Modélisation Numérique des Matériaux

Effets des radiations

Figure 1:

Figure 1: Illustration d’un modèle de transistor soumis à un flux d’ions

Effets des radiations

Le LMCE s’intéresse à la simulation de l’effet des radiations dans les matériaux et plus particulièrement les matériaux pour l’électronique et l’optoélectronique. En effet, les composants microélectroniques fonctionnant en environnement radiatif, comme l’environnement spatial ou le nucléaire, sont soumis à des flux importants de rayonnement. Ceux-ci transmettent leurs énergies à la matière les constituant, avec deux conséquences principales : l’excitation d’électrons et le déplacement d’atomes. Dans un contexte d’évolution permanente des technologies de la microélectronique et l’optique, il est important de maîtriser les phénomènes à l’échelle du matériau. Pour cela, nous pouvons avoir recours à différentes méthodes. Des codes d’interactions rayonnement-matière comme Geant4 sont couramment utilisés. Des méthodes de simulation atomistiques à différentes échelles comme le calcul ab initio basé sur la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) et au-delà, la dynamique moléculaire parfois associées à des approches d’apprentissage automatique ou encore le Monte Carlo Cinétique sont également employées. Cela permet de prédire le dépôt d’énergie dans les matériaux dus à l’irradiation ou encore la nature et les propriétés structurales et électroniques des défauts générés. Ces études sont couplées à des expériences d’irradiation de composants électroniques et optiques et de la dosimétrie associée.

Variation de la densité électronique au passage d’un ion

Figure 2:

Variation de la densité électronique au passage d’un ion

Publications

  1. T. Jarrin, First-principles average electronic stopping power calculations: Trajectory selection based on electronic density, Phys. Rev. B 112, 245202 (2025) DOI
  2. D. Lambert, T. Jarrin, N. Richard, O. Duhamel, P. Paillet, Monte Carlo Simulations: From Neutron to Defects in Bulk Materials, IEEE Transactions On Nuclear Science 72, No. 8 pp.2519 (2025) DOI
  3. D. Lambert, S; Girard, G. Santin, M. Gaillardin, A. Morana, A. Meyer, J. Vidalot, J. Baggio, J. Mekki, H. Cintas, O. Duhamel, C. Marcandella, P. Paillet, Simulation-Assisted Methodology for the Design of Fiber-Based Dosimeters for a Variety of Radiation Environments, IEEE Transactions On Nuclear Science 71, no. 8, pp. 1846-1853, (2024)DOI
  4. D. Lambert, J. Parize, N. Richard, M. Raine, O. Duhamel, C. Marcandella, A. Losquin, A. Hemeryck, C.Inguimbert, P. Paillet, Neutron Displacement Damage Cross Section in GaN: Numerical Evaluations and Differences With Si, IEEE Transactions On Nuclear Science 70, No. 8 pp. 1870 (2023) DOI
  5. T. Jarrin, N. Richard, J. Teunissen, F. Da Pieve, A. Hémeryck, Integration of electronic effects into molecular dynamics simulations of collision cascades in silicon from first-principles calculations, Physical Review B 104, pp. 195203-1 – 195203-15 (2021) DOI
  6. G. Herrero-Saboya, L. Martin-Samos, A. Jay, A. Hemeryck, N. Richard, A comprehensive theoretical picture of E centers in silicon: From optical properties to vacancy-mediated dopant diffusion, Journal of Applied Physics 127, pp. 085703 (2020) DOI
  7. T. Jarrin, A. Jay, M. Raine, N. Mousseau, A. Hémeryck, N. Richard, Simulation of Single Particle Displacement Damage in Si1−xGex Alloys—Interaction of Primary Particles With the Material and Generation of the Damage Structure, IEEE Transactions on Nuclear Science 67, pp. 1273 – 1283 (2020) DOI

Chercheurs impliqués

T. Jarrin D. Lambert N. Richard