Cet ouvrage porte sur la conception, la synthèse et la caractérisation de sphères supramoléculaires auto-assemblées. Si le groupe Dory a, par le passé, été en mesure d’effectuer la synthèse d’un type de sphères avec 4 unités monomères, le but de cette recherche a été de développer des monomères qui tendraient vers des sphères à 8 unités voire même 20. Suite à de nombreuses idées, nous avons orienté notre recherche davantage sur un type de monomère afin de pouvoir le synthétiser en quantité suffisamment importante pour pouvoir le caractériser. Une idée aussi novatrice a nécessité plusieurs mois de travail pour parvenir à un produit satisfaisant et suffisamment pur pour commencer la caractérisation.

La technologie Flash arrive à ses limites de miniaturisation. Ainsi, la nécessité de nouvelles technologies mémoire augmente. Les candidats au remplacement des mémoires Flash sont les technologies non volatiles émergentes comme les mémoires à pont conducteur (CBRAM), résistives à base d'oxyde (RRAM), mémoires magnétiques (MRAM) et mémoires à changement de phase (PCRAM). En particulier, les mémoires CBRAM sont basées sur structure simple métal-isolant-métal (MIM) et présentent plusieurs avantages par rapport aux autres technologies. La CBRAM est non volatile, à savoir qu'elle garde l’information lorsque l'alimentation est coupée, ses dimensions peuvent être réduites jusqu'à nœud 10 nm, elle peut facilement être intégrée dans le Back-End d’une intégration CMOS, enfin, elle a une vitesse de fonctionnement élevée à basse tension et un faible coût de fabrication. Néanmoins, les spécifications pour l'industrialisation des CBRAM sont très strictes. Dans cette thèse, nous analysons deux générations de technologie CBRAM, chacune adressant un marché d'application spécifique. La première partie de la thèse est consacrée à l’étude électrique des structures à base de cuivre et de GdOX, qui présentent comme avantages une conservation des données très stable et une bonne résistance lors de la soudure des puces, et un bon comportement de l'endurance. Cette technologie adresse principalement les applications à haute température telle que l'automobile. Pour répondre aux spécifications, un oxyde métallique dopé ainsi que des bicouches sont intégrés pour réduire la tension de formation de la mémoire et augmenter la fenêtre de programmation. Les performances en endurance sont améliorées. La deuxième partie est dédiée à une nouvelle technologie de CBRAM, avec un empilement de type MIM. Dans ce cas, nous avons démontré des temps de commutation très rapides de 20ns à basses tensions (2V), combinés avec une endurance satisfaisante et une bonne rétention des données. Cette technologie semble être compatible avec les applications Internet des objets (IOT). En résumé, au cours de ce doctorat, l'objectif principal était d'étudier la fiabilité des dispositifs embarqués CBRAM en termes d’écriture des données, endurance et la conservation de l’information. Une méthodologie de test spécifique a été développée, afin d’évaluer les performances des technologies étudiées. Des modèles physiques ont été mis au point pour expliquer et analyser les résultats expérimentaux. Sur la base des résultats obtenus, nous démontrons que la technologie de CBRAM est très prometteuse pour les futures applications de mémoires non volatiles. / Flash technology is approaching its scaling limits, so the demand for novel memory technologies is increasing. Promising replacing candidates are the emerging non volatile technologies such as Conductive Bridge Memory (CBRAM), Oxide based Resistive RAM (OXRAM), Magnetic Random Access Memory (MRAM) and Phase Change Memory (PCRAM). In particular, CBRAM is based on a simple Metal-Insulator-Metal (MIM) structure and presents several advantages compared to the other technologies. CBRAM is non volatile, i.e. it keeps the information when the power is off, it is scalable down to 10nm technology node, it can be easily integrated into the Back-End-of-Line (BEOL), finally, it has high operation speed at low voltages and low cost per bit. Nevertheless, demands for the industrialization of CBRAM are very stringent and issues related to device reliability are still to be faced. In this thesis we analyze two generations of CBRAM technology, each one addressing a specific application market. The first part of the PhD is dedicated to the electricalstudy of Cu-based/GdOx structures, which present the advantages of a very stable data retention and resistance to soldering reflow and also good endurance behavior. This CBRAM family addresses mainly the high temperature applications as automotive. To fulfill the specification requirements, doping of metal-oxide andbilayers are integrated to decrease the forming voltage and increase the programmingwindow. Better endurance performance is also achieved. The second part isdedicated to a new CBRAM technology, with a simple MIM structure. In this case, the device showsfast operation speed of 20ns at low voltages of 2V, combined with satisfying endurance and data retention. This technology seems to be compatible with the growing Internet of Things (IOT) market. In summary, during the PhD research, the main objective was to study the reliability of the embedded CBRAM devices in terms of forming, endurance and data retention. Some methodologies were developed and the electrical set-up was modified and adapted to specific measurements. Physical models were developed to explain and better fit the experimental results. Based on the obtained results, we demonstrate that the CBRAM technology is highly promising for future NVM applications.

De nombreuses techniques d'étude ou de structuration des matériaux sont basées sur l'interaction entre la lumière et une pointe dont l'extrémité est sub-longueur d'onde (pointe nanométrique). La sonde atomique tomographique (La-APT) est une de ces techniques. Un laser à impulsions femtosecondes (1015s), focalisé sur un échantillon mis sous la forme d'une pointe nanométrique, déclenche l'évaporation par effet de champ des atomes situés à la surface de l'extrémité de la pointe. Cette technique, mise au point récemment, permet l'analyse tomographique à l'échelle nanométrique de matériaux aussi bien métalliques que semi-conducteurs voir isolants. Cependant, la nature exacte du phénomène d'évaporation par effet de champ assistée par des impulsions lasers ultracourtes était méconnue. Ce travail présente une série d'expériences et de modélisations ayant pour but de montrer et d'expliquer les différents phénomènes se produisant. Les expériences réalisées au sein d'une sonde atomique équipée d'un laser entièrement paramétrable (longueur d'onde, polarisation, énergie...) montrent qu'un phénomène thermique ultrarapide (< 50ps) est principalement impliqué dans l'évaporation par effet de champ observé en La-APT. De plus, cette technique permet d'avoir accès à la dynamique de chauffage et de refroidissement de l'extrémité d'une pointe nanométrique éclairée par des impulsions laser femtoseconde, et cela à une échelle spatiale et temporelle beaucoup plus fine que de nombreuses autres techniques. Cela permet de déduire les propriétés d'absorption d'une pointe nanométrique. Une modélisation multiphysique a été développée et permet de faire le lien entre les propriétés d'absorption et les résultats en La-APT. Cela permet d'optimiser grandement l'instrument.

L'évaporation d'une molécule d'eau se traduit par la rupture d'une ou plusieurs liaisons hydrogène. Ces liaisons hydrogène sont à l'origine de nombreuses propriétés remarquables de l'eau. A l'échelle macroscopique, l'eau est connue pour son efficacité à thermaliser un système, tandis qu'au niveau microscopique, un transfert ultrarapide d'énergie vibrationnelle par l'intermédiaire des liaisons hydrogène a été observé. Qu'en est-il à l'échelle d'une nanogoutte lorsque qu'un nombre limité de molécules entre en jeu? Dans l'expérience réalisée auprès du dispositif DIAM de l'IPN Lyon, la relaxation d'une nanogoutte d'eau protonée est observée après excitation électronique d'une de ses molécules. La mise en œuvre d'une méthode d'imagerie de vecteur vitesse associée à la technique COINTOF (COrrelated Ion and Neutral Time-Of-Flight) a permis la mesure de la distribution de vitesse de molécules évaporées d'agrégats d'eau protonés, préalablement sélectionnés en masse et en énergie. La forme des distributions de vitesse mesurées montre que, même pour des nanogouttes composées de quelques molécules d'eau, l'énergie est redistribuée dans la goutte avant évaporation. Pour des nanogouttes contenant moins d'une dizaine de molécules d'eau, les distributions de vitesse mesurées sont proches de celles attendues pour des gouttes macroscopiques. La redistribution statistique de l'énergie apparaît comme un processus de relaxation dominant. Cependant, la mesure de la distribution des vitesses met aussi en évidence une contribution distincte à haute vitesse correspondant à l'éjection d'une molécule avant redistribution complète de l'énergie. Les distributions de vitesse mesurées pour des nanogouttes d'eau lourdes deutérées mettent en évidence une proportion d'événements non ergodiques plus importante que pour l'eau normale. Les mesures réalisées avec différents atomes cibles montrent que la proportion d'événements non ergodique diminue avec la diminution de l'énergie déposée dans la nanogoutte / The evaporation of a water molecule resulting in the rupture of one or more hydrogen bonds. These hydrogen bonds are responsible for many remarkable properties of water. At the macroscopic scale, water is well known for its ability to thermalize a system, while at the microscopic level, a high-speed transfer of vibrational energy through hydrogen bonding was observed. What scale of nanogoutte when a limited number of molecules come into play? In the experiment carried out with the device DIAM IPN Lyon, the relaxation of a nanogoutte of protonated water is observed after electronic excitation of one of its molecules. The implementation of a velocity vector imaging method associated with the technical COINTOF (Correlated Ion and Neutral Time-Of-Flight) allowed the measurement of the velocity distribution of molecules of evaporated protonated water clusters, mass and energy preselected. The shape of the measured velocity distributions shows that even for some nanodroplets composed of few water molecules, the energy is redistributed in the drop before evaporation. For nanodroplets containing less than ten water molecules, the measured velocity distributions are closed to those expected for macroscopic droplets. The statistical redistribution of energy appears as a dominant relaxation process. However, the measurement of the velocity distribution also highlights a distinct contribution at high velocity corresponding to the ejection of a molecule before complete redistribution of energy. The measured velocity distributions for heavy water nanodroplets deuterated show a proportion of non-ergodic most important events that for normal water. The measurements carried out with different target atoms show that the proportion of non-ergodic events decreases with decreasing the energy deposited in the nanogoutte