Offres de Thèses

Towards understanding of the combined effect of irradiation temperature, Ni and Mn- contents on radiation hardening of RPV steels

The lifetime limiting component for current generation of nuclear power plants (NPP) is the reactor pressure vessel (RPV). Its integrity must be guaranteed at any time and in any circumstance, in order to protect the environment and the population from the release of radioactive substances. RPV steels are long known to undergo hardening and embrittlement caused by irradiation, which determines the lifetime of this component. Since replacing the vessel is economically not viable, its lifetime determines the lifetime of the whole NPP. Knowledge and understanding of the vessel’s mechanical degradation is therefore critical for ensuring the safety of NPP, allowing LTO, as well as safer design and lifetime management of new builds. Assessing and predicting RPV steel embrittlement as a function of the received neutron dose is thus of crucial importance.

Many studies revealed that radiation hardening in RPV steels is mainly the consequence of the formation of high densities (~1023 m-3) of nanometer-size solute-rich clusters (NSRC) that act as obstacles to dislocation motion . These NSRC contain varying concentrations of Cu, Mn, Ni, P and Si. Due to their small size, they can only be resolved using atom probe tomography (APT) and small angle neutron scattering (SANS). Empirical correlations reveal a direct proportionality between radiation hardening or embrittlement, and the square root of the volume fraction of these clusters.

During the past two decades, a large irradiation campaign on RPV steels was initiated at SCK CEN, the so-called RADAMO irradiation campaign. Using the high flux BR2 reactor, nearly 30 different RPV materials were investigated, covering a wide spectrum of chemical compositions. From mechanical tests, it was identified that besides Cu and P, Ni plays (possibly in synergy with Mn) an important role in the radiation induced hardening . While all mechanical tests were already performed, the systematic micro-structural analysis and its subsequent correlation to the mechanical properties is so far missing.

The present topic aims to clarify the effect of Ni-content and irradiation temperature in the radiation induced microstructure of RPV steels since mechanical tests have revealed a strong effect of Ni-content and irradiation temperature on the radiation hardening.

 

Contact : Bertrand RADIGUET - bertrand.radiguet@univ-rouen.fr – 02 32 95 51 40

Développement méthodologique pour la caractérisation nanoscopique des matériaux du nucléaire: apport de la microscopie corrélative MET-SAT

L'évolution des propriétés mécaniques des aciers des structures des réacteurs nucléaires est liée à l'évolution de leur microstructure à l'échelle nanométrique (ségrégation, précipitation, agglomération de défauts ponctuels dans le cas de l'irradiation). Il est donc essentiel de comprendre les mécanismes de formation des hétérogénéités chimiques lors du vieillissement de ces aciers et leur impact sur les propriétés. Ceci nécessite en premier lieu de déterminer leur nature le plus précisément possible (composition chimique, distribution de taille, morphologie 3D, structure cristalline...). De plus, si ceshétérogénéités chimiques se forment de façon hétérogène, il faut pouvoir corréler chimie et défauts cristallins.

Parmi les techniques phares pour réaliser ces études, la sonde atomique tomographique (SAT) apporte des informations sur la chimie, la morphologie 3D et les distributions de tailles notamment pour les plus petits objets. La microscopie électronique en transmission (MET) donne des informations sur les structures cristallines, la chimie (le signal étant alors convolué avec celui de la matrice environnante), la morphologie (en projection 2D uniquement) et les distributions de taille (généralement tronquées lorsque les objets sont sous la résolution de l'instrument).

Afin de s'affranchir des limites de ces instruments et d'obtenir une description la plus précise possible des microstructures formées sous vieillissement thermique ou sous irradiation, il est nécessaire de coupler ces 2 techniques sur un même échantillon. Ceci est particulièrement vrai dans le cas des matériaux irradiés, dans lesquels interviennent les amas de défauts ponctuels.

Objectifs

Les objectifs de cette thèse sont de :
- Développer une méthodologie expérimentale qui permette de corréler SAT et MET sur un même échantillon sans dégrader les informations apportées par chaque technique (notamment MET sur pointe, peut s’avérer très limitant pour l’interprétation des contrastes).
- Optimiser les traitements de données, notamment MET, afin d’exploiter au maximum les données acquises.
- Adapter les méthodes proposées au cas des matériaux du nucléaire, donc potentiellement radioactifs.

 

Contact : solene.rouland@univ-rouen.fr

Analyse de défaillance dans les transistors HEMTs RF à base de nitrure de gallium

Description du sujet de thèse :

Grâce à leurs propriétés exceptionnelles (gap élevé, tension d’avalanche élevée, une forte conductivité), les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de de nitrure de gallium (GaN) sont des candidats prometteurs pour les applications à hautes fréquences, hautes températures et hautes puissances. Malgré leurs performances, la présence des effets de piégeage et de courant de fuite peut limiter la stabilité et la fiabilité de ces dispositifs. Les pièges sont aujourd’hui l’un des phénomènes parasites les plus importants de la technologie HEMTs GaN.  Les recherches effectuées sur cette technologie sont focalisées sur l’amélioration de la fiabilité de ces composants en réduisant ces effets de pièges. Les électrons capturés induisent la réduction de la densité de porteurs dans le canal 2DEG qui maintient la neutralité de la charge globale dans la structure. La conséquence directe est une baisse du courant de drain et une variation de la tension de coude. De plus, ce phénomène a un impact sur les performances RF du dispositif avec généralement une saturation de la puissance de sortie et une diminution du rendement (PAE). Ces défauts étant en général déjà présents à l’état initial, on ne peut donc pas à proprement parler de dégradation. Toutefois, leur état évolue souvent pendant le vieillissement, ce qui pose un problème du point de vue de la fiabilité. Par conséquence, la compréhension et le contrôle de ces effets est indispensable pour évaluer la fiabilité des HEMTs GaN dédiés à des applications de hautes fréquences et hautes températures.

Afin de répondre à la demande croissante en bande passante et en vitesse de transmission de données pour les applications futures, la fabrication de nouveaux HEMT GaN fiables offrant des performances accrues dans la gamme des ondes millimétriques est nécessaire. Les problèmes de fiabilité et plus particulièrement ceux des pièges doivent être résolus en concevant de nouvelles structures de dispositifs, en modifiant la physique des dispositifs et en optimisant le processus de fabrication.

L’objectif de cette thèse sera de se pencher sur les problèmes inhérents à cette nouvelle technologie de composants par l’emploi couplé de méthodes de caractérisations électriques et structurales afin de relier les informations obtenues à l’échelle atomique aux données macroscopiques.

Le laboratoire, possède une plateforme instrumentale très riche. Elle permet la réalisation des études complètes de fiabilité et d’analyse de défaillance des composants électronique qui vont de la caractérisation électrique fine jusqu’à la caractérisation microstructurale à l’échelle atomique. L’idée c’est de commencer par les caractérisations électriques et les mesures de pièges avec la technique A-DCTS développée au laboratoire. Puis, de corréler les résultats avec la sonde atomique tomographique (SAT) afin de mieux comprendre les nouveaux mécanismes de défaillance des nouvelles technologies de GaN HEMT et d’identifier les origines des pièges.

Cette thèse sera menée en collaboration avec les partenaires du projet HUGE financé par le labex GaNeXT (IEMN (Lille), IMS-bordeaux, LAAS (Toulouse), UMS). La thèse va porter sur des dispositifs RF GaN qui sont en phase de développement (fourni par le projet HUGE (High freqUency GaN Electronics)). Les composants GaN qui seront adressés dans cette thèse couvrent un large spectre de fréquences (De 1GHz à 90 GHz), pouvant adresser une très large gamme d'applications civiles ou militaires (ex : amplificateurs radar, communication par satellite, systèmes de télécommunication modernes comme la 5G). À travers la collaboration avec le projet HUGE, la thèse vise à étudier la fiabilité et le phénomène des pièges de plusieurs empilements de type HEMT sur substrat SiC afin de dégager l’impact de différentes variantes, sur les caractéristiques des composants comme la nature, l’épaisseur des couches, leur dopage. Des composants à grille ultra-courte (70 nm à 100 nm) permettant un fonctionnement jusqu’en bande W seront étudiés. 

 

Profil du candidat

Le (la) candidat(e) doit avoir une formation dans le domaine de l’électronique, avec des connaissances sur les transistors de puissance RF. Des connaissances dans le domaine des matériaux (semiconducteurs, physique du solide) ainsi que dans le domaine de la microscopie seront appréciées. Le candidat devra avoir démontré ses qualités d’expérimentateur.

 

Contacts : Olivier Latry, 02 32 95 51 22. Niemat Moultif, 02 32 95 50 78 Les candidats intéressés devront envoyer une lettre de motivation et leur CV à : Olivier.Latry@univ-rouen.fr; niemat.moultif0@univ-rouen.fr;    sebastien.duguay@univ-rouen.fr

 

Étude des propriétés structurales et optiques du dopage terres rares dans des vanadates pour des applications optiques

Le Groupe de Physique des Matériaux travaille depuis plus de 10 ans sur la compréhension des mécanismes de dopage des semi-conducteurs et des oxydes fonctionnels pour des applications optique, électrique ou magnétique notamment par l’utilisation de la sonde atomique tomographique qui permet de reconstruire en 3D et à l’échelle atomique la distribution de chimique des matériaux. Cette technique est ainsi particulièrement adaptée à ces études.Une première étape de projet consistera à étudier l’influence des paramètres d’élaboration et de traitements thermiques sur la nature de la couche (amorphe ou cristalline), la concentration et la localisation des dopants, et l’activation optique.   Dans un second temps, une fois la structure optimisée pour l’émission optique du dopant précédemment étudiée, nous nous intéresserons à l’influence du dopant. Deux autres ions de terre-rare seront considérés (chacun présentant une émission à une longueur d’onde particulière) pour constituer un système RVB producteur de lumière blanche. Les nanostructures, seront étudiées par sonde atomique et microscopie électronique, et seront corrélées à des études optiques qui seront principalement réalisées par cathodoluminescence in-situ dans un microscope électronique à balayage. La thèse sera menée en étroite collaboration avec le laboratoire CIMAP de Caen qui assure l’élaboration des échantillons et une partie des mesures optiques.

 

Le candidat devra être titulaire d’un diplôme de master en Physique, Sciences des matériaux ou Nanosciences. Le candidat devra justifier de connaissance en sciences des matériaux et en physique du solide, et d’un intérêt particulier pour l’expérimentation. Des connaissances sur les propriétés optiques des matériaux semi-conducteurs et/ou oxydes seront fortement appréciées.

 

Date de démarrage : Automne 2022

Durée : 3 ans

Contact : etienne.talbot@univ-rouen.fr

Lienhttp://doctorat.campusfrance.org/CF202223208