Résonateurs acoustiques exploitant des modes isolés topologiquement // topologically isolated mode acoustic resonators

Topic description

Les références de temps sont des fonctions critiques pour les systèmes électroniques. Elles permettent en effet la synchronisation des signaux, que ce soit à l'échelle d'une puce ou lors de transfert de données sans fil. Ces références de temps sont basées sur des oscillateurs délivrant une fréquence la plus stable possible. La référence en la matière restent les résonateurs à quartz, qui sont néanmoins volumineux et ne peuvent donc pas être intégrés dans une puce. La recherche cherche donc à l'heure actuelle toujours à miniaturiser des résonateurs capables de fournir des coefficients de qualité élevés (> 10,), idéalement à des fréquences de plusieurs GHz. Une des contraintes est d'être capable de confiner les vibrations dans des structures microniques afin de les rendre insensibles aux perturbations extérieures. Récemment est apparu le domaine de l'acoustique topologique, qui a permis de démontrer que des ondes élastiques pouvaient être confinées dans de très petits volumes, à l'interface entre des structures périodiques, et que des coefficients de qualité très élevés ont pu être atteints.

Cette thèse porte sur l'exploitation de modes ainsi protégés topologiquement dans des microstructures piézoélectriques, en vue de démontrer de nouveaux types de résonateurs possédant des coefficients de qualité élevés, pouvant trouver des applications aussi bien dans des oscillateurs que dans des systèmes de capteurs ou dans des circuits de filtres. Le candidat pourra tirer parti du savoir faire du CEA Leti dans la conception et la fabrication de résonateurs piézoélectriques. La thèse s'inscrit dans le contexte d'une collaboration internationale avec des laboratoires académiques renommés dans le sujet (Politecnico di Milano, Imperial College, Institut FEMTO-ST), ainsi qu'avec des partenaires industriels.

Le candidat s'intéressera à la modélisation et à la conception de structures dans lesquelles des modes isolés topologiquement peuvent exister, en combinant des modélisations par éléments finis et des modèles numériques approchés, mais plus simples à exploiter systématiquement. Il sera en charge de fabriquer des démonstrateurs, en lien avec les plateformes technologiques du CEA-Leti et des équipes dédiés à l'intégration et à la fabrication. Enfin, il assurera le test et l'évaluation des objets réalisés.
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Timing is a key function in electronic circuits. Beyond on-chip signals synchronization, it also allows the synchronization of wireless data transmissions. Accurate time references require stable frequency sources, which also benefit to sensor applications. The gold standard for time or frequency generation is still quartz resonators, which are however bulky and difficult to miniaturize. Research is therefore still ongoing to provide high quality factor (> 10,) resonators, ideally capable of operating at frequencies of several GHz. A key to reach such high quality factors is to confine strongly the mechanical vibration of micro-size structures in order to make them insensitive to external perturbations. Recently, the field of topological acoustics has demonstrated the capability to confine elastic waves in very small volumes concentrated at the interface between periodic structure, and to provide extremely high quality factor resonances.
This PhD position focuses on exploiting topologically protected modes in piezoelectric microstructures to provide next generations of high quality factor resonators, which may be used in oscillators or even filter circuits. Leveraging the know-how of CEA Leti in the design and fabrication of such components, the PhD will be part of an international collaboration with well established academic laboratories (Politecnico di Milano, Imperial College FEMTO-ST Institute) and industrial partners.
The candidate will model and design structures supporting topologically protected modes, combinining finite element simulations with simplified numerical approaches which reduce computation times. He will follow the fabrication of demonstrators in collaboration with the process integration teams in the CEA Leti clean rooms, and carry on measurements of the proposed resonators.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire : Laboratoire des Composants pour la RF et l'Energie
Date de début souhaitée : 01-10-
Ecole doctorale : Sciences Physiques pour l’Ingénieur et Microtechniques (SPIM)
Directeur de thèse : KADIC Muamer
Organisme : SUPMicrotech
Laboratoire : Institut FEMTO-ST, Département MN2S
URL :

Funding category

Public/private mixed funding

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