Recherche en optique non linéaire appliquée à la caractérisation de dispositifs Intern

Mines Saint-Etienne est une Ecole de l’Institut Mines-Télécom (IMT), 1er groupe public d’écoles d’ingénieurs et de management en France. L’IMT est un EPSCP (grand établissement) sous la tutelle du Ministère de l’Économie, des Finances et de la Souveraineté Industrielle et Numérique.

L’École Nationale Supérieure des Mines de Saint-Étienne (Mines Saint-Etienne) est chargée de missions de formation, de recherche et d’innovation, de transfert vers l’industrie et de culture scientifique, technique et industrielle.

Mines Saint-Etienne représente: 2 400 élèves-ingénieurs et chercheurs en formation, 480 personnels (150 Chercheurs et Enseignants-chercheurs), un budget consolidé de 46 M€, 3 campus dédiés à l’industrie à Saint-Etienne et Lyon (région AURA), à la microélectronique et aux objets connectés à Gardanne (Métropole Aix-Marseille Provence, région SUD) et à l’ingénierie pour la santé à Saint-Etienne ; 6 unités de recherche ; 5 centres de formation et de recherche ; un centre de culture scientifique technique et industrielle leader en France « La Rotonde » (> 50 000 visiteurs / an).

Contexte scientifique et objectifs du stage :

Des dispositifs d’électronique organique ultra-flexibles, conformables et implantables incorporant une intelligence artificielle promettent de révolutionner la surveillance et le traitement en temps réel de maladies chroniques [1]. De tels systèmes pourraient être basés sur des transistors organiques électrochimiques (OECTs), exploitant des conducteurs polymères mixtes ion-électron (PMIECs) comme couches actives. En effet, les PMIECs sont apparus comme une excellente plateforme matérielle pour interfacer la biologie avec l’électronique conventionnelle ; identifié comme le domaine de la « bioélectronique organique ou plastique ». L’OECT est considéré comme l’éléments clé pour réaliser une telle interface [2]. Son efficacité est évaluée suivant des figures de mérite (FoMs) telles que i) la transconductance (gm), et/ou ii) les temps de commutation (ionique vs. électronique) dans le dispositif. Au-delà des applications de transduction, à court terme, l’OECT est aussi intéressant pour créer des applications émergentes en matière de circuits neuromorphiques bioélectroniques [3].

La réalisation de tels circuits est freinée par un manque de compréhension et d’optimisation des processus de conduction mixte dans ces matériaux polymériques ; notamment une asymétrie des temps de commutation des transistors lors des séquences de dopage (i.e « ON ») vs dédopage (i.e « OFF ») dans le canal de l’OECT. Des outils de caractérisation in-situ & operando permettant de quantifier et cartographier les paramètres de transduction électronique et électrochimique dans le canal de l’OECT se révèlent être indispensables pour comprendre les limitations actuelles en performances des PMIECs et/ou pour construire des PMIECs optimums dans de tels circuits neuromorphiques.

Dans ce contexte scientifique, le.la stagiaire développera une nouvelle mesure de spectroscopie et instrumentation d’optique non linéaire, appelée microscopie par génération de second harmonique résolue en temps, afin d’enregistrer le mouvement spatio-temporel des espèces chargées, ion et électrons (ou trous), et ainsi donc cartographier les mobilités électroniques in-situ & operando le canal de l’OECT.

La.le stagiaire fabriquera ces dispositifs OECTs en salle blanche de microélectronique, et bénéficiera d’un accompagnement technique pour leur réalisation. Il.elle enregistrera et analysera les FoMs clés grâce à l'expérimentation d’optique non linéaire développée et aux caractérisations électriques et électrochimiques afin d’établir, de manière plus globale, des règles d’ingénierie dans ces PMIECs qui serviront de socle de connaissances incontournables à l’avenir, pour mettre en œuvre et appliquer des circuits neuromorphiques à base d'OECTs, comme première brique d’une intelligence artificielle d’électronique organique.

Pour aller plus loin :

[1] https://iconic.mines-stetienne.fr/

[2] https://doi.org/10.1038/ s43586-021-00065-8

[3] https://www.nature.com/articles/s41578-023-00622-5

🎯 Ce que nous attendons de vous

La candidate ou le candidat devra être en cours de formation et d’apprentissage d’un diplôme de Master 2 ou de 3ème année de diplôme d’ingénieurs en Techniques Optiques et Instrumentations. La candidate ou le candidat devra disposer d’une culture solide en Physique/ Science des Matériaux/ (Opto)Électronique par sa formation initiale et/ou son expérience professionnelle.

Ce sujet de stage M2 Recherche a vocation d’être poursuivi en cycle de doctorat. Seul.e un.e étudiant.e intéressé.e pour continuer en doctorat sera donc retenu.e pour ce stage.