Les nouvelles architectures de circuits électroniques dits « neuromorphiques » visent à reproduire le fonctionnement du cerveau pour optimiser la puissance de calcul des ordinateurs et in fine de développer ce qu’on appelle communément l’ « intelligence artificielle ». Les réseaux neuromorphiques photoniques, basés sur la lumière comme vecteur de l’information, offrent de nouveaux potentiels en terme de capacité de calculs. Dans ce cadre au LETI nous nous intéressons au développement des fonctions optiques de base nécessaires pour réaliser ces circuits neuromorphiques. Pour cela, l’un des objectifs est d’identifier un matériau permettant de transiter de manière réversible d’un état vers un autre tout en répondant à un cahier des charges précis en terme de propriétés optiques vs la transition : minimum de variation de perte optique versus le changement de phase, vitesse de transition élevée, faible coût énergétique pour induire la transition, fort contraste d’indice optique entre les deux états … Ainsi, les matériaux chalcogénures à changement de phase (PCM) semblent les matériaux les plus prometteurs. En effet, les PCMs présentent la propriété unique de pouvoir transiter entre une phase amorphe et une phase cristalline avec des propriétés optique et électronique très différentes, ceci de manière réversible et quasi infinie. Aussi, les PCMs sont actuellement déjà très largement utilisés dans les mémoires à changement de phase optiques (avec les DVD-RAM et CD-RW) et électroniques (avec la technologie OptaneTM d’INTEL dévoilée très récemment). Enfin, au LETI nous avons une très longue expérience sur ces matériaux PCMs pour toutes ces applications que ce soit en couches minces ou en nanostructures et d’un point de vue élaboration, caractérisation, modélisation et intégration dans des dispositifs.

L’objectif du stage est de développer un matériau à changement de phase présentant un minimum de pertes optique à 1,55 µm qui est la longueur d’onde utilisée en photonique. L’étudiant déposera par pulvérisation cathodique des couches minces de chalcogénures PCM à base de Ge(Sb)SexTe1-x, avec substitution progressive du Te par le Se afin d’augmenter la transparence du matériau tout en conservant de bonnes propriétés de changement de phase. Pour cela, il étudiera les propriétés de changement de phase en fonction de l’évolution des propriétés optiques par ellipsométrie spectroscopique, détermination de l’énergie d’activation de cristallisation et stabilité thermique de la phase amorphe par réflectivité en température, étude de la phase cristalline par diffraction des rayons X .... à A l’issue de ce stage et en collaboration avec les équipes du département optronique (DOPT), de 1ers design d’intégration seront réalisés sur la base des propriétés du matériau PCM le plus prometteur (ex. : dépôts sur cavités optiques résonantes).

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