Simulation depuis l'échelle atomique pour le durcissement des composants électroniques et optoélectroniques (HDR)

This document written to obtain the French accreditation to supervise research presents thestudies I conducted at CEA Arpajon since 2002 on the atomic scale modelling for the hardening ofelectronic and optoelectronic components. During an irradiation, the properties of materials of thecomponents could be modified by the creation of point defects or by the activation of point defectsgenerated during the manufacturing process. The aim of my studies is to obtain a better understandingof the physical and chemical properties of these point defects at the atomic scale. My work isorganized in three parts: the study of the generation of defects during the manufacturing process, thecharacterization of defects in bulk materials and the consequences for the presence of point defects onthe macroscopic properties of a component (such as electrical properties for microelectroniccomponents or transmission properties for fiber optics). Studied materials are mostly oxides (silica,hafnia, germania). For these studies, I used quantum chemistry methods such as first principlescalculations in the framework of Density Functional Theory, but also methods going beyond DensityFunctional Theory such as Many Body Perturbation Theory or methods on larger time and lengthscale such as Kinetic Monte Carlo, for which specific codes have been developed. This documentcontains my resume, a sum-up of the studies I did, future research and a selection of publications.Ce mémoire d’habilitation à diriger des recherches présente les études que j’ai effectuéesdepuis 2002 au CEA Arpajon sur la modélisation à l’échelle atomique pour le durcissement descomposants pour la microélectronique et l’optoélectronique. Lors d’une irradiation, les propriétés desmatériaux constituants les composants peuvent être modifiées par la création de défauts ponctuels pardéplacement atomique ou l’activation par ionisation de défauts ponctuels pré-existants générés lors deprocessus de fabrication des composants. L’objectif de mes études est d’obtenir une meilleurecompréhension de la physico-chimie de ces défauts ponctuels à l’échelle atomique. Mon travail s’estorganisé autour de trois axes : la compréhension de la création des défauts lors du processus defabrication, la caractérisation des défauts dans les matériaux et l’impact des défauts sur les propriétésmacroscopiques du composant (par exemple, ses propriétés électriques dans un composant de lamicroélectronique ou ses propriétés de transmission optique pour une fibre optique). Les matériauxétudiés ont été principalement des oxydes (silice, dioxyde de germanium, dioxyde d’hafnium). Pourcela, j’ai utilisé des méthodes de modélisation quantiques dîtes ab initio reposant sur la théorie de laFonctionnelle de la Densité mais aussi des méthodes allant au-delà de la Fonctionnelle de la Densitécomme les méthodes de perturbation à plusieurs corps et des méthodes permettant d’atteindre de plusgrandes échelles comme les méthodes Monte Carlo Cinétique, pour lesquelles des codes spécifiquesont dû être développés. Ce document contient donc mon CV détaillé, une synthèse des étudesréalisées, les perspectives de recherche, ainsi qu’une sélection de certaines de mes publications.Mots-clés - ab initio, microélectroniques, fibres optiques, défauts, radiations