Les techniques d'analyses chimiques et biologiques nécessitent le développement à faible coût de capteurs chimiques fiables. Dans ce contexte, les transistors chimiques à effet de champ ChemFETs et les microélectrodes offrent des solutions innovantes à condition d'optimiser l'interface entre les différents domaines que sont les microtechnologies, la biologie et la chimie. Au cours de cette thèse, nous nous sommes attachés à développer des techniques permettant de coupler des agents chimiques au silicium. Deux approches ont été étudiées, toutes les deux basées sur l'utilisation de polymère. La première approche a été centrée sur le développement des techniques d'encapsulation avec la réalisation de microcuves et micro-canaux d'analyse en PDMS. Le suivi de l'activité bactérienne à l'aide de pH-ISFETs a été optimisé dans le cadre de l'étude des lactobacillus acidophilolus. La deuxième approche s'est intéressée à l'adaptation des ChemFETs et des microélectrodes d'or à la détection d'ions tels que le potassium et le sodium. L'utilisation des techniques de photolithographie a ainsi permis la fabrication collective de couches ionosensibles en PSX (polysiloxane)

Les capteurs d'images CMOS n'étaient envisagés au début des années 90s que dans le cadre de recherches. La technologie CCD dominait alors. Puis l'évolution extraordinaire des procédés de fabrication de circuits intégrés CMOS a fait qu'aujourd'hui nous avons atteint une égalité en termes de parts du marché. Cette forte croissance est étroitement liée à l'avènement des dispositifs portables grand public tels que les téléphones<br />mobiles, qui embarquent pour la majorité les fonctions photo ou vidéo. En effet, les contraintes d'intégration et de coût favorisent la technologie CMOS. Cependant la prise de vue à l'aide de ces dispositifs portables, très sujets aux tremblements, nécessite une stabilisation de la vidéo qui implique d'estimer le mouvement global inter images. Aussi, l'objectif de ce travail est d'intégrer cette fonction aux imageurs fabriqués par la société STMicroelectronics.<br />Pour ce faire, une technique novatrice pour estimer ce mouvement global est présentée dans ce mémoire. Cette méthode consiste à extraire un modèle du mouvement global à partir de mesures de déplacements locaux en périphérie des images. Elle a tout d'abord été validée de<br />façon algorithmique, avant d'être intégrée sur silicium. L'architecture finale du capteur se caractérise par une zone photosensible partitionnée en une zone centrale et une zone périphérique. La chaîne de traitement du signal comporte quant à elle un traitement au niveau pixel afin de mesurer les mouvements locaux périphériques. Elle comprend aussi un posttraitement dédié aux tâches d'estimation du modèle du mouvement global ainsi qu'à la compensation du mouvement indésiré.

Le manque de sélectivité des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique est la principale limite à leur utilisation. Afin de pallier ce problème, nous avons proposé dans ce travail une solution basée sur la combinaison de plusieurs capteurs et de méthodes de traitement de données. Pour ce faire, un banc de test incluant une matrice composée de plusieurs capteurs a été réalisé. Nous avons étudié deux procédures de chauffage des capteurs (mode isotherme et modulation thermique). L'analyse en composantes principales et les réseaux de neurones artificiels ont été utilisés pour traiter les données issues des capteurs. La première méthode de chauffage, appliquée à une matrice de six capteurs, a permis de classer et d'identifier cinq gaz (CO, NH3, H2S, C2H2 et NO) à une concentration de 100 ppm. De plus, nous avons pu mesurer la concentration de CO et NO en mélange avec une erreur acceptable (valeur du RMSEPr d'environ 10 %). La deuxième procédure de chauffage, utilisée avec une matrice de quatre capteurs, a permis d'identifier trois gaz (CO, C2H2, H2S) avec des concentrations variant de 25 ppm à 100 ppm.

Ce travail constitue une étude sur la conception d'une architecture reconfigurable pour la<br />cryptographie. Divers aspects sont étudiés, tels que les principes de base de la cryptographie,<br />l'arithmétique modulaire, les attaques matériaux et les architectures reconfigurables. Des méthodes<br />originales pour contrecarrer les attaques par canaux cachés, notamment la DPA, sont proposés.<br />L'architecture proposée est efficace du point de vue de la performance et surtout est robuste contre<br />la DPA.

Thesis (M.S.) -- Mississippi State University. Department of Electrical and Computer Engineering. / Title from title screen. Includes bibliographical references.

Thesis (Ph.D)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009. / Committee Chair: Hasler, Paul; Committee Member: Anderson, David; Committee Member: Degertekin, F.; Committee Member: Ghovanloo, Maysam; Committee Member: Minch, Bradley. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.

Gallium nitride (GaN) based high electron mobility transistors (HEMTs) offer numerous benefits for both direct current (DC) and radio frequency (RF) power technology due to their combination of large band gap, high electrical breakdown field, high peak and saturation carrier velocity, and good stability at high temperatures. In particular, AlGaN/GaN heterostructures are of great interest because of the unique conduction channel that develops as a result of the spontaneous and piezoelectric polarization that occurs in these layers. This channel is a vertically confined plane of free carriers that is often called a 2 dimensional electron gas (or 2DEG). Although these devices have shown an improvement in performance over previous heterostructures, reliability issues are a concern because of the high temperatures and electric fields that develop during operation. Therefore, characterizing electrical and thermal profiles within AlGaN/GaN HEMTs is critical for understanding the various factors that contribute to device failures. Little research has been performed to model and characterize these devices under RF bias conditions, and is therefore of great interest. Under pulsed conditions, a single cycle consists of an “on-state” period where power is supplied to the device and self-heating occurs, followed by an “off-state” period where no power is supplied to the device and the device cools. The percentage of a single cycle in which the device is powered is called the duty cycle. In this work, we present a coupled electro-thermo-mechanical finite-element model for describing the development of temperature, stress, and strain profiles within AlGaN/GaN HEMTs under DC and AC power conditions for various duty cycles. It is found that bias conditions including source-to-drain voltage, source-to-gate voltage, and pulsing frequency directly contribute to the electro-thermo-mechanical response of the device, which is known to effect device performance and reliability. The model is validated by comparing numerical simulations to experimental electrical curves (Ids-Vds) and experimental strain measurements performed using scanning joule expansion microscopy (SJEM). In addition, we show how the operating conditions (bias applied and AC duty cycle) impact the thermal profiles of the device and outline how the stress in the device changes through a pulsed cycle due to the changing thermal and electrical profiles. Qualitatively, the numerical model has good agreement across a broad range of bias conditions, further validating the model as a tool to better understand device performance and reliability.

Nanofluids have been demonstrated to be promising for heat transfer enhancement in forced convection and boiling applications. The addition of carbon, copper, and other high-thermal-conductivity material nanoparticles to water, oil, ethylene glycol, and other fluids has been determined to increase the thermal conductivities of these fluids. The increased effective thermal conductivities of these fluids enhance their abilities to dissipate heat in such applications. The use of nanofluids for spray cooling is an extension of the application of nanofluids for enhancement of heat dissipation. In this investigation, experiments were performed to determine the level of heat transfer enhancement with the addition of alumina nanoparticles to the fluid. Using mass percentages of up to 0.5% alumina nanoparticles suspended in water, heat fluxes and surface temperatures were measured and compare. Compressed nitrogen was used to provide constant spray nozzle pressures to produce full-cone sprays in an open loop spray cooling system. The range of heat fluxes measured were for single-phase and phase-change spray cooling regimes.

The packing density of microelectronic devices has increased exponentially over the past four decades. Continuous enhancements in device performance and functionality have been achieved by the introduction of new materials and fabrication techniques. This thesis summarizes the thin film materials and metallization processes by chemical vapor deposition (CVD) developed during my graduate study with Professor Gordon at Harvard University. These materials and processes have the potential to build future generations of microelectronic devices with higher speeds and longer lifetimes. Manganese Silicate Diffusion Barrier: Highly conformal, amorphous and insulating manganese silicate \((MnSi_xO_y)\) layers are formed along the walls of trenches in interconnects by CVD using a manganese amidinate precursor vapor that reacts with the surfaces of the insulators. These \((MnSi_xO_y)\) layers are excellent barriers to diffusion of copper, oxygen and water. Manganese Capping Layer: A selective CVD manganese capping process strengthens the interface between copper and dielectric insulators to improve the electromigration reliability of the interconnects. High selectivity is achieved by deactivating the insulator surfaces using vapors containing reactive methylsilyl groups. Manganese at the Cu/insulator interface greatly increases the strength of adhesion between the copper and the insulator. Bottom-up Filling of Copper and Alloy in Narrow Features: Narrow trenches, with widths narrow than 30 nm and aspect ratios up to 9:1, can be filled with copper or copper-manganese alloy in a bottom-up fashion using a surfactant-catalyzed CVD process. A conformal manganese nitride \((Mn_4N)\) layer serves as a diffusion barrier and adhesion layer. Iodine atoms chemisorb on the \(Mn_4N\) layer and are then released to act as a catalytic surfactant on the surface of the growing copper layer to achieve void-free, bottom-up filling. Upon post-annealing, manganese in the alloy diffuses out from the copper and forms a self-aligned barrier in the surface of the insulator. Conformal Seed Layers for Plating Through-Silicon Vias: Through-silicon vias (TSV) will speed up interconnections between chips. Conformal, smooth and continuous seed layers in TSV holes with aspect ratios greater than 25:1 can be prepared using vapor deposition techniques. \(Mn_4N\) is deposited conformally on the silica surface by CVD to provide strong adhesion at Cu/insulator interface. Conformal copper or Cu-Mn alloy seed layers are then deposited by an iodine-catalyzed direct-liquid-injection (DLI) CVD process. / Chemistry and Chemical Biology

In microelectronics, the device size continues to shrink to improve the performance and functionality, which sets technical challenges for the integrated circuit (IC) fabrication. Novel materials and processing techniques are developed to maintain excellent device performances and structural reliability. Cobalt-based thin films possess numerous applications in microelectronics with the potential to enhance the device performance and reliability. This thesis explores the fabrication, characterization and application of cobalt-based thin films for microelectronics. Chemical vapor deposition (CVD) technique has been applied for depositing cobalt-based thin films, because CVD can produce high quality thin films with excellent conformality in complex 3D architectures required for future microelectronics. / Engineering and Applied Sciences