Charles Renard
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Documents
Présentation
Curriculum Vitae
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**Charles Renard**
3 Chemin des Patissiaux, 78114 Magny les Hameaux
Née le 07 mars 1977 à Villeneuve-Saint-Georges (94)
Nationalité Français
Marié, 2 enfants
**Titres universitaires**
2019
2005
2001
2000
\- ***Habilitation à diriger des recherches,***
Sujet : Intégration de semiconducteurs III-V et IV-IV sur silicium à l’échelle nanométrique, Université Paris-Sud 11
\- ***Doctorat en Sciences des Matériaux*, spécialité couches minces**
Sujet de thèse : « Hétérostructures antimoniures/arséniures pour les applications optoélectronique dans le moyen infrarouge », Université Paris VII-Denis Diderot.
\- ***DEA Sciences des Matériaux***, **spécialité couches minces**
Université Paris VII-Denis Diderot
\- ***Maîtrise de Physique***, **spécialité physique de l’état cristallin et des composants** Université Paris VII-Denis Diderot
**Parcours**
Depuis Juin 2016
Octobre 2012
2008 - 2012
Jan 08 - juin 08
Sept 06 –Déc 07
Jan 06 – Sept 06
Mars 02 - Déc 05
Oct 01- Jan 02
\- ***Chargé de Recherche CNRS classe normale au C2N (UMR 9001)***
Responsable de l’opération SEEDs du département Matériaux du C2N
\- ***Chargé de Recherche CNRS 1ère classe à l’IEF (UMR 8622)***
Responsable de l’opération HETERNA (département nanoélectronique de l’IEF)
\- ***Chargé de Recherche CNRS 2ème classe, affecté à l’Institut d’Electronique Fondamentale (UMR 8622) dans l’opération HETERNA***
En charge de l’intégration hétérogène des matériaux Ge, et III-V sur silicium
\- ***Post-doctorat* à IMEC vzw, Epitaxial Group, Leuven, Belgique**
Programme Explore Ge/III-V : En charge de l’intégration par MBE des matériaux GaAs et GaInAs sur GeOI, et de la passivation de surface de III-V avec un oxyde high-K, pour les dispositifs CMOS sub-15nm
\- ***Post-doctorat* au CNRS (Institut d’Electronique Fondamentale), Equipe SiGeC et Nanostructures, Orsay, France**
En charge de l’élaboration par UHV-CVD et de l’étude de nanostructures avancées pour le MOSFET Ultime
\- **Publications** d’articles scientifiques
\- ***Doctorat* à ALCATEL-THALES III-V Lab, Hétérostructures pour Applications Optroniques, Palaiseau, France.**
Responsable de l’élaboration par MBE et de la caractérisation des composants antimoniures/arséniures pour les applications optroniques dans le moyen infrarouge
\- ***Vacataire d’enseignement*, Université Paris VII**
*Chargé de TD* de cristallographie (pour les étudiants en maîtrise de physique)
**Fonction actuelle**
Responsable de l’opération SEEDs (Selective Engineering Epitaxy for Disruptive Devices) du département Matériaux du C2N (l’équipe a compté au maximum 8 personnes dont moi, 4 permanents et 4 non-permanents).
· Thèmes de recherche
Elaboration et caractérisation d'hétérostructures innovantes (matériaux III-V et IV-IV) à l'échelle nanométrique pour intégration monolithique sur silicium
Compréhension des propriétés physico-chimiques par l'analyse structurale des nanostructures et la connaissance des mécanismes de croissance
Etude corrélative des propriétés structurales et électriques de matériaux fonctionnels Ge/Si et GaAs/Si pour des applications électroniques, optiques et de conversion d'énergie (photovoltaïque, thermoélectricité…)
Etude du dopage de nanostructures
**Techniques de croissances de matériaux en couches minces et maintenance des équipements:**
\- Dépôt chimique en phase gazeuse sous ultravide (UHV-CVD), épitaxie par jets moléculaires et chimiques (MBE et CBE), Ablation laser pulsé (PLD),
\- Réalisation de pseudo-substrats de Ge et GaAs sur SiO2, de structures MOS et de nanofils Si et Ge par UHV-CVD
\- Réalisation de lasers à cascade quantique et de détecteurs (fenêtre atmosphérique 3-5µm), et de structure MOSFET III-V par épitaxie par jets moléculaires (MBE)
\- Dépôt d’oxyde (Al2O3, Gd2O3, Ga2O3, HfO2…), et de métaux de grille (TaN, TiN…)
\- Développement et maintenance des bâtis CBE, MBE et UHV-CVD
**Caractérisation et Analyse :**
Caractérisation chimique et structurale des surfaces et des couches minces (RHEED, TEM, MEB, HRXRD, EDX, AFM, XPS, AES), caractérisation électrique (effet Hall), caractérisation optique (photoluminescence, ellipsométrie, Raman)
**Salle Blanche :**
Procédés standards utilisés dans la filière MOS/CMOS, gravure humide et sèche, dépôts (PECVD, pulvérisation cathodique,…), lithographie électronique et optique, oxydation, ...
**Simulation et optimisation**
\- Simulation de profils de diffraction de rayons X en mode haute résolution (logiciel commercial X’Pert Epitaxy)
\- Optimisation d’analyse des données par programmation (ORIGIN, EXCEL, C-C++)
**Utilisation de matériels de physique complexes et encadrement** :
\- Responsable de l’entretien et du développement du cluster-tool CBE IV-IV et III-V de l’équipe HETERNA
\- Encadrement des doctorants et post-doctorants pour les manipulations complexes
**Veille documentaire, communication et publication** :
\- Veille technologique et suivi scientifique en optoélectronique, électronique et physique des matériaux
\- Rédaction de projets scientifiques pour différents contrats (ANR, projet Européen, projet RTRA, RBUCE-UP, LABEX...)
\- Rédaction de rapports et présentation orale des résultats auprès des intervenants (industriels et universitaires) des différents contrats (Projets Européens, ANR, ...)
\- Rédaction d’articles de recherche dans plusieurs revues scientifiques et dépôt de brevet
\- Participation à des conférences internationales, présentation d’exposés
\- Enseignement de la physique à différents publics (de l’école primaire à l’Université)
\- Écriture d’articles de vulgarisation scientifique pour le site Internet de l’association ‘[*La main à la pâte*](http://www.fondation-lamap.org/fr/page/12037/les-saisons-sur-terre)*’* (rubrique Astronomie et espace )
**Loisirs :**
Voyage à vélo, jardinage, bricolage, pratiquant d’Aikibudo
**Autres :**
Conseiller municipal de la commune de Magny-Les-Hameaux
**Activités d'enseignement**
Depuis 2013 : Participation à l’enseignement de micro-nano-technologies : introduction aux procédés «salle blanche» (<http://www.adum.fr/psaclay/formations.pl?mat=192928>). En charge du cours sur les contaminations de surfaces, cours à l’attention des doctorants et des demandeurs extérieurs (autres labos, industriels, …)
Oct 01- Jan 02 : Vacataire d’enseignement, Université Paris VII, *Chargé de TD* de cristallographie (pour les étudiants en maîtrise de physique)
**Activités liées à l'administration**
2010-2016 : Membre élu à la commission paritaire de l’IEF
2012-2016 : Membre nommé du conseil de département nanoélectronique de l’IEF
Depuis 2016 : Membre nommé du conseil de département Matériaux du C2N
Depuis 2017 : Membre élu (représentant AB) du Comité Local d'Hygiène, de Sécurité et des Conditions de Travail (CLHSCT) du C2N.
**Activités liées à la recherche**
\- Expertises de projets pour l’ANR
\- Participation à plusieurs jurys de thèse en tant qu’examinateur
\- Referee régulier pour *Journal of Crystal Growth* et *Progress in Photovoltaic*
**Administration liée à la recherche**
Depuis 2017 - Membres du comité de pilotage de la plateforme de spectroscopies du GeePs
Depuis 2016 : responsable de l’équipe SEEDs (http://www.c2n.universite-paris-saclay.fr/fr/recherche/departement-materiaux/heterna/) du département Matériaux du C2N
Depuis 2012 : Contact local du GDR PULSE à l’IEF puis au C2N
2012 - 2016 : responsable de l’équipe HETERNA du département Nanoélectronique de l’IEF.
2009-2012 : Participation au réseau RTB « axe micro et nanoélectronique », en tant qu’experts RENATECH chargés de l'élaboration de la stratégie RTB
2008 - Participation à la rédaction (en tant que coordinateur/animateur IEF) du document de rapprochement IEF/LPN (axe matériaux) pour la création du C2N (Centre de Nanoscience et Nanotechnologie)
**Programmes de recherche réalisés de 2002 à 2019:**
Sujet : Alcatel Thales III-V lab : Réalisation d’hétérostructures antimoniures/arséniures pour les applications optoélectroniques dans le moyen infrarouge (2002-2005, Doctorat)
Ce projet consistait en l’élaboration par MBE et la caractérisation de lasers à cascade quantique (QCL) et de détecteurs antimoniures/arséniures pour le moyen infrarouge (fenêtre 3-5µm et 8-12µm). Ce projet a donné lieu à une première mondiale avec la réalisation d’un QCL à base d’antimoniure émettant à 4,5µm.
Sujet : PULLing the limits of NANOcmos electronics (Financement Projet Européen **PULLNANO**, IST-026828, 2006-2009)
Partenaires : IEF(Orsay), IMEC (Leuven), STMicroelectronics (Crolles), CEMES (toulouse), 38 partenaires au total.
Rôle : épitaxie latérale de Ge sur SiO2 pour intégration sur silicium
Le challenge de ce projet était la réalisation de GeOI local intégré sur Si avec le moins de défauts possible. En effet, la différence de paramètre de maille de 4% entre les deux matériaux rend impossible l’épitaxie de Ge en pleine plaque sur Si sans la création de nombreuses dislocations. L’idée maitresse du projet était basée sur l’hétéro-épitaxie latérale (ELO en anglais) de Ge sur un oxyde de silicium présentant des ouvertures de dimension nanométrique. Cette technique permettant aux matériaux épitaxiés de relaxer leurs paramètres de maille sans émission de dislocations. Lors de ce projet nous avons fait la démonstration de la réduction importante des défauts lors de la croissance ELO de Ge sur SiO2.
Sujet : Croissance / dopage de nanofils GeMn pour des applications sprintroniques (projet ANR blanc **Mag2wires**, financement 2007-2011)
Partenaires : IEF/UPSUD/CNRS, IS2M/CNRS/Université Mulhouse, CINAM/CNRS/Univer-sité Aix-Marseille.
Rôle : étude structurale, compréhension des mécanismes de croissance, développement de méthodes de dopage adaptées à la configuration des nanostructures
Le but de ce projet était de synthétiser des nanofils de Ge dopé Mn, par croissance VLS, pour des applications spintroniques. Ce projet nous a également permis de développer la croissance et l’étude des nanofils de Si et Ge.
Au cours de ce projet j’ai pu réaliser des études très intéressantes sur le facettage des nanofils de Si ou la cinétique de croissance dans les nanofils de Ge. J’ai également travaillé sur la synthèse d'hétérostructures Si/Ge dans les nanofils pour lesquelles nous avons étudié les déformations élastiques à l'interface.
En ce qui concerne plus particulièrement le projet Mag2wires sur la synthèse de nanofils GeMn, les nombreux tests effectués ont montré que le mode de croissance VLS avec le précurseur sélectionné (Tricarbonyl (methylcyclopentadienyl) manganese ou TCMn) ne permet pas d'incorporer le Mn dans les nanofils de Ge.
Sujet : Réalisation d’empilement de boîtes quantique de Ge pour application photovoltaïque (Projet **SolarCell ) Funding source:** US government (NSF) Collaborators in the project or Partenaires: IEF (ORSAY), Dr. Hani Tawancy, KFUPM (King Fahd University of Petroleum and Minerals), Dr. Osama Aboelfotoh North Carolina State University (NCSU) pour le dessin des structures, et Denis Mencaraglia LGEP (Orsay) pour les mesures d’efficacité des cellules.
Rôle : Réalisation par épitaxie des structures à boîtes quantique de Ge et procédés technologiques
Sujet : Cellules solaires multispectrales sur silicium cristallin (Programme de recherche **MULTISOLSI** ANR Progelec 2012-2016)
Partenaires : LGEP/SUPELEC/CNRS/UPSUD, CEMES/CNRS, IEF/UPSUD/CNRS
Rôle : **Responsable scientifique pour l’IEF,** intégration hétérogène de GaInAs sur Si
Le but de ce projet était de réaliser des cellules solaires multijonctions en intégrant les matériaux de la famille du GaInAs sur Si. Le challenge de ce projet est l’intégration hétérogène de GaInAs sur Si. En effet, la différence de paramètre de maille entre ces deux matériaux (supérieure à 4%) rend impossible leur épitaxie en pleine plaque sans la création de nombreuses dislocations. L’idée maitresse est basée sur l’hétéro-épitaxie latérale de GaInAs sur un oxyde ultra-mince de silicium présentant des ouvertures de dimension nanométrique. Cette technique permet aux matériaux épitaxiés de relaxer leurs paramètres de maille sans émission de dislocations.
Lors de ce projet nous avons fait la démonstration que l’épitaxie latérale (ELO) de GaAs sur une couche mince de SiO2 à partir de germe de nucléation nanométrique de Si conduit à la formation de µ-cristaux de GaAs de haute qualité sans émission de dislocations, ni de domaines d'antiphase. Les analyses en μ-Raman et en μ-PL, ont confirmé la bonne qualité des cristaux de GaAs ainsi réalisés. Nous avons également montré par imagerie EBIC et par des mesures au résiscope que le GaAs et le Si étaient connectés électriquement à travers la fine couche d’oxyde de silicium.
Ainsi, par rapport à d'autres méthodes hétéro-épitaxiales typiques de croissance de matériaux III-V sur silicium, cette méthode ELO est très prometteuse du point de vue de son application potentielle pour l'intégration monolithique III-V sur silicium, et, dans un deuxième temps, pour le développement d'un démonstrateur de cellule tandem GaAs/Si.
Sujet : EQUIPEX **TEMPOS/ NANOMAX** : observation in situ en temps réel à l'échelle atomique de la croissance de nanofils semiconducteurs.
Partenaires principaux : LPICM, IEF, LPN, LPS
Rôle : participation à la définition du cahier des charges du microscope et développement instrumental pour la croissance MO(CVD) de nanofils de Si, Ge, et GaAs et des systèmes hybrides GaAs/Ge et GaAs/Si. Cet equipement est opérationel depuis février 2019 en configuration MO(CVD) et je participe maintenant aux croissances in-situ.
Sujet : Générateurs thermoélectriques à base de nanofils Ge polyphasés (projet **Nanoharvesting**, financement LABEX/ nanodesign 2014-2016)
Partenaires : IEF, SOLEIL, LGEP,
Rôle : croissance et dopage in-situ des nanofils par CBE
Sujet : Ge/GaAs COre-Shell Integrated Nanostructures for tandem solar cELL application
Projet **COSINELL**, financement CNANO Dim Nano-K pour 12 mois de post-doctorat (2016-2017)
Organismes : C2N, GeePs
Rôle : **Porteur du projet**, encadrement du post-doctorant sur le sujet.
Sujet : Propriétés de la phase hexagonale 2H du Ge et Si (projet **HEXSIGE**, financement ANR 2018-2021)
Partenaires : C2N, SOLEIL, LOMA, INSA-Lyon
Rôle : croissance de nanofils de Ge par CBE, et étude de la phase hexagonale du Ge par reprise d’épitaxie sur des nanofils de GaAs wurzite.
Le projet HEXSIGE a pour objectif principal de fournir un aperçu exhaustif des propriétés de base des phases hexagonales 2H (du type lonsdaleite) du germanium et du silicium dans les nanofils pour ouvrir des perspectives à de nouvelles applications. Nous avons développé une méthode originale pour réaliser une transformation de phase dans des nanofils de Ge et Si (NF) sous contrainte externe. Les NF orientés <111> avec une structure 3C cubique diamant subissent une transformation de phase vers la phase hexagonale-2H (lonsdaleite). Il en résulte une hétérostructure stable 3C/2H le long des NF. Cette hétérostructure 3C/2H peut présenter des propriétés remarquables (bande interdite, réponse optique, excitons, processus de diffusion, conductivités thermique et électrique) et ouvrir de nouvelles opportunités en matière d'ingénierie de bande. Combinés aux calculs de la mécanique quantique, nous allons déployer diverses caractérisations électriques, optiques et thermiques pour obtenir les connaissances fondamentales les plus complètes des hétérostructures Ge-2H, Si-2H et 3C/2H en corrélation avec les propriétés structurelles (orientation des nanofils, diamètre et longueur, taille et densité des domaines 2H).Recemment, nous nous sommes également interessés dans ce projet à la synthèse épitaxiale de la phase hexagonale du Ge par reprise d’épitaxie sur des nanofils de GaAs wurzite.
Sujet : High throughput metrology for nanowire energy harvesting devices (European Project **EMPIR,** contract reference : 19ENG05, starting date : June 2020)
Partenaires : C2N, SOLEIL, LOMA, INSA-Lyon
Rôle : Croissance de nanofils de Si, Ge cubiques et hexagonaux par CBE, pour la métrologie.
La récupération d'énergie (RE) à partir de sources renouvelables (solaire, chaleur et mouvement) est considérée, avec le passage des dispositifs à l’échelle micro, comme une solution de premier plan aux problèmes énergétiques mondiaux. Les systèmes (RE) à base de nanofils (NWs) ont réalisé des progrès encourageants, mais en raison de leurs dimensions nanométriques et de la grande taille des dispositifs (m2), ils posent des défis pour les tests et la caractérisation. Les propriétés moyennes des dispositifs RE peuvent être mesurées, mais il manque un lien quantitatif et une corrélation entre les performances des NWs uniques et celles du dispositif global. Le projet EMPIR propose de développer une métrologie fiable et à haut débit pour le contrôle de la qualité des systèmes RE à base de NWs.
Publications
Building blocks development for defect-free growth of GaAs on silicon for tandem solar cellsJNPV 2019, Dec 2019, Dourdan, France
Poster de conférence
hal-02344131v1
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Analyse par photoluminescence du dopage résiduel dans un cristal unique de GaAs de taille micrométrique épitaxié sur silicium pour la réalisation de multijonctionsJournées Nationales du Photovoltaïque 2018 (JNPV 2018), Dec 2018, Dourdan, France
Poster de conférence
hal-01942352v1
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Micro-photoluminescence investigation of the doping level in single GaAs crystals epitaxially grown on silicon for multijunction solar cellsEuropean Materials Research Society, May 2017, Strasbourg, France
Poster de conférence
hal-01629676v1
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Multilayer photoreceptor device, layers of which have different lattice parametersÉtats-Unis, N° de brevet: US20190115488. 2019
Brevet
hal-04558166v1
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Implanted buried strained germanium rich layers in silicon: ab-initio investigations and phonons properties2021
Pré-publication, Document de travail
hal-03374137v2
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Hétérostructures Antimoniures/Arséniures pour les applications optoélectroniques dans le moyen infrarougeMatière Condensée [cond-mat]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2005. Français. ⟨NNT : ⟩
Thèse
tel-00124336v3
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