La complexité et l'hétérogènité des MPSoC sont accentuées par l'émergence de nouvelles applications multimédia. Pour ce genre d'architectures MPSoC, les environnements de programmation classiques ne sont pas adaptés. Cette thèse propose un flot de conception du logiciel pour MPSoC. Le flot commence par un modèle de haut niveau de l'application et de l'architecture en Simulink. La génération et la validation du logiciel sont effectuées graduellement en partant de ce premier modèle, correspondant à différents niveaux d'abstraction. Des plateformes spécifiques de développement sont employées pour permettre le débogage des différents composants logiciels. Le flot proposé a été appliqué pour la génération et validation du logiciel pour plusieurs architectures MPSoC, qui contiennent plusieurs processeurs interconnectés par un bus ou un réseau sur puce, et exécutent des applications, comme l'encodeur H.264, le décodeur M-JPEG et le décodeur MP3.

L'introduction de diélectriques de forte permittivité dit « High-Κ » peut faire apparaître des comportements jusqu'ici négligeables. C'est le cas du phénomène de relaxation diélectrique. Ce mémoire traite de l'étude de ce phénomène dans les capacités Métal-Isolant-Métal intégrés en microélectronique. Au travers de plusieurs diélectriques amorphes et d'un diélectrique ferroélectrique, deux comportements sont identifiés, le comportement de « flat loss » et celui de polarisation d'électrode. Comme la relaxation diélectrique peut dégrader les performances de certains circuits, une modélisation a été proposée grâce à la réalisation d'un circuit de mesure de l'effet mémoire. Puis l'étude détaillée du comportement du diélectrique Ta2O5, aussi bien en terme de stabilité de courant qu'en terme de variation de permittivité dans les basses fréquences, permettra de mettre en évidence la migration de lacunes d'oxygène dans le diélectrique. Finalement, deux solutions sont proposées afin de réduire le phénomène de relaxation diélectrique tout en obtenant de bonnes performances électriques. La première consiste à déposer des stacks diélectrique basés sur les performances du Ta2O5. La seconde propose l'intégration d'un nouveau diélectrique, l'oxyde de Zirconium.

Les travaux présentés dans cette habilitation sont le fruit d'une partie des recherches effectuées au sein du groupe CIS du laboratoire TIMA. Ils se sont focalisés sur des techniques « alternatives » de conception des systèmes intégrés et de traitement de l'information. Ces recherches ont mis en évidence la pertinence de l'approche asynchrone dans bien des domaines. Les techniques asynchrones permettent, par exemple, de concevoir des dispositifs de synchronisation sûrs, de sécuriser les circuits de chiffrement contre les attaques par canaux cachés mais aussi de concevoir plus aisément dans les technologies décananométriques où les problèmes liés aux variations de procédés de fabrication, les faibles tensions d'alimentation et la consommation statique sont devenus des enjeux délicats à traiter. La formalisation des méthodes de conception asynchrone a également permis de concevoir des outils de synthèse pour des circuits quasi-insensibles au délais et micropipelines. Enfin, une nouvelle approche pour le traitement du signal, se mariant bien avec la logique asynchrone qui est par essence évènementielle, est proposée. Les recherches démontrent notamment les bénéfices que l'on peut tirer d'un échantillonnage non uniforme pour réduire d'un à deux ordres de grandeur la consommation d'un système intégré en traitement du signal.

L'évolution des technologies microélectroniques augmente la sensibilité des circuits intégrés face aux perturbations (impact de particules, perte de l'intégrité du signal...). Le comportement erroné d'un circuit peut être inacceptable et une analyse de sûreté à haut niveau d'abstraction permet de choisir les protections les plus adaptées et de limiter le surcoût induit par une éventuelle reprise de la description. Cette thèse porte sur le développement d'une méthodologie et d'un environnement améliorant l'étude de la robustesse de circuits intégrés numériques. L'approche proposée met en œuvre un prototype matériel d'une version instrumentée du circuit à analyser. L'environnement comprend trois niveaux d'exécution dont un niveau logiciel embarqué qui permet d'accélérer les expériences en conservant une grande flexibilité : l'utilisateur peut obtenir le meilleur compromis entre complexité de l'analyse et durée des expériences. Nous proposons également de nouvelles techniques d'instrumentation et de contrôle des injections afin d'améliorer les performances de l'environnement. Une évaluation prédictive de ces performances renseigne l'utilisateur sur les paramètres les plus influents et sur la durée de l'analyse pour un circuit et une implantation de l'environnement donnés. Enfin la méthodologie est appliquée pour l'analyse de deux systèmes significatifs dont un système matériel/logiciel construit autour d'un microprocesseur SparcV8.

La problématique des agressions par décharges électrostatiques (ESD) est un facteur critique dans la fiabilité des circuits intégrés. Ce document effectue la synthèse des travaux menés au LAAS-CNRS dans ce domaine. Les points suivants seront plus particulièrement abordés : - L'étude des mécanismes physiques qui gèrent le comportement d'un composant lors d'une décharge ESD - La mise en place d'une méthodologie de conception de structures de protection - Son application au développement de solutions de protection innovantes La dernière partie de ce document propose les perspectives de cet axe de recherche qui sont principalement motivés par les progrès technologiques des circuits intégrés, l'évolution des normes de robustesse et l'extension de nos travaux au niveau du système.

L'interaction rayonnement matière est bien connue et documentée. A contrario, les études portant sur l'influence d'un environnement radiatif sur les diodes laser sont rares, et considèrent souvent le composant comme une boîte noire dont seules les propriétés extrinsèques sont étudiées. Nous proposons une méthodologie originale d'étude des diodes laser, basée sur l'analyse des propriétés optiques, électriques, dynamiques des composants. Nous montrons que ce type d'étude permet de remonter aux grandeurs physiques intrinsèques des composants étudiés. Cette méthodologie est ensuite appliquée à l'étude de l'impact d'un environnement radiatif spatial sur des diodes laser émettant à 852 nm destinées à être utilisées pour le refroidissement d'atome de césium dans des dispositifs embarqués. Pour généraliser la méthode utilisée, nous avons étendu nos essais à des diodes laser avancées à base d'alliages de GaInNAs sur InP en tension et de diodes laser à ilots quantiques InAs sur InP.

L'intégration sur puce d'opérations successives d'un protocole plus ou moins complexe d'analyse biologique ou chimique et mettant en jeu la circulation de petits volumes d'échantillons et de réactifs dans des canalisations de taille micrométrique constitue le coeur des technologies microfluidiques. Les technologies de réalisation de micro canalisations sont aujourd'hui bien maîtrisées. Cependant, la manipulation des fluides et l'intégration technologique des éléments de contrôle comme les valves, les actionneurs, les mélangeurs dans les micro canalisations posent des problèmes essentiellement liés aux très faibles dimensionnalités. Des solutions originales et pratiques pour manipuler des volumes très faibles (entre 1nl et 10nl) doivent être développées pour déplacer, mélanger ou séparer ces liquides. Dans ce cadre, nous avons proposé un projet de recherche ANR Blanc (PYRACT) animé par le LAAS et associant des équipes de recherche des laboratoires LCC et IRMCP. Les travaux de thèse s'insérant dans le cadre du projet PYRACT, ont porté sur la conception, la simulation et la réalisation d'un micro actionneur à base de matériau énergétique pour la manipulation de faibles quantités de fluides (10-100nl). L'actionneur, tel que nous l'avons conçu, consiste en une plate-forme chauffante sur laquelle sont déposés en couche très mince un matériau énergétique et une membrane élastique permettant de faire l'étanchéité entre le gaz d'actionnement et le fluide. Le principe de fonctionnement est simple : lorsque le matériau énergétique atteint 225°C, sa décomposition exothermique (333J/g) génère des gaz (N2, H2O, O2) qui augmentent la pression sous la membrane fine élastique (30¼m). La pression ainsi générée et la déformation induite de la membrane élastique permettent d'actionner le fluide dans la micro canalisation. Ce concept simple d'actionnement présente l'avantage d'être compact, intégrable directement dans la canalisation contenant le fluide à actionner, biocompatible, bas c oût et nécessite seulement quelques mW (quelques V) pour générer des surpressions qui peuvent être réglées entre quelques dizaines de kPa et quelques centaines de kPa. Son caractère monocoup le rend adapté aux applications portables et jetables. Tout d'abord, un modèle multi physique a été développé sous COMSOL pour simuler le fonctionnement de l'actionneur intégré dans une micro canalisation. Ensuite, un modèle global de conception a été construit permettant de prédire les performances de l'actionnement (pression, déformation, volume et vitesse du fluide éjecté) en fonction des caractéristiques de l'actionneur et de la puissance électrique d'actionnement. Enfin, deux démonstrateurs ont été fabriqués : un actionneur de 1mm²×100¼m et un de 0.25mm²×100¼m. Un travail important a porté sur l'intégration technologique en utilisant des procédés compatibles MEMS et microfluidique des différents matériaux (énergétique et de structure) sur des surfaces très petites et nécessitant des traitements de surface particuliers. Le principe d'actionnement a été validé.

La nanoimpression assistée par UV (UV-NIL) est une technique de lithographie émergente permettant de fabriquer des motifs de très petites dimensions (de l'ordre du nanomètre) par simple pressage d'un moule transparent et nanostructuré dans une résine fluide. Ce pressage est suivi par un flash de rayonnements UV qui photo polymérise la résine. En raison de son fort potentiel, l'UV-NIL est considéré comme un candidat possible pour réaliser l'étape lithographique dans la fabrication des circuits intégrés du futur. La résine peut être déposée, soit par dispense de microgouttelettes, soit en film mince par centrifugation ("spin-coating"). C'est cette dernière variante qui a été étudiée pendant cette thèse. <br />Pour cela, nous avons d'abord développé les procédés de fabrication de moule dans de la silice et élaboré des formulations de résine adaptées à l'UV-NIL. Nous nous sommes ensuite concentrés sur les critères d'intégration de l'UV-NIL en microélectronique, et plus particulièrement sur l'évaluation des étapes de pressage, sous différentes conditions expérimentales, et de gravure post-lithographique, avec divers plasmas. Nous avons démontré que l'UV-NIL par "spin-coating" permet d'accéder à de bonnes performances lithographiques, en terme d'uniformité d'épaisseur de résine résiduelle en fond de motifs, sous certaines conditions de géométrie de motifs (taille, densité...)

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This thesis addresses the issue of a potential future microelectronics technology, namely the possibility of utilising the optical properties of nanocrystalline silicon for optoelectronic circuits. The subject is subdivided into three chapters. Chapter 1 is an introduction. It formulates the oncoming problem for microelectronic development, explains the basics of Integrated Optoelectronics, introduces porous silicon as a new light-emitting material and gives a brief review of other competing light-emitting material systems currently under investigation. Examples of existing porous silicon devices are given. Chapter 2 reviews the basic physics relevant to the subject of this thesis and informs on the present situation in this field of research, including both experimental and theoretical knowledge gained up-to-date. The chapter provides the necessary background for correct interpretation of the results reported in Chapter 3 and for a realistic decision on the direction for future work. Chapter 3 describes my own experimental and computational results within the framework of the subject, obtained at De Montfort University. These include: onestep preparation of laterally structured porous silicon with photoluminescence and microscopy characterisation, Raman spectroscopy of porous silicon, a polarisation study of the photoluminescence from porous silicon, computer simulations of the conductivity of two-component media and of laser focused atomic deposition for nanostructure fabrication. Thus, this thesis makes a dual contribution to the chosen field: it summarises the present knowledge on the possibility of utilising optical properties of nanocrystalline silicon in silicon-based electronics, and it reports new results within the framework of the subject. The main conclusion is that due to its promising optoelectronic properties nanocrystalline silicon remains a prospective competitor for the cheapest and fastest microelectronics of the next century.