Actuellement, l'étude et le développement d'oxydes à commutation de résistance pour des dispositifs mémoires (Resistive RAM, ou ReRAM) constituent un domaine d'activité intense sur le plan international. Les ReRAMs sont des structures MIM (Métal-Isolant-Métal) dont la résistance peut être modulée par l’application d’une tension. A ce jour, les mécanismes qui régissent la transition de résistance dans les dispositfs ReRAM sont toujours l’objet de débats. Le travail développé dans cette thèse représente une contribution au développement des mémoires ReRAM à base de HfO2. Nous nous intéressons plus particulièrement aux ReRAMs « à pont conducteur » (Conducting Bridge RAM, ou CBRAM) pour lesquelles la transition de résistance est provoquée par la diffusion du métal d’anode. Nous cherchons à améliorer la compréhension des phénomènes qui contrôlent le passage d’un état isolant à un état conducteur. Dans ce cadre, notre travail se focalise sur l’influence des métaux d'électrodes. Le rôle de l’anode et de la cathode sont précisés. Un modèle qualitatif est présenté permettant d’expliquer la commutation de résistance. Nous discutons également des mécanismes de conduction dans l’état de faible résistance. Enfin, l’impact de la structure de l’oxyde est étudié. / The Resistive Random Access Memory (ReRAM) technology is attracting growing interest as a potential candidate for the next generation of nonvolatile memories. ReRAMs are MIM (Metal-Insulator-Metal) devices whose resistance can be tuned by voltage bias. Today the physical mechanisms at the origin of resistance switching are not yet fully understood and are still under debate. In the present work, we are interested in HfO2-based ReRAMs, with a focus on Conducting Bridge RAM (CBRAM) devices in which resistance transition is ascribed to anode metal diffusion. Our goal is to better identify phenomena which govern the high to low resistance transition. In this context, we study the impact of different metal electrodes. The role played by the anode and the cathode is elucidated. A qualitative model describing resistance transition is proposed. Conduction mechanisms in the low resistive state are also discussed. Finally, the impact of oxide structure is studied.

Les contraintes font maintenant partie des “ boosters ” de la microélectronique au même titre que le SOI (silicium sur isolant) ou le couple grille métallique / diélectrique haute permittivité. Appliquer une contrainte au niveau du canal des transistors MOSFETs (transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur) permet d'augmenter de façon significative la mobilité des porteurs de charge. Il y a par conséquent un besoin de caractériser les déformations induites par ces contraintes à l'échelle nanométrique. L'holographie électronique en champ sombre est une technique de MET (Microscopie Électronique en Transmission) inventée en 2008 qui permet d'effectuer des cartographies quantitatives de déformation avec une résolution spatiale nanométrique et un champ de vue micrométrique. Dans cette thèse, la technique a été développée sur le microscope Titan du CEA. Différentes expériences ont été réalisées afin d'optimiser la préparation d'échantillon, les conditions d'illumination, d'acquisition et de reconstruction des hologrammes. La sensibilité et la justesse de mesure de la technique ont été évaluées en caractérisant des couches minces épitaxiées de Si_{1-x}Ge_{x}/Si et en effectuant des comparaisons avec des simulations mécaniques par éléments finis. Par la suite, la technique a été appliquée à la caractérisation de réseaux recuits de SiGe(C)/Si utilisés dans la conception de nouveaux transistors multi-canaux ou multi-fils. L'influence des phénomènes de relaxation, tels que l'interdiffusion du Ge et la formation des clusters de β-SiC a été étudiée. Enfin, l'holographie en champ sombre a été appliquée sur des transistors pMOS placés en déformation uniaxiale par des films stresseurs de SiN et des sources/drains de SiGe. Les mesures ont notamment permis de vérifier l'additivité des deux procédés de déformation. / Strain engineering is now considered as one of the most important boosters of microelectronics among other technologies such as SOI (Silicon On Insulator) and high-κ metal gates. By applying a stress in the channel of MOSFET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor) devices, the charge carriers mobility can be significantly increased. Consequently, there is now a need for a strain metrology at the nanometer scale. Dark-field electron holography is a TEM (Transmission Electron Microscopy) technique invented in 2008 that allows to map strain with micrometer field-of-view and nanometer spatial resolution. In this thesis, the technique was developed on the CEA Titan microscope. First, different developements were carried out concerning the sample preparation, the illumination/acquisition conditions and the reconstruction of the holograms. The sensitivity and the accuracy of the technique were evaluated through the characterization of Si_{1-x}Ge_{x} layers epitaxied on Si and by comparing the results with mechanical finite element simulations. Then, the technique was applied to the study of annealed SiGe(C)/Si superlattices that are used in the construction of new 3D architectures such as multichannel or multiwires transistors. The influence of the different relaxation mechanisms on the strain especially Ge interdiffusion and β-SiC clusters formation was investigated. Finally, dark-field electron holography was applied to the characterization of uniaxially strained pMOS transistors by SiN liners and recessed SiGe sources and drains. The measurements allowed to confirm the strain additivity of the two processes.

Que son intérêt soit environnemental ou économique, qu’elle s’applique aux macro, micro ou nano systèmes,la récupération d’énergie est une solution permettant de s’affranchir du remplacement, de la recharge ou même de l’utilisation de piles. Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre Oxylane (Decathlon) etle CEA et son objectif est la conception d’un circuit électronique de gestion permettant de récupérer l’énergie mécanique humaine pendant une pratique sportive afin d’alimenter un capteur communicant sans fil. Le système électronique développé dans ce travail exploite l’énergie électrique issue de récupérateurs piézoélectriques,l’extrait et la met en forme grâce à une technique d’extraction efficace et un circuit de puissance approprié.Face au comportement aléatoire de l’être humain fournissant une énergie mécanique intermittente et irrégulière,la topologie Flyback et la technique d’extraction SECE ("Synchronous Electric Charge Extraction") sont utilisés. Le récupérateur est déchargé à son maximum de tension par l’intermédiaire d’une inductance couplée et de deux transistors MOSFETs commandés. Ce travail propose une nouvelle variante de SECE : la technique MS-SECE ("Multi-Shot Synchronous Electric Charge Extraction") permet de transférer l’énergie en plusieurs paquets afin de diminuer les pertes résistives ou le volume du circuit magnétique. Afin de satisfaire la contrainte d’encombrement de l’application visée par Oxylane, un circuit de récupération implémentant cette nouvelle technique est fabriqué en technologie intégrée CMOS 0,35 μm. L’ASIC possède une consommation très faible(1 μW) et commande le circuit de puissance et quelques composants discrets. De cette façon, l’énergie électrique est convertie efficacement vers une capacité réservoir sous 3V. De plus, grâce à ses deux modes de fonctionnement("passif non-optimisé" et "actif optimisé") utilisés successivement, le circuit démarre sans énergie initiale et fonctionne sans batterie rechargeable. Le système final est compatible avec une grande variété de récupérateur piézoélectriques, notamment lorsque leur tension de sortie est élevée (>50V), et permet l’autonomie en énergie d’un capteur communicant sans fil consommant environ 100 μW. / No matter what its purpose is, economic or environmental, energy harvesting is a relevant solution to replaceor to get rid of primary batteries. This thesis is part of a collaborative laboratory between the CEA and Oxylane(Decathlon) and its aim is the design of a power management circuit which harvests mechanical energy fromhuman movements during sport practice in order to power aWireless Sensor Node (WSN). The electronic circuitwhich has been developed in this work recovers energy from piezoelectric harvesters, extracts and conditionsit thanks to an efficient energy extraction technique and to an appropriate power circuit. In response to therandom behavior of human body which supplies an intermittent and irregular energy, the Flyback topology andthe Synchronous Electric Charge Extraction technique (SECE) are employed. The energy harvester is dischargedat its maximum voltage through a coupled-inductor and two MOSFETs transistors. This work proposes a newextraction technique, derived from SECE : MS-SECE ("Multi-Shot Synchronous Electric Charge Extraction")transfers the energy in several magnetic discharges which decreases the resistive losses or the size of the magneticcomponent. In order to satisfy the size constraints aimed by Oxylane, an integrated circuit, fabricated in theAMS 0,35 μm CMOS technology, implements the MS-SECE autonomously. This very low power (1 μW) ASICcontrols the power circuit and a couple of external components. This way, the electrical energy is efficientlyconverted towards a buffer capacitor under 3V. Furthermore, thanks to its two operating modes (passive/nonoptimizedand active/optimized) successively employed, the circuit self-starts and works without battery orinitial energy. The complete system is compatible with a large variety of piezoelectric harvesters, especiallywhen their output voltages are large (>50V). Finally, it enables the complete autonomy of a WSN consumingaround 100 μW.

Dans cette thèse, nous abordons les défis rencontrés lors de la caractérisation des mémoires non volatiles par microscopie en transmission in situ. Les innovations récentes menées sur les porte-objets de TEM in situ basés sur l'utilisation de puces en silicium apportent de grands avantages comparée aux précédents modèles. Cependant, cette technique reste complexe et les expériences de MET in situ sont difficiles à mener à terme. Ce manuscrit tente d'apporter de nouvelles solutions pour permettre l'observation à l'échelle atomique pendant le recuit, ou la polarisation d'un échantillon dans le MET. Ce projet a été mené à travers plusieurs améliorations effectuées au cours des différentes étapes des expériences de MET in situ. Cette thèse se focalise plus particulièrement sur les problèmes rencontrés lors de la polarisation de dispositifs de mémoires résistives de taille nanométrique. Ces travaux furent conduits à travers une étude des instruments utilisés, le développement de nouvelles méthodes de préparation d'échantillons, et une analyse de l'impact de l'imagerie électronique sur le fonctionnement d'un dispositif dans le MET.Tout d’abord, une nouvelle méthode est développée spécifiquement pour les expériences de MET in situ en température. Grâce à ces développements, la cristallisation de mémoires à changement de phase en GeTe est observée en temps réel. Ces résultats ont notamment permis d'obtenir des informations utiles pour le développement de mémoires à changement de phase de type chalcogénure. Ensuite, de nouvelles puces en silicium dédiées à la polarisation in situ sont développées et produites. Une étude est ensuite menée sur la préparation d'échantillons par FIB afin d'améliorer la qualité des contacts électriques pour la polarisation in situ, ainsi que la technique de préparation elle-même. La qualité de cette méthode est ensuite démontrée à travers des mesures quantitatives obtenues pendant la polarisation in situ d'un échantillon de référence de type jonction PN. Ces développements sont ensuite appliqués afin d’observer des dispositifs de mémoires résistives de type CBRAM en fonctionnement dans le microscope électronique en transmission. Ces résultats ont permis d'apporter de nouvelles informations sur les mécanismes de fonctionnement des mémoires résistives, ainsi que sur la technique de polarisation in situ. / In this work, we address the current challenges encountered during in situ Transmission Electron Microscopy characterization of emerging non volatile data storage technologies. Recent innovation on in situ TEM holders based on silicon micro chips have led to great improvements compared to previous technologies. Still, in situ is a particularly complicated technique and experiments are extremely difficult to implement. This work provides new solutions to perform live observations at the atomic scale during both heating and biasing of a specimen inside the TEM. This was made possible through several improvements performed at different stages of the in situ TEM experiments. The main focus of this PhD concerned the issues faced during in situ biasing of a nanometer size resistive memory device. This was made possible through hardware investigation, sample preparation method developments, and in situ biasing TEM experiments.First, a new sample preparation method has been developed specifically to perform in situ heating experiments. Through this work, live crystallization of a GeTe phase change Memory Material is observed in the TEM. This allowed to obtain valuable information for the development of chalcogenide based Phase Change Resistive Memories. Then, new chips dedicated to in situ biasing experiments have been developed and manufactured. The FIB sample preparation is studied in order to improve electrical operation in the TEM. Quantitative TEM measurements are then performed on a reference PN junction to demonstrate the capabilities of this new in situ biasing experimental setup. By implementing these improvements performed on the TEM in situ biasing technique, results are obtained during live operation of a Conductive Bridge Resistive Memory device. This allowed to present new information on the resistive memories functioning mechanisms, as well as the in situ TEM characterization technique itself.

Les dispositifs à base de GaN et ses alliages sont de plus en plus présents dans notre quotidien avec le développement exponentiel des diodes électroluminescentes (LED). Bien que la majorité des productions commerciales soient pour le moment effectuées sur substrat saphir, le silicium, disponible en de plus grands diamètres et pour un coût moindre, est de plus en plus pressenti comme le substrat d’avenir pour le développement des technologies GaN. L’utilisation de ce substrat devrait aussi permettre le développement du marché de l’électronique de puissance du GaN basée sur les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) dont les performances dépassent les limites des technologies silicium. Néanmoins, afin de permettre ou faciliter le développement de dispositifs avancés, certaines briques technologiques sont nécessaires comme le dopage par implantation ionique. L’utilisation du GaN soulève des problématiques nouvelles pour ces briques technologiques.Au cours de cette thèse nous avons donc cherché à implémenter le procédé de dopage par implantation ionique du GaN et son étude au sein du CEA-LETI en nous focalisant principalement sur le dopage p par implantation de Mg. Nous avons identifié les principales problématiques liées aux propriétés intrinsèques du matériau (difficulté du dopage p, instabilité à haute température…) et les solutions les plus prometteuses de la littérature. Nous avons ensuite cherché à mettre en place notre propre procédé en développant des couches de protection déposées in-situ pour permettre les traitements thermiques à haute température des couches implantées. Cela a rendu possible l’étude des cinétiques d’évolution des couches implantées pendant des recuits « conventionnels » (rampes < 10 °C/min, durée de plusieurs dizaines de minutes, T < 1100 °C) en utilisant notamment des caractérisations de photoluminescence (µ-PL) et de diffraction des rayons X (XRD). Nous avons aussi mis en évidence un effet de diffusion et d’agrégation à haute température du Mg implanté. Nous avons ensuite cherché à modifier le procédé d’implantation (implantation canalisée, co-implantation) pour favoriser l’intégration du dopant et limiter la formation de défauts. En parallèle nous avons évalué l’intérêt de recuits secondaires (recuits rapides (RTA), recuit laser, micro-ondes) afin de finaliser l’activation du dopant. Finalement nous avons aussi mis en place un procédé de caractérisation électrique de couche de GaN dopées au sein du laboratoire. / GaN-based devices and their alloys are increasingly present in our daily lives with the exponential development of light-emitting diodes (LEDs). Although the majority of commercial production is currently carried out on sapphire substrates, silicon, available in larger diameters and at a lower cost, is increasingly seen as the substrate of the future for the development of GaN technologies. The use of this substrate should also allow the development of the GaN power electronics market based on high electron mobility transistors (HEMTs) whose performances exceed the limits of silicon technologies. Nevertheless, in order to allow or facilitate the development of advanced devices, specific processes are necessary such as doping by ion implantation. The use of GaN raises new problems for these technological bricks.During this thesis we therefore sought to implement the ion implantation doping process of GaN and its study within the CEA-LETI while focusing mainly on p doping by Mg implantation. We have identified the main issues related to the intrinsic properties of the material (difficulty of p-doping, instability at high temperatures...) and the most promising solutions in the literature. We then sought to implement our own process by developing in-situ protective layers to allow high temperature annealing of the implanted layers. This enabled the study of the evolution kinetics of the implanted layers during "conventional" annealing (ramps < 10 °C/min, duration of several tens of minutes, T < 1100 °C) using photoluminescence (µ-PL) and X-ray diffraction (XRD) characterizations. We also evidenced a diffusion and aggregation effect at high temperature of the implanted Mg. We then sought to modify the implantation process (channeled implantation, co-implantation) to promote the integration of the dopant and limit the formation of defects. In parallel we evaluated the interest of secondary annealing (Rapid thermal annealing (RTA), laser annealing, microwave) in order to finalize the activation of the dopant. Finally we also set up an electrical characterization process for doped GaN layers in the laboratory.

De nos jours, l'incomplétude du modèle standard des particules est largement reconnue. L'une de ses failles les plus évidentes est le manque d'explication de l'énorme excédent de matière par rapport à l'antimatière dans l'univers, que l'on appelle l'asymétrie baryonique de l'univers. De nouvelles violations de CP (conjugaison de charge et parité spatiale) absentes dans le modèle standard sont supposées être responsables de cette asymétrie. Une telle violation pourrait être observée dans la matière ordinaire à travers un ensemble d'interactions violant les symétries de parité et de renversement du temps (impaires pour P,T) dont les prépondérantes sont les interactions du moment dipolaire électrique de l'électron (eEDM), électron-nucléon scalaire-pseudoscalaire (enSPS) et du moment quadripolaire magnétique nucléaire (nMQM). Ainsi, une preuve expérimentale d'une constante d'interaction impaire pour P,T serait une preuve de cette nouvelle physique au-delà du modèle standard. Le calcul des paramètres moléculaires correspondants est réalisé en utilisant une approche d'interaction de configurations relativiste à quatre composantes dans des molécules diatomiques polaires contenant un actinide, qui sont des systèmes particulièrement appropriés pour les expèriences eEDM, tels que ThO qui a permis d'assigner à l'eEDM la borne supérieure la plus contraignante et ThF+ qui sera utilisé dans une expérience à venir. Ces résultats sont d'une importance cruciale dans l'interprétation des mesures puisque les constantes fondamentales ne peuvent être évaluées que si l'on associe les mesures de décalages énergétiques et les paramètres moléculaires théoriques. / Nowadays, the incompleteness of the Standard Model of particles is largely acknowledged. One of its most obvious shortcomings is the lack of explanation for the huge surplus of matter over antimatter in the universe, the so-called Baryon Asymmetry of the Universe. New CP (Charge conjugation and spatial Parity) violations absent in the SM are assumed to be responsible for this asymmetry. Such a violation could be observed in ordinary matter through a set of interactions violating both parity and time-reversal symmetries (P,T-odd), among which the preponderant ones are the electron Electric Dipole Moment (eEDM), the electron-nucleon scalar-pseudoscalar (enSPS) and the nuclear magnetic quadrupole moment (nMQM) interactions. Hence, an experimental evidence of a non-zero P,T-odd interaction constant would be a probe of this New Physics beyond the Standard Model. The calculation of the corresponding molecular parameters is performed by making use of an elaborate four-component relativistic configuration interaction approach in polar diatomic molecules containing an actinide, that are particularly adequate systems for eEDM experiments, such as ThO that allowed for assigning the most constraining upper bound on the eEDM and ThF+ that will be used in a forthcoming experiment. Those results will be of crucial importance in the interpretation of the measurements since the fundamental constants can only be evaluated if one combines both experimental energy shift measurements and theoretical molecular parameters.

Le phénomène d’émission électronique sous impact d’électrons, bien que très étudié, est mal connue à très basse énergie (<100 eV). Un domaine d’énergie où ce phénomène est un paramètre fondamental de technologies dans le domaine spatial comme les guides d’onde radiofréquence sous vide. Afin de lieux comprendre ce phénomène à cette gamme d’énergie,une étude théorique a été entreprise par le biais d’une simulation Monte-Carlo de l’émission électronique à très base énergie. Après identification des interactions mises en jeu, nous avons sélectionné pour chaque interaction le ou les modèles existants les plus appropriés tout en leur apportant des modifications à chaque fois que cela était nécessaire. Certains modèles trouvés dans la littérature ont été utilisés pour la première fois dans le domaine de l’émission électronique. Notre approche a été appliquée à l’aluminium et a été validée expérimentalement lorsque les données existaient. L’allure de la courbe de rendement communément admise à ce jour a été contredite et expliquée par la faible probabilité d’échappement des électrons de très basse énergie, ainsi que par un traitement plus rigoureux de la réflexion des électrons de très basse énergie qui impactent le matériau. De surcroit, la simulation donne accès pour la première fois à un rendement à très basse énergie qui présente des oscillations que l’on retrouve dans les rares données expérimentales disponibles. Ces oscillations sont attribuées à l’interaction de l’électron avec les plasmons. Les simulations ont montré l’importance de la population d’électrons rétrodiffusés à très basse énergie. / Although extensively studied, the phenomenon of electron emission under electron impact is not very well known at very low energy (<100 eV). An energy range where this phenomenon is a fundamental parameter in space technologies such as radiofrequency waveguide in vacuum. In order to provide a better understanding of the phenomenon, in this energy range, a theoretical study through Monte Carlo simulation of electron emission at very low energyhave been undertaken. After identification of the involved interactions, we selected for each interaction the most appropriate existing models while providing modifications whenever necessary. Somme models found in the literature were used for the first time in the field ofelectron emission. Our approach has been applied to aluminum and has been validated experimentally when data existed. The commonly accepted shape of the yield curve has benne contradicted and explained by the low escape probability of very low energy electrons, as well as by a more rigorous treatment of the reflection of very low energy electrons that impact thematerial. In addition, the simulation provides, for the first time, access to a yield curve at very low energy presenting oscillations also found in the few available experimental data. These oscillations are attributed to the interaction of the electrons with the plasmons. Simulations showed the importance of the backscattered electrons population ate very low energy.

Ce travail porte sur la précession du spin d’électrons chauds polarisés en spin. Celle-ci est induite par le champ d’échange d’une couche mince ferromagnétique dans une structure multicouche. La précession du spin électronique a déjà été mesurée dans des matériaux ferromagnétiques mais uniquement pour des électrons qui possèdent une énergie supérieure à 4eV au-dessus du niveau de Fermi. L’objectif premier de cette thèse est de mesurer la précession du spin de l’électron pour des faibles énergies, comprises entre 0.7eV et 2eV au-dessus du niveau de Fermi. Pour ce faire, un transistor tunnel magnétique comportant trois couches magnétiques avec les aimantations qui pointent dans les trois directions de l’espace doit être construit. Les électrons sont injectés à basse énergie grâce à une jonction tunnel. Une diode Schottky (interface entre du Cu et du Si) filtre en énergie les électrons incidents, permettant uniquement aux électrons balistiques de contribuer au courant mesuré dans le semi-conducteur. Le premier travail a consisté à obtenir une couche magnétique exhibant une anisotropie perpendiculaire. Ainsi, nous avons réussi à faire croître une multicouche de Co et Ni sur une diode Schottky qui possède une anisotropie perpendiculaire jusqu’à 5 répétitions. Le deuxième travail réalisé dans cette thèse était d’optimiser le magnéto-courant d’une la vanne de spin. En effet, le magnéto-courant détermine la sensibilité de notre transistor tunnel magnétique. Nous avons notamment démontré ici que le magnéto-courant augmente avec le nombre de répétitions de la multicouche [Co/Ni], pour atteindre quasiment le maximum de 100% théoriquement prédit dans une vanne de spin à aimantations croisées. Enfin, le troisième travail de cette thèse résidait dans l’étude de la précession du spin de l’électron dans différents matériaux ferromagnétiques. Cet effet a été mis en évidence ici pour des couches à aimantation planaire composée de Co, de CoFeB, ainsi que pour un alliage de CoAl et ceci en fonction de leur épaisseur / This work is about polarised hot electrons spin precession. This phenomenon is induced by the exchange field of a ferromagnetic thin film in a multilayer structure. The electronic spin precession has already been measured in ferromagnetic materials, but only for electrons whose energy is more than 4eV over the Fermi level. The initial aim of this PhD work is to measure the electron spin precession for weak energies, between 0.7 eV and 2eV over the Fermi level. In order to achieve that, a magnetic tunnel transistor composed of three magnetic layers with their magnetisations directions perpendicular to each other has to be elaborated. The electrons are injected at low energy by means of a tunnel junction. A Schottky diode (interface between Cu and Si) filters the incident electrons by their energies, which enables only ballistic electrons to contribute to the measured current in the semi-conductor. The first task consisted in obtaining a magnetic layer showing perpendicular magnetic anisotropy. We succeeded in growing cobalt nickel multilayers exhibiting a perpendicular magnetic anisotropy up to five repetitions. The second part of the job carried out during this PhD was to optimise the magneto-current of a spin valve. Indeed, it determines the magnetic tunnel transistor sensitivity. We have demonstrated that the magneto-current increases with the number of repetitions of the [Co/Ni] multilayer up to a maximum of nearly a hundred percent, which is the maximum theoretically predicted in a spin valve with crossed magnetisations. Eventually, the third task of this PhD was the study of the electron spin precession in various ferromagnetic materials. This effect has been evidenced here for thin layers with in-plane magnetisations composed of Co, CoFeB, and also for a CoAl alloy depending on the thickness of the layers

Les oxydes conducteurs transparents (TCO) sont une classe importante de matériaux possédant de nombreux domaines d’application, telles que les revêtements à faible émissivité ou comme électrodes transparentes pour les panneaux photovoltaïques et écrans plats. Parmi les matériaux TCO possibles, le ZnO dopé à l'Al (AZO) est couramment étudié notamment à cause de son coût relativement faible et de l'abondance en matières premières des éléments qui le compose. Les films minces d'AZO sont généralement produits par l’intermédiaire de procédés de dépôts physiques en phase vapeur, tels que la pulvérisation cathodique magnétron. Cependant, l’une des limitations de ces techniques repose sur l’homogénéité des films en utilisant la pulvérisation magnétron réactive (DCMS). Ce problème d'homogénéité peut être lié au bombardement du film en croissance par des ions négatifs d'oxygène, lesquels peuvent induire la présence de défauts accepteurs supplémentaires et la formation de phases secondaires isolantes. Dans ce travail, les films d'AZO sont déposés par pulvérisation cathodique magnétron en régime d’impulsions haute puissance (HiPIMS), un procédé dans laquelle des densités de courant instantanées élevées sont obtenues par l’intermédiaire de courtes impulsions de faible rapport cyclique. Dans la première partie de cette thèse, la possibilité d'améliorer l'homogénéité des films AZO par HiPIMS est démontrée. Cette amélioration peut être liée à un important taux de pulvérisation instantanée pendant chaque impulsion HiPIMS, de sorte que le processus puisse avoir lieu en régime métallique. Ceci permet de réduire l’impact du bombardement en ions d'oxygène pendant la croissance du film, évitant ainsi la formation de phases secondaires. Un autre problème de l'AZO est la stabilité des propriétés intrinsèques dans des environnements humides. Pour évaluer ce problème, la dégradation des propriétés électriques après une procédure de vieillissement a été étudiée pour des films déposés à la fois par DCMS et HiPIMS. Une méthode a été proposée pour restaurer les propriétés des films qui consiste en un recuit à basse température sous atmosphère de N2. L'amélioration des propriétés électriques des films peut être liée à un processus de diffusion dans lequel l’eau est évacuée hors des films. Ensuite, l'influence de la température du substrat sur les propriétés des films d'AZO déposés par HiPIMS a été étudiée. Les propriétés électriques, optiques et structurelles ont été améliorées avec l'augmentation de la température du substrat jusqu'à 600°C. Cette amélioration peut s’expliquer par l'augmentation de la qualité cristalline et le recuit des défauts. Dans une dernière partie, le dépôt de films d'AZO sur des substrats flexibles de PET a été étudié. Les films se développent sous la forme d'une couche épaisse, poreuse et composés de colonnes orientées de manière préférentielle selon l’axe c au-dessus d’une fine couche de départ. L’analyse de la résistance électrique après déformation mécanique a permis de déterminer une relation de proportionnalité inverse ou la résistance électrique augmente avec la diminution du rayon de courbure, cette dernière étant moins prononcée pour des films plus épais / Transparent conducting oxides (TCOs) are an important class of materials with many applications such as low emissivity coatings, or transparent electrodes for photovoltaics and flat panel displays. Among the possible TCO materials, Al-doped ZnO (AZO) is studied due to its relatively low cost and abundance of the raw materials. Thin films of AZO are commonly produced using physical vapour deposition techniques such as magnetron sputtering. However, there is a problem with the homogeneity of the films using reactive direct current magnetron sputtering (DCMS). This homogeneity problem can be related to the bombardment of the growing film with negative oxygen ions, that can cause additional acceptor defects and the formation of insulating secondary phases. In this work AZO films are deposited by high power impulse magnetron sputtering (HiPIMS), a technique in which high instantaneous current densities are achieved by short pulses of low duty cycle. In the first part of this thesis, the possibility to improve the homogeneity of the deposited AZO films by using HiPIMS is demonstrated. This improvement can be related to the high instantaneous sputtering rate during the HiPIMS pulses, so the process can take place in the metal mode. This allows for a lower oxygen ion bombardment of the growing film, which can help to avoid the formation of secondary phases. Another problem of AZO is the stability of the properties in humid environments. To assess this problem, the degradation of the electrical properties after an aging procedure was investigated for films deposited by both DCMS and by HiPIMS. A method was proposed, to restore the properties of the films, using a low temperature annealing under N2 atmosphere. The improvement of the electrical properties of the films could be related to a diffusion process, where water is diffusing out of the films. Then, the influence of the substrate temperature on the properties of AZO films deposited by HiPIMS was studied. The electrical, optical and structural properties were found to improve with increasing substrate temperature up to 600°C. This improvement can be mostly explained by the increase in crystalline quality and the annealing of defects. Finally, the deposition of AZO films on flexible PET substrates was investigated. The films are growing as a thick porous layer of preferentially c-axis oriented columns on top of a thin dense seed layer. The evolution of the sheet resistance of the films after bending the films with different radii was studied. There is an increase in the sheet resistance of the films with decreasing bending radius, that is less pronounced for thicker films

Le but de cette thèse est le développement et l'optimisation de la chaine électrique d'une hydrolienne fluviale. L'approche est d'abord traitée en simulation pour ensuite finir par la conception et la mise au point d'un prototype. La partie simulation concerne la modélisation des ensembles turbines, génératrices et électronique de puissance mais aussi le développement des diverses lois de commandes. Ces commandes peuvent intervenir à différents niveaux du contrôle jusqu'à la supervision complète du système, permettant de gérer des défauts, des algorithmes de MPPT (extraction maximale de puissance), des synchronisations entre colonne, ... Le prototype d'hydrolienne fluviale sera ensuite présenté, de la mise au point des parties mécaniques jusqu'aux résultats expérimentaux. Les travaux nombreux autour de ce prototype ont permis d'obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie. / The purpose of this thesis is the development and optimization of the electrical system of a fluvial cross-flow current turbine. The approach is first treated in simulation and then eventually with the design and development of a prototype. The simulation section deals with the modeling of turbines groups, generators and power electronics, as well as the development of various control laws. These controls may have an influence at different levels of the control strategies up to the complete system supervision for fault management, MPPT (maximum power extraction) algorithms, turbine columns synchronization... The fluvial cross-flow current turbine prototype will then be presented, from the development of the mechanical parts to the experimental results. The various works involving the prototype have yielded satisfactory and encouraging results that corroborate the theory.