Les diodes réalisées avec le diamant comme semi-conducteur comportent de nombreuses potentialités dues à sa bande interdite de 5.45 eV. Parmi les principales, il y a le fonctionnement à des températures très supérieures à celles supportées par les autres semi-conducteurs, ainsi qu'une tension de claquage de plusieurs kV. Le but de ce travail est de réaliser des couches de diamant homoépitaxié faiblement dopées bore et préparées avec ajout d'oxygène, adaptées à ces diodes. Des méthodes de caractérisation telles que la spectroscopie Raman et la cathodoluminescence fournissent des informations sur la qualité cristalline des couches et la nature des défauts présents. Une étude de l'optimisation de la gravure par plasma O2 a permis de réaliser des contacts ohmiques sur la couche p+ et des structures mesa. Les caractéristiques de contacts ohmiques Au/Ti et Si/Al/Si et de contacts Schottky Ag/Ti et Ni/Er sont étudiées. La génération et la passivation des défauts révélés ainsi que leur interaction avec la compensation des accepteurs introduits par le bore sont déterminées par des mesures électriques et transitoires.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la diffusion accélérée et transitoire (TED) du bore dans le silicium. Cette diffusion est considérée comme un problème majeur pour la fabrication des jonctions ultra minces. En effet, la miniaturisation incessante des transistors MOS impose, pour les prochaines générations de composants, la diminution de l'extension en profondeur des deux jonctions source et drain jusqu'à quelques dizaines de nanomètres. Ces jonctions sont fabriquées par implantation ionique des dopants suivie d'un recuit thermique d'activation. Dans ces conditions, le dopant bore diffuse de façon accélérée et transitoire de quelques millions de fois à quelques centaines de fois plus vite qu'à l'équilibre thermodynamique alors que des défauts cristallins de plusieurs types se forment et évoluent au cours du recuit.Une première partie de ce mémoire a été dédiée à l'inspection de la forte relation existante entre l'évolution de la TED et l'évolution des défauts étendus (petits clusters, (113) et boucles de dislocation) au cours du recuit thermique. Effectivement, suivant les différentes conditions expérimentales d'implantation ionique (amorphisante ou non) et de recuit thermique, les défauts étendus évoluent de manières différentes mais toujours suivant une croissance de type "Ostwald ripening". Ils évoluent en échangeant des atomes de silicium interstitiels qui sont les principaux responsables de l'accélération de la diffusion. Dés lors, nous avons pu interpréter et comprendre l'évolution de la TED en fonction des paramètres expérimentaux. Ainsi, nous avons montré expérimentalement, et pour la première fois, l'existence d'un gradient d'interstitiels entre la bande des défauts et la surface du substrat.Dans le second volet de ce travail, nous avons utilisé l'ensemble de nos résultats expérimentaux pour améliorer et optimiser un modèle physique permettant de prédire l'évolution de la TED ainsi que la formation et la croissance des défauts étendus. Ce modèle tient compte du processus d'Ostwald ripening et de l'interaction des défauts avec la surface de la plaquette. Enfin, nous avons utilisé la version optimisée du modèle pour des simulations prédictives de la TED et pour d'autres applications qui nous ont permis de comprendre des phénomènes physiques qui ont lieu dans des conditions expérimentales d'intérêt technologique.

Ce travail de thèse est consacré à l'étude de la diffusion accélérée et transitoire (TED) du bore dans le silicium. Cette diffusion est considérée comme un problème majeur pour la fabrication des jonctions ultra minces. En effet, la miniaturisation incessante des transistors MOS impose, pour les prochaines générations de composants, la diminution sont fabriquées par implantation ionique des dopants suivie d'un recuit thermique d'activation. Dans ces conditions, le dopant bore diffuse de façon accélérée et transitoire de quelques millions de fois à quelques centaines de fois plus vite qu'à l'équilibre thermodynamique alors que des défauts cristallins de plusieurs types se forment et évoluent au cours du recuit.Une première partie de ce mémoire a été dédiée à l'inspection de la forte relation existante entre l'évolution de la TED et l'évolution des défauts étendus (petits clusters, (113) et boucles de dislocation) au cours du recuit thermique. Effectivement, suivant les différentes conditions expérimentales d'implantation ionique (amorphisante ou non) et de recuit thermique, les défauts étendus évoluent de manières différentes mais toujours suivant une croissance de type “Ostwald ripening”. Ils évoluent en échangeant des atomes de silicium interstitiels qui sont les principaux responsables de l'accélération de la diffusion. Dés lors, nous avons pu interpréter et comprendre l'évolution de la TED en fonction des paramètres expérimentaux. Ainsi, nous avons montré expérimentalement, et pour la première fois, l'existence d'un gradient d'interstitiels entre la bande des défauts et la surface du substrat.Dans le second volet de ce travail, nous avons utilisé l'ensemble de nos résultats expérimentaux pour améliorer et optimiser un modèle physique permettant de prédire l'évolution de la TED ainsi que la formation et la croissance des défauts étendus. Ce modèle tient compte du processus d'Ostwald ripening et de l'interaction des défauts avec la surface de la plaquette. Enfin, nous avons utilisé la version optimisée du modèle pour des simulations prédictives de la TED et pour d'autres applications qui nous ont permis de comprendre des phénomènes physiques qui ont lieu dans des conditions expérimentales d'intérêt technologique.

LE 8B PRODUIT DANS LE COEUR DU SOLEIL A TRAVERS LA REACTION 7BE(P,) 8B EST LA SOURCE MAJEURE SINON UNIQUE DES NEUTRINOS DE HAUTES ENERGIES DETECTES DANS LA PLUPART DES EXPERIENCES DE DETECTION DES NEUTRINOS SOLAIRES, EXCEPTE GALLEX ET SAGE. CES EXPERIENCES ONT TOUTES MESURE UN FLUX DE NEUTRINOS INFERIEUR A CELUI PREDIT PAR LES MODELES SOLAIRES. PLUSIEURS EXPLICATIONS ONT ALORS ETE INVOQUEES POUR TENTER DE COMPRENDRE CE DEFICIT MAIS TOUTES NECESSITENT UNE CONNAISSANCE PRECISE DE LA VALEUR DE LA SECTION EFFICACE DE LA REACTION 7BE(P,) 8B, PUISQUE LE FLUX DES NEUTRINOS DU 8B EST DIRECTEMENT PROPORTIONNEL A CETTE DERNIERE. LA MESURE DIRECTE DE LA SECTION EFFICACE DE CETTE REACTION A L'ENERGIE SOLAIRE EST IMPOSSIBLE A CAUSE DE SA TRES FAIBLE VALEUR (DE L'ORDRE DU FEMTOBARN). POUR CONTOURNER CE PROBLEME, LES SECTIONS EFFICACES SONT MESUREES A PLUS HAUTE ENERGIE PUIS EXTRAPOLEES A L'ENERGIE SOLAIRE EN UTILISANT UNE DEPENDANCE EN ENERGIE THEORIQUE. LES SIX DETERMINATIONS EXPERIMENTALES PRECEDENTES DE LA SECTION EFFICACE SE DIVISAIENT EN DEUX GROUPES BIEN DISTINCTS PRESENTANT DES ECARTS DE L'ORDRE DE 30%, CE QUI IMPLIQUAIT UNE INCERTITUDE DU MEME ORDRE SUR LE FLUX DES NEUTRINOS DE HAUTES ENERGIES. REMESURER AVEC UNE MEILLEURE PRECISION LA SECTION EFFICACE DE CETTE REACTION EST DONC APPARU TRES IMPORTANT. DANS UN PREMIER TEMPS, NOUS AVONS EFFECTUE DES MESURES DIRECTES DE LA SECTION EFFICACE DE CETTE REACTION DANS LA GAMME D'ENERGIE COMPRISE ENTRE 0.35 ET 1.4 MEV (CM). CES EXPERIENCES ONT FAIT L'OBJET D'UNE MESURE PRECISE DE CHACUN DES PARAMETRES INTERVENANT DANS LA DETERMINATION DE LA SECTION EFFICACE. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS AVONS ENTREPRIS DES MESURES DE LA SECTION EFFICACE AUPRES DE L'ACCELERATEUR PAPAP, A 185.8 KEV, 134.7 KEV ET 111.7 KEV, L'ENERGIE DANS LE CENTRE DE MASSE LA PLUS BASSE JAMAIS ATTEINTE A CE JOUR. LES RESULTATS SONT EN EXCELLENT ACCORD AVEC CEUX OBTENUS A PLUS HAUTES ENERGIES. LA VALEUR TROUVEE POUR LE FACTEUR ASTROPHYSIQUE S 1 7(0), PAR L'EXTRAPOLATION DE NOS DONNEES EST EGALE A 19.21.3 EV-B, CE QUI ENTRAINE UNE REDUCTION SENSIBLE DE L'INCERTITUDE SUR LE FLUX DES NEUTRINOS DE HAUTE ENERGIE DU 8B.

Afin de réaliser des électrodes pour des applications en bioélectroniques, des couches minces polycristallines et homoépitaxiées d'orientations (100) et (111) de diamant dopé bore ont été synthétisées. Celles-ci ont été obtenues par CVD assisté par plasma puis caractérisées par cathodoluminescence, Raman et MEB. Une étude préalable de la biocompatibilité du diamant en fonction de différents paramètres (dopage, rugosité et orientation cristalline) a été réalisée par culture de deux lignées cellulaires : fibroblastes et pré-ostéoblastes. La biotine a été greffée en plusieurs étapes, de manière locale par electrospotting via les sels de diazonium. L'utilisation d'un complexe de ruthénium a permis de démontrer que l'épaisseur du film électrogénéré était maîtrisée par chronopotentiométrie d'après les analyses XPS et électrochimique. Enfin, une nouvelle structure hybride nanotubes de carbone/diamant a été réalisée afin d'utiliser les nanotubes comme bras espaceur pour le greffage de la biotine.

With the advent of the large diameter tunnel boring machine (TBM), mechanically driven large diameter tunnel is becoming a more attractive option. During operation, a large diameter tube allows for stacked deck configuration with shafts dropped to platform level (no station caverns). The extensive information has been compiled on innovative TBM tunneling projects such as the Barcelona Line 9, where the concept of continuous station has been used for the first time, stormwater management and roadway tunnel in Malaysia, where the floodwater bypass tunnel and the road tunnel are incorporated in a single bore tunnel. The decision making process that led to the construction of large bore tunnel is also presented. A detailed study has been carried out to determine the necessary face support pressure in drained conditions (with ideal membrane), and undrained conditions. The effects of tunnel diameter, cover-to-diameter ratio, at-rest lateral earth pressure coefficient, and soil shear strength parameters on the local and global stability of the excavation face of mechanically-driven tunnels have been investigated. The relation between the face support pressure and the calculated tunnel face displacement gave the minimum face support pressure that should be applied on the tunnel face to avoid abrupt movement of the tunnel face. Simple expressions have been developed for the support pressure as a function of tunnel diameter, cover depth, lateral earth pressure coefficient, and soil strength parameters. The required face support pressures are compared to the analytical solutions available from the literature. It has been found that analytical stability solutions generally underestimate the required face support pressure and excessive deformation will take place in the ground near the tunnel heading when these solutions are used. By using plastic limit analysis, a rigid and deformable prism-and-wedge model has been developed; in undrained conditions, upper bound solutions against collapse load are derived for face pressure. Deformable blocks enabled to take into account the effect of non-uniform support pressure due to the unit weight of the supporting medium. The upper bound solution derived as a function of tunnel diameter and cover depth, normalized undrained shear strength ratio, and unit weight of the ground and the supporting medium was compared with a solution available from the literature. Largest face support pressure was obtained when the uniform face support pressure was applied and it was smallest when identical unit weight was used for the ground and the supporting medium. / text

En raison de la miniaturisation des dispositifs pour semi-conducteurs, le caractère aléatoire de la distribution de dopants dans un dispositif devient un paramètre critique pour les performances de ce dernier. Le but de ce travail est de valider une stratégie de dopage du silicium par un positionnement contrôlé de molécules, alternatif aux implantations, afin de limiter la variabilité de la tension de seuil. Nous avons choisi de contrôler la densité des sites et le positionnement des dopants en combinant le contrôle de la densité des sites d'ancrage et l'utilisation de molécules à fort encombrement stérique. Ceci a été réalisé en étudiant dans un premier temps le greffage de bore sur les silanols de silice amorphe partiellement traitée en température, à partir de molécules porteuses présentant des ligands de différentes tailles et des symétries ; le modèle de greffage a pu être déterminé en utilisant différentes techniques analytiques (IR-DRIFT, multi-core SSRMN et analyses élémentaires). L'élimination des ligands par un traitement thermique a permis de réaliser la fixation du Bore sur la silice avec un rendement supérieur à 96%. Cette méthode a été transférée avec succès à des wafers de silicium recouverts de silice native. Le recuit à haute température permettant la redistribution du bore dans le silicium a été ensuite validée par l'analyse VPD-ICPMS de l'oxyde greffé couplées aux mesures de profil de dopant dans le silicium obtenues par TofSIMS. Ce traitement a conduit à définir un procédé optimal par greffage sur silice mince, donnant des concentrations de dopant dans le silicium équivalentes à celles rapportées par la littérature sur silicium désoxydé, et sans passivation additionnelle de silice pour éviter la volatilisation du Bore greffé. En effet, la taille des ligands permet de contrôler la volatilisation du bore pendant recuit. Les analyses électriques par spectroscopie à effet tunnel ont confirmé l'activation électrique du dopant apporté par greffage et diffusé dans le silicium

Cette thèse se place dans le contexte des recherches menées sur l'élaboration de support de haute qualité cristalline pour des applications optoélectronique et piézoélectrique. Les nitrures d'aluminium, AlN, et de bore, BN sont deux matériaux présentant des propriétés physiques intéressantes pour leurs utilisations en tant que substrat et partiellement comme couche active dans de telles applications. Les objectifs de cette thèse étaient de continuer les travaux en cours sur l'hétéroépitaxie d'AlN (avec le mélange H2 - NH3 - AlCl3 en phase gazeuse) sur substrat saphir et silicium, et d'explorer la croissance de BN par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) à haute température avec une chimie chlorée (mélange.H2 - NH3 - BCl3 en phase gazeuse). Des études thermodynamiques ont été menées pour évaluer les équilibres ayant lieu entre la phase gazeuse et les matériaux en présence sur une large gamme de température. Ces premiers résultats ont permis d'en déduire des conditions opératoires favorables afin d'éviter toutes réactions parasites qui nuiraient à la croissance des nitrures. Plusieurs études expérimentales ont été effectuées sur les réacteurs du SIMaP. Une étude de l'influence du ratio N/Al dans la phase gazeuse sur la croissance d'AlN a été entreprise. Par la suite les mécanismes de croissance de ces couches sont expliqués afin de comprendre l'effet de ce paramètre. Suite à cela, des dépôts avec plusieurs étapes de croissances à différente température ont permis l'obtention de couches d'AlN peu fissurées, peu contraintes et avec des qualités cristallines satisfaisantes. Concernant le dépôt de BN, des essais ont été menés sur substrats AlN et métalliques (chrome et tungstène). À haute température (1600 °C), le dépôt sur AlN a permis l'obtention de couche turbostratique peu désorientée. La croissance sur substrats métalliques a été effectuée à basse température, ne favorisant pas l'épitaxie de BN sur ces substrats. Enfin, des comparaisons ont été menées entre température de dépôt, vitesse de croissance des couches et sursaturation de la phase gazeuse, permettant la délimitation de domaine de conditions opératoire où l'épitaxie est favorisée.

L'objectif de cette thèse est d'estimer la capacité du bore et de ses isotopes à évaluer les mécanismes et bilans de l'altération des minéraux dans les sols. Pour ce faire, trois axes ont été développés : 1) une approche expérimentale, durant laquelle un minéral-test (la biotite) est soumis à l'action de différents agents altérants représentatifs de ceux trouvés dans les sols. 2) une approche in-situ dans un sol forestier acide, menée sur des minéraux séparés (biotite, muscovite,feldspath potassique et albite), au cours de leur altération à différentes profondeurs (site de Breuil-Chenue, France). L'objectif de cette étude est de déterminer la sensibilité du bore aux processus de la formation des sols. 3) une seconde approche in-situ sur le même site expérimental, menée cette fois-ci sur les horizons superficiels (horizon A et horizon d'accumulation des oxy-hydroxydes d'aluminium), dont le but est de déterminer la sensibilité du bore et de ses isotopes aux processus liés à la proximité de la végétation (variations saisonnières, proximité des racines). Le bore permet, grâce à sa très grande réactivité durant les mécanismes d'altération par rapport aux éléments majeurs constitutifs du réseau cristallin (observable aussi bien en conditions expérimentales qu'en milieu naturel), de tracer avec une grande sensibilité les mécanismes de dissolution ou de transformation des différents minéraux primaires, et ouvre de nouvelles perspectives quant à la compréhension et la modélisation des sols.

Dans cette thèse, nous décrirons les effets structuraux (structure moyenne et à l'ordre local) engendrés par la substitution de l'aluminium par du bore dans la gehlénite (Ca2Al2-xBxSiO7). Les modifications des environnements atomiques à courtes et moyennes distances ont pu être déterminées grâce à une analyse poussée par diffraction sur poudre et à l'utilisation des dernières techniques de RMN haute résolution en phase solide. La première partie du manuscrit donne une description complète de la structure du minéral non substitué Ca2Al2SiO7. L'ensemble des 7 environnements de l'aluminium a été décrit par une simulation combinée de spectres RMN MAS et MQMAS 27Al acquis à différents champs et attribué à l'aide d'expériences d'édition spectrale. L'existence de liaisons Al-O-Al a été démontrée. Par ailleurs, la détermination de la proportion des unités Q3(2Al) nous a permis d'accéder à l'enthalpie de mise en ordre Al/Si dans ce système. Le mécanisme de substitution Al/B et l'évolution structurale de la solution solide Ca2Al2-xBxSiO7 (0 x 2), synthétisée par cristallisation de verres de même composition, ont été caractérisés par affinements Rietveld de données collectées par diffraction des rayons X et des neutrons. Des observations effectuées par RMN MAS sur les trois noyaux du système (27Al, 29Si et 11B) nous ont permis de compléter ces résultats. Un nouveau borosilicate de calcium de formule CaSi1/3B2/3O8/3, appartenant au diagramme de phase Ca2Al2SiO7-Ca2B2SiO7, a pu être identifié et synthétisé. Sa structure a été déterminée in situ et ab initio en combinant des techniques de diffraction, de microscopie électronique en transmission et de résonance magnétique nucléaire.