La vie dans la société contemporaine a changé énormément depuis l’invention du premier transistor électronique en 1947. L’apparition des transistors a permis la miniaturisation de systèmes électroniques de toute sorte dont la performance des transistors est aussi un aspect essentiel. Présentement, dans les marchés de semi-conducteurs à forte puissance et dans le secteur des technologies de l’information et des communications (TIC), les transistors GaN (Eg = 3,42 eV) présentent des avantages par rapport à leurs concurrents en Si et en GaAs pour les applications d’amplificateurs de puissance RF, la rectification et la commutation à forte puissance. La densité de puissance atteinte par les transistors GaN à effet de champ à haute mobilité (GaN-HEMTs) a dépassé 40 W∙mm[indice supérieur -1] à 4 GHz [Wu, Y.F. et al 2006]. Cependant, la génération de chaleur dans le canal provoque une augmentation de la température du semi-conducteur (autoéchauffement) qui provoque à la fois une diminution de la mobilité des électrons, ce qui va diminuer la performance du dispositif. Si la température du dispositif dépasse certaines limites, le dispositif risque de se dégrader de façon permanente avec un impact négatif sur la fiabilité [Nuttinck, S. et al., 2003]. Ainsi, il est très important de déterminer de façon fiable la température du canal dans les conditions réelles de fonctionnement pour modéliser le comportement des composants et pour obtenir les niveaux de performance et de fiabilité requises pour le progrès de cette technologie prometteuse. Ce projet vise au développement d’une nouvelle méthode de mesure de la température du canal des HEMTs AlGaN/GaN par contact direct avec les dispositifs, qui soit pratique et ne demande pas des systèmes sophistiqués ni dispendieux. Ainsi, on a réalisé la conception, la fabrication et la caractérisation d’une µRTD prototype potentiellement intégrable dans les dispositifs HEMT GaN. On a obtenu des capteurs qui fonctionnent de façon quasi linéaire dans une portée de températures de 25 à 275 °C et potentiellement au-delà de ces limites. On a réalisé des échantillons de transistors GaN avec des µRTDs intégrés, on a développé des dispositifs auxiliaires pour la calibration de µRTDs et pour la réalisation des mesures de température de canal (Tch) sous plusieurs conditions de polarisation. Dans un échantillon prototype, les valeurs de Tch mesurées avec le µRTD sont en accord avec des simulations 3D à éléments finis à plusieurs conditions de polarisation d’un dispositif sans-grille. Les mesures montrent des effets négligeables de perturbation électrique entre le dispositif et la µRTD [Arenas, O., et al., 2014 A]. Sur des échantillons de deuxième génération, on a mesuré la T[indice inférieur ch] d’HEMTs GaN sous plusieurs conditions de polarisation sur substrats en SiC et en saphir pour obtenir une carte Ids-Vds-Tch pour chaque dispositif [Arenas, O., et al., 2014 B]. Ainsi, les résultats obtenus démontrent que l’on peut mesurer la Tch d’un HEMT GaN polarisé en DC avec un µRTD avec peu d’interférence électrique et peu de perturbation thermique sans avoir besoin d’équipements sophistiqués ni onéreux. À l’avenir la méthode proposée peut potentiellement être appliquée sur dispositifs de plus petite taille si l’on utilise des technologies de fabrication basées sur la lithographie par faisceau d’électrons. Ainsi, elle pourra bientôt être disponible dans les plaques des dispositifs de production et de recherche.

Les élévations de température à proximité des pièces en élastomères automobiles rendent insuffisantes les méthodes expérimentales actuellement utilisées pour dimensionner ces pièces. Ainsi, il est essentiel de mettre au point une nouvelle approche, tant expérimentale que numérique, permettant d'estimer la durée de vie d'une structure en élastomère soumise à la fois à une histoire de chargement thermique et de chargement mécanique. Le matériau d'étude est un caoutchouc naturel chargé au noir de carbone. Ce matériau présente deux caractéristiques importantes à prendre en compte dans le cadre de cette étude. D'une part, en raison de son comportement hystérétique, il a la propriété de s'échauffer sous l'effet d'une sollicitation mécanique ; ainsi la température du matériau ne dépend pas uniquement des conditions aux limites thermiques mais également mécaniques. D'autre part, sa tenue en endurance se dégrade notablement lorsque la température augmente. L'objectif du travail de thèse est de proposer des méthodes d'estimation de la durée de vie pour la fatigue thermomécanique des élastomères. Afin de répondre à cet objectif, nous caractérisons tout d'abord les histoires de chargement mécanique et thermique en tenant compte des couplages thermomécaniques. En particulier, nous étudions le comportement thermomécanique cyclique, et développons une méthode d'estimation simple et robuste de la température d'autoéchauffement. Cette méthode est fondée sur un couplage thermomécanique faible, une estimation des sources de chaleur et un problème thermique homogénéisé en temps incluant les effets des grandes déformations. Afin de bâtir un modèle de fatigue thermomécanique, nous caractérisons l'endurance du matériau d'étude à partir de courbes de Wöhler et de renforcement à plusieurs températures. Nous discutons de l'hypothèse de cumul linéaire d'endommagement par fatigue (règle de Miner) pour des sollicitations thermomécaniques.

Les semi-conducteurs à base de composés III-V de type GaN présentent de nombreux avantages – liés essentiellement à leur grande bande interdite - par rapport aux semi-conducteurs traditionnels Si, ou III-V des filières GaAs. De plus, il est possible de former, comme pour les semi-conducteurs traditionnels III-V des hétérojonctions de type HEMT (High Electron Mobility Transistor) AlGaN/GaN permettant d'obtenir à la fois une forte densité de porteurs confinés à l'hétérojonction et des mobilités électroniques élevées. Ces composants sont à l'heure actuelle les candidats les plus prometteurs pour des applications hyperfréquences de puissance. Cependant, l'échauffement observé au cours du fonctionnement et les différentes étapes de réalisation des composants ont un impact anormal sur les performances intrinsèques du composant. La microspectrométrie Raman est une technique nondestructive et sans contact avec une résolution spatiale submicronique, adaptée à l'étude des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement. L'utilisation de différentes longueurs d'onde excitatrices visible et UV permet de sonder les hétérostructures à différentes profondeurs de pénétration. Les informations obtenues avec cette technique d'analyse sont la composition de l'hétérostructure, les contraintes entre les différentes couches, la résistance thermique aux interfaces, la qualité cristalline des différentes couches, le dopage et le comportement thermique des différentes couches. Le développement d'un système de microspectrométrie Raman UV résolue en temps a permis d'analyser le comportement thermique transitoire des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement et plus particulièrement dans la zone active du composant.