L'histoire du silicium cristallin cSi et de sa forme oxydée (silice aSiO2) est intimement liée au développement des transistors depuis les années 1960. La miniaturisation de ces composants au fil du temps, permettant d'améliorer la puissance des ordinateurs avec une régularité proche de celle prédite par la loi de Moore, nécessite aujourd'hui une compréhension de la physique de ces systèmes à l'échelle nanométrique. Face aux coûts nécessaires pour réaliser des expériences à de si petites échelles, la simulation numérique – et plus particulièrement la dynamique moléculaire (MD) est un outil de premier choix. Nous appliquons ainsi, dans ce mémoire de thèse, la MD classique au cas des transistors silicium-sur-isolant (SOI), afin de déterminer la résistance thermique de l'interface cSi-aSiO2, qui peut se révéler être un facteur limitatif de la dissipation thermique dans les transistors ultrafins. Après avoir exposé le principe de la MD classique (chapitre 1) et présenté des pistes pour optimiser la recherche des voisins (chapitre 2), nous proposons dans le chapitre 3 les étapes que nous avons suivies pour former nos systèmes silicium-silice, ainsi qu'une manière de caractériser l'interface pour de tels systèmes. Enfin, dans le chapitre 4, nous développons une méthode – l'approach-to-equilibrium molecular dynamics (AEMD) –, qui nous permet d'obtenir une valeur de la résistance pour l'interface cSi-aSiO2 estimée à 3,6.10-10 m2.K.W-1. / Since the 60s, the history of crystalline silicon cSi and its oxyde (silica, aSiO2) is driven by the emergence of the new transistors. The miniaturization of these technologies, which enabled an increase in computers performances closely related to the Moore law, implies nowadays a nanometric scale comprehension of the physics in these systems. Because of the important costs of nanoscale experiments, numerical simulations and especially molecular dynamics (MD) are often used as a first-choice tool to investigate this kind of problems. In this thesis, we also apply classical MD to the case of silicon-on-insulator (SOI) transistors in order to determine the Kapitza resistance of a cSi-aSiO2 interface, which could be a source of slowdown for the thermal dissipation in ultra thin body and box (UTB²) transistors. We first expose the principle of classical MD (chapter 1) and show some ideas to optimize the neighbour search algorithms (chapter 2). In chapter 3 we explain the steps to form our silicon-silica systems and propose a way to characterize the interface. Finally, in chapter 4 we develop a method – called approach-to-equilibrium molecular dynamics (AEMD) – which allows us to estimate the value of the interfacial resistance interface to be 3.6*10-10 m2.K.W-1.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

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Cette thèse s'intéresse au problème de la conception de l'architecture d'instrumentation des systèmes de contrôle-commande (C-C). La conception de telles architectures est une activité complexe qui nécessite une vision globale du système. Plus spécifiquement, elle consiste à déterminer l'ensemble des instruments utilisés (nombre et type des capteurs, des actionneurs), leur agencement vis-à-vis du système de C-C. Pour être menée à bien, cette sélection nécessite d'avoir probablement identifié les différentes possibilités quant à la conduite du processus. Ces choix sont contraints par plusieurs critères, d'une part, le coût du système et des différents composants qui se doit d'être minimal, d'autre part, la sûreté de fonctionnement qui s'évalue en termes de la fiabilité d'accomplissement de la mission et enfin par les critères de performances du système à concevoir. Ce domaine de recherche vise à unifier les différentes approches utilisées en automatique, en une méthodologie globale de conception d'architectures de C-C. Ce sujet de thèse s'intéresse à la conception de l'instrumentation d'un système de C-C. Il propose une méthode qui vise à optimiser cette instrumentation sous multicritère: le coût et le critère de sûreté de fonctionnement en fonction de la fiabilité ou le critère de qualité de commande ou le niveau de tolérance aux pannes; cette procédure de conception s'appuie sur un modèle structurel. Cette étude portera sur des systèmes C-C pour l'accomplissement de diverses missions, sans s'intéresser à la représentation interne du système (les équations d'état) mais en utilisant l'analyse structurelle du système, elle se place dès la phase de conception dans le cycle de vie du système. L'intégration de l'aspect de la sûreté de fonctionnement dans la procédure de la méthodologie de conception d'un système C-C peut apparaître ici sous la forme de l'évaluation de fiabilité d'accomplissement de la mission en se basant sur les liens (les liens structurels entre les variables physiques à commander et les instruments) des systèmes étudiés et éventuellement le conditionnement de leur conception sur la base de niveaux de performance et spécification des objectives exigés. / This thesis concerns the design of control system instrumentation architecture. The design of such architectures is a complex activity that requires a global vision of the system. More specifically, it consists to determine the set of instruments (number and type of sensors, actuators), their arrangement according the control system instrumentation. The choice of architecture constrains by main multi criteria's, on the one hand, the cost of the system and the various components that must be minimal, on the other hand, the dependability, which is evaluated in terms of the reliability of fulfillment of the mission of the design system. This field of research aims to unify the different approaches used in automatic in a global design methodology of control system instrumentation. This work proposes a method that aims to optimize the instrumentation using multiple criteria: cost criterion and dependability constraints in terms of reliability, quality of control, quality of performance, fault tolerant level. This design methodology is based on structural modeling. This study will focus on control systems to accomplish various missions without take into account the internal representation of the system (state equations). However, the tool of structural analysis is used for modeling of the system in design phase. The integration of the dependability aspect in the design methodology procedure of control system instrumentation may appear here in the form of the assessment of reliability mission based on structural links between the physical variables and instruments of the system, according to the performance levels and specifications of the required objective design.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

La part dû au test dans le coût de conception et de fabrication des circuits intégrés ne cesse de croître, d'où la nécessité d'optimiser cette étape devenue incontournable. Dans cette thèse, de nouvelles méthodes d'ordonnancement et de réduction du nombre de tests à effectuer sont proposées. La solution est un ordre des tests permettant de détecter au plus tôt les circuits défectueux, qui pourra aussi être utilisé pour éliminer les tests redondants. Ces méthodes de test sont basées sur la modélisation statistique du circuit sous test. Cette modélisation inclus plusieurs modèles paramétriques et non paramétrique permettant de s'adapté à tous les types de circuit. Une fois le modèle validé, les méthodes de test proposées génèrent un grand échantillon contenant des circuits défectueux. Ces derniers permettent une meilleure estimation des métriques de test, en particulier le taux de défauts. Sur la base de cette erreur, un ordonnancement des tests est construit en maximisant la détection des circuits défectueux au plus tôt. Avec peu de tests, la méthode de sélection et d'évaluation est utilisée pour obtenir l'ordre optimal des tests. Toutefois, avec des circuits contenant un grand nombre de tests, des heuristiques comme la méthode de décomposition, les algorithmes génétiques ou les méthodes de la recherche flottante sont utilisées pour approcher la solution optimale.

Les (sub)nanoclusters sont des agrégats d’atomes ou de molécules composés de quelques unités à quelques centaines d’unités. En raison de leur petite taille, ils peuvent avoir des propriétés électroniques, optiques, magnétiques et catalytiques très différentes par rapport au solide correspondant . D'un point de vue expérimental, il est encore très difficile de synthétiser des agrégats de taille calibrée. D'un point de vue théorique, le développement des puissances de calcul, des méthodes de calcul de structure électronique et des algorithmes de recherches globales de structures stables, permettent un calcul toujours plus précis de leurs propriétés physico-chimiques. L’étude théorique permet alors de déterminer de façon fiable les structures stables de ces systèmes qui président aux calculs de leurs propriétés . L’exemple qui illustre ce travail s’inspire du processus observé au sein des piles à combustible dans lequel le Platine (Pt) est couramment utilisé pour produire de l’énergie par oxydation du dihydrogène en favorisant notamment sa dissociation . L’objet de ce travail consiste à comparer la capacité des clusters de Platine de différentes tailles à adsorber la molécule de dihydrogène sous leur forme libre et adsorbée sur substrat. Le graphène , matériaux bidimensionnel cristallin formé de carbone est choisi dans ce travail en tant que substrat en raison de sa grande résistance mécanique et chimique. La première partie de ce travail est consacrée à la recherche d’éléments dopants qui vont permettent à la fois d’améliorer la capacité d’adsorption des clusters de Platine sur la surface et éviter leur migration. L’objectif est ici de proposer un substrat sur lequel peuvent être empêchés les phénomènes d’agglomération, de dissolution et de détachement du cluster qui ainsi limiteraient son efficacité catalytique . Des dopages de la surface, tel qu’ils sont réalisables expérimentalement , par l’Azote, le Bore et le Nitrure de Bore, par substitution atomique et avec ou sans considération préalable de lacunes, ont été étudiés. La seconde partie correspond à l’implémentation dans le code GSAM (Global Search Algorithm of Minima - algorithme de recherche globale de minima) développé au laboratoire , , des éléments qui permettent la recherche de structures de plus basse énergie de clusters moléculaires adsorbés sur substrat, tels que les systèmes [H2-Ptn-Graphène dopé] de cet exemple. La troisième partie concerne l’illustration de la fiabilité de la méthode de recherche globale employée et de la qualité de quelques méthodes de calcul de l’énergie moléculaire (DFT et GUPTA) vis-à-vis de résultats mentionnés dans la littérature sur les clusters de Platine. La dernière partie comporte l’investigation structurale des systèmes [H2-Ptn] et [H2-Ptn-Graphène dopé] pour différentes tailles de clusters allant de n=6 à n=20. La variation de l’énergie d’adsorption de H2 sur les clusters libres et supportés ainsi que celle du cluster moléculaire sur le substrat en fonction de la taille est reportée. / A sub-nanometer sized metal cluster consists of only several to tens of atoms. Due to its small size and quantum effects, it can have very specific electronic, optical, magnetic and catalytic properties as compared with their bulk behaviors . From an experimental point of view, it is still a big challenge to realize size-controlled synthesis for (sub) nanoclusters. From a theoretical point of view, benefiting from the development of faster high-performance computational sources, more efficient electronic structure modelling software and more reliable global search methods for the determination of the most stable structures, the chemical and physical properties of clusters can be determinate more accurately. As it is experimentally a big challenge to realize size-controlled synthesis for (sub) nanoclusters, theoretical studies can provide detailed information on their geometric structure, electronic structure, as well as adsorption and reaction properties . The example chosen to be treated in this study is inspired by the fuel cell, in which the Platinum (Pt) is a typical and most commonly used precious metal catalyst for the production of energy by the oxidation of dihydrogene . Graphene is a recently discovered 2D carbon net structure, has several special properties, such as: low weight, high strength, high surface area, high electrical conductivity, etc. With these properties and their novel combinations, graphene might prove a promising candidate to be used as catalyst supports. The first part of this study is devoted to the search of the doping elements which permit both enhance the adsorption capacity of Pt clusters on the surface and prevent their migration. The aim here is propose one substrate which can avoid the problems of cluster agglomeration, dissolution and detachment, which reduce the performance of the catalysts . The ways of doping of the surface, which have already been experimentally realized , such as Nitrogen, Boron, and N-B patches substitution of Carbon atoms with or without introducing the vacancy on the pristine graphene, are studied. The second part corresponds to the implementation of some new features into the code GSAM (Global Search Algorithm of Minima) developed in our laboratory , , , which permit the search of the most stable structures of the molecular clusters adsorbed on substrate, such as the complex systems of [H2-Ptn-doped Graphene]. The third part is to evaluate the reliabilities of the global search method used, as well as the DFT and the empirical (GUPTA) potential energy surface. Thus, the main discussion appears as a comparison with the results of the literature concerning the Pt clusters. The fourth part consists of the structural investigation of [H2-Ptn] and [H2-Ptn-doped Graphene] systems for different sizes of Pt clusters with n=6 to n=20. The variation of the adsorption energy of H2 on the free and supported Ptn clusters, and the adsorption energy of (H2+Ptn) system on the surface with respect to the size of the cluster is discussed.

La part dû au test dans le coût de conception et de fabrication des circuits intégrés ne cesse de croître, d'où la nécessité d'optimiser cette étape devenue incontournable. Dans cette thèse, de nouvelles méthodes d'ordonnancement et de réduction du nombre de tests à effectuer sont proposées. La solution est un ordre des tests permettant de détecter au plus tôt les circuits défectueux, qui pourra aussi être utilisé pour éliminer les tests redondants. Ces méthodes de test sont basées sur la modélisation statistique du circuit sous test. Cette modélisation inclus plusieurs modèles paramétriques et non paramétrique permettant de s'adapté à tous les types de circuit. Une fois le modèle validé, les méthodes de test proposées génèrent un grand échantillon contenant des circuits défectueux. Ces derniers permettent une meilleure estimation des métriques de test, en particulier le taux de défauts. Sur la base de cette erreur, un ordonnancement des tests est construit en maximisant la détection des circuits défectueux au plus tôt. Avec peu de tests, la méthode de sélection et d'évaluation est utilisée pour obtenir l'ordre optimal des tests. Toutefois, avec des circuits contenant un grand nombre de tests, des heuristiques comme la méthode de décomposition, les algorithmes génétiques ou les méthodes de la recherche flottante sont utilisées pour approcher la solution optimale.

La part dû au test dans le coût de conception et de fabrication des circuits intégrés ne cesse de croître, d'où la nécessité d'optimiser cette étape devenue incontournable. Dans cette thèse, de nouvelles méthodes d'ordonnancement et de réduction du nombre de tests à effectuer sont proposées. La solution est un ordre des tests permettant de détecter au plus tôt les circuits défectueux, qui pourra aussi être utilisé pour éliminer les tests redondants. Ces méthodes de test sont basées sur la modélisation statistique du circuit sous test. Cette modélisation inclus plusieurs modèles paramétriques et non paramétrique permettant de s'adapté à tous les types de circuit. Une fois le modèle validé, les méthodes de test proposées génèrent un grand échantillon contenant des circuits défectueux. Ces derniers permettent une meilleure estimation des métriques de test, en particulier le taux de défauts. Sur la base de cette erreur, un ordonnancement des tests est construit en maximisant la détection des circuits défectueux au plus tôt. Avec peu de tests, la méthode de sélection et d'évaluation est utilisée pour obtenir l'ordre optimal des tests. Toutefois, avec des circuits contenant un grand nombre de tests, des heuristiques comme la méthode de décomposition, les algorithmes génétiques ou les méthodes de la recherche flottante sont utilisées pour approcher la solution optimale. / The share of test in the cost of design and manufacture of integrated circuits continues to grow, hence the need to optimize this step. In this thesis, new methods of test scheduling and reducing the number of tests are proposed. The solution is a sequence of tests for early identification of faulty circuits, which can also be used to eliminate redundant tests. These test methods are based on statistical modeling of the circuit under test. This model included several parametric and non-parametric models to adapt to all types of circuit. Once the model is validated, the suggested test methods generate a large sample containing defective circuits. These allow a better estimation of test metrics, particularly the defect level. Based on this error, a test scheduling is constructed by maximizing the detection of faulty circuits. With few tests, the Branch and Bound method is used to obtain the optimal order of tests. However, with circuits containing a large number of tests, heuristics such as decomposition method, genetic algorithms or floating search methods are used to approach the optimal solution.