Cette thèse a pour but d'étudier les architectures de circuits intégrés pour le traitement numérique de l'OFDM avancé, très haut débit et multi-standard. Ces architectures visent à développer à la fois des puissances de calculs plus élevées pour répondre aux exigences de débit, ainsi que des capacités de reconfiguration pour des applications multi-standard. Elles doivent aussi respecter une contrainte de consommation réduite du fait de l'environnement embarqué des terminaux mobiles. En termes de solutions avancées, nous considérons deux schémas différents de la modulation OFDM, l'OFDM/QAM et l'OFDM/OQAM. Nous proposons une architecture à base de mémoires utilisant un multiplexage temporel des opérations sur une matrice de calcul à gros grain optimisée pour le traitement de la transformée de Fourier rapide et le filtrage polyphase. Nous proposons aussi une stratégie pour la gestion des mémoires.

Les laboratoires sur puce sont des dispositifs intégrés rassemblant, sur un substrat miniaturisé, une ou plusieurs fonctions de laboratoire, généralement dédiées à la manipulation d'échantillons chimiques ou biologiques. L'objectif de ces travaux est l'intégration dans les microsystèmes d'un polymère intelligent, le poly(N-isopropylacrylamide) (pnipam), afin de développer une nouvelle filière technologique pour les laboratoires sur puce. Le pnipam est un polymère thermosensible subissant un changement réversible, d'un état hydrophile et gonflé sous sa température de transition (lcst ~32°C) à un état hydrophobe et replié au-delà. La technologie développée repose sur des éléments chauffants et un protocole de greffage du pnipam sur des surfaces. Nos travaux montrent que le contrôle thermique du pnipam permet de moduler le flux électroosmotique, ouvrant ainsi la voie au développement de mélangeurs électrocinétiques. Ce contrôle permet également l'accrochage, partiellement réversible, de protéines sur des billes fonctionnalisées, pour des applications dans le domaine de la préparation d'échantillon.

Cette thèse présente une contribution à la conception de circuits asynchrones Quasi Insensibles aux Délais (QDI) faible consommation. Une brève étude des méthodes d'estimation de l'énergie dans les circuits CMOS est présentée. Dans le deuxième chapitre, la méthodologie proposée sera présentée. Cette méthodologie utilise trois outils qui permettent la synthèse, l'optimisation et l'estimation d'énergie des circuits asynchrones QDI. La conception de ces circuits se fait à partir d'un langage de haut niveau (CHP). Le troisième chapitre expose une étude sur les choix d'architectures lors de la conception des circuits asynchrones QDI en utilisant la méthodologie proposée. Une comparaison avec les équivalents synchrones des architectures étudiées sera aussi montrée. Finalement, le quatrième chapitre présente une technique pour réduire la consommation d'un circuit en régulant la tension d'alimentation avec un asservissement à boucle fermée pour contrôler la tension d'alimentation.

Le but de ce travail de thèse est de réaliser un microswitch magnétique bistable à base d'aimants permanents. De nouveaux designs de tels microswitch ont été dessinés afin d'obtenir à la fois des forces de contact plus élevés et des courants de commutation plus faibles que les systèmes semblables existants déjà. Des logiciels de simulations magnétiques ont été utilisés afin d'évaluer le comportement statique et dynamique de ces micro relais. Des couches épaisses (>1 µm) de matériaux magnétiques durs hautes performances (NdFeB, SmCo) ont été déposées par pulvérisation cathodique triode. Cette technique de pulvérisation permet d'avoir des vitesses de dépôt élevées sur de grandes surfaces. Les conditions de dépôt et de traitements thermiques de ces couches ont été étudiés afin d'obtenir de grandes coercivités, de grandes rémanences et des textures particulières. Enfin, des briques de base technologiques ont été développées afin d'intégrer ces films magnétiques dans un process de microtechnologie et de réaliser finalement de nouveaux microsystèmes magnétiques. Ce travail est inclus dans le projet ANR Nanomag2 dont le but final est de fabriquer des micro-relais RF pour des applications spatiales.

Ce document résume dix années de recherche dans le domaines des antennes pour petits objects communicants ainsi que les techniques de caractérisation associées.

Cette thèse se place dans le contexte d'alimentation des systèmes électroniques nomades fonctionnant sous faible tension et faible courant. Le dimensionnement et la réalisation d'éléments passifs magnétiques intégrés, pour le stockage d'énergie à l'échelle de la commutation y est abordé pour tenir compte de la taille, la position de l'alimentation de puissance par rapport au système à alimenter ainsi que de son rendement et sa densité de puissance. De plus, face à la demande de systèmes rapides, à faible encombrement et finement régulés, les fréquences de commutation tendent naturellement à augmenter. L'intégration monolithique des composants des convertisseurs de puissance est une des solutions plausibles. Toutefois, la réalisation de tels composants pose actuellement un réel défi technologique. De nombreuses équipes travaillent depuis plus de trente ans sur le problème de l'intégration de composants magnétiques sur silicium. Ces réalisations font appel aux techniques de réalisation microélectroniques, tel la croissance électrolytique, pour le dépôt des matériaux avec des épaisseurs contrôlées. L'objectif aujourd'hui est de réaliser une inductance de 12H capable de supporter 1W avec des tensions de l'ordre du volt, dans une gamme de fréquence allant de 1MHz à 10MHz. Pour ces raisons de compacité et pour garantir une plage fréquentielle de fonctionnement suffisante, nous avons travaillé avec des structures inductives planaires spirales, similaires par la forme à celles utilisées dans le domaine de l'intégration pour les radiofréquences (RF). L'étude des phénomènes physiques liés au caractère inductif et résistif de spirales planaires à partir d'équations et d'une définition géométrique normalisée du composant a abouti vers la mise en place d'outils d'étude numérique permettant d'analyser les liens entre les paramètres géométriques et les paramètres électriques du composant. Il est alors apparu que les dimensions géométriques nécessaires à l'accompl issement du cahier des charges précédent (notamment l'objectif de très faible résistance), se heurtaient aux limites des possibilités de réalisation technologiques (facteur de forme des conducteurs, résolution spatiale). Dans le but, de dépasser ces limites, nous nous sommes intéressés à l'association série/parallèle d'inductances magnétiquement couplées. Les simulations ont démontrées qu'une marge de manoeuvre existait, permettant une optimisation des performances électriques des composants. Un procédé technologique basé sur les techniques MEMS de résine épaisse et de croissance électrolytique de cuivre, a été développé pour valider les modélisations précédentes. Ce procédé permet de réaliser de manière générique des inductances planaires classiques ainsi qu'un empilement de plusieurs bobines connectées entre elles ou non, sur un substrat silicium. Le procédé a également été mis au point sur substrat Pyrex® pour supprimer les courants induits dans le substrat, sources de perturbations pour le comportement fréquentiel de l'inductance et de la résistance. Un banc de caractérisation impédance métrique a également été conçu afin de déterminer les limites du fonctionnement fréquentiel des composants réalisés qui ont permis de valider les performances des composants Ce travail ouvre de nombreuses perspectives dans la réalisation de composants magnétiques intégrés, assurant des fonctions électroniques connues et nouvelles, notamment en démontrant la faisabilité de transformateurs avec différents rapports de transformation ainsi que de fonctions de filtrage performant.

Par une structuration périodique de l'espace à l'échelle de la longueur d'onde, les cristaux photoniques permettent un contrôle efficace de la lumière. Nos travaux concernent l'exploitation des propriétés de ces cristaux pour définir une cavité planaire de diode laser et pour en proposer un contrôle de l'émission. Une première partie présente l'étude de guides définis par des cristaux photoniques bidimensionnels obtenus dans une hétérostructure semi-conductrice par la réalisation de trous. Différents comportements modaux sont analysés selon le point de fonctionnement choisi. Nous montrons qu'une émission monomode de type DFB (Distributed Feedback) peut être obtenue. La deuxième partie concerne la démonstration expérimentale de diodes laser à cristaux photoniques bidimensionnels fonctionnant sous pompage électrique. Les caractéristiques spectrales et modales sont analysées et elles permettent de valider l'étude théorique. Une émission monomode avec un taux de réjection des modes secondaires supérieur à 35 dB a été obtenue. Dans la dernière partie, nous proposons une approche originale du contrôle spectral basée sur une déformation de la maille du cristal photonique selon l'axe latéral de la cavité laser. Il est alors montré qu'une telle déformation permet d'accéder à un contrôle de la longueur d'onde d'émission à 0,4 nm près, tout en restant compatible avec les contraintes technologiques liées à la réalisation d'un cristal photonique. D'autre part, nous démontrons expérimentalement que ce type de déformations peut être mis à profit pour améliorer les caractéristiques d'émission laser des dispositifs étudiés grâce à une ingénierie de la bande interdite photonique.

L'explosion des moyens de communication sans fil durant les quinze dernières années, ainsi que les services nécessitant des communications à haut débit ont conduit l'industrie du semiconducteur à s'intéresser de plus en plus au circuit intégré pour des applications analogiques radio-fréquences. Les dispositifs réalisés en technologie CMOS présentent aujourd'hui des performances les rendant intéressants pour la conception de circuits RF. Or, la plupart des modèles disponibles actuellement ne sont pas adaptés aux besoins des applications RF, et ne peuvent donc pas être utilisés tels quels pour la conception de tels circuits. Afin d'améliorer la connaissance et la modélisation du MOSFET pour ce type d'applications, nous avons développé, au cours de ces travaux de thèse, de nouvelles méthodes d'analyse de la partie extrinsèque du transistor MOS, basées sur la mesure de paramètres S, et sur une connaissance approfondie de la théorie du MOSFET et de sa technologie. Ces méthodes consistent à isoler les éléments extrinsèques pour les étudier et connaître leurs effets. Elles permettent une extraction et une modélisation rigoureuses de composantes telles que la résistance de grille ou le réseau substrat, dont l'influence au premier ordre sur le comportement RF du transistor a été mise en évidence. Elles ont également conduit à montrer l'existence d'effets haute fréquence de second ordre induits par ces éléments parasites du dispositif, et montrent l'évolution grandissante de leur impact, au fil des générations technologiques, sur les performances RF du composant.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un programme de R&T dont l'objectif est de spatialiser les techniques de spectrométrie par autocorrélation numérique, notamment pour HIFI, l'instrument hétérodyne de la mission spatiale FIRST (Herschel) de l'ESA. Lancé en 2007, FIRST sera le premier observatoire submillimétrique dans l'espace. Les contraintes spatiales en terme de poids, d'encombrement, de consommation, imposaient des développements majeurs. Une architecture optimisée de spectromètre a été conçue à partir d'ASICs numériques à haut degré d'intégration. Elle inclut 3 principaux éléments. 1) Un sous-système analogique sélectionne, dans la bande spectrale d'entrée (4-8GHz), 8 sous bandes de 250MHz. 2) Chacun des signaux analogiques est numérisé sur 2 bits / 3 niveaux par un ASIC en BiCMOS cadencé à 550MHz. 3) Des modules numériques de corrélation, également cadencés à 550MHz, calculent 1024 coefficients de corrélation sur 28 bits. Ils peuvent être utilisés en cascade ou en parallèle pour privilégier la résolution ou la largeur de bande. Un module de corrélation est constitué d'ASICs en Arséniure de Gallium développés en « full custom » en utilisant la technologie Vitesse Hgaas4 0,5µm et d'ASICs en CMOS développés à partir de la bibliothèque de cellules standards AMS 0,6µm. Les premiers calculent à haute fréquence les produits de corrélation, les seconds accumulent les résultats à fréquence plus faible et permettent l'acquisition des données. Un spectromètre prototype 4x180MHz a été intégré et testé. Les tests en laboratoire et sur télescope ont permis de valider l'architecture adoptée et d'identifier plusieurs paramètres critiques comme la forme de la bande spectrale ou le format d'acquisition des données. Nous avons alors élaboré et optimisé un corrélateur pour l'instrument FIRST-HIFI. Un modèle de démonstration (2x250MHz) du spectromètre, à base de corrélateurs de 1024 canaux est actuellement développé et sera testé fin 1999.

Cette thèse porte sur l'étude et le développement de diodes laser à semi-conducteurs monofréquences émettant à une longueur d'onde de 2,6 μm. Afin de pouvoir analyser la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone par spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables, les composants laser doivent présenter une émission monomode dans les directions transverse, latérale et longitudinale. Les lasers, fabriqués au laboratoire, présentaient au début de cette thèse un fonctionnement monofréquence à 2,6 μm que sous certaines conditions de température et de courant.<br />Ce manuscrit met l'accent sur les améliorations apportées à la fabrication des diodes laser.<br />Apres avoir décrit dans une première partie le principe et les propriétés des lasers à antimoniures et de la méthode d'analyse de gaz, le second chapitre expose l'optimisation des paramètres technologiques dans le but d'obtenir une émission monomode latérale et transverse. L'amélioration de l'étape de gravure y est présentée avec l'étude d'autres solutions d'attaque et la mise en place d'une couche d'arrêt.<br />La mise au point de la technologie DFB à couplage latéral permettant d'obtenir une émission monomode longitudinale est présentée dans le troisième chapitre. Cette technique, adaptée sur GaSb au cours de cette thèse, consiste pour l'essentiel à déposer de part et d'autre du ruban laser un réseau de Bragg métallique qui joue le rôle d'un filtre fréquentiel.<br />La dernière partie expose l'ensemble des résultats sur les composants laser. Les composants à ruban étroit présentent une émission au dessus de 2,6 μm pour un fonctionnement en continu et à température ambiante. La technologie DFB apporte des améliorations notables sur les propriétés d'émission des composants.<br />Ce travail a permis d'une part d'obtenir des composants lasers présentant les propriétés requises par l'application et d'autre part de faire acquérir au laboratoire un savoir-faire technologique riche en perspectives pour l'avenir.