Th.--Sci. phys.--Grenoble--I.N.P., 1977. N°: DE 26.

Th. doct.-ing.--Métal--Grenoble--I.N.P.G., 1982. N°: DI 289.

Th. 3e cycle--Énerg. phys.--Grenoble--I.N.P., 1982. N°: D3 174. / Extr. en partie du Journal de Physique. Lettres, 43, 1982, L801-L807.

Th.--Sci. phys.--Grenoble 1, 1981. N°: 144.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Le travail de cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement de la technologie BiCMOS055 en plateforme 300 mm, première technologie BiCMOS en nœud 55 nm au monde, avec des fréquences caractéristiques fT / fMAX = 320 / 370 GHz. Une première partie présente l’étude de différentes solutions visant à réduire la résistance de base extrinsèque de l’architecture DPSA-SEG afin d’améliorer la fréquence maximale d’oscillation fMAX. Nous montrons alors que changer la nature des matériaux n’apporte pas d’amélioration, mais que l’ajout de différents recuits après réalisation de la base intrinsèque permet d’augmenter significativement les performances du transistor tout en restant compatible avec les transistors MOS. La seconde partie de ce travail s’est attachée à démontrer les potentialités d’un transistor avec un module collecteur totalement implanté, où couche enterrée et tranchées d’isolation profondes ont été retirées. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible, en optimisant le dessin des structures, d’obtenir des fT et fMAX atteignant respectivement 96% et 91% des paramètres de la technologie de référence. Enfin la dernière partie présente l’étude de l’impact des interconnexions métalliques sur les paramètres électriques du transistor sous-jacent. Il en ressort que la contrainte mécanique a un impact significatif, mais que les interconnexions influencent peu le comportement thermique du composant. / This work was carried out during BiCMOS055 technology development in 300 mm platform, the first one worldwide in node 55 nm, with frequencies as high as fT = 320 GHz and fMAX = 370 GHz. First we present the study of different solutions to reduce the extrinsic base resistance in DPSA-SEG architecture to improve the maximum oscillation frequency fMAX. We show then that changing material properties does not provide any improvement, but the insertion of dedicated anneals after the intrinsic base formation significantly increases the transistor performance while being compatible with MOS devices. In a second part, we demonstrate the potentialities of a low-cost transistor with a fully implanted collector, removing the buried layer and deep trench isolations. It has been shown it is possible to reach 96% fT and 91% fMAX with adequate structures layout, compared to the reference technology parameters. In the last part we analyze the impact of back-end-of-line connections on the bipolar device right below: the main effect is created by residual stress in the metal lines transferred into the device itself; the thermal study showed little influence of the back-end-of-line stack.

Th.--Sci. phys.--Grenoble 1, 1978. N°: 86.

La compréhension des effets du grenaillage ultrasonore sur l’intégrité de surface des composants métalliques représente un enjeu industriel important. Dans le cadre de cette thèse, une modélisation physique multi-échelle de la plasticité cristalline à la DEM (Discrete Element Model) a été développée. Le grenaillage ultrasonore consiste à mettre en mouvement des billes à l’intérieur d’une enceinte par vibration de la sonotrode. Les impacts répétés sur le matériau entraînent un écrouissage en surface, l’établissement de contraintes résiduelles de compression et la formation d’une couche nanostructurée. L’objectif de cette thèse est d’obtenir une meilleure compréhension des mécanismes conduisant à ces modifications sur un alliage à base nickel. Le mouvement des billes obtenu par DEM est relié aux modifications de la microstructure sous impacts via un modèle éléments finis utilisant une loi de plasticité cristalline. Après validation de chaque étape par des mesures expérimentales, le modèle a permis d’étudier l’effet de la quantité de billes utilisées dans le procédé. Ainsi, un nombre croissant de billes induit une augmentation d’impacts en biais de faible vitesse permettant de concentrer les contraintes résiduelles de compression en extrême surface. De plus, les simulations multi-impacts utilisant une loi de plasticité cristalline ont montré que ces impacts en biais engendraient une densité totale de dislocations et un niveau de désorientations élevées pouvant expliquer la fragmentation des grains et la nanostructuration de la surface. Enfin, ces modifications de la microstructure, visibles jusqu’à 300 µm de profondeur, sont en accord avec les profils de dureté obtenus par nano-indentation et les profils de désorientation issus de l’analyse EBSD (Electron BackScatter Diffraction). / Ultrasonic shot peening is widely used to improve mechanical properties of metallic components. Mastering the effects of this surface treatment is a major industrial issue. A physical multi-scale modelling based on crystal plasticity and DEM (Discrete Element Model) was developed in this PhD thesis. This process is performed in a closed chamber where spherical balls are moved by sonotrode vibration. Thousands of impacts induce hardening, residual compressive stress and microstructure modification leading to a nanostructured layer. The aim of this work was to improve our understanding of the mechanisms occurring during this process on nickel-based alloys. Ball motion was computed by DEM and linked to microstructure modifications induced by impacts through a crystal plasticity finite element model. Experimental analyses were performed in order to validate each step of the multi-scale modelling. Then the model was applied to investigate ball quantity effects on peened surface modification. Increasing the number of balls created a larger quantity of low speed oblique impacts which concentrated the residual compressive stress near the surface. Furthermore multi-impacts performed with a crystal plasticity law showed oblique impacts enhanced dislocation storage and disorientations within grains, which could explain the nanostructuration of the peened surface. Moreover, the numerical microstructure modification, observed up to 300 µm in depth, was in agreement with hardness profiles obtained by nanoindentation and disorientation profiles measured by EBSD (Electron BackScatter Diffraction) analysis.

Les alliages d'aluminium utilisés dans le secteur aéronautique sont sensibles à la corrosion. Une protection de ces pièces peut être assurée grâce à l'élaboration de films anodiques colmatés, le colmatage avec un sel de Cr(VI) garantissant jusqu'à présent les meilleures propriétés de tenue à la corrosion. Toutefois, les composés à base de chrome Cr(VI), classés CMR, sont en passe d'être totalement interdits par la directive environnementale REACH, ce qui conduit les industriels à développer de nouveaux procédés alternatifs. Or, une revue bibliographique a mis en évidence que les procédés existants sont empiriques et qu'il existe des lacunes dans la compréhension des mécanismes de colmatage. L'objectif de cette thèse a donc consisté à identifier les facteurs conditionnant le colmatage, notamment la pénétration du solvant et des sels dans les pores, en relation avec les caractéristiques chimiques et microstructurales des films anodiques non colmatés. Les caractéristiques du film anodique non colmaté ont été tout d'abord amplement étudiées, notamment par des techniques innovantes. La tortuosité a ainsi été évaluée pour la première fois quantitativement, par MEB-FEG et BET, en fonction de la nature de l'alliage. Des mesures dynamiques de mouillabilité ont révélé par ailleurs qu'une tortuosité importante peut constituer une limitation pour la pénétration du solvant lors du colmatage. La caractérisation des charges de surface du film anodique non colmaté a indiqué en outre que les interactions avec les cations du bain de colmatage sont défavorables (répulsions) en milieu acide, sauf à un pH donné, pour lequel la charge globale s'annule. Après différents colmatages, les modifications des revêtements ont été étudiées en termes de composition chimique, de charges superficielles et de morphologie, ce qui a permis de proposer des mécanismes réactionnels. En particulier, pour le nouveau procédé de colmatage, il a été montré que ce n'est qu'à l'issue de la seconde étape de colmatage que le revêtement constitue une barrière à la pénétration d'un électrolyte agressif. Enfin, l'impact des différentes étapes de colmatage a été analysé au regard du comportement en corrosion, en fatigue et en fatigue-corrosion. / Aluminum alloys used in the aeronautic field are subject to corrosion. Sealed anodic films act as an efficient solution for the protection of aircraft parts, sealing using hexavalent chromium salts providing the best anticorrosion behavior so far. However, REACH environmental law leads to totally ban chromium (VI) based compounds which are CMR, thus forcing surface finishers to develop new alternative processes. A review has firstly shown that existing processes are mainly empirical and sealing mechanisms are far from being fully understood. So, this thesis aims at identifying sealing key factors that especially drive solvent and penetration into pores of the porous anodic film. Secondly, chemical and microstructural characteristics of unsealed anodic film have been widely studied, especially using innovative techniques. For instance, tortuosity was quantitatively evaluated for the first time, by FEG-SEM and BET analysis, as a function of the alloy nature, while wettability measurements have revealed that a high tortuosity limits water penetration during sealing. Surface charges characterization has also highlighted that working in acidic conditions has usually an adverse effect on interactions between film and cations, except for a special pH value for which global charge becomes zero. Thirdly chemical composition, superficial charges and morphology modifications of the coatings have been studied at each step of sealing, allowing to propose reactional mechanisms. In particular, it is only after the second step of the new sealing process, that the coating becomes an effective barrier against aggressive electrolyte. Finally, the impact of the different sealing treatments on corrosion, fatigue and fatigue-corrosion behaviors has been pointed out.

Th.--Sci. phys.--Paris 6, 1977.