Une solution au problème astrophysique de la matière sombre pourrait être apportée par la détection de WIMPs, particules prédites par la supersymétrie. Sa détection directe nécessite de grandes masses de détecteurs capables d'identifier le signal d'un WIMP parmi le fond radioactif et cosmique environnant. Cette thèse se déroule dans le cadre de l'expérience EDELWEISS et la future expérience EURECA qui lui succédera. Ces expériences utilisent une technologie basée sur des détecteurs cryogéniques (bolomètres) à double voies, fonctionnant à quelques dizaines de mK. Ils sont constitués de cristaux qui sont le siège des interactions des particules, dont les dépôts d'énergie vont entraîner une élévation de température ainsi que l'ionisation du cristal, pouvant entraîner des charges ou des photons selon sa nature. Afin d'augmenter la palette de cibles pouvant faire office de bolomètres scintillants, nous avons mis en place un dispositif expérimental permettant d'étudier la scintillation de cristaux refroidis jusqu'à 3 K. Il est basé sur un cryostat à géométrie optique compacte permettant une collecte de lumière améliorée. Une méthode de comptage de photons individuels ainsi qu'un traitement statistique des données permettent de mesurer l'évolution du rendement lumineux et des constantes de temps de scintillation de cristaux entre la température ambiante et 3K. Cette thèse présente ainsi les résultats obtenus à 3 K avec ce dispositif expérimental sur deux cristaux, bien connus à température ambiante: le BGO (Bi4Ge3O12) et le BaF2. Nous présentons également les résultats sur la luminescence du saphir dopé au titane (Ti:Al2O3), sous VUV et refroidi à 8 K.

Θέμα της παρούσας ερευνητικής εργασίας είναι η μελέτη διατάξεων MOS σε υπόστρωμα Ge τύπου –p. Ως διηλεκτρικό πύλης χρησιμοποιήθηκε Al2O3 και ως μέταλλο πύλης Pt. Τέτοιες διατάξεις οι οποίες αποτελούνται από υπόστρωμα Ge στο οποίο εναποτίθεται διηλεκτρικό υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς (high-k dielectric) εμφανίζουν ιδιαίτερο ερευνητικό και τεχνολογικό ενδιαφέρον για τους παρακάτω κυρίως λόγους: (i) Το Ge εμφανίζει υψηλότερη ευκινησία φορέων έναντι αυτής του Si. Eπομένως η χρήση υποστρωμάτων Ge στις διατάξεις MOS θεωρείται πλεονεκτική έναντι της χρήσης υποστρωμάτων Si, τα οποία μέχρι σήμερα έχουν μονοπωλήσει τις τεχνολογικές εφαρμογές και κατ’ επέκταση την έρευνα γύρω από αυτές. (ii) Η χρήση υλικών υψηλής διηλεκτρικής σταθεράς, όπως το Al2O3, ως διηλεκτρικά πύλης φέρεται πλέον ως ιδιαίτερα ελπιδοφόρα για την μελλοντική κατασκευή λειτουργικών διατάξεων MOS. (iii) Πρόσφατες μελέτες έχουν αποδείξει ότι, κατά την ανάπτυξη Al2O3 στα υποστρώματα Ge, στη διεπιφάνεια Ge/Al2O3, δημιουργείται ένα λεπτό στρώμα οξειδίου του γερμανίου, το οποίο αποτελεί βασική προϋπόθεση για την κατασκευή λειτουργικών CMOS δομών. Η ανάπτυξη των υμενίων Al2O3 στα υποστρώματα Ge έγινε με την τεχνική Eναπόθεσης Ατομικού Στρώματος (Atomic Layer Deposition- ALD), η οποία είναι μια από τις πιο διαδεδομένες και πολλά υποσχόμενες τεχνικές στον τομέα της Μικροηλεκτρονικής. Βασικά πλεονεκτήματα της μεθόδου αυτής έναντι άλλων μεθόδων εναπόθεσης (CVD, MBE κ.λπ.), είναι η άριστη ποιότητα και ομοιογένεια των αναπτυσσόμενων υμενίων, καθώς και ο απόλυτος έλεγχος του πάχους τους. Στόχος της εργασίας αυτής, είναι η μελέτη των ηλεκτρικών ιδιοτήτων δομών p-Ge/Al2O3/Pt, καθώς και της διεπιφάνειας Ge/Al2O3. Παρασκευάστηκαν δομές με πάχος διηλεκτρικού (Al2O3) 5nm, 10nm,15nm και 25nm σε θερμοκρασία εναπόθεσης 300oC. Ο δομικός χαρακτηρισμός των δειγμάτων έγινε με φασματοσκοπία XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), ενώ ο ηλεκτρικός τους χαρακτηρισμός έγινε με τη μέθοδο της Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας Ευρέως Φάσματος (Broadband Dielectric Spectroscopy-BDS) στην περιοχή συχνοτήτων από 100Ηz έως 1ΜΗz. Τα αποτελέσματα της μελέτης του δομικού χαρακτηρισμού έδειξαν, ότι αυξανομένου του πάχους του υμενίου Al2O3, το πάχος του αναπτυσσόμενου Οξειδίου του Γερμανίου (GeOx) αυξάνεται. Παράλληλα υπάρχει ένδειξη πιθανής αλλαγής της στοιχειομετρίας του GeOx. Ο ηλεκτρικός χαρακτηρισμός των δομών αυτών, πραγματοποιήθηκε με παράμετρο αφενός μεν το πάχος του Al2O3 σε θερμοκρασία περιβάλλοντος, αφετέρου δε με παράμετρο τη θερμοκρασία, στην περιοχή θερμοκρασιών από 78Κ - 200Κ. Ελήφθησαν οι χαρακτηριστικές C-V και C-f, από τις οποίες προκύπτουν τα συμπεράσματα που αφορούν στην ηλεκτρική συμπεριφορά των δομών αλλά και στην ποιότητα της διεπιφάνειας Ge / Al2O3. Σε όλες τις δομές, ανεξαρτήτως του πάχους του Al2O3, οι χαρακτηριστικές C-V παρουσιάζουν την τυπική συμπεριφορά της δομής MOS, με διάκριτες τις τρεις περιοχές συσσώρευσης, απογύμνωσης και αναστροφής φορέων. Οι χαρακτηριστικές C-V σε θερμοκρασία περιβάλλοντος παρουσίασαν, σε όλα τα πάχη, φαινόμενα γένεσης – επανασύνδεσης φορέων, τα οποία εμφανίζονται υπό τη μορφή “γονάτων” στην περιοχή απογύμνωσης/ασθενούς αναστροφής. Τα φαινόμενα αυτά συνδέονται άμεσα με το μικρό ενεργειακό χάσμα του Ge και το μεγάλο πλήθος ενδογενών φορέων αγωγιμότητας που χαρακτηρίζει το Ge στη θερμοκρασία περιβάλλοντος. Αυτά τα φαινόμενα δεν παρατηρούνται στις χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, από τις μετρήσεις C-f και εφαρμόζοντας τη μεθόδου αγωγιμότητας (conductance method), η οποία εφαρμόστηκε σε όλες τις θερμοκρασίες, προέκυψαν οι τιμές της πυκνότητας των διεπιφανειακών καταστάσεων, Dit’s, των δομών αυτών. Από τα αποτελέσματα αυτά, προκύπτει το συμπέρασμα ότι οι τιμές των Dit’s στη θερμοκρασία περιβάλλοντος εμφανίζονται αυξημένες σε σχέση με τις αντίστοιχες στις χαμηλές θερμοκρασίες. Η υπερεκτίμηση αυτή, η οποία μπορεί να φτάσει και τις 2 τάξεις μεγέθους, οφείλεται στην εμφάνιση των “γονάτων” στη χαρακτηριστική C-V. Επομένως το πραγματικό πλήθος των διεπιφανειακών καταστάσεων υπολογίζεται από την ανάλυση των πειραματικών μετρήσεων στις χαμηλές θερμοκρασίες. Επιπλέον, προκύπτει το συμπέρασμα ότι, η πυκνότητα διεπιφανειακών καταστάσεων, Dit’s στις δομές με το μικρότερο πάχος είναι μικρότερη από την αντίστοιχη σε παχύτερες δομές. Η συμπεριφορά αυτή έρχεται σε αντίθεση με την αναμενόμενη και η ερμηνεία της, πιθανώς να συνδέεται με τα αποτελέσματα της φασματοσκοπίας XPS σύμφωνα με τα οποία, αυξανομένου του πάχους του Al2O3, υπάρχουν ενδείξεις μεταβολής της στοιχειομετρίας του Οξειδίου του Γερμανίου. / The subject of the present research work is the study of MOS structures on p- type Ge substrates. Al2O3 was used as gate dielectric and Pt as metal gate. Such devices, which are comprised by Ge substrate on which a high -k dielectric material is deposited, are of high scientific and technological interest for the following reasons: (i) Ge shows higher carrier mobility compared to that of Si. Therefore, the use of Ge substrates in MOS devices is considered advantageous compared to Si substrates, which up to date have been used exclusively for technological applications. (ii) The use of high -k materials seems to be more promising for the construction of functional MOS structures. (iii) Recent results have shown that a thin layer of Ge oxide builds up at the Ge/Al2O3 interface during the deposition of Al2O3 on Ge. This is a basic requirement for the operation of CMOS devises. In the current work, Al2O3 films were deposited on Ge substrates by Atomic Layer Deposition (ALD). ALD is one of the most widespread and very promising techniques in microelectronics. Basic advantages of this method, compared to other deposition techniques (e.g. CVD, MBE and others), are the quality and homogeneity of the films as well as the absolute control of their thickness. The purpose of the present work is the study of the electrical properties of Ge/ Al2O3 /Pt structures as well as of the quality of the Ge/ Al2O3 interface. Structures with Al2O3 thickness of 5 nm, 10 nm, 15 nm and 25 nm were prepared, at deposition temperature of 3000C. The structural characterization of the samples was performed by means of X-Ray Photoelectron Spectroscopy –XPS whereas the electrical characterization was performed with the Broadband Dielectric Spectroscopy- BDS in the frequency range from 100 Hz to 1 MHz. The XPS results suggest that the thickness of the Ge oxide (GeOx), grown during deposition, increases by increasing the thickness of the deposited Al2O3 films. Furthermore, there is evidence of possible change in the stoichiometry of GeOx. The electrical behaviour of these structures was determined using as parameters either the thickness of Al2O3 at room temperature or the temperature at constant thickness. Measurements were performed in the range of 78 oC to 200 oC. C-V and C-f characteristics were constructed, from which conclusions are drawn regarding the electrical behaviour of the structures and the quality of the interface Ge/ Al2O3. The C-V characteristics of all samples, show the typical behaviour of a MOS structure with the three distinct regions of accumulation, depletion and inversion, regardless the thickness of Al2O3. The C-V characteristics at room temperature show generation-recombination phenomena, which are demonstrated through “humps” in depletion / weak inversion regime. These phenomena are intimately connected with the small energy gap and the large density of intrinsic conductivity carriers of Ge. These “humps” do not appear at low temperatures, below 170K, indicating that “generation-recombination” phenomena have been suppressed by reducing temperatures. Furthermore, from C-f measurements the values of the interfacial trap density (Dit) were determined through the conductance method, in all temperatures. The Dit values at room temperature seem to be overestimated compared to those at low temperatures due to the “generation- recombination” phenomena. Therefore, the actual density of interfacial traps is determined from the analysis at low temperatures. Furthermore, the Dit values of the Al2O3 -10nm structure are lower compared to those of the Al2O3 -25nm structure. This behavior, which is in contradiction to the expected one, is connected with the XPS results, according to which there is evidence of change in the stoichiometry of Ge oxide as the thickness of Al2O3 is increased.

Submitted by Edileide Reis (leyde-landy@hotmail.com) on 2013-04-23T11:48:39Z No. of bitstreams: 5 Guilhermo Berrocal 5.pdf: 441982 bytes, checksum: ed6d9be182498c6b4db2d0c4a32f7ac8 (MD5) Guilhermo Berrocal 4.pdf: 1385591 bytes, checksum: c4e7c73fa8dc1eec5a3eb4d438068c56 (MD5) Guilhermo Berrocal 3.pdf: 1956923 bytes, checksum: f8dc8503637b206d198b9966a177a091 (MD5) Guilhermo Berrocal 2.pdf: 289780 bytes, checksum: 3fc530194e3c8918ac11f9c2ccdabc15 (MD5) Guilhermo Berrocal 1.pdf: 340675 bytes, checksum: 7e5ee755b290eae4c9ff083197916037 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-04-23T11:48:39Z (GMT). No. of bitstreams: 5 Guilhermo Berrocal 5.pdf: 441982 bytes, checksum: ed6d9be182498c6b4db2d0c4a32f7ac8 (MD5) Guilhermo Berrocal 4.pdf: 1385591 bytes, checksum: c4e7c73fa8dc1eec5a3eb4d438068c56 (MD5) Guilhermo Berrocal 3.pdf: 1956923 bytes, checksum: f8dc8503637b206d198b9966a177a091 (MD5) Guilhermo Berrocal 2.pdf: 289780 bytes, checksum: 3fc530194e3c8918ac11f9c2ccdabc15 (MD5) Guilhermo Berrocal 1.pdf: 340675 bytes, checksum: 7e5ee755b290eae4c9ff083197916037 (MD5) Previous issue date: 2005 / Níquel suportado em alumina tem sido extensivamente usado para catalisar a reforma a vapor do metano, devido ao seu baixo custo, quando comparado a outros catalisadores, à base de metais nobres. Entretanto, ele não é estável durante a reação principalmente devido à transição de fase e à sinterização do suporte. Isto requer o desenvolvimento de novos catalisadores. Uma opção atrativa seria usar suportes baseados em zircônia, que possui diversas vantagens, tais como estabilidade térmica, dureza e propriedades anfotériças, mas esse sólido possui baixa área superficial específica, quando comparado a suportes catalíticos convencionais. Uma provável solução para esse problema é combinar as propriedades da alumina e da zircônia. Com este objetivo foi estudada, neste trabalho, a preparação e caracterização de catalisadores de níquel suportado em zircônia e alumina. Os suportes foram preparados por métodos de precipitação à temperatura ambiente, a partir de soluções aquosas de oxicloreto de zircônio e de nitrato de alumínio, seguido de calcinação a 500 oC. Foram obtidos sólidos com razões molares Zr/Al (molar) = 10; 5; 2; 1; 0,5; 0,2 e 0.1, além de alumina e zircônia puras. Os catalisadores foram preparados por métodos de impregnação de soluções de nitrato de níquel, seguido de calcinação a 500 oC. As amostras foram caracterizadas por energia dispersiva de raios X, termogravimetria, análise térmica diferencial, espectroscopia no infravermelho, com transformadas de Fourier, difração de raios X, redução termoprogramada, medidas de área superficial específica e porosidade e espectroscopia fotoeletrônica de raios X. O efeito da temperatura sobre a cristalização dos suportes foi estudada "in situ" por difração de raios X, usando uma câmara de aquecimento. Observou-se a presença das fases tetragonal e monoclínica na zircônia pura e g-Al2O3 na alumina pura. A adição de pequenas quantidades de alumínio estabilizou a fase tetragonal da zircônia, enquanto quantidades mais elevadas de alumínio levaram à produção de sólidos mal cristalizados. As amostras ricas em alumínio (Zr/Al= 0,1; 0,2 e 0,5) também produziram g-Al2O3. A altas temperaturas, os sólidos mal cristalizados formaram aluminato de níquel. A área superficial específica aumentou com a adição de alumínio, o que foi atribuído à presença desse metal na superfície do sólido, onde ele atua como espaçador. A amostra pobre em alumínio (Zr/Al= 0,1) mostrou a área superficial específica mais elevada. Entretanto, a área superficial específica decresceu devido à adição de níquel, provavelmente devido ao bloqueio de alguns poros por esse metal. As amostras apresentaram poros com diferentes formas e tamanhos e produziram isotermas dos Tipos II e III com "loops" de histerese, típicas de materiais mesoporosos. A adição de alumínio também afetou a redução de níquel, tornando esse processo mais difícil; este efeito aumentou com a quantidade de níquel nos sólidos. Entre as amostras à base de alumínio e zircônio, o sólido com quantidades iguais desses metais (Zr/Al (molar)= 1) apresentou o teor mais elevado de níquel na superfície. Ele apresenta área superficial específica elevada e pode ser facilmente reduzido, permitindo a formação da fase ativa do catalisador, na reforma a vapor do metano. Portanto, esse sólido é o catalisador mais promissor para essa reação. / Salvador

Les MOSFETs ultra-thin body UTB ont été fabriqués avec une technologie auto-alignée. Le canal conducteur est constitué d’InGaAs à 75% de taux d’indium ou d’un composite InAs/In0,53Ga0,47As. Une fine couche d'InP (3 nm) a été insérée entre le canal et l'oxyde, afin d’éloigner les défauts de l’interface oxyde-semiconducteur du canal. Enfin, une épaisseur de 4 nm d'oxyde de grille (Al2O3) a été déposée par la technique de dépôt des couches atomiques. Les contacts ohmiques impactent les performances des MOSFETs. La technologie UTB permet difficilement d’obtenir des contacts S/D de faibles résistances. De plus, l’utilisation de la technique d’implantation ionique pour les architectures UTB est incompatible avec le faible budget thermique des matériaux III-V et ne permet pas d’obtenir des contacts ohmiques de bonne qualité. Par conséquent, nous avons développé une technologie auto-alignée, basée sur la diffusion du Nickel « silicide-like » par capillarité à basse température de recuit (250°C) pour la définition des contacts de S/D. Finalement, nous avons étudié et analysé la résistance de l'alliage entre le Nickel et les III-V. A partir de cette technologie, des MOSFET In0,75Ga0,25As et InAs/In0,53Ga0,47As ont été fabriqués. On constate peu de différences sur les performances électriques de ces deux composants. Pour le MOSFET InAs/InGaAs ayant une longueur de grille LG =150 nm, un courant maximal de drain ID=730 mA/mm, et une transconductance extrinsèque maximale GM, MAX = 500 mS/mm ont été obtenu. Le dispositif fabriqué présente une fréquence de coupure fT égale à 100 GHz, et une fréquence d'oscillation maximale fmax de 60 GHz, pour la tension drain-source de 0,7 V. / Abstract : Silicon-based devices dominate the semiconductor industry because of the low cost of this material, its technology availability and maturity. However, silicon has physical limitations, in terms of mobility and saturation velocity of the carriers, which limit its use in the high frequency applications and low supply voltage i.e. power consumption, in CMOS technology. Therefore, III-V materials like InGaAs and InAs are good candidates because of the excellent electron mobility of bulk materials (from 5000 to 40.000 cm2 /V.s) and the high electron saturation velocity. We have fabricated ultra-thin body (UTB) InAs/InGaAs MOSFET with gate length of 150 nm. The frequency response and ON-current of the presented MOSFETs is measured and found to have comparable performances to the existing state of the art MOSFETs as reported by the other research groups. The UTB MOSFETs were fabricated by self-aligned method. Two thin body conduction channels were explored, In0,75Ga0,25As and a composite InAs/In0,53Ga0,47As. A thin upper barrier layer consisting of InP (3nm) is inserted between the channel and the oxide layers to realized a buried channel. Finally, the Al2O3 (4 nm) was deposited by the atomic layer deposition (ALD) technique. It is well known that the source and drain (S/D) contact resistances of InAs MOSFETs influence the devices performances. Therefore, in our ultra-thin body (UTB) InAs MOSFETs design, we have engineered the contacts to achieve good ohmic contact resistances. Indeed, for this UTB architecture the use of ion implantation technique is incompatible with a low thermal budget and cannot allow to obtain low resistive contacts. To overcome this limitation, an adapted technological approach to define ohmic contacts is presented. To that end, we chose low thermal budget (250°C) silicide-like technology based on Nickel metal. Finally, we have studied and analyzed the resistance of the alloy between Nickel and III-V (Rsheet). MOSFET with two different epilayer structures (In0,75Ga0,25As and a composite InAs/In0,53Ga0,47As) were fabricated with a gate length (LG) of 150 nm. There were few difference of electrical performance of these two devices. We obtained a maximum drain current (ION) of 730 mA/mm, and the extrinsic transconductance (GM, MAX) showed a peak value of 500 mS/mm. The devices exhibited a current gain cutoff frequency fT of 100 GHz and maximum oscillation frequency fmax of 60 GHz for drain to source voltage (VDS) of 0.7 V.

L'objectif premier de ce projet est la mise au point de procédés de fabrication microélectroniques/microtechnologiques compatibles avec l'utilisation d'un support papier. Pour cela, des techniques comme l'évaporation thermique sous vide, la photolithographie, l'électrodéposition et l'anodisation d'aluminium ont été développées et adaptées à ce support. Des bancs de caractérisations structurels, électriques et flexibles ont été aussi mis en œuvre pour étudier la fiabilité des couches déposées sur un tel substrat. En application, un capteur d'humidité à base d'oxyde d'aluminium flexible a été fabriqué et les tests en humidité ont montré d'excellents résultats permettant de valider le travail effectué. / The primary objective of this project is the implementation of microelectronics/microtechnology processes compatible with the use of paper-based substrate. For this purpose, techniques such as thermal vacuum evaporation, photolithography, electroplating and anodizing aluminum have been developed and adapted to this substrate. Structural, electrical and flexible characterizations benches have also been implemented to study the reliability of the layers deposited on such substrate. A moisture sensor based on flexible aluminum oxide was made and humidity tests have shown excellent results which validate the work.

Ice-templating, znm tak© jako freeze-casting, je relativnÄ jednoduchou, levnou a velmi univerzln­ technikou pro vrobu por©zn­ch keramickch struktur s ­zenou mikrostrukturou. Takto pipraven© keramick© struktury jsou pouity pro vrobu hybridn­ch keramickch kompozit, nebo jako biokeramick© scaffoldy. Hybridn­ keramick© kompozitn­ materily jsou zaloeny na napodobovn­ p­rodn­ch/ biologickch materil. Hlavn­m c­lem je napodobit v p­rodÄ se vyskytuj­c­ zhouevnauj­c­ mechanismy t­m, e por©zn­ keramick© struktury jsou po slinut­ naputÄny polymern­mi materily. Hlavn­m probl©mem pi vrobÄ por©zn­ch keramickch vzork s velkmi rozmÄry, pomoc­ metody ice-templating, je dosaen­ ­zen©ho rstu ledovch krystal v cel©m objemu vzorku. Aby tedy bylo mon© z­skat velk© keramick© vzorky s dobe definovanou lamelrn­ strukturou je teba proces ice-templatingu velmi pesnÄ kontrolovat. Biologick aktivita biokeramickch materil zvis­ na kombinaci fyzikln­ch a chemickch charakteristik, kter© silnÄ souvisej­ s jejich mikrostrukturou. Porozita scaffold mus­ bt vzjemnÄ propojen a velikost­ pr dostateÄnÄ velk pro spÄn rst kostn­ tknÄ v cel©m objemu implanttu. Prezentovan disertaÄn­ prce je zamÄena na problematiku zvÄtovn­ rozmÄr keramickch vzork pipravench pomoc­ metody ice-templating, vytvoen­ v­cerovov© porozity uvnit vzork a vrobu hybridn­ch keramickch kompozit pro balistickou ochranu. Keramick© suspenze pro ice-templating byly spÄnÄ pipraveny z rznch prk (zejm©na hydroxyapatitu a oxidu hlinit©ho s rznm plnÄn­m keramick©ho prku od 7,5 obj.% do 45 obj.%. Byl tak© studovn vliv aditiv na utven­ lamelrn­ drsnosti a mezilamelrn­ch pemostÄn­. V souÄasnosti je zkoumn dopad tÄchto strukturn­ch prvk na vsledn© mechanick© vlastnosti. Hybridn­ kompozity oxid hlinit/polymer byly spÄnÄ navreny a pipraveny z destiÄek z oxidu hlinit©ho pipravench metodou ice-templating s d©lkou lamel a 70 mm a rznch polymern­ch pryskyic. Byla testovny mechanick© vlastnosti hybridn­ch kompozit oxid hlinit/polymer a vsledky ukzaly, e ice-templating je robustn­ metodou pro vrobu hybridn­ch kompozit keramika-polymer s dobrm pomÄrem pevnost/hustota. Avak balistick© testy hybridn­ch kompozit oxid hlinit/polymer odhalily, e vÄtina kompozit vytvoench v rmci t©to prce nebyla schopna ÄinnÄ zastavit stely s prbojnm jdrem. Ukzalo se, e kombinace procesu ice-templating a nep­m©ho 3D tisku umouje vrobu biokeramickch scaffold pro kostn­ nhrady z hydroxyapatitu s v­cerovovou porozitou, co by se mohlo ukzat jako prospÄn© pro vvoj bioaktivn­ch vysoce por©zn­ch scaffold se zvenou biologickou aktivitou. Ice-templating tak© vznamnÄ ovlivnil zmÄnu fzov©ho sloen­ bÄhem slinovn­ hydroxyapatitovch vzork.

Mesoporous γ-Al2O3 is one of the most widely used catalyst supports for commercial catalytic applications. The performance of a catalyst strongly depends on the combination of textural, chemical and physical properties of the support. Pore size is essential since each catalytic system requires a unique pore size for optimal catalyst loading, diffusion and selectivity. In addition, high surface area and large pore volume usually result in higher catalyst loading, which increases the number of catalytic reaction sites and decreases reaction time. Therefore, determination of surface area and porosity of porous supports is critical for the successful design and optimization of a catalyst support. Moreover, it is important to produce supports with good thermal stability since pore collapsing due to sintering at high temperatures often results in catalyst deactivation. In addition, the ability to control the acidity of the catalyst enables us to design desirable acid sites to optimize product selectivity, activity, and stability in different catalytic applications. This dissertation presents a simple, one-pot, solvent-deficient method to synthesize thermally stable silica-doped alumina (SDA) without using templates. The XRD (X-ray diffraction), HTXRD (high temperature X-ray diffraction), SS NMR (solid state nuclear magnetic resonance), TEM (transmission electron microscopy), TGA(thermogravimetric analysis), and N2 adosorption techniques are used to characterize the structures of the synthesized SDAs and understand the origin of increased thermal stability. The obtained SDAs have a surface area of 160 m2/g, pore volume of 0.99 cm3/g, and a bimodal pore size distribution of 23 and 52 nm after calcination at 1100◦C. Compared to a commercial SDA, the surface area, pore volume, and pore diameter of synthesized SDAs are higher by 46%, 155%, and 94%, respectively. A split-plot fractional-factorial experimental design is also used to obtain a useful mathematical model for the control of textural properties of SDAs with a reduced cost and number of experiments. The proposed quantitative models can predict optimal conditions to produce SDAs with high surface areas greater than 250 m2/g, large pore volume greater than 1 cm3/g, and large (40-60 nm) or medium (16-19 nm) pore diameters. In my approach, I control acid sites formation by altering preparation variables in the synthesis method such as Si/Al ratio and calcination temperatures. The total acidity concentration (Brønsted and Lewis) of the synthesized SDAs are determined using ammonia temperatured program, pyridine fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), and MAS NMR. The total acidity concentration is increased by introducing a higher mole ratio of Si to Al. In addition, the total acidity concentration is decreased by increasing calcination temperature while maintaining high surface area, large porosity, and thermal stability of γ-alumina support. I also present an optimized synthesis of various aluminum alkoxides (aluminum n-hexyloxide (AH), aluminum phenoxide (APh) and aluminum isopropoxide (AIP)) with high yields (90-95%). One mole of aluminum is reacted with excess alcohol in the presence of 0.1 mole % mercuric chloride catalyst. The synthesized aluminum alkoxides are used as starting materials to produce high surface area alumina catalyst supports. Aluminum alkoxides and nano aluminas are analyzed by 1H NMR, 13C NMR, 27Al NMR, gCOSY (2D nuclear magnetic resonance spectroscopy), IR (infrared spectroscopy), XRD, ICP (induced coupled plasma), and elemental analysis.

La famille des matériaux semiconducteurs III-N présente des propriétés adéquates pour diversesapplications que ce soit dans le domaine de l’optique ou de l’électronique. Certaines de ces applicationsconsistent à intégrer ces matériaux dans des environnements hostiles et notamment soumis à l’actiond’ions lourds à différentes énergies. Lors de cette thèse, le travail consistait tout d’abord à comprendrel’évolution microstructurale sous irradiation du substrat alpha-Al2O3, puis du film mince GaN, afin d’établirun profil de l’évolution de l’endommagement en fonction de la profondeur. Un comportement assezsimilaire concernant l’évolution des paramètres de maille a été observé pour les deux matériaux. Dansla direction parallèle à la trajectoire du faisceau d’ions, une importante augmentation du paramètre demaille a été mise en évidence tandis que peu de variations ont été relevées perpendiculairement à latrajectoire du faisceau d’ions. Les formations de couche amorphe pour l’alpha-Al2O3 et de couche fortementendommagée pour le GaN ont été observées en surface. Les épaisseurs de ces couches augmentent enfonction de la fluence, associé à l’augmentation des contraintes résiduelles au sein du matériau. Al’aide d’hypothèses et des différents résultats obtenus, deux profils d’endommagement en profondeuront été proposés. D’autre part, la nanoindentation a montré que les paramètres de dureté et de moduled’élasticité évoluent fortement sous irradiation en fonction de la fluence. / Nitride semiconductors are attractive materials for the development of optical and electronic devices.Some of these applications can expose materials to extreme environments and especially radiation ofheavy ions at different energies. In this thesis, the study focused first on behaviour evolution underirradiation of alpha-Al2O3 and then of GaN thin film, in order to establish a profile of damage evolution asfunction of the depth. Concerning lattice parameter, a similar behaviour was observed for both materials.An important increase of lattice parameter parallel to ion beam was highlighted while few variations wasnoted for the lattice parameter perpendicular to ion beam. Formation of amorphous layer for alpha-Al2O3and highly disordered layer for GaN were observed in surface. Layers thicknesses increase as functionof the fluence with an increase of residual stresses in material. Using different results and assumptions,two damage profiles as function of the depth have been proposed. In addition, nanoindentation hasshown hardness and modulus of elasticity parameter evolve highly under irradiation as function of thefluence.

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Weiterentwicklung des verdämmten Druckversuches zur Bestimmung experimenteller Daten an verschiedenen Keramik- und Glassorten. Die untersuchten Materialien (Al2O3, TiB2, B4C, Floatglas, schweres Flintglas) lagen in Form von Fragmenten (Bruchstücken) vor und wurden aus realen Impaktexperimenten wiedergewonnen. Zusätzlich wurden thermisch vorgeschädigte Aluminiumoxidzylinder in die Betrachtungen einbezogen. Daten granulierter bzw. vorgeschädigter spröder Materialien sind von besonderem Interesse für Finite Element Rechnungen, um beispielsweise experimentell sehr aufwendige Beschußversuche rechnerisch zu simulieren.Als Untersuchungsmethode wurde der verdämmte Druckversuch verwendet und sowohl an quasistatische als auch an schlagdynamische Belastungsbedingungen angepaßt. Außerdem wurden die entwickelten Testaufbauten für sehr hohe hydrostatische Drücke optimiert. In den quasistatischen Experimenten konnten damit Drücke von 380 MPa bis 1960 MPa und in den dynamischen Versuchen von 495 MPa bis 2060 MPa erreicht werden. Im Ergebnis wurden mechanische Kennwerte der granulierten bzw. vorgeschädigten Materialien ermittelt (Restfestigkeit, Verdichtungsverhalten) und deren Schädigungsgrad vor und nach den Versuchen bestimmt (Rasterelektronenmikroskopie und Messung der spezifischen Oberfläche). Die vielversprechenden Resultate der verschiedenen Keramiken und Gläser wurden verglichen und die Materialien im Hinblick auf ihr Energieaufnahmevermögen unter schlagartiger Belastung bewertet.

The Ni-base superalloy, IN-718, has been coated with alumina sols. Coated surfaces, carrying alumina layers having thicknesses between 0.6 μm and 3.6 μm show a significantly reduced oxidation rate when compared with uncoated reference surfaces, even if heating temperature is increased up to 900 °C and heating time is extended to 800 h. Alumina layers were prepared via sol-gel processing using a modified Yoldas procedure to obtain alumina sols. No change in rheological sol behavior was observed for more than 1 year of aging under static conditions at room temperature. Depending on pH value, modified Yoldas sols contain a manifold of Al species, among them Al13 polycations. Thermal evolution of sol derived alumina powders depends on Al speciation of parent sols. Depending on sol composition, both gamma-Al2O3 and eta-Al2O3 occur as intermediate transition aluminas. Phase composition and gas phase velocity influence oxygen permeability of thin layers prepared with modified Yoldas sols.