevé des substrats et par les méthodes d'épitaxie conventionnelles nécessitant des températures élevées.
Ce projet de thèse vise à développer une plateforme technologique pour la croissance de GaAs sur silicium à basse température en utilisant une technique d'épitaxie assistée par plasma (Remote Plasma Vapor Phase Epitaxy - RPVPE). L'objectif est de produire des couches de GaAs de haute qualité cristalline compatibles avec des substrats silicium à faible coût.
Afin d'optimiser les nombreux paramètres du procédé plasma, une approche basée sur l'intelligence artificielle et l'analyse de données sera développée. Les paramètres de croissance seront corrélés aux propriétés structurales et optoélectroniques des matériaux afin d'identifier les conditions optimales de dépôt.
Les couches optimisées seront utilisées pour la fabrication de dispositifs photovoltaïques tandem GaAs/Si et pour l'exploration d'applications en photonique intégrée.
Le silicium domine l'industrie photovoltaïque et microélectronique en raison de son faible coût et de sa maturité technologique. Cependant, les semiconducteurs IIIV offrent des propriétés optoélectroniques supérieures, notamment pour les dispositifs photovoltaïques à haut rendement et les composants photoniques.
La croissance de ces matériaux repose traditionnellement sur des techniques coûteuses comme la MBE ou la MOCVD, nécessitant des températures supérieures à 600 °C. Ces contraintes limitent l'intégration directe avec le silicium.
Le développement de procédés de croissance plasma à basse température représente une alternative prometteuse permettant de réduire le budget thermique et le coût de fabrication tout en favorisant l'intégration de matériaux IIIV sur silicium. Développer la croissance de couches de GaAs sur substrat silicium à basse température par procédé plasma.
- Comprendre les mécanismes physicochimiques impliqués dans la croissance plasma des semiconducteurs IIIV.
- Construire une base de données expérimentale reliant les paramètres plasma aux propriétés des matériaux.
- Utiliser l'intelligence artificielle pour optimiser les conditions de croissance et les architectures de dispositifs.
- Fabirquer des cellules photovoltaïques tandem GaAs/Si à haute efficacité et des dispositifs photoniques.
La thèse sera principalement expérimentale et s'appuiera sur :
- la croissance de couches de GaAs par Remote Plasma Vapor Phase Epitaxy ;
- la caractérisation du plasma (spectroscopie optique, RGA) ;
- la caractérisation structurale et optoélectronique des couches déposées ;
- l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage automatique pour analyser les données expérimentales ;
- la fabrication et la caractérisation de dispositifs basés GaAs/Si.

Master en physique, science des matériaux, génie électrique ou domaine connexe. Connaissances de base en semiconducteurs et dispositifs optoélectroniques. Un intérêt pour les plasmas basse température, les matériaux pour l'énergie et l'analyse de données est souhaité. Autonomie, esprit d'initiative et capacité à travailler dans un environnement interdisciplinaire.