L'association de la microélectronique sur silicium avec la technologie de micro-usinage a rendu possible la réalisation de systèmes sur puces complets. La technologie des MEMS permet le développement de composants intelligents ; elle ajoute à la capacité de calcul de la microélectronique, l'aptitude de percevoir et de contrôler des micro-capteurs et des micro-actuateurs. Le marché des accéléromètres est l'un des domaines des microsystèmes en pleine expansion. On trouve les accéléromètres principalement dans l'automobile, mais ils sont également utilisés dans de nombreux domaines publics et industriels. L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est la conception et la modélisation d'accéléromètres avec une technologie à faible coût : la technologie CMOS-FSBM.<br />Deux types de transductions compatibles avec cette technologie ont été retenus pour nos capteurs, la détection piézorésistive et la détection thermique. Une structure simple pour la transduction piézorésistive a été proposée. Elle permet la détection de l'accélération verticale. Un modèle a été proposé pour ce type d'accéléromètre à détection piézorésistive. Ce modèle est vérifié d'une part par des simulations par éléments finis et enfin par les résultats expérimentaux d'un premier prototype.<br />Le principe de la transduction thermique est basé sur le transfert de chaleur par convection. Cette transduction permet, elle, la mesure de l'accélération latérale. L'approche de modélisation a été de dégager des règles simples de conception pour ce type d'accéléromètre. Cette modélisation s'appuie, ici aussi, sur des simulations par éléments finis et sur les résultats expérimentaux d'un prototype.<br />L'étude préliminaire d'un accéléromètre trois-axes a enfin été abordée. Une première structure entièrement piézorésistive a été évaluée. Une seconde solution combinant les deux types de transductions piézorésistive et thermique a été proposée.

Dans un contexte où les systèmes communicants fleurissent, les Convertisseurs Analogique Numérique CAN doivent suivre les demandes des nouveaux standards de télécommunications. Un convertisseur seul, ne peut pas allier rapidité, précision et faible consommation de puissance. Dans le cadre de nos travaux, nous somme intéressé à une structure prometteuse de CAN basée sur l'entrelacement temporel de plusieurs convertisseurs, TIADC. Le taux d'échantillonnage augmente proportionnellement avec le nombre de CAN mais des problèmes de disparité entre les différents CAN réduisent la résolution effective du TIADC. Dans ce mémoire, nous avons contribuer à l'étude de ces convertisseurs, notamment aux pertes engendrées par les disparités entre les différents convertisseurs. La structure du TIADC a été modélisé dans un environnement de description matérielle. Plusieurs solutions de calibrations existantes ont été simulé afin de vérifier leur fonctionnement et de pouvoir proposer deux méthodes de correction. Une première méthode en différé visant le domaine de l'instrumentation et une seconde, en ligne visant des application de élécommunications. La première méthode a été vérifié par des données expérimentales, la seconde était implémenté dans un FPGA et vérifié par des tests et des mesures.

La motivation de ce travail est la détection des pannes matérielles pouvant se produire à l'intérieur d'une unité centrale (UC) intégrée (microprocesseur). Certaines des différentes étapes de la méthodologie dépassant ce cadre (pouvant être utilisées avec profit pour d'autres problèmes de test que celui du test d'une UC) mais étant tournées vers des problèmes de tests, le caractère intégré étant une constante des circuits étudiés, le titre de ce document situe ledit travail dans un cadre plus vaste, brièvement résumé par : Test et LSI

L'objectif de cette thèse est de réaliser un capteur inertiel à partir d'un substrat SOI utilisé pour le nœud technologique CMOS 130 nm. L'objectif à long terme, afin de pouvoir adresser des applications grand public, est de fabriquer ce capteur comme une partie d'un circuit en utilisant un procédé de co-intégration NEMS « in IC ». Pour réaliser le démonstrateur accélérométrique, nous répondons aux questions relatives à la conception, la fabrication, la caractérisation et aux phénomènes physiques prépondérants à cette échelle. Nous donnons tout d'abord une vue d'ensemble des NEMS et des MEMS en nous basant sur un état de l'art. Celui-ci nous permet d'entreprendre la réduction d'échelle et de choisir un démonstrateur, un accéléromètre résonant, qui nous sert de cas d'étude pour ces travaux. Nous étudions plus en détail, de façon théorique aussi bien qu'expérimentale, le comportement de ces nano-structures. Une des principales difficultés est de caractériser le composant lui-même. A partir d'une étude théorique, nous choisissons le mode de détection capacitif et en montrons sa faisabilité. Nous réalisons en parallèle la conception de la partie mécanique du nano-système et la définition du procédé de co-intégration. Grâce à l'analyse des résultats, nous pouvons présenter quelques perspectives et des axes de travaux à poursuivre pour une meilleure compréhension au niveau de la conception, de la fabrication et de la caractérisation du NEMS. Ces travaux nous permettent de discuter la faisabilité d'un nano-accéléromètre en vue d'une application grand public, avec le choix du procédé de fabrication basé sur le noeud technologique SOI 130 nm. Ces perspectives ont pour objectifs de permettre la réduction des encombrements et la combinaison des performances du NEMS et du circuit afin de faciliter la réalisation de capteurs pour des applications grand public.

De nombreuses recherches tentent d'améliorer les convertisseurs actuels en proposant de nouvelles architectures et de nouveaux procédés de fabrication. Cette évolution est longue et doit s'exécuter étape par étape. Cependant, il est possible d'utiliser des méthodes permettant de compenser les lacunes d'un composant donné avant de franchir l'étape suivante. Ces méthodes de compensation permettent de repousser les limites du composant en attendant la maturité de la génération suivante. Elles permettent également<br />de mieux comprendre les défauts actuels et d'orienter les concepteurs vers des pistes prometteuses pour leurs recherches.<br />C'est dans ce contexte que nous proposons d'étudier l'effet d'une compensation par table de correspondance uni-dimensionnelle (LUT 1D) sur un convertisseur de type à repliement et à interpolation.<br />Afin de remplir cette table de correction, nous proposons d'utiliser et d'optimiser un algorithme d'extraction des non-linéarités du composant, basé sur une analyse fréquentielle du signal converti.<br />Les paramètres sensibles de la méthode de compensation sont ensuite étudiées au travers d'expérimentations menées sur un convertisseur spécialement conçut pour cet objectif. Nous établissons qu'il est possible de calculer une table de correspondance suffisamment robuste indépendamment des variations de fréquences et de température.<br />Finalement, nous proposons une nouvelle méthode d'extraction des paramètres spectraux d'un signal à partir de ressources de calculs très faibles. Cette étude permet d'entamer le processus d'embarquement de la compensation au sein du convertisseur. Cette finalité fait partie des perspectives liées à cette thèse.

English only

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la réduction de la consommation de puissance durant le test par scan des circuits intégrés. Le test par scan est une technique de conception en vue du test qui est largement utilisée, mais qui pose quelques problèmes. Elle nécessite en effet un nombre important de cycles d'horloge pour permettre le chargement, l'application, et le déchargement des données de test. Ces opérations engendrent une activité de commutation dans le circuit largement plus importante que celle rencontrée lors du fonctionnement normal. Cette forte activité lors du test peut avoir des conséquences graves sur le circuit telles qu'une baisse de sa fiabilité ou sa destruction pure et simple. L'objectif de cette thèse est de proposer des techniques permettant de réduire cette suractivité, en particulier durant la période comprise entre l'application d'un vecteur de test et la récupération de la réponse du circuit.

Les microrobots à pattes déjà réalisés par microfabrication dans le monde sont très peu nombreux. A l'heure actuelle, à notre connaissance, on en compte six, certains sont terminés, d'autres sont en cours d'étude. Cette relative rareté s'explique en partie par la difficulté que représente l'intégration d'actionneurs sur de si petites structures. Les travaux présentés ici portent sur l'étude et la réalisation de la structure mécanique et du micro-actionnement d'un microrobot à pattes. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à la locomotion du microrobot et à son actionnement. Des micropattes ont été conçues, réalisées et expérimentées. Elles sont actionnées par deux bilames thermiques (en SU-8 sur Si) fonctionnant en opposition, qui leur procurent deux degrés de liberté. Les micro-actionneurs bilames thermiques ont été retenus pour leurs grandes amplitudes de déplacement, leur densité d'énergie importante et leur relative facilité de réalisation par microfabrication. La structure complète du microrobot a ensuite été réalisée de manière monolithique avec six micropattes et un corps en silicium. Ses dimensions hors tout sont de 3,5 mm de long, 6 mm de large et 0,5 mm de haut. Les expérimentations révèlent les bonnes performances de ce nouveau microrobot comparé à ceux déjà réalisés. Notamment, ce microrobot semble être le plus petit au monde possédant six pattes et se déplaçant sur un sol ne participant pas à sa locomotion. Il est aussi capable de supporter des charges importantes. La prochaine étape est l'intégration de la connectique sur le corps du microrobot. A plus long terme, on peut imaginer y intégrer son énergie, sa commande, des capteurs, voire des organes de télécommunication. Ce microrobot pourra être utilisé dans l'exploration d'environnements confinés, dans le microconvoyage ou pour l'auto-implantation de fonctions dans des systèmes complexes.

L'évolution qui caractérise principalement le domaine de la microélectronique est la réduction des dimensions des circuits intégrés. L'industrie des semi-conducteurs n'a cessé d'améliorer ses produits en augmentant la densité d'intégration et la vitesse de fonctionnement. Pourtant, les effets de la réduction des dimensions ne se limitent pas à un simple facteur d'échelle puisque des limitations physiques et technologiques font surgir de nouvelles contraintes. Parmi celles ci, les limitations induites par la miniaturisation des réseaux d'interconnexions constituent un facteur critique pour les performances des circuits intégrés des générations à venir. Le retard des signaux à transmettre, la consommation de puissance et de surface sont des éléments qui conduisent à proposer des systèmes d'interconnexions innovants, au delà du cuivre et des matériaux de basse permittivité. La faisabilité des interconnexions radiofréquences est évaluée au cours de cette étude, comme une solution alternative face aux limitations des interconnexions traditionnelles. La transmission des informations avec des ondes électromagnétiques émises et détectées par des antennes intégrées pourrait résoudre le problème de retard de propagation des signaux et permettre de réduire la surface occupée et la puissance consommée.Les performances des antennes intégrées sur substrat silicium bulk ou SOI sont étudiées par des moyens théoriques et expérimentaux dans la bande de fréquence allant de 10 GHz à 40 GHz. L'impact des matériaux sur l'amplitude de la puissance transmise est analysé. Les mesures réalisées sur les prototypes des dipôles montrent un excellent gain de transmission de l'ordre de -10 dB..

Cette thèse s'intéresse au contrôle des convertisseurs statiques d'interface entre une pile à combustible et sa charge<br />électrique.<br />Après avoir établi la caractéristique tension-courant des piles à combustible dont la forme justifie l'utilisation de<br />convertisseurs statiques, les structures à conversion continu-continu sont analysées en s'attardant sur la structure<br />élévatrice de base et sur la mise en parallèle de plusieurs d'entre elles. Cette dernière est une réponse satisfaisante<br />au caractère fort courant/basse tension des piles à combustible. Deux modes de réalisation des inductances du<br />convertisseur sont considérés. Pour le premier, les inductances sont indépendantes. Pour le deuxième, elles sont<br />réalisées sur le même circuit magnétique.<br />Un régulateur hybride de courant est ensuite proposé pour le contrôle du convertisseur continu-continu. Celui-ci<br />autorise une variation importante de la tension d'entrée comme c'est le cas en sortie d'une pile à combustible. Le<br />régulateur fonctionne à fréquence fixe et englobe les propriétés de trois modes de commande, la commande par<br />mode de glissement pour bénéficier de sa robustesse et les commandes de type commande à l'amorçage et au<br />blocage, afin de pouvoir assurer un fonctionnement correct du système, quelle que soit la valeur du rapport<br />cyclique. La stabilité du système au sens des valeurs moyennes basse et haute fréquences est considérée. Le<br />modèle moyen ne permettant pas d'étudier la nature exacte du cycle décrit par la trajectoire d'état du système, un<br />outil basé sur le calcul des multiplieurs de Floquet est élaboré. Il a permis de souligner la robustesse du régulateur<br />vis-à-vis de variations de l'inductance du convertisseur et de la tension d'alimentation de celui-ci.