Nous étudions ici le comportement non-linéaire d’un photoconducteur utilisé pour l’échantillonnage hyperfréquence. L’absorption optique dans ces photoconducteurs est optimisée grâce à l’utilisation d’une cavité résonante. Nous avons tout d’abord procédé à un travail de caractérisation de photoconducteurs avec différentes propriétés géométriques (diamètre, épaisseur de cavité) et matériau, (temps de vie des porteurs) pour en extraire l’influence de ces paramètres sur les performances en échantillonnage. Nous avons ensuite développé un modèle optoélectronique basé sur la caractéristique courant-tension et le modèle empirique de dérive des porteurs de charge de Canali avec une approche quasi-statique. Ce modèle nous a permis d’isoler certaines caractéristiques du photoconducteur susceptibles d’être la source des harmoniques. Une nouvelle structure de photoconducteur a été développée dans l’objectif de pallier à ces imperfections. Les résultats expérimentaux montrent une symétrisation de la caractéristique courant-tension et une réduction de plus de 20 dB des harmoniques d’ordre paire qui y est associée. Une réduction notable de la capacité est également réalisée ce qui augmente la fréquence de coupure du composant. / This thesis aims to study the nonlinear behavior of a photoconductor used as a microwave sampler. These photoconductors optimize the optical absorption thanks to a Fabry-Pérot resonant cavity. We first carried out a characterization work of photoconductors with different geometrical properties (diameter, cavity thickness) and material (carriers lifetime) to extract the influence of these parameters on the sampling performance. We then developed an optoelectronic model based on the current-voltage characteristic and the empirical Canali’s charge carriers drift model with a quasi-static approach. This model allowed us to isolate some characteristics of the photoconductor that could be the source of the harmonics. A new photoconductor structure has been developed in order to overcome these imperfections. The results of measurements show a symmetry of the current-voltage characteristic which results in a reduction of 20 dB of the even-order harmonics. A significant reduction in the capacity is also achieved which increases the cut-off frequency of these devices.

Dans la chaîne de fabrication des produits plats sidérurgiques, les brames sont des produits semi-finis sortant de la coulée continue, se présentant sous la forme de parallélépipèdes d'acier de 150 à 320 mm d'épaisseur qui devront passer dans le laminoir à chaud afin de réduire leur épaisseur à quelques millimètres pour être enfin enroulées en bobines de tôle. Pour permettre les importantes déformations du laminage, les brames doivent entrer dans le laminoir à une température comprise entre 800 et 1200°C; elles sont amenées à cette température en traversant un four de réchauffage où leurs faces supérieure et inférieure sont chauffées par des brûleurs de différents types, parmi lesquels figurent des brûleurs à longueur de flamme réglable, qui doivent permettre une variation, en cours de fonctionnement, de la longueur de la flamme générée par le brûleur afin d'adapter le profil de transfert de chaleur aux caractéristiques géométriques du produit à réchauffer. Ce travail a permis de caractériser le fonctionnement et les performances d'un tel brûleur, en particulier de déterminer la réglabilité effective de la longueur de flamme en fonction des conditions opératoires, ainsi que d'établir l'utilité de la modulation de flamme pour le procédé de chauffage en mesurant les effets de cette variation sur le profil de flux de chaleur transmis à la charge. Les conséquences de ces modifications sur la stabilité de la combustion et sur les quantités de polluants émis, en l'occurrence sur les émissions d'oxydes d'azote (NOx), ont également été examinées. Les performances du brûleur à longueur de flamme variable ont été étudiées par le biais de mesures réalisées sur une unité pilote à échelle réduite, conçue et réalisée au cours de ce travail. La détermination de la longueur de flamme a été réalisée par la mesure de l'émission de chimiluminescence du radical $OH$ tandis que la mesure du profil de flux radiatif incident sur la charge a mis en évidence que les transferts de chaleur au sein du four n'étaient que faiblement modifiés par les variations de longueur de la flamme. Les résultats expérimentaux ont également montré que la forme de la flamme n'influençait pas de manière significative le niveau d'émissions de NOx à la sortie du four. Cette approche a été complétée par une démarche de simulation numérique détaillée de l'équipement à l'aide d'un code commercial de CFD (pour Computational Fluid Dynamics) permettant de résoudre les équations différentielles de l'aéro-thermochimie (écoulement, turbulence, combustion et transfert de chaleur) dans le four. La comparaison des données numériques et expérimentales a permis de valider les résultats de simulation et d'établir leur sensibilité aux hypothèses des modèles utilisés. Elle a montré que la prédiction de la forme de la flamme était principalement conditionnée par les paramètres cinétiques du modèle de combustion plutôt que par le choix des modèles de turbulence et de rayonnement; elle a en outre établi que les niveaux d'émissions d'oxydes d'azote de l'ensemble des flammes modélisées ne pouvaient être calculés correctement par des modèles simples de combustion et de production de NOx. Ce travail s'inscrit dans le contexte de recherches réalisées en collaboration avec l'Agence Internationale de l'Energie, portant sur l'étude des phénomènes liés à la combustion du gaz naturel dans des brûleurs alimentés en air préchauffé; il a bénéficié du soutien financier de la Région Wallonne pour l'acquisition des outils expérimentaux et numériques utilisés au cours de cette étude.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

La taille du transistor MOS ne cesse de diminuer pour des questions de performance et de rentabilité de fabrication. Les procédés de fabrication évoluent, l'architecture se complexifie et les méthodologies d'extraction de paramètres électriques doivent être adaptées. C'est ainsi que dans un premier temps, les effets d'un recuit haute pression sous atmosphère hydrogène (HPH2) ou deutérium (HPD2) sur le transistor MOS sont étudiés en détail dans cette thèse. La comparaison des performances apportées en termes de transport électronique et de dégradations engendrées en fiabilité a permis de montrer que le HPD2 présente un meilleur compromis. Une étude des effets d'un canal silicium-germanium (SiGe) sur les performances des transistors MOS est ensuite réalisée. L'incorporation du SiGe a permis d'atténuer l'impact négatif sur les performances des charges contenues dans l'empilement de grille. La présence de ces charges est d'ailleurs confirmée par l'analyse des effets néfastes d'un oxyde de grille à haute permittivité, utilisé entre autre pour faciliter la miniaturisation. Dans un deuxième temps, la « fonction Y » a été étendue en régime de saturation afin d'extraire la vitesse de saturation qui est un indicateur de performance obtenu dans les mêmes conditions que le courant ION. En outre, la problématique liée à l'extraction de la charge d'inversion sur des transistors courts et à forte tension de drain VD a été résolue grâce à des mesures à hautes fréquences réalisées sur une structure deux ports. Ceci a rendu possible l'obtention de la mobilité effective, de la vitesse moyenne et de la vitesse limitante sur des transistors déca-nanométriques. / The MOS gate length is continuously downscaling because of the need of higher performance and cost-effectiveness. In addition to the fabrication process, the device architecture is being more and more complex and parameters extraction need to be adapted. First in this thesis, the effects of high pressure final anneal with hydrogen (HPH2) or deuterium (HPD2) on MOSFET properties is investigated. The transport performances and reliability degradation comparison allow to consider HPD2 as a good compromise. The effect of a silicon-germanium (SiGe) channel is also studied. It is demonstrated that SiGe channel decreases defects located in the high-κ gate stack. The presence of these defects is confirmed by the study of the negative effects of a high-k as a gate oxide. Secondly, the “Y function” method is extended to the saturation regime to reliably extract saturation velocity, obtained in the same conditions as ION current. The problematic due to inversion charge estimation in short devices is solved using high frequency measurements with a two ports structure. Then, effective mobility, average velocity and limiting velocity are obtained in ultra-scaled devices.

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Le silicium poreux est un matériau qui est actuellement utilisé dans de nombreux domaines, tels que la biologie ou la microélectronique, grâce à ses propriétés remarquables. De nombreuses applications sont étudiées au sein du laboratoire GREMAN, telles que la fabrication de vias électrique ou de capacités 3D. Le matériau étudié au sein de cette thèse est du mésoporeux, qui est utilisé comme substrats dans les applications RF. La caractérisation non destructive de ce matériau est encore limitée, soit selon l’épaisseur de la couche poreuse, soit selon la taille des pores. Cela limite ainsi l’industrialisation des procédés de fabrication de silicium poreux. Une technique ultrasonore de caractérisation est proposée dans cette thèse afin de permettre un suivi de la gravure in situ et en temps réel. Ainsi les variations de gravure peuvent être contrôlées. / Porous silicon is a material that is currently used in many fields such as biology and microelectronics, thanks to its remarkable properties. Non-destructive characterization of this kind of material is still limited, mostly due to thickness of porous layer and pore size. The aim of this work is the development of an ultrasonic characterization method to allow monitoring of in situ etching in real time. First, the study of electrochemical etching and tanks where it is made to have the estimated microgeometric parameters of the porous layer. Through knowledge of the pore size and orientation, the mechanical constants md the values of permeability and tortuosity are estimated. Second, propagation of the ultrasonic waves within the material bi-porous Si-Si layer is examined. Modelling of the porous i layer is performed through the Biot model to estimate the longitudinal speed to calculate the theoretical spectrum transmission through the etched wafer. A measurement using an insertion-substitution method allows a determination of transmission spectrum. The parameters of the porous layer (thickness and porosity ) are determined by an inverse problem resolution, based on a genetic algorithm. A comparison with destructive measurements shows the interest of the ultrasonic measurement.

Au cours de cette étude, une méthode inédite de fonctionnalisation chimique de la matière lignocellulosique a été développée. Des groupes acyles de taille et de fonctionnalité variées ont ainsi été greffés à l’intérieur du bois, grâce à une réaction de transestérification entre les esters d’énol et les groupes hydroxyles des polymères lignocellulosiques. Les greffages ont été confirmés grâce aux spectroscopies infrarouge et RMN du 13C en phase solide. La stabilité dimensionnelle du bois acétylé à partir de l’acétate de vinyle ainsi que sa résistance aux attaques fongiques a été également évaluée, de même que la photostabilité du bois estérifié à partir des esters de vinyle aromatiques. / Abstract

Les structures étudiées sont des tubes en fibres de verre ou de carbone imprégnés de résine époxy et mis en oeuvre par enroulement filamentaire. Ces tubes sont immergés à différentes températures et on étudie leur comportement hygro-thermo-mécanique à l’aide d’essais de caractérisation et de modélisations tenant compte de différents schémas de diffusion. En premier lieu, la morphologie du matériau est analysée par microscopie et microtomographie aux rayons X. Elle révèle des porosités parfois importantes qui influent sur la cinétique de diffusion des matériaux. Une caractérisation mécanique à l’aide d’essais sur tubes sollicités en pression avec et sans effet de fond permet de mettre en évidence une grande variabilité du champ de déformation à la surface des tubes. En complément, des analyses par DMA permettent de quantifier l’effet du vieillissement sur les propriétés mécaniques des matériaux. Plusieurs protocoles expérimentaux sont mis en place afin de quantifier l’effet des contraintes de fabrication et de service sur la diffusion et sur la dilatation hygroscopique des matériaux employés. On étudie la cinétique de reprise en eau et les variations dimensionnelles d’anneaux composites et de tubes sous pression. On constate un ensemble de réponses dépendant du type de fibre de renfort et de la température de vieillissement. On discute de la pertinence de la loi d’Arrhenius afin d’exprimer le coefficient de diffusion en fonction de la température pour les essais d’immersion. Des modélisations de la cinétique de diffusion basées sur la loi de Fick sont identifiées et améliorées afin de mieux représenter les expériences. / The structures studied are tubes made of fiberglass or carbon impregnated with epoxy resin and manufactured by filament winding. These tubes are immersed at different temperatures and their hygrothermomechanical behavior is studied by means of characterization tests taking various diffusion patterns into account. First, the morphology of the material is analyzed by microscopy and X-ray micro-tomography. It reveals porosities which may affect significantly the diffusion kinetics of materials. Mechanical characterization by means of pressuretested tube tests with and without background effect makes it possible to demonstrate a great variability of the strain field at the surface of the tubes. In addition, DMA analyzes allow to quantify the effect of aging on the mechanical properties of materials. Several experimental protocols are set up to quantify the effect of manufacturing and service stress state on the diffusion and moisture expansion of the materials used. The kinetics of water absorption and geometric variations of composite rings and pressure tubes are studied. A set of responses is observed depending on the type of reinforcing fiber and the aging temperature. The relevance of Arrhenius' law is discussed in order to express the diffusion coefficient as a function of temperature for immersion tests. Diffusion kinetics models based on Fick's law are identified and improved to better represent the experiments.

Le projet HARVEST a pour objectif de développer un nouveau type de turbomachine, dite hydrolienne, composée de turbines à flux transverse. Les travaux menés lors de cette thèse concernent l'instrumentation de la veine d'essai d'un tunnel hydrodynamique : il s'agit de caractériser expérimentalement les performances hydrodynamiques de maquettes de telles turbines et de mesurer en particulier l'évolution angulaire des efforts hydrodynamiques sur les pales. Ces efforts sont mesurés par un dispositif à capteurs piézoélectriques associé à un dispositif de régulation et de transformation d'énergie par génératrice de courant synchrone. Le processus de conception ainsi que les étapes de mise au point et de caractérisation de ces sous-ensembles sont ensuite exposés. Enfin, une campagne d'essais permet d'apporter des conclusions d'ordre méthodologique et technologique sur les travaux présentés. / The HARVEST project's objective consists in developing a new type of turbo- machine, named hydrolien, made of inverse flux turbines. The research conducted in this dissertation deals with the implementation of the stream tube of a hydrodynamic tunnel; it consists in the experimental determination of hydrodynamic performances of models designed for the turbines and, more specifically, of measuring the angular evolution of hydrodynamic efforts on the blades. The efforts were measured through piezoelectric sensors device, along with a regulatory and transformational energy device, by way of synchronous power generator. The elaborations of the design, as well as the different steps of adjustments and characterization of the subsets, are then described. Finally, a series of experiments leads to methodological and technological conclusions concerning the entire project.

L'auteur n'a pas fourni de résumé en français / L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais