L'aéronautique, dans ses efforts pour un avion plus vert, tend à devenir plus électrique. Cependant dans ce passage au plus électrique, quelques actionneurs de l'avion ainsi que leurs électroniques associées se heurtent à un verrou technologique lié à la haute température (200°C). Dans ce contexte, ce mémoire présente des travaux qui contribuent à lever ce verrou technologique. Nous avons montré que le convertisseur d'électronique de puissance, désigné par onduleur, a été conçu pour répondre à notre besoin avec le composant le plus fiable et le plus mature, le JFET deux canaux de la société SICED INFINEON en carbure de silicium (ou SiC). Pour mieux cerner le fonctionnement du JFET SiC deux canaux et valider ultérieurement son modèle, nous avons effectué des caractérisations électriques de ses comportements statique et dynamique sur une plage de température importante allant de -40°C à +180°C. Nous avons montré et décrit de façon fine, en particulier à 27°C, les phases de commutation du composant JFET en mettant en avant le rôle important des couplages capacitifs (Cgd, Cds et Cgs). Un modèle représentant ses comportements statique et dynamique a été présenté et validé à 27°C. Nous avons ensuite minimisé les effets de l'Interaction Puissance Commande IPC due à Cgd au niveau du JFET fonctionnant en mode roue libre (phénomène de Punch-through à la mise en conduction et possible remise en conduction au blocage sont à considérer). Pour ce faire nous avons étudié et comparé trois circuits d'attaques de grille, et nous avons montré le rôle de l'impédance de grille (RG, lG) vis-à-vis de l'IPC et de l'optimisation des circuits d'attaque de grille. Enfin, nous avons présenté la problématique liée à la stabilité du bus continu à haute température (200°C) et à haute tension (540V). Une solution de stabilisation du bus DC simple et efficace a été présentée / The aircraft must become more electric in order to be greener. But in this transition to the more electric aircraft, some actuators and their associated electronics are facing a technological barrier related to the high temperature (200°C). In this context, this thesis presents works that contributes to raising the technological barrier. We showed that the power electronic converter, called inverter, was designed to meet our needs with the more reliable and mature component, the silicon carbide (or SiC) JFET with two-channel manufactured by SICED INFINEON. To better understand the way to work of the SiC JFET with two channels and subsequently validate its model, we performed electrical characterization of its static and dynamic behavior on a wide temperature range from -40°C to +180°C. We showed and described precisely, especially at 27°C, the phases of JFET switching; we highlighted the important role of capacitive coupling (Cgd, Cds et Cgs). A model representing its static and dynamic behavior was presented and validated at 27°C. We then minimized the effects of the Drain-to-Gate Interaction DGI due to Cgd concerning the JFET operating in freewheeling mode (punch-through phenomenon at turn-on and a risk of a leg short-circuit at turn-off have to be considered). To do this, we studied and compared three specific gate circuits, and we showed the role of the gate impedance (RG, lG) to minimize the DGI and optimize the specific gate circuits. Finally, we presented the issue related to the stability of the DC bus at high temperature (200°C) and high voltage (540V). A simple and effectiveness solution of stabilizing the DC bus was presented

Τα αναλογικά φίλτρα συνεχούς χρόνου αποτελούν απαραίτητα μέρη ακόμη και στις πιο μοντέρνες ηλεκτρονικές συσκευές, οι οποίες λειτουργούν, κατά το μεγαλύτερο τμήμα τους ψηφιακά. Η εξήγηση είναι απλή, αν αναλογιστεί κανείς πρώτον, ότι, αποτελούν τις ενδιάμεσες βαθμίδες μεταξύ του φυσικού κόσμου και τις –κατά τα άλλα ψηφιακές– συσκευές και δεύτερον ότι, μπορούν να λειτουργήσουν σε υψηλές συχνότητες, όπου τα ψηφιακά κυκλώματα δεν μπορούν. Η προσπάθεια για όλο και πιο βελτιωμένα κυκλώματα, κάνει τους σχεδιαστές ηλεκτρονικών κυκλωμάτων να ψάχνουν για νέες μεθόδους σχεδίασης. Μία από αυτές είναι η σχεδίαση με χρήση τεχνικών τρόπου ρεύματος (current mode), χρήση της οποίας γίνεται στην παρούσα διδακτορική διατριβή. Είναι γνωστό ότι, έως και πριν από μερικά χρόνια, η σχεδίαση κυκλωμάτων γινόταν, σχεδόν αποκλειστικά, για λειτουργία σε τρόπο τάσης. Αυτό σημαίνει ότι, για τα κυκλώματα αυτά, οι ηλεκτρικές μεταβλητές εισόδου και εξόδου είναι τάσεις αφού, η είσοδος των χρησιμοποιούμενων ηλεκτρονικών βαθμίδων είναι υψηλής εμπέδησης ενώ η έξοδός τους χαμηλής. Τα κυκλώματα τρόπου τάσης σχεδιάζονται, ώστε, να λειτουργούν σε αυτές τις στάθμες εμπέδησης, παρά το γεγονός ότι, τα στοιχειώδη ηλεκτρονικά στοιχεία, τα τρανζίστορ, συμπεριφέρονται ως ελεγχόμενες πηγές ρεύματος. Αυτό ακριβώς το γεγονός εκμεταλλεύονται τα κυκλώματα τρόπου ρεύματος, τα οποία, λόγω του ότι εμφανίζουν χαμηλή εμπέδηση εισόδου και υψηλή εμπέδηση εξόδου, επεξεργάζονται ρεύματα απλοποιώντας ταυτόχρονα τον τρόπο σχεδίασης. Για να είναι πραγματικά εφικτή η σχεδίαση για τα κυκλώματα τρόπου ρεύματος είναι απαραίτητο ένα τουλάχιστον ενεργό δομικό στοιχείο. Στην παρούσα διατριβή ως δομικό στοιχείο μελετάται, καταρχήν, ο απλός ενισχυτής ρεύματος. Ο ενισχυτής αυτός αποτελεί τη βάση του διαφορικού ενισχυτή ρεύματος, που με τη σειρά του αποτελεί ένα νέο δομικό στοιχείο πολύ πιο ευέλικτο για ανάπτυξη νέων κυκλωμάτων αναλογικής επεξεργασίας σήματος. Προκύπτει ότι, ο διαφορικός ενισχυτής ρεύματος, ο οποίος λειτουργεί συνήθως, έχοντας ενίσχυση ρεύματος ίση ή λίγο μεγαλύτερη από τη μονάδα, μπορεί να δώσει κυκλώματα, που λειτουργούν σε υψηλότερες συχνότητες συγκριτικά με τα κυκλώματα τρόπου τάσης. Αρκετά κυκλώματα μπορούν να σχεδιαστούν με βάση, είτε τον απλό, είτε το διαφορικό ενισχυτή ρεύματος. Με τη βοήθειά των δύο αυτών στοιχείων αναπτύσσεται ένα πλήθος από βασικά κυκλώματα αναλογικής επεξεργασίας σήματος, όπως εξομοιωμένοι επαγωγοί, ολοκληρωτές, ταλαντωτές καθώς και ενεργά φίλτρα. Στη διατριβή αυτή, αναπτύσσεται, καταρχήν, η σχεδίαση διαφόρων βασικών αναλογικών δομικών βαθμίδων και ακολούθως, παρουσιάζονται οι τεχνικές για τη σχεδίαση ενεργών φίλτρων, ακολουθώντας δύο βασικές μεθόδους, όπως η μέθοδος διασύνδεσης βαθμίδων δεύτερης τάξης και η μέθοδος συναρτησιακής και τοπολογικής εξομοίωσης LC παθητικών κυκλωμάτων. Η μέθοδος της τοπολογικής εξομοίωσης κυκλωμάτων είναι αρκετά ελκυστική, λόγω των δυνατοτήτων, που προσφέρει. Είναι αρκετά εύκολη κατά το σχεδιασμό, τόσο τον ηλεκτρονικό όσο και τον φυσικό (layout), καθώς χρησιμοποιεί επαναλαμβανόμενες δομές. Δύο από τις τεχνικές, που ανήκουν στην κατηγορία της τοπολογικής εξομοίωσης κυκλωμάτων και αναπτύσσονται εδώ, είναι η σχεδίαση κυκλωμάτων με τεχνική τύπου "leapfrog" και η κυματική τεχνική. Με βάση τον διαφορικό ενισχυτή ρεύματος αναπτύσσεται ο τελεστικός ενισχυτής ρεύματος. Το στοιχείο αυτό είναι χρήσιμο σε εφαρμογές, όπου απαιτείται υψηλή ενίσχυση ρεύματος. Η ενίσχυση μπορεί να είναι μεταβαλλόμενη και εξαρτώμενη από μία τάση πόλωσης και αυτό κάνει τον τελεστικό ενισχυτή ρεύματος ένα αρκετά χρήσιμο στοιχείο στην ανάπτυξη εφαρμογών. Η ανάπτυξη ενός τελεστικού ενισχυτή ρεύματος παρουσιάζεται στο τέλος της διατριβής. Όλα τα κυκλώματα, που προτείνονται στην παρούσα διατριβή, είναι ολοκληρώσιμα σε οποιαδήποτε κοινή τεχνολογία ολοκλήρωσης. Ωστόσο, τα προτεινόμενα κυκλώματα σχεδιάζονται για CMOS τεχνολογία, επειδή είναι εξαιρετικά διαδεδομένη και κατάλληλη για τις περισσότερες εφαρμογές αναλογικής επεξεργασίας σήματος. Επιπλέον, τα CMOS κυκλώματα μπορούν σχετικά εύκολα να μετατραπούν σε διπολική ή και BiCMOS τεχνολογία, αφού τοπολογικά διατηρούν την ίδια περίπου δομή. / Continuous-time analog filters are essential parts even of the most modern electronic systems, which in their main part operate digitally. We can explain this by thinking, first, that analog circuits are usually used as necessary intermediate stages between the natural world signals and the electronic digital systems and second, that they are more suitable for operation at high frequencies compared to digital circuits. The designers of electronic circuits in their effort to improve circuits investigate for new design methods. Such a recent method is the so called "current-mode method". Current-mode circuits suitable, mainly for filtering applications, are studied in this thesis. It is known that until recently electronic circuits were considered as circuits operating in voltage-mode. This means that the electric variables for these circuits were taken mainly as voltages in spite of the fact that the elementary electronic devices, that is the transistors, behave as controlled current sources. On the contrary, current-mode circuits take advantage of the real nature of the transistors and thus process currents instead of voltages. This way, the circuit design procedure is significantly simplified, the derived current-mode circuits are much simpler in their structure and in addition, they show better performance at high frequencies. A structural active element is always necessary in every active filter either in the voltage or in the current-mode domain. In this thesis, a single input current amplifier is studied, as such structural active element. This amplifier is used as a subcircuit for obtaining the differential current amplifier, which, accordingly, is used as a new basic active device for the development of new analog signal processing circuits. It is found that the differential current amplifier, which usually operates having low current gain, is suitable for operation at high frequencies comparable to the fT of the transistors used in the amplifier. It is shown that various circuits of general purpose can be obtained, based on a single or a differential current amplifier. In addition, a number of new analog circuits suitable for signal processing are proposed in this thesis. Among them, there are lossy and lossless integrators, simulated inductors, and oscillators. However, emphasis is given to the development of integrated active filters of high order by following various design methods. As a result, the method of the topological simulation of passive LC filter prototypes appears to be more attractive for obtaining high order filters, due to the many possibilities that this method offers. All the proposed circuits in this thesis are suitable for integration in CMOS technology, which is more suitable for analog signal processing applications. Simulation and experimental results taken from implemented integrated circuits verify the accuracy of operation of the proposed circuits and their suitability for practical applications.

Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception de dispositifs multifonctions (filtre-antennes) à la fois compacts et agiles, mis au point par une conception conjointe des éléments associés. Le sous-système doit répondre à des spécifications électriques pour des applications dans la bande ISM à 2,45 GHz ainsi qu’à des contraintes d’intégration et d’encombrement. L’antenne et le filtre sont développés conjointement sur une impédance particulière où l’antenne, réduite en dimensions, présente une efficacité de rayonnement optimale. Le filtre est optimisé pour adapter l’antenne sur son impédance optimale et pour présenter des pertes minimales. Les travaux se sont focalisés dans un premier temps sur la co-conception et la co-intégration des fonctions, puis sur l’accord en fréquence du sous-système. / The aim of this thesis is to design a new tunable and compact multifunctional device (filters, antennas) based on the co-design of an antenna and the associated filter. The subsystem needs to fit with electrical specifications for ISM band applications at 2.45GHz while being integrated and compact. The antenna and the filter are jointly developed on particular impedances where the antenna has a high radiation efficiency. The filter is optimized to adapt the antenna on its optimal impedance and introduce minimal losses. The work has initially been focused on the co-design and the co-integration of functions to finish on the tunability of the filter/antenna subsystem design.

Cette thèse porte sur l’étude des transistors de puissance à haute mobilité électronique en Nitrure de Gallium à enrichissement récemment apparus sur le marché. Ces travaux se focalisent sur l’analyse physique de la défaillance lors du vieillissement de ces composants sous des profils de mission réels de commutation. Un banc de stress a été conçu et construit, permettant d’imposer des conditions de fonctionnement réel sur le transistor sans utiliser des charges et donc en minimisant la consommation d’énergie. Une autre originalité de ce banc est qu’il contient des transistors témoin qui subissent une partie du stress imposé au transistor sous test, aidant ainsi à la compréhension des dégradations. Les composants vieillis sont caractérisés électriquement pour établir les modes de défaillance. Des méthodes de décapsulation de composants et de préparation d’échantillons mulit-échelle (mm au nm) ont été également développées afin d’accéder à la zone active des transistors. Par l’analyse de la microstructure des dispositifs, avec des techniques de photoémission spectrale, microscopie électronique à balayage et en transmission, les mécanismes de défaillance sont déterminés et la corrélation avec les modes dedéfaillance correspondants est réalisée. / This PhD Thesis is about the reliability of enhancement Gallium Nitride high electron mobility power transistors, recently on the market. This work is focused on physics of failure analysis on aged devices under real mission switching profiles. A novel stress bench able of stablish real operating conditions on a transistor without using a load, so minimizing energy consumption. Also, the circuit has two additional devices that undergo separate current and voltage stresses and are used for better understanding of degradations on main device under test. Electric characterization of aged devices allows determination of failure modes. Decapsulation and sample preparation procedures at different scales were developed to access the active zone of the devices and perform micro-structural analyses by the means of spectral photoemission, scanning and transmission electronic microscopies. Then, failure mechanisms are correlated with the corresponding modes.

Cette thèse constitue un des éléments du projet de recherche EMOCAVI (Evolution des Modèles des Composants de puissance grand gAp au cours du VIeillissement). Elle porte sur l’étude de la fiabilité des transistors de puissance en Nitrure de Gallium (GaN) récemment apparus sur le marché. Ces travaux se focalisent sur la réalisation d’une méthodologie pour paramétrer le modèle du composant GaN GIT (Gate Injection Transistor) en fonction du vieillissement auquel il a été soumis. Pour atteindre cet objectif, nous sommes passés par plusieurs étapes. La première a été consacrée à la définition, la mise en place et la validation d’un banc de vieillissement et à la caractérisation de ces composants avant et en cours de vieillissement. Un banc de test de vieillissement en court-circuit répétitif à faible puissance a été conçu et mis en oeuvre. Ce banc a permis de valider l’hypothèse du vieillissement lié à l’énergie, d’identifier son niveau déterminant d’un point de vue fiabilité du composant et enfin mettre en évidence la dégradation progressive du composant afin d’identifier les paramètres du transistor les plus sensibles au vieillissement. La deuxième étape de nos travaux a été consacrée à l’établissement d’une méthodologie de création de modèle de vieillissement du composant GaN-GIT. En reproduisant le modèle COBRA présenté dans la littérature, nous avons réussi dans nos travaux à proposer une approche novatrice permettant d’intégrer les dépendances en température et en énergie subie par le composant pendant le stress (la durée d’impulsion Tsc et le nombre de pulse subi Nsc). La dernière étape de nos travaux a été dédiée à l’analyse physique de défaillance afin de confirmer les hypothèses faites sur les mécanismes de dégradation obtenus après vieillissement du composant. Pour réaliser ces analyses, nous avons commencé par la décapsulation du composant en combinant l’ouverture laser aux attaques chimiques de la résine constituant le packaging. Une fois le défaut localisé par photoluminescence, une analyse approfondie par des vues au microscope électronique à balayage MEB puis par découpe PFIB (Plasma Fouced Ion Beam) a été réalisée afin de déterminer le mécanisme de défaillance. Il s’agissait principalement de fissures situées dans le métal d’Al au niveau du drain ainsi que la présence de cavités dans la couche métallique qui sert à réaliser le contact ohmique au niveau de la source, ce qui explique l’augmentation de la résistance RDSON. / This thesis constitute one of the elements of the EMOCAVI research project (Evolution of the Large gAp Power Component Models during the VIeillissement). It deals with the study of the reliability of Gallium Nitride (GaN) power transistors which are recently appeared on the market. This work focuses on the realization of a methodology to parameterize the model of GaN GIT component (Gate Injection Transistor) according to the aging to which it has been subjected. To achieve this goal, it will be necessary to go through several steps. The first step was dedicated to the definition, implementation and validation of an aging bench for the component and the characterization of these components before and during aging. A low power repetitive short-circuit aging test bench was designed and implemented. This bench is used to validate the energy-related aging hypothesis, to identify its determining level from a point of view of the reliability of the component and finally to highlight the progressive degradation of the component in order to identify the parameters of the transistor which are the most sensitive to aging. The second step of our work was devoted to the establishment of a methodology to create the aging model for the GaN-GIT component. By reproducing the COBRA model presented in the literature, we have succeeded in our work in proposing an innovative approach to integrate the dependencies in temperature and energy suffered by the component during stress (the Tsc pulse duration and the number of pulse suffered Nsc). The last step of our work was dedicated to the physical failure analysis in order to confirm the hypothesis made on the degradation mechanisms obtained after aging of the component. To carry out these analyzes, we started with the de-capsulation of the component by combining the laser cutting with the chemical attacks of the resin constituting the packaging. Once the defect was localized by photoluminescence, an in-depth analysis by SEM scanning and then PFIB (Plasma Focused Ion Beam) scans was performed to determine the mechanism of failure. These were mainly cracks in the Al metal at the drain and the presence of cavities in the metal layer which is used to make the Ohmic contact at the source, which explains the increase in resistance RDSON.

Η ανίχνευση των δυναμικών δραστηριότητας συμβάλλει στη μείωση των δεδομένων προς αποστολή από ένα εμφυτεύσιμο σύστημα ασύρματης καταγραφής της νευρωνικής δραστηριότητας ενός ζώντα οργανισμού. Η παρούσα Mεταπτυχιακή Διπλωματική Εργασία έχει ως στόχο την σχεδίαση ενός ανιχνευτή δυναμικών δραστηριότητας σε νευρωνικές κυματομορφές ικανό να λειτουργεί σε περιβάλλον χαμηλής τάσης τροφοδοσίας για την επίτευξη μειωμένης κατανάλωσης ισχύος. Για το σκοπό αυτό, προτείνεται η σχεδίαση συστημάτων στο πεδίο του λογαρίθμου με τη χρήση MOS τρανζίστορ που είναι πολωμένα στην περιοχή υποκατωφλίου. Αρχικά, μελετώνται τα φυσικά χαρακτηριστικά των δυναμικών δραστηριότητας, δηλαδή το συχνοτικό τους περιεχόμενο και το σχήμα τους στο πεδίο του χρόνου. Επίσης, παρουσιάζεται ο μη-γραμμικός τελεστής ενέργειας και ο λόγος για τον οποίο αυτός καθίσταται σημαντικός στην επεξεργασία νευρωνικών σημάτων. Στη συνέχεια, παρουσιάζονται οι βασικές αρχές για τη σχεδίαση κυκλωμάτων στο πεδίο του λογαρίθμου. Ακόμα, κάνοντας χρήση των βασικών δομικών μονάδων του λογαριθμικού πεδίου, των μη-γραμμικών διαγωγών Ε Cells, υλοποιούνται τόσο οι συμπληρωματικοί τελεστές όσο και οι δομές επεξεργασίας σήματος που είναι απαραίτητες για την πραγματοποίηση του μη-γραμμικού τελεστή ενέργειας. Οι δομές αυτές είναι διαφοριστές και πολλαπλασιαστές τεσσάρων τεταρτημορίων τρόπου ρεύματος. Τέλος, δίνεται η ολοκλήρωση του συστήματος με την σχεδίαση ενός συγκριτή ρεύματος που επιτελεί την λειτουργία της κατωφλιοποίησης. Για την εξομοίωση του συστήματος, χρησιμοποιείται μια νευρωνική κυματομορφή, το Analog Design Environment του λογισμικού Cadence και οι παράμετροι της τεχνολογίας TSMC 130nm. / The detection of action potentials contributes to the reduction of data to be transmitted by an implantable wireless neural activity recording system. The goal of the present M.Sc. Τhesis is the design of an action potential detector capable of operating in a low-voltage environment, in order to achieve reduced power dissipation. For this purpose, the log-domain designing technique is suggested by using MOS transistors operating in the subthreshold region. Initially, the physical characteristics of action potentials are studied, i.e. the frequential content and time-domain shape. Moreover, the nonlinear energy operator is presented in addition to the reason that makes this system crucial for neural signal processing. Thereafter, the basic principles of designing log-domain circuits are presented. Furthermore, the complementary operators as well as the signal processing blocks that are necessary for the realization of NEO are implemented by using the main log-domain building units, the nonlinear transconductors E cells. The blocks required for the NEO implementation are current-mode differentiators and four-quadrant multipliers. Finally, the complete system is given after the design of a current comparator which is responsible for the operation of thresholding. The simulation of the system has been performed through the utilization of the Analog Design Environment of Cadence software and the design kit of TSMC 130nm process in addition to a neural waveform.

Au cours de ces dernières années, la microfluidique est devenue une technologie attrayante pour la synthèse en écoulement continu de dispersions colloïdales de nanocristaux. Ce procédé permet un contrôle optimal des paramètres de synthèse, offre une très bonne reproductibilité, et la possibilité de transposition à grande échelle. Dans une première partie, nous avons développé des synthèses microfluidiques et écologiques de cristaux ZIF 8, adaptables à une grande échelle de production, avec un écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane). La technologie microfluidique permet la synthèse rapide (10 min) de cristaux ZIF-8 avec une large variation de taille de particules (de 300 à 900 nm) simplement en faisant varier les paramètres expérimentaux (débit, température, ...). Les cristaux de ZIF-8 obtenus sont de forme géométrique dodécaèdrique rhombique, de structure cristalline sodalite et leur surface spécifique est d’environ 1700 m2/g. Puis, les propriétés catalytiques des particules ZIF-8 ont été évaluées. Des 3-cyanocoumarines et des cyanoesters α,β-insaturés ont été synthétisés avec des rendements variant de 89 à 95% via la réaction de Knoevenagel utilisant les particules ZIF-8 comme catalyseur hétérogène. Les particules de ZIF-8 peuvent être recyclées au minimum cinq fois. Dans la seconde partie de ce mémoire, nous avons synthétisé des QDs CdS dopé Mn2+ et Cu+ recouverts d’une coquille ZnS en microréacteur tubulaire avec un écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane). Différents paramètres expérimentaux (temps de séjour, température, pH, rapport molaire des précurseurs, concentration et nature des précurseurs, …) ont été évalués afin d’optimiser les propriétés optiques. Les QDs CdS dopé Mn2+ présentent uniquement l’émission de fluorescence liée à la transition 4T1→6A1 et leur rendement quantique de fluorescence est voisin de 10%. L’introduction d’une coquille ZnS en écoulement monophasique permet d’améliorer les propriétés optiques et de réduire les défauts des surfaces des QDs 6%Mn:CdS/ZnS (émission à 590 nm et rendement quantique de 20 %). L’introduction d’une coquille ZnS à la périphérie des QDs Cu:CdS ne permet pas d’améliorer de manière significative le rendement quantique de fluorescence. Dans la dernière partie, la synthèse en microréacteur avec écoulement monophasique ou biphasique (eau/alcane) de QDs ZnS dopé Mn2+ a été développée. Les QDs obtenus possèdent un rendement quantique de 13% s’ils sont préparés en écoulement monophasique / In recent years, microfluidics has become an attractive technology for the continuous flow synthesis of colloidal nanocrystals. This technology allows a good control of the synthesis parameters, a good reproducibility and the possibility of the application on a large scale. In a first part, we have developed continuous and ecological syntheses of the ZIF-8 crystals for the large scale, either with a monophasic or a biphasic flow (water/alkane). The microfluidic technology allows the fast synthesis (10 min) of ZIF-8 crystals over a wide size range (from ca. 300 to 900 nm) simply by varying the experimental parameters (flow rates, temperature,…). ZIF-8 crystals with the stable rhombic dodecahedron shape, of sodalite structure and with a high specific surface area (ca. 1700 m2.g-1) were obtained. Next, the catalytic properties of ZIF-8 crystals were evaluated. These particles were demonstrated to be an efficient heterogeneous catalyst for the Knoevenagel synthesis of α,β-unsaturated cyanoesters and of 3-cyanocoumarins using 2-hydroxy aromatic aldehydes and ethyl cyanoacetate as starting materials (yields ranging from 89 to 95%). The ZIF-8 particles can be recycled at least five times with negligible changes in catalytic performances. In the second part, we synthesized the Mn2+ or Cu+-doped CdS QDs coated with a ZnS shell in a tubular microreactor using a monophasic or a biphasic flow (water/alkane). Various experimental parameters (time, temperature, pH, molar ratio, concentration and nature of the starting materials) were evaluated to optimize the optical properties of the dots. The obtained Mn2+ doped CdS QDs exhibited a photoluminescence emission related to the 4T1 → 6A1 transition with quantum yields higher than 10%. The introduction of a ZnS shell with the monophasic flow allows to improve the optical properties and to reduce the surface defects of the 6% Mn:CdS/ZnS QDs (strong emission at 590 nm and quantum yields of ca. 20%). The introduction of a ZnS shell on the surface of Cu doped CdS QDs does not significantly improve the quantum yields. Finally, the synthesis of Mn2+-doped ZnS QDs with monophasic or biphasic flow (water/alkane) was developed. The dots have a photoluminescence quantum yield of 13% if they are prepared in a monophasic water flow

A extrêmement hautes fréquences, les applications électroniques vont être confrontées à des challenges liés à la réduction des dimensions et la compacité des systèmes. Les limites physiques des matériaux conventionnels étant atteintes, de nouvelles alternatives sont nécessaires dans le domaine du nano-packaging. De nouveaux matériaux ont été étudiés pour remplacer les matériaux conventionnels. Parmi eux, le nanotube de carbone démontre une excellente conductivité électrique et thermique ainsi qu’une résistance physique extraordinaire. Il est donc un candidat de choix pour des applications comme les interconnexions, l’évacuation de chaleur, le blindage électromagnétique ou encore le renforcement structurel. Autant de points capitaux pour le nano-packaging moderne. Dans ce manuscrit, les nanotubes de carbone vont être étudiés en profondeur pour réaffirmer leurs propriétés électroniques et thermiques hors du commun. Nous nous concentrerons ensuite sur l’étude de deux types d’interconnexions à base de nanotubes de carbone : des interconnexions à base de plot en nanotubes de carbone utilisant la technologie Flip-Chip et des interconnexions sans-fil à base de monopole composé de nanotubes de carbone. Enfin, nous étudierons la possibilité de créer des composants passifs Radio-Fréquence à l’aide de structures en nanotubes de carbone. De nouvelles méthodes de fabrication des structures en CNT ont été utilisées au cours de ces travaux de thèse afin d’obtenir une compatibilité avec les technologies CMOS. / At extremely high frequency, electronic applications will have to challenge problems born from the size reduction and compactification of the systems. Physical limits of conventional materials will be reached and so new alternatives are necessary in the nano-packaging field. New materials have been studied to replace conventional materials. Among them, carbon nanotubes have shown extremely high electrical and thermal conductivity as well as extraordinary physical resistance. And so carbon nanotubes are a good candidate for applications such as interconnects, thermal management, electromagnetic shielding or structural reinforcement. All of those applications are capital for modern nano-packaging. In this manuscript, carbon nanotubes will be studied in depths to demonstrate again their incredible electronic and thermal properties. We will then focus on the study of two types of carbon nanotubes based interconnects: carbon nanotubes bumps based interconnects for Flip-Chip applications and wireless interconnects based on carbon nanotubes monopole antenna. Finally, we will study the possibility of creating passive RF components using carbon nanotubes structures. New ways of fabricating the carbon nanotubes structure were used in order to get a fabrication process of the prototype completely compatible with CMOS technologies.

Είναι γνωστό ότι τα κυκλώματα των τελεστικών ενισχυτών (Op-Amps) είναι από τις βασικότερες δομικές βαθμίδες στον χώρο της σχεδίασης αναλογικών ολοκληρωμένων κυκλωμάτων. Μια εναλλακτική δομή του τελεστικού ενισχυτή αποτελεί το κύκλωμα ενός Current Feedback Operational Amplifier (CFOA). Ένας CFOA είναι ουσιαστικά ένας μεταφορέας ρεύματος (Current Conveyor-CCII) σε σειρά με έναν ακολουθητή τάσης (Voltage Follower), και είναι ιδιαιτέρως χρήσιμος κατά την σχεδίαση κυκλωμάτων χαμηλής τάσης τροφοδοσίας. Στην εργασία αυτή μελετήθηκαν τέσσερις δομές CFOA, σχεδιασμένες για λειτουργία με χαμηλή τάση τροφοδοσίας, και χρησιμοποιήθηκαν για τον σχεδιασμό φίλτρων με τις μεθόδους Leapfrog, τοπολογικής εξομοίωσης και κυματική. Στο πρώτο κεφάλαιο αναφέρονται οι γενικές αρχές που ισχύουν στην σχεδίαση κυκλωμάτων για λειτουργία με χαμηλή τάση τροφοδοσίας καθώς και τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές σχεδίασης. Στο δεύτερο κεφάλαιο μελετώνται αναλυτικά οι τέσσερις δομές CFOA συγκρίνοντας τους βασικότερους παράγοντες απόδοσής τους. Τα κυκλώματα των CFOA που μελετώνται βασίζονται σε πρόσφατα δημοσιευμένες δομές Current Conveyor (CCII). Στο τρίτο κεφάλαιο αναλύεται η μέθοδος σχεδίασης φίλτρων Leapfrog, και χρησιμοποιείται για την σχεδίαση ενός Butterworth φίλτρου 3ης τάξης. Ως δομική βαθμίδα για την σχεδίαση αυτού του φίλτρου χρησιμοποείται ο CFOA [2]. Το τρίτο κεφάλαιο ολοκληρώνεται με την παρουσίαση των βασικότερων παραγώντων απόδοσης. Στο τέταρτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η τοπολογική μέθοδος σχεδίασης φίλτρων, στην οποία γίνεται τοπολογική αντικατάσταση πηνίου, σε παθητικό φίλτρο, από ισοδύναμο κύκλωμα με ενεργά στοιχεία. Και στην περίπτωση αυτή η δομική μονάδα σχεδιασμού είναι ο CFOA [2]. Στο πέμπτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η σχεδίαση ενός Butterworth φίλτρου 3ης τάξης με την κυματική μέθοδο. Η σχεδίαση πραγματοποιήθηκε χρησιμοποιώντας ως δομική βαθμίδα τον CFOA [1]. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η φυσική σχεδίαση (layout) του Butterworth φίλτρου 3ης τάξης που σχεδιάστηκε με την leapfrog μέθοδο στο τρίτο κεφάλαιο. Η φυσική σχεδίαση πραγματοποιήθηκε με την χρήση του λογισμικού Cadence και του περιβάλλοντος Virtuoso που περιλαμβάνει για την φυσική σχεδίαση αναλογικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων . Τέλος στο έβδομο κεφάλαιο γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων εξομοίωσης των δομών CFOA’s αλλά και των αποτελεσμάτων εξομοίωσης των φίλτρων που σχεδιάστηκαν στα παραπάνω κεφάλαια . Επίσης παρουσιάζονται κάποιες προτάσεις για μελλοντική και περαιτέρω έρευνα. / Operational amplifier is one of most important analog building block. An alternative structure for operational amplifier is a Current Feedback Operational Amplifier (CFOA). A CFOA is essentially consists of a current conveyor (CCII) connecting with a Voltage Follower (VF). The usage of CFOA for the low-voltage analog IC design is quite useful. In this work four different CFOA structures, designed for low-voltage operation, were considered. Also the aforementioned CFOAs were used to build a butterworth filter with Leapfrog method, topological simulation method and wave method. In first chapter the basic design rules and the most common design techniques for low-voltage IC design is presented. In chapter 2 the four structures of CFOAs circuits were considered, under the light of comparison of most critical factors of operation. The CFOAs circuits were based in most resent published topologies of Current Conveyor (CCII). In chapter 3 the Leapfrog method for filters design was discussed. Also a 3rd order butterworth filter is designed based on this method. The CFOA of ref [2] is the main building lock to construct this filter. In chapter 4 another method for filter design is presented named topological simulation method. According to this method passive elements such as inductors and capacitors are replaced by active elements. The main building block is also CFOA of ref [2]. In Chapter 5 a 3rd order butterworth filter based on wave method is designed. In this case the main building block was the CFOA circuit of ref [1]. Chapter 6 presents the layout of the 3rd order butterworth filter which designed at chapter 3 with leapfrog method. The layout design was implemented using Virtuoso environment of Cadence design framework II platform. Chapter 7 conclude this work presenting the simulated comparison results for all four CFOAs circuits and the 3rd order butterworth filters that were designed with the three different methods. Some thoughts for further research in the this subject are also presented.

Στις σύγχρονες τηλεπικοινωνίες, χρησιμοποιείται μια μεγάλη γκάμα από RF μοντέλα, για τον υπολογισμό την μέσης τιμής ισχύος του σήματος εκπομπής για δεδομένη απόσταση από τον πομπό και για δεδομένη συχνότητα. Στις διεργασίες αυτές , επιδρούν στο δικό τους βαθμό διάφορες παράμετροι τοπολογικού (πληθυσμός , τύπος εμποδίων, πυκνότητα εμποδίων) και γεωγραφικού (μορφολογία εδάφους, υγρασία, διαμόρφωση χώρου) χαρακτήρα, αλλά και χαρακτηριστικά των πομποδεκτών ( συνήθως το ύψος και το κέρδος των κεραιών). Στις περισσότερες περιπτώσεις οι απώλειες όδευσης (Path Loss όπως είναι γνωστές στη διεθνή βιβλιογραφία) , εκφράζονται σε dB , σα συνάρτηση της συχνότητας λειτουργίας του υπό μελέτη συστήματος και της απόστασης ανάμεσα στον πομπό και το δέκτη ( πάντα για δεδομένα χαρακτηριστικά κεραιών και τύπο περιβάλλοντος). Έτσι μια ντετερμινιστική γνώση του μέσου path loss, που σε συνδυασμό με άλλες πιθανές απώλειες μας δίνει το σύνολο των απωλειών είναι εφικτή. O περιορισμός όσον αφορά στη συχνότητα και στις αποστάσεις , έχουν οδηγήσει τη σύγχρονη έρευνα στην επέκταση των υπαρχόντων μοντέλων , τόσο εξωτερικού όσο και εσωτερικού χώρου. Μια βασική παράμετρος της έρευνας στηρίζεται στην παραδοχή πως ο νόμος του αντιστρόφου τετραγώνου , ο οποίος περιγράφεται από την εξίσωση του Friis δε βρίσκει εφαρμογή, παρά μόνο σε περιβάλλοντα όπου επιτυγχάνεται LOS( Line of Sight) όδευση. Η τροποποίηση της παραπάνω εξίσωσης με δυναμικό ως προς το εκάστοτε περιβάλλον τρόπο , επιτρέπει πλέον τον υπολογισμό της μέσης ισχύος του σήματος σε σχετικά ρεαλιστικό βαθμό. Για παράδειγμα έχει προταθεί τροποποίηση με την τρίτη δύναμη της απόστασης για ένα σύνολο εφαρμογών , που αφορούν συστήματα ασυρμάτων τηλεπικοινωνιών εξωτερικού περιβάλλοντος.Ένα εσωτερικό περιβάλλον απαιτεί μια πολύ πιο ντετερμινιστική φόρμουλα υπολογισμού των απωλειών ώστε να μπορέσει ο μελετητής να υπολογίσει με αξιοπιστία την ισχύ του σήματος σε μια δεδομένη θέση. Η ακρίβεια λοιπόν των μοντέλων εξαρτάται άμεσα από την ικανότητά τους να απεικονίσουν και να αποδώσουν με τη σειρά τους , μέσω των υπολογισμών, όλα αυτά τα σύνθετα φαινόμενα με τον καλύτερο δυνατό τρόπο. Η πλειοψηφία των RF μοντέλων που αναπτύσσονται στα πλαίσια ακόλουθων παραγράφων, έχει αναπτυχθεί και αξιολογηθεί για συστήματα κυτταρικής κινητής τηλεφωνίας (GSM, PCS-1800, GPRS, UMTS). Προκειμένου να ξεπεραστούν διάφοροι περιορισμοί των αρχικών μοντέλων ως προς την συχνότητα λειτουργίας του συστήματος και την απόσταση πομπού-δέκτη (ουσιαστικά την εμβέλεια του μοντέλου), ορισμένες προεκτάσεις έχουν παρουσιαστεί σε διάφορες ερευνητικές εργασίες και χρησιμοποιούνται ευρέως . Ορισμένα νέα μοντέλα έχουν επίσης προστεθεί στα ήδη υπάρχοντα για τις συχνότητες συστημάτων κινητής τηλεφωνίας . Για άλλες περιοχές συχνοτήτων με έντονο ενδιαφέρον, πχ στα 5,2 GHz, διάφορες προτάσεις έχουν πραγματοποιηθεί, συχνά υποστηριζόμενες από μετρήσεις. Λαμβάνοντας υπόψη την συχνότητα των 2,4 GHz, δεν μπορούμε παρά να συμπεράνουμε ότι η όσο το δυνατόν πιο ακριβής και επιστημονικά αξιόπιστη μοντελοποίηση του ασύρματου διαύλου, ιδιαίτερα – άλλα όχι αποκλειστικά – για τοπολογίες εσωτερικών χώρων, είναι πολύ σημαντική για τον σχεδιασμό και την εύρυθμη λειτουργία των Wi-Fi συστημάτων και των WLAN δικτύων. Παρόλα αυτά, αν και στην υπάρχουσα βιβλιογραφία και στην διεθνή επιστημονική και ερευνητική κοινότητα υπάρχουν αρκετά σημαντικές εργασίες για την μοντελοποίηση του ασύρματου διαύλου στα 2,4 GHz , εντούτοις απουσίαζε, για πολύ καιρό, μία ολοκληρωμένη συγκριτική αντιπαραβολή και αξιολόγηση των βασικών θεωρητικών μοντέλων για τον υπολογισμό της μέσης απώλειας οδεύσεως στη συγκεκριμένη συχνότητα. Στα πλαίσια της εργασίας αυτής , θα προσπαθήσουμε να αξιοποιήσουμε το σύνολο των μετρήσεων και των δεδομένων που συλλέξαμε , σε ρεαλιστικές συνθήκες και για πραγματικά συστήματα μετάδοσης , τόσο να αξιολογήσουμε τα ήδη υπάρχοντα RF μοντέλα , όσο και να προβούμε στις απαραίτητες προτάσεις και τροποποιήσεις όπου αυτό κριθεί σκόπιμο. Επίσης για τη σκίαση επιχειρούμε εδώ μια προσέγγιση υπολογισμού μέσω της χρήσης των RF μοντέλων και την ενσωμάτωση όλων των χαρακτηριστικών διάδοσης , που αφορούν και στα δύο στοιχεία των μεγάλης κλίμακας διαλείψεων. Οι μετρήσεις μέσης λαμβανόμενης ισχύος πραγματοποιήθηκαν σε πέντε διαφορετικές τοπολογίες. Σε κάθε μία από αυτές τις τοπολογίες ελήφθησαν μετρήσεις της μέσης λαμβανόμενης ισχύος σε διάφορες δειγματοληπτικές αποστάσεις πομπού-δέκτη ούτως ώστε να είναι εφικτή, με έναν υψηλό βαθμό αξιοπιστίας, η αξιολόγηση των βασικών μοντέλων απωλειών οδεύσεως. Ταυτόχρονα, μέσα από αυτή την διαδικασία, αξιολογήθηκε η αξιοπιστία των μοντέλων αναφορικά με τις ιδιαιτερότητες της κάθε τοπολογίας, που αποτυπώνονται ποιοτικά και ποσοτικά στους μηχανισμούς διάδοσης του ραδιοσήματος σε κάθε περίπτωση. / In modern wireless communications, a wide range of RF models are used to provide the median (average) value of the signal strength at a given distance from the transmitter and for a given frequency spectrum. In this procedure, certain geographical (ground, humidity, terrain irregularities), topological (heavy or scattered population, type of obstacles, density of the buildings) characteristics of the area, as well as certain specifications of the transmitter and receiver antennas (most notably antenna height and antenna gain) have to be taken into consideration. In most cases, the mean value of the path loss is expressed in dB in dependence with the frequency of the operating system and the distance between the transmitter and the receiver (for given antenna characteristics and a certain type of environment where the system operates). Thus, a deterministic knowledge of the average path loss (which along with the average rain loss and diffraction loss provides the overall propagation loss in dB) is available. However, distance and frequency limitations have led research to a further study and expanding of the existing empirical and semi-empirical models , for both outdoor and indoor scenarios. A fundamental parameter-based study of the path loss models is based on the concept that the second power law that is predicted by the Friis equation does not apply in real-life scenarios except for standard LOS paths. The modified power law research allows engineers and scholars to calculate the mean received power of a signal transmitted over a wireless link in a more realistic approach. It has been suggested that the third-power law is more suitable for a plethora of applications based on wireless communications for an outdoor environment.The indoor propagation channel, in particular, demands a lot more than a deterministic formula of calculating the average signal strength as a function of distance and frequency. The increased impact of multipath and other propagation phenomena such as reflection and scattering, as well as the existence of many objects whose proportions are comparatively close to the wavelength of the operating wireless systems, render the propagation of a signal and its arrival at a receiver (mobile or fixed) a rather complex procedure. The precision of the path loss models depends heavily on their ability to demonstrate and reflect, in the calculations, these complex phenomena to the best possible way .The majority of these models have been developed and validated for mobile telephony systems in both outdoor and indoor schemes (GSM, PCS-1800, GPRS, UMTS). Certain extensions of many of these models were conducted in order to expand the frequency and distance limitation of the original formulas. New empirical models have also been suggested for these certain frequencies .Taking into account the very sensitive and subject to many different factors nature of the indoor propagation channel, it is easily concluded that both researchers in academia and engineers in industry need to have reliable models that will predict precisely the average path loss over the indoor 2.4 GHz channel which is of utter importance as the de facto frequency of Wi-Fi and WLAN systems. A gap in aforementioned research, however, is that it either concentrates on multipath parameters or does not feature a full comparative validation of most well-known indoor path loss models.The purpose of this work is to present, all the data collected through experiments in realistic conditions and real telecom systems, in order to validate and modify (where necessary) the existing RF models. Furthermore an empirical formula to measure attenuation due to shadowing is derived through these RF models.Measurements took part in five different topologies. In each of them the mean received power was recorded, for various distances between the transmitter and the receiver, in order for our endeavor to validate the RF models in question to be reliable. Through this procedure, RF models where examined towards each topology’s distinctive characteristics that reflect in quality and quantity all the attenuation mechanisms that affect the propagated signal.