Équipe
Systèmes et Microsystèmes Hétérogènes
Cette équipe fédère les projets qui se situent à l’interface entre, d’une part, les matériaux et les composants et, d’autre part, les systèmes et les microsystèmes. Ils ont pour objet de préparer l’intégration prochaine des capteurs et des dispositifs avancés dans les systèmes et microsystèmes hétérogènes.
Quatre thèmes sont plus particulièrement traités.
Modélisation des dispositifs avancés
Nos travaux de recherche actuels portent principalement sur l’étude physique et l’élaboration de modèles compacts de dispositifs avancés (DG-Mosfet, FinFET ...) utilisés dans la conception de circuits intégrés analogiques et mixtes. Ces modèles compacts sont des éléments clés dans la chaîne de conception CAO en micro- et nano-électronique ; ils doivent prédire au plus juste le comportement électrique des dispositifs avancés utilisés dans les circuits et systèmes intégrés. Ces recherches ont pour fil conducteur la feuille de route en micro- et nano-électronique (International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS).
Par ailleurs, cette méthodologie d’élaboration de modèles compacts s’applique également à tout autres dispositifs de la micro- et nano-électronique et à leurs interfaces. Ainsi, nous nous intéressons à la modélisation compacte de composants allant au-delà des objectifs de la feuille de route et de microdispositifs hétérogènes : microcapteurs magnétiques, microcapteurs chimiques, capteurs et sources optiques, dispositifs biologiques. Nos modèles sont élaborés dans des langages de description de matériel (HDLs pour Hardware Description Languages) tels que Verilog-A et VHDL-AMS.
Capteurs intégrés et chaines instrumentales
Les systèmes intégrés devront à l’avenir pouvoir traiter des signaux d’origine diverse (électrique, optique, thermique, magnétique ...). Les recherches entreprises dans cette perspective utilisent une approche duale cherchant à associer une électronique mixte analogique/numérique à l’élément sensible pour en améliorer les caractéristiques métrologiques. Les travaux actuels portent sur des capteurs magnétiques compatibles avec les technologies CMOS, capteurs à effet Hall ou capteurs explorant les potentialités des couches minces ferromagnétiques et des composants issus de l’électronique de spin.
L’intégration croissante des systèmes nécessitant un prétraitement des données au sein de la puce, une thématique porte sur l’étude des structures en aval donnant une certaine intelligence à la chaîne instrumentale. Trois méthodes sont approfondies. Des composants élémentaires à très bas bruit et faible consommation sont conçus, notamment pour le traitement de signaux physiologiques de très basse fréquence. Les algorithmes sont optimisés pour tenir compte de l’architecture de l’électronique environnante. Enfin, des systèmes adaptatifs analogiques permettant de traiter des flux de signaux, issus d’une matrice ou d’un ensemble de capteurs, sont développés.
Imageurs rapides
Ce thème de recherche vise à développer des systèmes d’imagerie ultrarapides selon 3 thématiques : la vidéo rapide, l’imagerie à tube et les capteurs opto-électroniques intégrés ultrarapides. Les développements sur la vidéo consistent à mettre en œuvre des caméras vidéo rapides dans des systèmes complexes tels que des processeurs opto-électroniques par exemple. Les applications de visions directes permettent d’observer des phénomènes d’une durée allant de quelques µs à quelques ms. L’activité d’imagerie à tube est axée sur la réalisation de dispositifs d’imagerie médicale et biomédicale par tomographie optique, ou par spectroscopie résolue en temps pour les mesures de fluorescence. Les développements se font autour de caméras à balayage de fente, de photomultiplicateurs ou d’intensificateurs d’image à obturation ultrarapide. Les phénomènes lumineux observés s’étalent sur une durée de quelques ps à quelques ns. Les recherches sur les capteurs intégrés ultrarapides consistent principalement à reproduire les fonctions des caméras à balayage de fente à l’aide de circuits intégrés réalisés en technologie CMOS standard. Les trois modes de fonctionnement classiques des caméras à balayage de fente, le mode monocoup, le mode synchroscan et le mode comptage de photons, sont reproduits à l’aide de trois différentes architectures de capteur. Les résolutions temporelles obtenues se situent entre quelques centaines de ps et quelques ms.
Technologie de la conception
L’intégration de systèmes, en particulier instrumentaux, de plus en plus complexes impose l’évolution de leurs outils et méthodes de conception. L’objectif de ce thème est de développer et de mettre en pratique de nouvelles approches pour la conception de systèmes complexes multidisciplinaires par l’utilisation de langages de spécification formelle et de description de matériel, et des méthodes associées, en prolongeant l’utilisation des mathématiques appliquées développées pour d’autres domaines (notamment l’arithmétique des intervalles). Le nombre de contraintes fonctionnelles et technologiques est de plus en plus grand pour des tolérances de plus en plus faibles et un temps de mise sur le marché de plus en plus court. Afin de satisfaire ces contraintes, les approches classiquement utilisées doivent donc être modifiées en s’appuyant sur plus de formalisme, sur la réutilisabilité et la capitalisation des savoirs.