Heat dissipation is a critical bottleneck for microelectronic device performance and longevity. At micrometer and nanometer length scales heat carriers scatter at the boundaries of the material reducing its thermal conductivity. Additionally, thermal boundary conductance across dissimilar material interfaces becomes a dominant factor due to the increase in surface area relative to the volume of device layers. Therefore, techniques for monitoring spatially varying temperature profiles, and methods to improve thermal performance are critical to future device design and optimization. The first half of this thesis focused on frequency domain thermoreflectance (FDTR) to measure thermal transport in nanometer-thick polymer films and across an organic-inorganic interface. Hybrid structures of organic and inorganic materials are widely used in devices such as batteries, solar cells, transistors, and flexible electronics. The Langmuir-Blodgett (LB) technique was used to fabricate nanometer-thick polymer films ranging from 2 - 30 nm. FDTR was then used to experimentally determine the thermal boundary conductance between the polymer and solid substrates. The second half of the thesis focused on developing a fundamental understanding of thermal transport in wide-bandgap (WBG) materials, such as GaN, and ultrawide-bandgap (UWBG) materials, such as diamond, to improve thermal dissipation in power electronic devices. Improvements in WBG materials and device technologies have slowed as thermal properties limit their performance. UWBG materials can provide a dramatic leap in power electronics technologies while temporarily sidestepping the problems associated with their WBG cousins. However, for power electronic devices based on WBG- and UWBG-materials to reach their full potential the thermal dissipation issues in these hard-driven devices must be understood and solved. FDTR provides a comprehensive pathway towards fully understanding the physics governing phonon transport in WBG- and UWBG-based devices. By leveraging FDTR imaging and measuring samples as a function of temperature, defect concentration, and thickness, in conjunction with transport models, a well-founded understanding of the dominant thermal-carrier scattering mechanisms in these devices was achieved. With this knowledge we developed pathways for their mitigation.

Analytical modeling of the root cause of cylinder-to-cylinder variation and the impact on CO2 emission caused by the reduction in engine efficiency <br>

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<p dir="ltr">Interconnects pose severe performance bottlenecks in advanced technology nodes due to multiple scaling challenges. To understand such problems and explore potential solutions, it is important to develop advanced models. This is particularly relevant for modern interconnects (especially vias) with complex structures with non- trivial current paths. In this dissertation, we develop a comprehensive physics-based interconnect models to capture surface and grain boundary scattering. We further analyze the circuit implications of 2D transition metal dichalcogenide (TMD)-augmented interconnects, which show potential in mitigating some of the scalability concerns of state-of-the-art interconnects. First, we propose a 2D spatially resolved model for surface scattering in rectangular interconnects based on the Fuchs-Sondheimer (FS) theory. The proposed spatially resolved FS (SRFS) model offers both spatial dependence and explicit relation of conductivity to physical parameters. We also couple the SRFS model with grain boundary scattering based on the Mayadas−Shatzkes (MS) theory. The SRFS-MS model is exact for diffusive surface scattering and offers a good approximation for elastic surface scattering. Furthermore, we develop a circuit-compatible version of the SRFS-MS model and show a close match with the physical SRFS-MS model (error < 0.7%). Moreover, we integrate temperature dependency, confirming that surface scattering has a negligible temperature-dependence. Second, we analyze the circuit implications of 2D TMD augmented interconnects and show the effective clock frequency of an AES circuit is boosted by 2%-32%. We also establish that the vertical resistivity of the TMD material must be below 22 kΩ-nm to obtain performance benefits over state-of-the-art interconnects in the worst-case process-temperature corner.</p>

La présente étude est consacrée à la politique étrangère de l'Azerbaïdjan entre grandes puissances et puissances régionales. Ce pays du Caucase du Sud accédant à l'indépendance en 1991 affirme sa singularité, entre confrontation et coopération avec ses voisins proches ou lointains. La question centrale est donc de savoir comment l'Azerbaïdjan peut justifier et éventuellement renforcer sa présence sur l'échiquier international alors qu'il se trouve au cœur des grands enjeux géopolitiques et économiques. Sa position le place au centre des rivalités entre des puissances telles que la Russie, l'Iran et la Turquie et, au-delà de son voisinage immédiat les États-Unis et l'Union européenne. Le pays est contraint à une politique étrangère équilibrée afin de ne pas s'aliéner les partenaires de l'ouest comme de l'est. Il tente également de tirer profit de l'exploitation des hydrocarbures de la Caspienne en vue de résoudre la question cruciale du conflit du Haut-Karabakh. / This thesis deals with the Azerbaijan policy between great powers and regional powers. Since its independence in 1991 the country of South Caucasus asserted its singularity. It sometimes confronts, sometimes cooperates with its neighbors. The key question is, therefore, how Azerbaijan can justify and possibly strengthen its presence on the international stage as it stands at the heart of great geopolitical and economic issues. Because of its location it is the center of rivalries between powers such as Russia, Iran and Turkey or the United States and the European Union. The country is compelled to a balanced foreign policy not to lose the support of either western or eastern partners. Baku also attempts to use the exploitation of Caspian oil in order resolve the crucial issue of the conflict over Nagorno-Karabakh.

La thèse traite des questions énergétiques et géopolitiques relatives à deux États centre-eurasiatiques, l’Azerbaïdjan et le Turkménistan. Au premier niveau d’analyse, la thèse se concentre sur la place de l’Azerbaïdjan et du Turkménistan dans les rivalités de pouvoirs et les rapports de force régionaux. Elle met en évidence les deux types de compétitions qui existent autour des hydrocarbures de l’Azerbaïdjan et du Turkménistan. Premièrement, il s’agit de la compétition géopolitique qui oppose la Russie, acteur régional à deux acteurs extrarégionaux, les États-Unis et l’Union Européenne. Deuxièmement, il s’agit de la compétition commerciale qui existe entre les sociétés énergétiques, d’une part et d’une autre part, des tensions qui émergent entre les premières et les pouvoirs politiques de leurs pays d’origine. Au second niveau d’analyse, la thèse se focalise sur le rôle de l’Azerbaïdjan et du Turkménistan dans les compétitions régionales. Elle s’intéresse à la façon dont les deux États utilisent leurs ressources énergétiques, leurs positions géographiques et l’environnement géopolitique pour promouvoir leurs intérêts de politique étrangère. La thèse explore cette situation par le prisme du Nouveau Grand Jeu. Ce concept y est employé pour souligner les antagonismes existants entre les puissances régionales et extrarégionales au sujet du transport des hydrocarbures de l’Azerbaïdjan et du Turkménistan. La chronologie de la thèse s’étend sur la période comprise entre le moment de la chute de l’URSS et le présent. Cette période est structurée en deux étapes comprenant les années 1991-2006 et 2006-2013 qui sont désignées comme l’âge du pétrole et respectivement, l’âge du gaz. / This dissertation focuses on the energy and geopolitical issues of two Central-Eurasian countries, Azerbaijan and Turkmenistan. At the first level of analysis, the dissertation looks at the place of Azerbaijan and Turkmenistan in the great power rivalries in Central Eurasia. It emphasizes the existence of two types of competition over the energy resources of these two post-soviet countries. Firstly, it analyzes the geopolitical competition among regional and extra-regional actors, Russia, the United States and the European Union. Secondarily, the dissertation emphasizes the commercial competition among major international energy companies. It also identifies the existing tensions between these multinational actors and the political authorities in their home countries. At the second level of analysis, the dissertation is focused on the role played by Azerbaijan and Turkmenistan in the geopolitical and commercial rivalries. The dissertation analyzes the way that the two countries use their energy resources, geographical positions and sensitive geopolitical context in order to promote and defend their foreign policy interests. The dissertation looks at this complex situation through the lens of the New Great Game. This concept is used with a view to underlining the antagonism between regional and extra-regional powers regarding the oil and gas export routes of Azerbaijan and Turkmenistan. In terms of chronology, the dissertation covers the period from the collapse of the USSR until the present day. This period is divided into two so-called epochs: the Age of Oil (1991-2006) and the Age of Gas (2006-present day).

Les procédés bipolaires semi-conducteurs complémentaires à oxyde de métal (BiCMOS) peuvent être considérés comme étant la solution la plus généralepour les produits RF car ils combinent la fabrication sophistiquée du CMOSavec la vitesse et les capacités de conduction des transistors bipolaires silicium germanium(SiGe) à hétérojonction (HBT). Les HBTs, réciproquement, sontles principaux concurrents pour combler partiellement l'écart de térahertzqui décrit la plage dans laquelle les fréquences générées par les transistors etles lasers ne se chevauchent pas (environ 0.3 THz à 30 THz). A_n d'évaluerles capacités de ces dispositifs futurs, une méthodologie de prévision fiable estsouhaitable. L'utilisation d'un ensemble hétérogène d'outils et de méthodes desimulations permet d'atteindre successivement cet objectif et est avantageusepour la résolution des problèmes. Plusieurs domaines scientifiques sont combinés, tel que la technologie de conception assistée par ordinateur (TCAO),la modélisation compacte et l'extraction des paramètres.Afin de créer une base pour l'environnement de simulation et d'améliorerla confirmabilité pour les lecteurs, les modèles de matériaux utilisés pour lesapproches hydrodynamiques et de diffusion par conduction sont introduits dèsle début de la thèse. Les modèles physiques sont principalement fondés surdes données de la littérature basées sur simulations Monte Carlo (MC) ou dessimulations déterministes de l'équation de transport de Boltzmann (BTE).Néanmoins, le module de TCAO doit être aussi étalonné sur les données demesure pour une prévision fiable des performances des HBTs. L'approchecorrespondante d'étalonnage est basée sur les mesures d'une technologie depointe de HBT SiGe pour laquelle un ensemble de paramètres spécifiques àla technologie du modèle compact HICUM/L2 est extrait pour les versionsdu transistor à haute vitesse, moyenne et haute tension. En s'aidant de cesrésultats, les caractéristiques du transistor unidimensionnel qui sont généréesservent de référence pour le profil de dopage et l'étalonnage du modèle. Enélaborant des comparaisons entre les données de références basées sur les mesureset les simulations, la thèse fait progresser l'état actuel des prévisionsbasées sur la technologie CAO et démontre la faisabilité de l'approche.Enfin, une technologie future de 28nm performante est prédite en appliquantla méthodologie hétérogène. Sur la base des résultats de TCAO, leslimites de la technologie sont soulignées. / Bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS) processescan be considered as the most general solution for RF products, as theycombine the mature manufacturing tools of CMOS with the speed and drivecapabilities of silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistors(HBTs). HBTs in turn are major contenders for partially filling the terahertzgap, which describes the range in which the frequencies generated bytransistors and lasers do not overlap (approximately 0.3THz to 30 THz). Toevaluate the capabilities of such future devices, a reliable prediction methodologyis desirable. Using a heterogeneous set of simulation tools and approachesallows to achieve this goal successively and is beneficial for troubleshooting.Various scientific fields are combined, such as technology computer-aided design(TCAD), compact modeling and parameter extraction.To create a foundation for the simulation environment and to ensure reproducibility,the used material models of the hydrodynamic and drift-diffusionapproaches are introduced in the beginning of this thesis. The physical modelsare mainly based on literature data of Monte Carlo (MC) or deterministicsimulations of the Boltzmann transport equation (BTE). However, the TCADdeck must be calibrated on measurement data too for a reliable performanceprediction of HBTs. The corresponding calibration approach is based onmeasurements of an advanced SiGe HBT technology for which a technology specific parameter set of the HICUM/L2 compact model is extracted for thehigh-speed, medium-voltage and high-voltage transistor versions. With thehelp of the results, one-dimensional transistor characteristics are generatedthat serve as reference for the doping profile and model calibration. By performingelaborate comparisons between measurement-based reference dataand simulations, the thesis advances the state-of-the-art of TCAD-based predictionsand proofs the feasibility of the approach.Finally, the performance of a future technology in 28nm is predicted byapplying the heterogeneous methodology. On the basis of the TCAD results,bottlenecks of the technology are identified. / Bipolare komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter (BiCMOS) Prozesse bietenhervorragende Rahmenbedingungen um Hochfrequenzanwendungen zurealisieren, da sie die fortschrittliche Fertigungstechnik von CMOS mit derGeschwindigkeit und Treiberleistung von Silizium-Germanium (SiGe) Heterostruktur-Bipolartransistoren (HBTs) verknüpfen. Zudem sind HBTs bedeutendeWettbewerber für die teilweise Überbrückung der Terahertz-Lücke, derFrequenzbereich zwischen Transistoren (< 0.3 THz) und Lasern (> 30 THz).Um die Leistungsfähigkeit solcher zukünftigen Bauelemente zu bewerten, isteine zuverlässige Methodologie zur Vorhersage notwendig. Die Verwendungeiner heterogenen Zusammenstellung von Simulationstools und Lösungsansätzenerlaubt es dieses Ziel schrittweise zu erreichen und erleichtert die Fehler-_ndung. Verschiedene wissenschaftliche Bereiche werden kombiniert, wie zumBeispiel der rechnergestützte Entwurf für Technologie (TCAD), die Kompaktmodellierungund Parameterextraktion.Die verwendeten Modelle des hydrodynamischen Simulationsansatzes werdenzu Beginn der Arbeit vorgestellt, um die Simulationseinstellung zu erläuternund somit die Nachvollziehbarkeit für den Leser zu verbessern. Die physikalischenModelle basieren hauptsächlich auf Literaturdaten von Monte Carlo(MC) oder deterministischen Simulationen der Boltzmann-Transportgleichung(BTE). Für eine zuverlässige Vorhersage der Eigenschaften von HBTs muss dieTCAD Kon_guration jedoch zusätzlich auf der Grundlage von Messdaten kalibriertwerden. Der zugehörige Ansatz zur Kalibrierung beruht auf Messungeneiner fortschrittlichen SiGe HBT Technologie, für welche ein technologiespezifischer HICUM/L2 Parametersatz für die high-speed, medium-voltage undhigh-voltage Transistoren extrahiert wird. Mit diesen Ergebnissen werden eindimensionaleTransistorcharakteristiken generiert, die als Referenzdaten fürdie Kalibrierung von Dotierungspro_len und physikalischer Modelle genutztwerden. Der ausführliche Vergleich dieser Referenz- und Messdaten mit Simulationengeht über den Stand der Technik TCAD-basierender Vorhersagenhinaus und weist die Machbarkeit des heterogenen Ansatzes nach.Schlieÿlich wird die Leistungsfähigkeit einer zukünftigen Technologie in28nm unter Anwendung der heterogenen Methodik vorhergesagt. Anhand derTCAD Ergebnisse wird auf Engpässe der Technologie hingewiesen.