Neste trabalho foram estudadas as propriedades optoeletrônicas de dispositivos orgânicos emissores de luz (OLEDs) à base de polímeros conjugados possuindo catodos metálicos depositados por meio da técnica de deposição assistida por feixe de íons (IBAD). O principal objetivo do trabalho é produzir uma interface híbrida metal/polímero não abrupta e estudar os seus efeitos na injeção de elétrons. O uso da técnica IBAD em eletrônica orgânica é incipiente, sendo este o primeiro trabalho no Brasil aplicando-a em eletrônica orgânica. Diversos experimentos exploratórios foram feitos para adequar o uso da técnica a esta nova aplicação. Os dispositivos OLEDs possuem estrutura vertical que consiste de um anodo transparente de óxido de estanho índio (ITO) depositado sobre substrato de vidro; de uma camada transportadora de buracos de Poli (3,4-etilenodioxitiofeno): Poli (estirenosulfonato) (PEDOT:PSS) e de uma camada ativa de polifluoreno (PFO). O catodo de alumínio foi depositado sobre o PFO, utilizando a técnica IBAD, utilizando íons de argônio com energia variando de 0 a 1000eV. Simulações utilizando o código TRIM (Transport of Ions in Matter) foram feitas para avaliar a penetração do Al na camada polimérica, bem como o deslocamento atômico durante o processo IBAD. Medidas de microscopia de fluorescência, fotoluminescência (PL) e espectroscopia Raman foram utilizadas para caracterizar os efeitos dos íons sobre a camada polimérica. As propriedades da interface híbrida foram estudadas variando-se a espessura da camada ativa emissora de luz e introduzindo camadas espaçadoras de polieletrólitos inertes entre o catodo metálico e o PFO. Íons com energia maior que 400 eV produzem a diminuição das propriedades luminescentes do polímero. Por fim, as propriedades de injeção eletrônica do catodo foram estudadas através de medidas de corrente e eletroluminescência em função da voltagem. Os resultados mostraram que houve um expressivo deslocamento da voltagem de injeção (Von) para íons de argônio com energias variando entre 0 e 400 eV. As curvas de corrente versus voltagem são descritas pelo modelo Fowler- Nordheim e possuem características alteradas pelo processo IBAD. Medidas de luminescência e de corrente versus voltagem sugerem a formação de uma interface contendo nanopartículas metálicas isoladas espalhadoras de luz para energias dos íons de argônio entre 0 e 80 eV. Estas nanopartículas favorecem a injeção para campos elétricos menores. A melhora no contato entre o polímero e o catodo é observada e é consistente com a redução de caminhos preferenciais durante a injeção de elétrons, o que minimiza problemas relacionados à eficiência e durabilidade dos OLEDs. / In this work, optoelectronic properties from organic light emitting devices (OLEDs), based on conjugated polymers with metallic cathode, which were deposited by ion beam assisted deposition technique (IBAD) were studied. The main objective of this work is to produce a hybrid non abrupt metal/polymer interface and to study its effects on electron injection. The use of this technique in organic electronics is incipient, being used in Brazil for the first time. Several exploratory experiments were made, to suit this technology to this new application. The OLEDs devices have a typical vertical-architecture, using Indium Tin Oxide (ITO) covered glass substrate as transparent anode; Poly [ethylene-dioxythiophene]: Poly [styrene sulfonic acid] (PEDOT:PSS) as hole transport layer and polifluorene (PFO) as emitting layer. The cathode layer were deposited over the PFO using IBAD with aluminum and Ar ions, with energies in the range from 0 to 1000 eV. Computer simulations using TRIM code (Transport of Ions in Matter) were done to evaluate the Al penetration into the polymer and the atomic displacement during IBAD process. Fluorescence microscopy, photoluminescence (PL) and Raman spectroscopy were used to study the effects of ions on the polymer layer. The hybrid interface properties were studied with the variation of the active layer thickness and introducing spacing layers of inert polyelectrolyte between the metallic cathode and the PFO. Ions with energy above 400eV decrease polymer electroluminescent properties. Finally, electron injection properties of the cathode were studied using Current Voltage and Electroluminescent measurements. The results show that lower Ar+ ion energies (between 0 and 400 eV) cause a significant shift on the injection voltage. The Current Voltage curves, whose characteristics are modified by IBAD, are described by Fowler Nordheim model. These measurements suggests that Ar+ ion energies between 0 and 80 eV promote the formation of an interface that contains isolated metallic nanoparticles, which may scatter the light. These nanoparticles ease the injection for lower electric fields. The enhancement of the contact between polymer and cathode is observed and is consistent with the reduction of preferred paths during electron injection, which minimizes the problems related to OLEDs efficiency and durability.

L'analyse de la pression exercée par un écoulement granulaire sur un obstacle nécessite la connaissance du coefficient de traînée. Néanmoins, les études bibliographiques expérimentales ne fournissent pas les données internes de l'écoulement intervenant dans son calcul. C'est pourquoi, nous proposons la détermination du coefficient de traînée par l'application d'outils numériques tridimensionnels, basés sur la méthode des éléments discrets (MED), et validés par des études expérimentales. L'expérience est un canal d'écoulement de laboratoire, intégralement modélisé par la MED. Les lois locales de contact intègrent un comportement normal élastique, hystérétique associé à un critère de glissement tangentiel. La validation du modèle intégral repose sur la similarité entre les résultats expérimentaux et numériques des paramètres physiques de l'écoulement et de l'effort d'impact sur l'obstacle. Cette validation est obtenue sans calibration importante des paramètres numériques. Le modèle intégral est ensuite optimisé, en termes de temps de calcul et de possibilités d'études, sous la forme d'un canon granulaire, dans lequel n'est simulée que la zone d'interaction entre l'écoulement et l'obstacle. Les propriétés de l'écoulement : vitesse, épaisseur, densité, sont contrôlées car intégrées en tant que paramètres initiaux numériques. L'influence de caractéristiques associées à l'écoulement, comme le nombre de Froude, à la taille des grains, ou à la forme et la taille de l'obstacle, sur le coefficient de traînée, est alors analysée. Enfin, une extension micromécanique est proposée dans l'analyse de l'influence d'une adhésion et d'une cohésion intégrées aux lois locales de contact.

L'une des façons de protéger une installation électrique d'une surintensité est d'utiliser un fusible. Les fusibles de la société Ferraz Shawmut contiennent du sable facilitant l'extinction de l'arc électrique créé par la surintensité. L'optimisation de l'arrangement des grains de sable grâce à une vibration permet d'améliorer les propriétés des fusibles. Des éprouvettes de sable, préparées par pluiviation, sont vibrées à différentes fréquences et accélérations. Le comportement dynamique des grains de sable et la compacité montrent une dépendance vis-à-vis de l'amplitude de vibration. Une modélisation énergétique des états vibratoires est réalisée. Une étude de dimensionnement des fusibles montre que dans le cas de vibrations verticales, l'effet de la hauteur de sable sur la compacité du milieu granulaire est prédominant. Tandis que le diamètre des récipients modifie le système convectif. La caractérisation d'empilements granulaires vibrés relaxés par tomographie X montre que les vibrations ne créent pas de ségrégation. Une étude de la compacité locale et des mesures d'intercepts dans les phases "grains" et "pores" permettent l'étude du tassement (dilatation). Des hétérogénéités de structures sont également détectées.

Pour les groupes turbo-alternateurs du parc nucléaire français, la situation accidentelle de référence lors du dimensionnement est définie par le départ d'une ailette terminale des corps basse pression. Après avoir détecté la perte de l'ailette, la turbine est déconnectée du réseau électrique, et la turbomachine ralentit progressivement sous l'effet de frottements d'origine fluide. Le dimensionnement consiste alors à vérifier que les structures palières sont capables de supporter l'effort résultant du balourd généré par cette perte d'ailette pendant la phase de ralentissement, notamment lors du passage des vitesses pour lequel des contacts rotor-stator peuvent se produire. A cet effet, un modèle éléments finis de turbine a été développé pour simuler des transitoires de vitesse d'un rotor en considérant la vitesse de rotation de l'arbre comme une inconnue, permettant ainsi d'estimer la décélération angulaire due au contact frottant. Trois modèles de stator ont été proposés appréhender le comportement dynamique du carter, et le couplage des structures est réalisé au moyen des forces de contact calculées par la méthode des multiplicateurs de Lagrange. La résolution des équations non-linéaires du mouvement a nécessité le développement d'un algorithme de contact, adapté à la géométrie de chacun des carters. Des simulations réalisées sur un modèle simple de turbine montrent que la vitesse de rotation et les chargements aux paliers sont bien estimés lors de l'interaction rotor-stator. Ainsi l'outil numérique permet d'étudier la réponse couplée rotor-stator et de prédire l'influence de paramètres tels que le coefficient de friction et les propriétés matérielles du stator.

Ce travail de thèse porte sur la modélisation numérique et l'analyse du cisaillement dans les milieux granulaires cohésifs. Dans le cadre de la méthode de la Dynamique des Contacts, nous avons développé un modèle de cohésion qui cherche à imiter la cohésion par cimentation. Ce modèle fait intervenir trois paramètres de résistance au niveau des contacts (une résistance à la traction, un coefficient de frottement de glissement, et un coefficient de frottement de roulement) ainsi qu'un critère de création et de rupture des liens cohésifs. Les contacts sont cohésifs au début des simulations et leur rupture entraîne la perte irréversible de la résistance à la traction. Nous avons fait varier les trois paramètres microscopiques et nous avons étudié leur influence dans la résistance au cisaillement, la dilatance, et la microstructure du milieu. Nos résultats montrent que le frottement interne et l'adhésion macroscopiques ont des origines microscopiques différentes. Nous observons aussi que la microstructure du milieu cisaillé à l'état stationnaire (aussi connu comme ``l'état critique") est fortement affectée par l'angle de frottement et la résistance au roulement au niveau des contacts. En particulier, le rôle mécanique du réseau faible change avec ces deux paramètres microscopiques, ce qui résulte de la formation d'une nouvelle structure de transmission de forces. D'autre part, nous avons appliqué cette méthode de simulation numérique à l'étude d'un processus naturel : les glissements de terrain. Nous avons développé une méthodologie qui tient compte de la morphologie initiale du système, de la résistance des géomatériaux, et d'un mécanisme de déclanchement, ce qui permet d'intégrer dans le même modèle les phases d'initiation et de propagation du glissement. Pour illustrer cette méthodologie, nous l'avons appliquée à la modélisation d'un exemple hypothétique d'avalanche déclenchée par la montée progressive du niveau d'une nappe d'eau.

Les diodes réalisées avec le diamant comme semi-conducteur comportent de nombreuses potentialités dues à sa bande interdite de 5.45 eV. Parmi les principales, il y a le fonctionnement à des températures très supérieures à celles supportées par les autres semi-conducteurs, ainsi qu'une tension de claquage de plusieurs kV. Le but de ce travail est de réaliser des couches de diamant homoépitaxié faiblement dopées bore et préparées avec ajout d'oxygène, adaptées à ces diodes. Des méthodes de caractérisation telles que la spectroscopie Raman et la cathodoluminescence fournissent des informations sur la qualité cristalline des couches et la nature des défauts présents. Une étude de l'optimisation de la gravure par plasma O2 a permis de réaliser des contacts ohmiques sur la couche p+ et des structures mesa. Les caractéristiques de contacts ohmiques Au/Ti et Si/Al/Si et de contacts Schottky Ag/Ti et Ni/Er sont étudiées. La génération et la passivation des défauts révélés ainsi que leur interaction avec la compensation des accepteurs introduits par le bore sont déterminées par des mesures électriques et transitoires.

Cette thèse se compose de deux parties indépendantes, animation de solides et modélisation de surfaces à base d'images. Un modèle générique d'articulation permettant la représentation de contacts surfaciques est proposé. Puis une nouvelle stratégie de résolution des équations cinématiques est présentée, permettant la prise en compte d'un nombre arbitraire de niveaux de contraintes. Une extension permettant la prise en comte des lois de la dynamique est présentée. Nous considérons ensuite l'approche dynamique. Une comparaison de plusieurs méthodes bien connues est effectuée, et une nouvelle approche est proposée. Elle consiste à tirer parti d'algorithmes rapides pour l'animation de structures acycliques, et de résoudre les cha{î}nes fermées de manière itérative par gradient conjugué. Nous proposons finalement deux algorithmes pour l'animation de solides en temps réel. Une approche pour le calcul des forces de contact par résolution itérative globale est proposée. Le deuxième algorithme est une boucle d'animation permettant la prise en compte de collisions et la correction d'erreurs d'intégration numérique. La deuxième partie de cette thèse porte sur la modélisation automatique de surfaces à base d'images. La première contribution est un algorithme de stéréovision photométrique rapide. La deuxième est une minimisation automatique d'erreur qui permet dans certaines conditions la modélisation simultanée de la géométrie et de la réflectance d'une surface.

Extending electronic devices beyond the limitations of current micro-electronics manufacturing will require detailed knowledge of how to make contacts to semiconductor surfaces. In this work, we investigated several methods by which such connections to silicon surfaces could be achieved. Scanning tunneling microscopy (STM) was our main experimental tool, allowing direct imaging of the surfaces at the atomic level. First, the growth of self-forming linear nanostructures of organic molecules on silicon surfaces offers a possibility of creating devices with hybrid organic-silicon functionality. We have studied the growth of many different molecules on a variety of hydrogen-terminated silicon surfaces: H-Si(100)-2x1, H-Si(100)-3x1, and H-Si(111)-1x1. We found molecular growth patterns affected by steric crowding, by sample doping level, or by exposure to ion-pump created radicals. We formed the first contiguous "L-shaped" molecular lines, and used an external electric field to direct molecular growth. We attempted to study a novel method for nanoscale information transfer along molecular lines based on excitation energy transfer. The second part of the work focuses on the development and use of a new multiple-probe STM instrument. The design and the custom STM control software written for it are described. Connections to Si surfaces were achieved with a combination of lithographically defined metal contacts and STM tips. Two-dimensional surface conductivity of the Si(111)-7x7 surface was measured, and the effect of modifying the surface with organic molecules was investigated. A novel method, scanning tunneling fractional current imaging (STFCI), was developed to further study surface conductance. This method allowed us to determine, for the first time, that the resistance of steps on the Si(111)-7x7 surface is significantly higher than that of the surface alone.

Silicon carbide is a promising wide bandgap semiconductormaterial for high-temperature, high-power, and high-frequencydevice applications. However, there are still a number offactors that are limiting the device performance. Among them,one of the most important and critical factors is the formationof low resistivity Ohmic contacts and high-temperature stableSchottky diodes on silicon carbide. In this thesis, different metals (TiW, Ti, TiC, Al, and Ni)and different deposition techniques (sputtering andevaporation) were suggested and investigated for this purpose.Both electrical and material characterizations were performedusing various techniques, such as I-V, C-V, RBS, XRD, XPS,LEED, SEM, AFM, and SIMS. For the Schottky contacts to n- and p-type 4H-SiC, sputteredTiW Schottky contacts had excellent rectifying behavior afterannealing at 500 ºC in vacuum with a thermally stableideality factor of 1.06 and 1.08 for n- and p-type,respectively. It was also observed that the SBH for p-type SiC(ΦBp) strongly depends on the choice the metal with alinear relationship ΦBp= 4.51 - 0.58Φm, indicating no strong Fermi-level pinning.Finally, the behavior of Schottky diodes was investigated byincorporation of size-selected Au nano-particles in Ti Schottkycontacts on silicon carbide. The reduction of the SBH isexplained by using a simple dipole layer approach, withenhanced electric field at the interface due to the small sizeof the circular patch (Au nano-particles) and large differenceof the barrier height between two metals (Ti and Au) on both n-and p-SiC. For the Ohmic contacts, titanium carbide (TiC) was used ascontacts to both n- and p-type 4H-SiC epilayers as well as onAl implanted layers. The TiC contacts were epitaxiallydeposited using a co-evaporation method with an e-beam Tisource and a Knudsen cell for C60, in a UHV system at low substrate temperature(500 ºC). In addition, we extensively investigatedsputtered TiW (weight ratio 30:70) as well as evaporated NiOhmic contacts on both n- and p-type epilayers of SiC. The bestOhmic contacts to n-type SiC are annealed Ni (&gt;950ºC)with the specific contact resistance of ≈ 8× 10-6Ω cm2with doping concentration of 1.1 × 10-19cm-3while annealed TiW and TiC contacts are thepreferred contacts to p-type SiC. From long-term reliabilitytests at high temperature (500 ºC or 600 ºC) invacuum and oxidizing (20% O2/N2) ambient, TiW contacts with a platinum cappinglayer (Pt/Ti/TiW) had stable specific contact resistances for&gt;300 hours. <b>Keywords</b>: silicon carbide, Ohmic and Schottky contacts,co-evaporation, current-voltage, capacitance-voltagemeasurement, power devices, nano-particles, Schottky barrierheight lowering, and TLM structures.

A vacuum interrupter is a switching device used in vacuum circuit breakers, which are widely employed in medium voltage circuits for interrupting the short-circuit fault currents. The vacuum interrupter is the chamber in which the arc extinction and hence the current interruption takes place. On the occurrence of a fault, the breaker mechanism separates the contacts of the vacuum interrupter. As the contacts separate, an arc is established between the contacts. The arc evolves in the contact space and extinguishes at or near the current zero, thus interrupting the current. The processes of arc ignition, evolution and extinction are very complex. These processes are fundamental to the design and the performance of the vacuum interrupter and hence the circuit breaker. The evolution of the arc predominantly depends on the short-circuit current, the design and metallurgy of the contacts. The evolution of the vacuum arc has been the focal point of considerable research activity. Significant effort has been concentrated to understand the various modes of the arc, the transition between the modes, the arc movement and the dependency on the contact design and finally the effect of the arc evolution on the current interruption performance of the vacuum interrupter. The voltage across the contacts during the arcing, termed as the arc voltage, has been a focal point of several research projects. Research has shown that the arc voltage depends strongly on the mode and the evolution process of the arc. The dependency is observed with respect to the magnitude and the nature of the arc voltage. This dependency has been established through the comparison of the arc voltage trace and the actual arc photographs. The arc voltage is thus an important parameter in understanding the arcing process in the interrupter. Arc voltage could also be utilised to compare the arcing behaviour in vacuum interrupters with different contact geometries and metallurgies. Having understood how the arc voltage depends on the arc modes and how it can be used to analyse the arcing performance of the interrupter, this work aims to establish experimentally the dependency of the arc voltage on fundamental parameters of the short-circuit current and the contact design. The variation of the arc voltage is studied with respect to the magnitude of the short-circuit current. It is seen that the magnitude of the arc voltage is higher, for a higher short-circuit current. This dependency is also reflected in the nature of the arc voltage waveform. The effect of cumulative short- circuit operations has been understood through the study of arc voltage variation with respect to the accumulated arcing time. It has been found that the arc voltage consistently decreases as the accumulated arcing time increases. The effect of the contact diameter on the arc evolution has been studied by comparing the arc voltage variations for contacts of different diameters for the same short-circuit current. It is observed that the variation of arc voltage with respect to the contact diameter depends on the type of contact. In the case of radial magnetic field contacts, it has been observed that the arc voltage is lower for a contact with lower diameter. Whereas in the case of axial magnetic field contacts there is an inverse relation between the contact diameter and the arc voltage. Finally, the effect of the type and distribution of the magnetic field on the arc voltage variation as well as the contact erosion has been studied. In general, the observations show that the arc voltage magnitude for the radial magnetic field geometry is higher than the axial magnetic field geometry. Also, there is a significant difference in the appearance of the arc voltage waveforms for the arcs under the two types of magnetic fields. Finite element simulations and short-circuit evaluations have shown that the axial magnetic field contact system with 90 deg coil orientations yield a more uniform distribution of the flux density and hence lower erosion of the contacts. These results show a clear dependence of the arc voltage on the various above mentioned parameters. Thus the arc voltage could be utilised as a diagnostic parameter during the evaluation of the vacuum interrupter. In the present scenario, significant research is being done to increase the breaking capacity of the interrupters. This calls for optimization of design of the existing contacts and the design of novel contact geometries. The arc voltage would be used as an important diagnostic tool in this process. Also, the utilization of vacuum interrupter in high voltage and extra high voltage circuits is being explored. This application requires increase in the contact gap or series connection of gaps. The arc behaviour in longer gaps and gaps connected in series would be an important research area. Again the arc voltage could be used to study the arc evolution in these specialised conditions. The experiments in this research work have been performed on commercial vacuum interrupters. For a dedicated research on vacuum arcs and vacuum interrupter contacts, development of a vacuum arc research facility has also been attempted as a part of this research work.