Doctorat en soudure des semi-conducteurs par laser bicolore ultrarapide (H/F)

Sujet de thèse :
Le micro-soudage par laser ultrarapide en transmission est une technologie de fabrication émergente, avec des applications croissantes en photonique, microélectronique et matériaux avancés. En focalisant des impulsions laser ultracourtes à l’interface entre deux matériaux transparents, il est possible d’obtenir une fusion et un mélange localisés, permettant une liaison solide et précise après resolidification.
Si cette technique a été démontrée avec succès pour les verres, les céramiques et les polymères, son extension aux semi-conducteurs — en particulier au silicium — demeure un défi scientifique et technologique majeur. L’indice de réfraction élevé du silicium (n ≈ 3,5) et sa faible largeur de bande interdite (~1,12 eV) entraînent de fortes limitations optiques, notamment la délocalisation du faisceau, la propagation non linéaire et l’écran plasma. Ces effets entravent fortement l’apport d’énergie à l’interface et limitent la fiabilité du soudage.
Des avancées récentes dans notre groupe ont permis de démontrer, pour la première fois, le soudage laser en transmission du silicium à l’aide d’impulsions nanosecondes, atteignant des résistances au cisaillement supérieures à 10 MPa pour des assemblages de semi-conducteurs similaires et dissemblables (par exemple Si et GaAs). Toutefois, des verrous fondamentaux subsistent — en particulier la forte réflectivité à l’interface, qui limite la transmission de l’énergie, notamment lorsque l’écart interfacial est comparable ou supérieur à la longueur d’onde du laser. Dans ce cas, l’interface se comporte comme une cavité de Fabry–Perot, ce qui réduit fortement l’efficacité de couplage.
Ce projet de doctorat vise à dépasser ces limitations grâce à une stratégie innovante de laser bi-couleur. L’idée principale consiste à utiliser deux faisceaux laser synchronisés à des longueurs d’onde différentes (λ₁ et λ₂), conçus de manière que l’un compense la réflexion de l’autre (par exemple λ₂ décalé de multiples de λ/4). Cette approche garantit que, même dans des conditions d’interférence défavorables, au moins une des longueurs d’onde se transmet efficacement à travers l’interface pour permettre le soudage.
Le/la doctorant(e) (H/F) devra :
• Concevoir et mettre en œuvre un système laser ultrarapide à double longueur d’onde (laser femtoseconde, amplificateur paramétrique optique).
• Étudier les mécanismes d’interaction lumière–matière dans les semi-conducteurs sous excitation bi-couleur.
• Développer des modèles analytiques et numériques pour comprendre le couplage d’énergie aux interfaces.
• Réaliser des expériences d’irradiation laser avec diagnostics in situ et microscopie.
• Caractériser les interfaces soudées à l’aide de techniques avancées d’analyse des matériaux.
• Étendre l’approche à des interfaces non idéales et non uniformes, en vue d’applications réelles.
Ce projet offre une opportunité unique de contribuer à une solution de pointe dans le
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