Ces dernières années, de nombreuses entreprises ont introduit la technologie orientée composant dans leurs développements logiciels. Le paradigme composant, qui prône l’assemblage de briques logiciels autonomes et réutilisables, est en effet une proposition intéressante pour diminuer les coûts de développement et de maintenance tout en augmentant la qualité des applications. Dans ce paradigme, comme dans tous les autres, les architectes et les développeurs doivent pouvoir évaluer au plus tôt la qualité de ce qu’ils produisent, en particulier tout au long du processus de conception et de codage. Les métriques sur le code sont des outils indispensables pour ce faire. Elles permettent, dans une certaine mesure, de prédire la qualité « externe » d’un composant ou d’une architecture en cours de codage. Diverses propositions de métriques ont été faites dans la littérature spécifiquement pour le monde composant. Malheureusement, aucune des métriques proposées n’a fait l’objet d’une étude sérieuse quant à leur complétude, leur cohésion et surtout quant à leur aptitude à prédire la qualité externe des artefacts développés. Pire encore, l’absence de prise en charge de ces métriques par les outils d’analyse de code du marché rend impossible leur usage industriel. En l’état, la prédiction de manière quantitative et « a priori » de la qualité de leurs développements est impossible. Le risque est donc important d’une augmentation des coûts consécutive à la découverte tardive de défauts. Dans le cadre de cette thèse, je propose une réponse pragmatique à ce problème. Partant du constat qu’une grande partie des frameworks industriels reposent sur la technologie orientée objet, j’ai étudié la possibilité d’utiliser certaines des métriques de codes "classiques", non propres au monde composant, pour évaluer les applications à base de composants. Parmi les métriques existantes, j’ai identifié un sous-ensemble d’entre elles qui, en s’interprétant et en s’appliquant à certains niveaux de granularité, peuvent potentiellement donner des indications sur le respect par les développeurs et les architectes des grands principes de l’ingénierie logicielle, en particulier sur le couplage et la cohésion. Ces deux principes sont en effet à l’origine même du paradigme composant. Ce sous-ensemble devait être également susceptible de représenter toutes les facettes d’une application orientée composant : vue interne d’un composant, son interface et vue compositionnelle au travers l’architecture. Cette suite de métrique, identifiée à la main, a été ensuite appliquée sur 10 applications OSGi open- source afin de s’assurer, par une étude de leur distribution, qu’elle véhiculait effectivement pour le monde composant une information pertinente. J’ai ensuite construit des modèles prédictifs de propriétés qualité externes partant de ces métriques internes : réutilisation, défaillance, etc. J’ai décidé de construire des modèles qui permettent de prédire l’existence et la fréquence des défauts et les bugs. Pour ce faire, je me suis basée sur des données externes provenant de l’historique des modifications et des bugs d’un panel de 6 gros projets OSGi matures (avec une période de maintenance de plusieurs années). Plusieurs outils statistiques ont été mis en œuvre pour la construction des modèles, notamment l’analyse en composantes principales et la régression logistique multivariée. Cette étude a montré qu’il est possible de prévoir avec ces modèles 80% à 92% de composants fréquemment buggés avec des rappels allant de 89% à 98%, selon le projet évalué. Les modèles destinés à prévoir l’existence d’un défaut sont moins fiables que le premier type de modèle. Ce travail de thèse confirme ainsi l’intérêt « pratique » d’user de métriques communes et bien outillées pour mesurer au plus tôt la qualité des applications dans le monde composant. / Over the past decade, many companies proceeded with the introduction of component-oriented software technology in their development environments. The component paradigm that promotes the assembly of autonomous and reusable software bricks is indeed an interesting proposal to reduce development costs and maintenance while improving application quality. In this paradigm, as in all others, architects and developers need to evaluate as soon as possible the quality of what they produce, especially along the process of designing and coding. The code metrics are indispensable tools to do this. They provide, to a certain extent, the prediction of the quality of « external » component or architecture being encoded. Several proposals for metrics have been made in the literature especially for the component world. Unfortunately, none of the proposed metrics have been a serious study regarding their completeness, cohesion and especially for their ability to predict the external quality of developed artifacts. Even worse, the lack of support for these metrics with the code analysis tools in the market makes it impossible to be used in the industry. In this state, the prediction in a quantitative way and « a priori » the quality of their developments is impossible. The risk is therefore high for obtaining higher costs as a consequence of the late discovery of defects. In the context of this thesis, I propose a pragmatic solution to the problem. Based on the premise that much of the industrial frameworks are based on object-oriented technology, I have studied the possibility of using some « conventional » code metrics unpopular to component world, to evaluate component-based applications. Indeed, these metrics have the advantage of being well defined, known, equipped and especially to have been the subject of numerous empirical validations analyzing the predictive power for imperatives or objects codes. Among the existing metrics, I identified a subset of them which, by interpreting and applying to specific levels of granularity, can potentially provide guidance on the compliance of developers and architects of large principles of software engineering, particularly on the coupling and cohesion. These two principles are in fact the very source of the component paradigm. This subset has the ability to represent all aspects of a component-oriented application : internal view of a component, its interface and compositional view through architecture. This suite of metrics, identified by hand, was then applied to 10 open-source OSGi applications, in order to ensure, by studying of their distribution, that it effectively conveyed relevant information to the component world. I then built predictive models of external quality properties based on these internal metrics : reusability, failure, etc. The development of such models and the analysis of their power are only able to empirically validate the interest of the proposed metrics. It is also possible to compare the « power » of these models with other models from the literature specific to imperative and/or object world. I decided to build models that predict the existence and frequency of defects and bugs. To do this, I relied on external data from the history of changes and fixes a panel of 6 large mature OSGi projects (with a maintenance period of several years). Several statistical tools were used to build models, including principal component analysis and multivariate logistic regression. This study showed that it is possible to predict with these models 80% to 92% of frequently buggy components with reminders ranging from 89% to 98%, according to the evaluated projects. Models for predicting the existence of a defect are less reliable than the first type of model. This thesis confirms thus the interesting « practice » of using common and well equipped metrics to measure at the earliest application quality in the component world.

Les compositions isotopiques de Sr, Nd et Pb des basaltes d'îles océaniques ont été mesurées de manière systématique depuis 30 ans. Les variations de ces compositions sont classiquement interprétées comme la signature du mélange entre des composants présents au sein des panaches mantelliques. Cependant elles peuvent aussi représenter des interactions entre les magmas et les réservoirs qu'ils traversent au cours de leurs remontées vers la surface. Après avoir mis en évidence les processus pouvant altérer la composition initiale d'un magma et proposer des moyens de s'en affranchir, 2 études locales sont éffectuées (îles de Sao Nicolau et de Sao Jorge, archipels du Cap Vert et des Açores). Ces deux études montrent la part importante des variations d'origine superficielle dans ces deux localités. Ces résultats sont ensuite généralisés à d'autres localités clés de la topologie mantellique et permettent de discuter d'un composant primitif ubiquiste dans les panaches mantelliques

L’objectif de cette thèse est de développer une méthode expérimentale permettant de mesurer simultanément des coefficients de co-diffusion dans les zéolithes, pour des mélanges de paraffines en C6 mono et di-branchées, dont les cinétiques de diffusion sont très différentes. Les espèces sont le 2- et le 3-methyl-pentane (2MP et 3MP) et le 2-2- et le 2-3-dimethyl-butane (22DMB et 23DMB) et l'adsorbant est une silicalite. Cette méthode est basée sur la réponse en sortie d’un lit fixe d’adsorbant à une variation cyclique de la composition à son entrée. La conception d’un modèle faisant intervenir des paramètres cinétiques et thermodynamiques a également être effectuée afin de simuler les courbes de perçages des différents constituants en mélange et sur plusieurs cycles. Les conditions expérimentales sont proches des conditions industrielles, à savoir en phase liquide et à fort taux de remplissage de l’adsorbant (185°C et 35 bars) L’écriture d’un modèle de diffusion, basé sur l’équation de Maxwell-Stefan appliquée au "Dusty Gas Model", dans ces conditions de fonctionnement, implique d’introduire des grandeurs volumiques qui permettent de redéfinir les contraintes liées à la saturation de l'adsorbant. De plus, tout en conservant la simplicité du modèle "Single File Diffusion" (pas de contre-diffusion microporeuse), nous avons montré que la prise en compte d’un flux volumique relatif associé au solide permet de conserver l’indépendance des coefficients de diffusion dans le cristal. Les simulations des courbes de perçage – sur un seul cycle pour les molécules rapides et sur plusieurs cycles pour les molécules lentes – indiquent que les coefficients de diffusion des différents isomères suivent l'ordre suivant : D3MP ˜ D2MP > D23DMB > D22DMB, avec un écart de trois ordres de grandeurs entre le 3MP et le 22DMB, ce qui laisse supposer qu'un procédé de séparation basé sur une sélectivité diffusionnelle peut être envisagé. Cependant, les tests de perçage en condition cyclique permettant de caractériser de manière plus précise le système, il a été possible de mettre en évidence une très lente accumulation du 22DMB au cours des cycles sous certaines conditions opératoires, phénomène qui peut s'avérer indétectable sur un faible nombre de cycles et/ou sur le profils de concentration des autres espèces. Ce phénomène a pour conséquence de diminuer les performances de l'adsorbant, aussi bien d'un point de vue capacitif que d'un point de vue sélectif / The aim of this work is to develop a new experimental method in order to determine simultaneously co-diffusion coefficients in zeolites for mixtures of single- and di-branched C6 paraffins, with totally different diffusion kinetics. The species are 2- and 3-methyl-pentane (2MP and 3MP) and 2-2- and 2-3-dimethyl-butane (22DMB and 23DMB) and the adsorbent is a silicalite. This method is based on the output measurement of an adsorbent column subjected to cyclic variations of its input concentration. The analysis of the mixture experimental breakthrough curves, on several cycles, is carried out using a mathematical model, based on Maxwell-Stefan theory of multi-component diffusion, allowing an estimation of thermodynamic and kinetic parameters. The experimental conditions are close to industrial constraints, i.e. at very high adsorption loading, and in the liquid phase (185°C and 35 bars). This requires to develop a modified Maxwell-Stefan diffusion model, applied to the "Dusty Gas Model", including volume constraints in the crystal which implies to redefine the adsorbent saturation. Moreover, while preserving the simplicity of the "Single File Diffusion" model (no counter-diffusion), a relative volumetric flow of the solid is taken into account, allowing to ensure the independence of the diffusion coefficient of each component in the adsorbent. The Maxwell-Stefan diffusion coefficients for the different isomers, obtained from breakthrough curves simulations – on one cycle for fast diffusing species and several cycles for slow molecules – are in the sequence : D3MP ˜ D2MP, > D23DMB > D22DMB, with a difference of three orders of magnitude between 3MP and 22DMB. This implies that a separation process based on kinetic selectivity can be considered. The cyclic breakthrough experiments, allowing a better characterization of the system, highlight a very slow accumulation of the 22DMB isomer during cycles for specific operating conditions, which may be undetectable on a small number of cycles and on the profiles of the other components.. This phenomenon involves a decrease of the adsorbent performances, in terms of capacity as well as selectivity

L'inscription laser directe est un domaine de recherche en croissance depuis ces deux dernières décennies, fournissant un moyen efficace et robuste pour inscrire directement des structures en trois dimensions (3D) dans des matériaux transparents tels que des verres en utilisant des impulsions laser femtosecondes. Cette technique présente de nombreux avantages par rapport à la technique de lithographie, qui se limite à la structuration en deux dimensions (2D) et implique de nombreuses étapes de fabrication. Cela rend la technique d’inscription laser direct bien adaptée aux nouveaux procédés de fabrication. Généralement, l’inscription laser dans les verres induit des changements physiques tels qu'un changement permanent de l'indice de réfraction localisé. Ces modifications ont été classés en trois types distincts : (Type I, Type II et Type III). Dans ce travail, nous présentons un nouveau type de changement d'indice de réfraction, appelé type A qui est basé sur la création d’agrégats d'argent photo-induit. En effet, dans des verres dans lesquels sont incorporés des ions argent Ag+, lors de leurs synthèses, l’inscription laser directe induit la création d’agrégats d’argent fluorescents Agmx+ au voisinage du voxel d’interaction. Ces agrégats modifient localement les propriétés optiques comme : la fluorescence, la non-linéarité et la réponse plasmonique du verre. Ainsi, différents guides d'ondes, un séparateur de faisceau 50-50, ainsi que des coupleurs optiques ont été inscrits en se basant sur ce nouveau Type A et complétement caractérisés. D'autre part, une étude comparative entre les deux types de guides d'ondes (type A et type I) est présentée, tout en montrant qu’en ajustant les paramètres laser, il est possible de déclencher soit le Type I soit le Type A. Enfin, en se basant sur des guides d’ondes de type A inscrits proche de la surface du verre, un capteur d'indice de réfraction hautement sensible a été inscrit dans une lame de verre de 1 cm de long. Ce capteur miniaturisé peut présenter deux fenêtres de détection d’indice, ce qui constitue une première mondiale. Les propriétés des guides d'ondes inscrits dans ces verres massifs ont été transposées à des fibres en forme de ruban, du même matériau contenant de l'argent. Les résultats obtenus dans ce travail de thèse ouvrent la voie à la fabrication de circuits intégrés en 3D et de capteurs à fibre basés sur des propriétés optiques originales inaccessibles avec des guides d’onde de Type I standard. / Direct Laser Writing (DLW) has been an exponentially growing research field during the last two decades, by providing an efficient and robust way to directly address three dimensional (3D) structures in transparent materials such as glasses using femtosecond laser pulses. It exhibits many advantages over lithography technique which is mostly limited to two dimensional (2D) structuring and involves many fabrication steps. This competitive aspect makes the DLW technique suitable for future technological transfer to advanced industrial manufacturing. Generally, DLW in glasses induces physical changes such as permanent local refractive index modifications that have been classified under three distinct types: (Type I, Type II & Type III). In silver containing glasses with embedded silver ions Ag+, DLW induces the creation of fluorescent silver clusters Agmx+ at the vicinity of the interaction voxel. In this work, we present a new type of refractive index change, called type A that is based on the creation of the photo-induced silver clusters allowing the creation of new linear and nonlinear optical waveguides in silver containing glasses. Various waveguides, a 50-50 Y beam splitter, as well as optical couplers, were written based on type A modification inside bulk glasses and further characterized. On the other hand, a comparison study between type A and type I waveguides is presented, showing that finely tuning the laser parameters allows the creation of either type A or type I modification inside silver containing glasses. Finally, based on type A near-surface waveguides, a highly sensitive refractive index sensor is created in a 1 cm glass chip, which could exhibit a pioneer demonstration of double sensing refractive ranges. The waveguiding properties observed and reported in the bulk of such silver containing glasses were transposed to ribbon shaped fibers of the same material. Those results pave the way towards the fabrication of 3D integrated circuits and fiber sensors with original fluorescent, nonlinear and plasmonic properties that are not accessible using the standard type I modification

97% des articles publiés sur les études climatiques racontent que le réchauffement climatique est entièrement causé par les activités humaines. Les gaz émis lors de la production d'énergie électrique ainsi que d'autres gaz rejetés par les voitures ont un réel impact sur l'atmosphère. Une solution consiste à mettre au point des composants présentant des pertes de conduction plus faibles et des caractéristiques de claquage plus élevées qui pourraient être utilisés dans des centrales nucléaires, des cellules de commutation à haute puissance, des voitures hybrides (électriques), etc.De nos jours, les composants à base de silicium contrôlent environ 95% des dispositifs électroniques. Le carbure de silicium SiC et le nitrure de gallium GaN sont actuellement à l’étape de R&D, et commencent à être intégrés dans certains circuits électroniques. D'autres matériaux tels que Ga2O3, AlN ou le diamant sont encore à l’étape de recherche. Les derniers sont connus sous le nom de matériaux à bande ultra large et semblent être la solution requise pour les faibles pertes de puissance. Le diamant est reconnu comme le matériau ultime pour la prochaine génération de composants de puissance en raison de ses propriétés physiques exceptionnelles telles qu'un champ de claquage élevé (>10 MV/cm) permettant d'utiliser le dispositif pour une commande de puissance élevée, une mobilité de porteurs élevée (2 000 cm^2/V.s pour les trous), une vitesse de saturation élevée, une conductivité thermique élevée (22 W/cm.K) pour une parfaite dissipation de chaleur et une faible constante diélectrique. Théoriquement, le diamant est le semi-conducteur offrant le meilleur compromis entre résistance à l'état passant et tension de claquage. En particulier, en raison de l'ionisation incomplète des dopants, il est encore plus efficace à haute température. Diverses diodes Schottky en diamant (SBD) avec de bonnes performances à l’état passant et bloqué (7,7 MV/cm) ont été rapportées. En plus des SBDs, des transistors à effet de champ (FET) ont également été étudiés à travers des oxyde-métal semi-conducteur FETs (MOSFETs) utilisant une surface hydrogénée avec des densités de courant élevées à l'état passant ou des surface oxygéné avec de bonnes caractéristiques de blocage. Pour les composants de haute-tension, il est nécessaire de changer l’architecture de l’électrode afin d’éviter un claquage prématuré due à l’encombrement du champ électrique aux bords. Dans ce but, les techniques de terminaison de bord sont utilisées pour atteindre les caractéristiques idéales. La tâche évidente avant toute fabrication de composant est la partie simulation qui prédit l’optimisation de l’architecture et les caractéristiques attendues. Une bonne prédiction nécessite la connaissance des paramètres du matériau. Les paramètres importants pour le claquage sont les coefficients d'ionisation par impact. Plusieurs coefficients ont été publiés pour le diamant. Toutefois, ils ont été extraits en « fittant » des structures non optimisées, d'où un manque de précision.Dans cette étude, deux structures de terminaisons de bord pour des diodes Schottky, appelées plaque de champ et anneaux à champ flottant, ont été étudiées. Leur efficacité de distribution du champ de surface par analyse de courant induit par faisceau d'électrons (EBIC) a été observée. De plus, des FETs ont été fabriqués et caractérisés, un MESFET et un RB-MESFET. Les FETs présentent un claquage élevé, jusqu’à 3 kV et une faible résistance. Le développement des transistors est indissociable de la diode Schottky, car ils sont tous deux nécessaires à la fabrication de cellules de commutation. Et enfin, les coefficients d'ionisation par impact pour les électrons ont été mesurés à l'aide d’EBIC pour un champ >0,5 MV/cm dans une région sans défaut. Les valeurs mesurées sont (sous l’equation de Chynoweth) an = 971 /cm et bn=2,39x10^6 V/cm. Ces valeurs sont proches des coefficients mesurés expérimentalement et rapportés dans la littérature. / 97% of the published climate studies articles agree with the fact that recent global warming is entirely caused by human activities. The gases emitted to produce electrical energy plus other gases rejected by cars impact considerably on the atmosphere by greenhouse effect (without referring other factors). A solution to this problem is the development of components with lower power conduction losses and higher breakdown characteristics that could be used in nuclear power plants, high power commutation cells, hybrid (electric) cars and so on.The choice of the material to reach low power conduction losses and higher breakdown is of great importance. Nowadays, silicon-based devices control about 95% of all electronic components. Silicon carbide SiC and gallium nitride GaN are at present under research and development and start to be integrated into some electronic circuits. Other materials like Ga2O3, AlN or diamond are under research for power electronic application. The last ones are known as ultra wide bandgap materials and they seem to be the required solution to low power losses. Diamond is recognized as the ultimate material for the next next-generation of power devices owing to its exceptional physical properties such as high breakdown field (>10 MV/cm) to use the device for high power control, high carrier mobility (2000 cm^2/V.s for holes) for fast switching and high frequency devices, high saturation velocity, high thermal conductivity (22 W/cm.K) for a perfect heat dissipation and low dielectric constant. Theoretically, diamond is the best semiconducting material showing the best trade-off between on-resistance and breakdown voltage. Especially, due to the incomplete ionization of the dopant, it is even more efficient at high temperature. Various diamond Schottky barrier diodes (SBDs) with good forward and reverse performances (7.7 MV/cm) were reported. In addition to SBDs, switches diamond field effect transistors (FETs) were also investigated through metal-oxide-semiconductor FETs (MOSFETs) using either an H-terminated diamond surface with high current densities in on-state or an O-terminated one with high blocking characteristics. For the high blocking voltage devices, one needs to properly terminate the edge of the electrode at the surface in order to avoid premature breakdown of the devices due to electric field crowding at the borders. In that aim, edge termination (ET) techniques are used to push the limit of the devices and reach ideal features. The obvious task before any device fabrication if the simulation part that predicts the device optimization and expected characteristics. A good device prediction requires knowledge of the material parameters. Important parameters for device breakdown in the off-state are the impact ionization coefficients. At present, several ionization coefficients were reported for diamond, however, they were extracted by fitting non-optimized structures and hence there is a lack of accuracy.In this study, two edge terminations structures for Schottky barrier diodes called field plate (FP) oxide and floating field rings were investigated. Their effectiveness in surface field distribution via electron beam induced current (EBIC) analysis was observed. In addition, normally-on FETs were fabricated and characterized, a MESFET and a reverse blocking (RB)-MESFET. The FETs exhibited a high BV, up to 3 kV and a low on-resistance. The development of transistors is inseparable from the Schottky diode since both are required to fabricate commutation cells. And finally, impact ionization coefficients for electrons were measured using EBIC for a field >0.5 MV/cm in a defect-free region. The measured values are (in a Chynoweth form) an = 971 /cm and bn = 2.39x10^6 V/cm. These values are close to the experimentally measured coefficients reported in the literature.

L'Institut franco-allemand de recherche de Saint-Louis (ISL) développe des alimentations de forte puissance pour des applications d'électronique impulsionnelle. En vue de réduire les pertes, l'encombrement et le poids de ces systèmes, des thyristors en carbure de silicium pourraient à l'avenir remplacer les interrupteurs en silicium actuels. C'est dans le cadre de la collaboration entre le laboratoire Ampère et l'ISL que s'inscrit cette thèse sur ce thème de recherche. Les propriétés physiques du carbure de silicium et les composants réalisés par différents laboratoires universitaires et industriels ont démontré les aptitudes de ce matériau pour les fortes puissances. Le travail réalisé au cours de cette thèse a permis de concevoir de réaliser et de caractériser des thyristors optiques en carbure de silicium. Dans un premier temps, le travail de conception, basé sur des simulations éléments finis, a permis d'optimiser deux protections périphériques, la JTE multiple gravée et la JTE assistée par anneaux gravée, toutes deux robustes vis à vis des incertitudes technologiques sur la gravure, et ayant la particularité de ne pas recourir à l'implantation ionique. Deux séries de thyristors optiques ont ainsi été fabriquées. Le premier lot avait pour but de valider la faisabilité du déclenchement optique de thyristor avec des diodes électroluminescentes UV. Le deuxième lot a permis de mettre en œuvre la JTE assistée par anneaux. Une tenue en tension maximale de 6,3 kV a été mesurée sur ces thyristors. Ces composants sont aussi destinés à évaluer les possibilités en termes d'impulsion de courant des thyristors SiC. A ce titre, deux premières caractérisations ont été effectuées et les dispositifs ont été capables de passer un courant crête de 156 A (soit une densité de courant de 15,6 kA.cm-2) sur une impulsion de 10 μs de large et 40 A (4 kA.cm-2) sur une impulsion de 650 microsecondes de large. Ces résultats montrent une progression significative par rapport aux précédents travaux réalisés sur le thyristor SiC au laboratoire. Ils valident également la bonne stabilité de la technologie de fabrication de l'ISL (gravure, contact ohmique). Cependant, le rendement de fabrication devra être amélioré par le travail mené actuellement par l'ISL, sur la passivation des composants. / In order to reduce the losses, the weight and the volume of the power supply of its pulse power systems, the French German research institute of Saint-Louis (ISL) intends to replace the currently used silicon switches by silicon carbide thyristors. This work, in the frame of the collaboration between Ampere laboratory and ISL, deals with the design the fabrication and the characterization of light triggered thyristors in silicon carbide. In the first place, two device terminations, the graded etched JTE and the guard ring assisted etched JTE, have been optimized using finite element simulation. These two structures are tolerant to technological uncertainties and don’t need ion implantation. Two series of light triggered thyristors were also fabricated. Concerning the first run, the light triggering of SiC thyristor with UV light-emitting diodes was demonstrated. The guard ring assisted etched JTE was tested on the second run. The best blocking voltage measured on devices with this termination was 6.3 kV. These devices also aim at assessing the pulse current capabilities of silicon carbide thyristors. To this end, two characterizations were performed and a peak current of 156 A (15.6 kA/cm2) was reached with a pulse width of 10 IJS and 40 A (4 kA/cm2) with a pulse width of 650 IJS. These results show a significant progress compared to previous achievements of the laboratory on silicon carbide thyristor. They also validate the good stability of the fabrication technology of the ISL cleanroom (Etching process, ohm le contact). However, the fabrication yield needs to be improved by the optimization of the device passivation, which is currently under progress at ISL.

L’introduction des composants grand gap dans le domaine de l’électronique de puissance requiert une optimisation de son environnement (packaging). En effet, les températures auxquelles peuvent être utilisés ce type de composants sont bien souvent plus grandes que celles supportables par le reste du module. De nouvelles techniques d’assemblage sont à l’étude et notamment certaines à base de frittage d’argent. Ces procédés présentent l’avantage de réaliser l’assemblage à une température modérée (similaire à celle d’une brasure), mais toutefois inférieure à celle de fusion de l’argent. La température de fusion du joint d’attache reste celle du matériau massif (plus de 900°C pour l’argent). Cette technique permet donc de réaliser des attaches pouvant fonctionner à très haute température. Ce travail de thèse a porté sur la mise en oeuvre d’une attache de puce par frittage d’argent. Après une étude des paramètres du procédé permettant d’obtenir la meilleure tenue mécanique (cisaillement), nous avons mis en évidence l’effet prépondérant de la finition des pièces à joindre. Lorsque la finition du substrat est de l’argent, aucun problème d’interface n’est observé et les assemblages sont fiables à t0 et en vieillissement. Généralement, la finition standard pour l’électronique de puissance est constituée d’une couche de nickel et d’or. Pour cette finition, le mécanisme semble différent selon l’épaisseur d’or présente sur le substrat ainsi que l’atmosphère utilisée pour le traitement thermique ou encore la charge appliquée. Globalement, plus l’épaisseur d’or est importante, moindre est l’accroche. Ce comportement semble fortement lié à la diffusion extrêmement rapide de l’argent en surface de l’or (et dans l’or). Cette diffusion a pour conséquence la formation d’une couche de solution solide or-argent. Cette couche a pour source de matière les grains d’argent qui permettent l’adhérence du joint d’argent fritté sur le substrat. Lorsque le volume d’or disponible pour la formation de cette couche est grand, la croissance de celle-ci est favorisée (en termes de surface et d’épaisseur). Cette croissance engendre une consommation des « piliers » d’argent et donc un affaiblissement de l’attache. L’application de pression semble augmenter fortement la concentration de piliers et améliore les résultats, tandis que sous azote, la diffusion de l’argent en surface de l’or semble inhibée, permettant l’obtention de bons résultats (à t0 et après cyclage). Ces résultats ont été mis en pratique pour la réalisation de plusieurs prototypes, dont l’un a été testé électriquement et ce de façon fonctionnelle à plus de 300°C. / Use of wide band gap chip in the power electronic industry requires an optimization of the close environment (packaging). Indeed, the can often sustain lower temperature than the die, especially the solder that are used to bond the parts of the module. Consequently, new bonding methods are investigated to enhance the performance of the packages. Silver sintering bonding technique is one the most promising. This method allow to bond parts at moderate temperature and the formed joint to operate at very high temperature (until the melting point of silver). This work is focused on the development of this bonding technique in the case of bonding a dies on a substrate. A study of the influence of the different parameters on the strength of the formed bond has been done. It revealed a major influence of the finishes of the bonded parts. Bonding on silver finished substrate results in good mechanical strength of the bond even after ageing. Furthermore, no interface issues are observed. However, the most used finish for power electronic is not silver but nickel-gold. Regarding this type of finish, the bond quality depends on the gold thickness, sintering profile and also sintering atmosphere. A solid solution of silver and gold seems to develop on the surface of the substrate, decreasing the section of the silver grains in contact with the substrate. Thus the mechanical strength of the assembly is decreased. This effect should be limited by the gold available for the Au-Ag solid solution growth. When sintering under nitrogen, the diffusion of silver on the gold surface is much lower than under air. Good results have been obtained with these configurations and even after ageing. Adding pressure during the thermal treatment seems also to minimize the phenomenon, probably by increasing the number of silver grains in contact with the substrate surface and so reducing the free surface for Au-Ag layer formation. Those results have been used to build prototypes, one of whom has been electrically tested with success at temperatures up to 300°C.

Cette thèse traite de la conception d’un convertisseur DC / DC destiné aux véhicules électriques et hybrides (2,5 kW, 400V/14V, 250kHz). Dérivé de la topologie LLC à résonance, ce convertisseur bénéficie des nombreux avantages propres à cette structure particulière. C’est ainsi que le prototype réalisé présente un rendement très élevé, une densité de puissance très forte avec des perturbations EMI très réduites. La première partie de cette thèse est consacrée à l’analyse théorique du circuit LLC afin de dégager un modèle de conversion et une stratégie de contrôle adaptée à l’application visée. Afin de conserver un rendement important sur une large plage de charge, une structure basée sur la mise en parallèle de deux modules LLC est proposée. Une nouvelle stratégie de contrôle à deux boucles est également proposée pour équilibrer le courant entre les deux modules. La seconde partie de la thèse fait appel à la simulation et à l’expérimentation. Il s’agit de minimiser la masse et l’encombrement tout en maximisant le rendement. Un composant magnétique spécial est conçu puis dimensionné pour intégrer le transformateur et diverses inductances de résonance. Ce convertisseur met également en œuvre un système de redressement synchrone robuste avec une compensation de phase, un module de puissance avec une résistance thermique très faible et un système de refroidissement efficace par air. Le rendement maximal mesuré est 95%. Le rendement demeure supérieur à 94% sur une plage de puissance s’étalant de 500 W à 2 kW. La densité de puissance est 1W/cm3. La CEM du convertisseur est développée dans cette thèse. / In this dissertation, a 2.5kW 400V/14V, 250kHz DC/DC converter prototype is developed targeted for electric vehicle/hybrid vehicle applications. Benefiting from numerous advantages brought by LLC resonant topology, this converter is able to perform high efficiency, high power density and low EMI. A first part of this dissertation is the theoretical analysis of LLC: topology analysis, electrical parameter calculation and control strategy. To arrange high output current, this thesis proposes parallel connected LLC structure with developed novel double loop control to realize an equal current distribution. The second part concerns on the system amelioration and efficiency improvement of developed LLC. A special transformer is dimensioned to integrate all magnetic components, and various types of power losses are quantified based on different realization modes and winding geometries to improve its efficiency. This converter also implements a robust synchronous rectification system with phase compensation, a power semiconductor module, and an air-cooling system. The power conversion performance of this prototype is presented and the developed prototype has a peak efficiency of 95% and efficiency is higher than 94% from 500W to 2kW, with a power density of 1W/cm3. The CEM analysis of this converter is also developed in this thesis.

Dans le cadre de cette thèse, une technique de diagnostic optique a été développée pour mesurer simultanément l’évaporation différentielle, la distribution de température, et la concentration massique de fuel dans un jet multi-composant. Cette technique a été examinée dans les conditions d’un moteurs essence. La technique de mesure est basée sur l’utilisation des deux traceurs excités par une seule longueur d’onde.Pour pouvoir examiner l’évaporation différentielle d’un carburant multi-composant, deux traceurs ont été sélectionnés : le p-difluorobenzène et le 1-methylnaphtalène. Ces traceurs reproduisent deux types de volatilité : faible et moyenne à élevée. Les traceurs choisis fluorescent dans deux régions spectrales distinctes ce qui rend l’application de cette technique possible. Une étude photophysique a été menée pour caractériser les deux traceurs, indépendamment puis en mélange, pour différentes conditions de pression, température, et composition du bain gazeux. L’étude photophysique est essentielle pour pouvoir mesurer quantitativement l’évaporation différentielle. Les résultats photophysiques montrent que le spectre du 1-methylnaphthalène est sensible à la température. Cette caractéristique permet de mesurer la distribution en température dans le jet.Les essais ont été réalisés dans une cellule haute pression / haute température, ca-pable de simuler les conditions d’un moteur thermique. Des sprays générés par un injecteur ECN Spray G et un piézo-électrique d’une ouverture annulaire ont été étudiés. Des mesures initiales ont été menées avec chaque traceur pour pouvoir fixer la proportion de mélange des traceurs. La précision de la méthode de mesure a été calculée suivant une configuration de filtres identiques. Ensuite, les champs de tempé-rature calculés par la LIF et ceux déterminés depuis les champs de concentration massique, ont été comparés. Les résultats démontrent que la température est homo-gène ce qui signifie que les mesures d’évaporation différentielle n’ont pas influencé par la distribution de température dans le jet.Les images obtenues en détectant les signaux depuis le mélange de traceurs ont permis de localiser l’évaporation différentielle. Une variation en distribution spatiale des composants est observée 550–600 K. Cet effet disparaît en augmentant la température, ce qui explique que l’évaporation est plus rapide à haute température. La localisation de l’évaporation différentielle varie avec le type d’injecteur. La géométrie du nez ainsi que la structure du jet a donc un impact sur la formation du mélange. / A non-intrusive quantitative laser-induced fluorescence (LIF) technique capable of simultaneously measuring preferential evaporation, temperature distribution, and fuel-mass concentration across a multi-component vaporized spray has been developed and investigated under engine-relevant conditions. The measurement technique is based on two-tracer LIF with single wavelength excitation.To assess preferential evaporation, a tracer pair with suitable co-evaporation and spectral properties was selected based on vapor-liquid equilibrium calculations repre-sentative for gasoline fuels. Evaporation studies have shown that one tracer (p-difluoro-benzene) co-evaporates with the high-to-medium-volatility end of the multi-component fuel while the other (1-methylnaphthalene) co-evaporates with the low-volatility end. For quantitative measurements the photophysical properties of both tracers (each tracer separately and the combined tracers) were determined under a wide range of pressure, temperature, and bath-gas composition conditions. 1-methylnaphthalene LIF shows a strong red-shift with temperature which enables measurements of the temperature distribution across the spray.Spray evaporation and vapor mixing experiments were performed in a high-pressure high-temperature vessel capable of simulating in-cylinder conditions. An ECN Spray-G and a piezo-electric outward opening injector were used in this study. Initial measure-ments were carried out with each tracer added separately to the fuel to assess signal cross-talk and to determine the best tracer concentrations. Once the proportions were determined, accuracy and precision of the method were determined from the LIF-signal ratio of spray images within identical spectral bands. Temperature fields, obtained by two-color 1-methylnaphthalene LIF and derived from fuel concentration maps based on the assumption of adiabatic evaporation, were examined for inhomogeneities in the area of interest since fluctuations potentially influence the two-color method. It was shown that the temperature is homogeneous in the measurement volume.To localize preferential evaporation, two-color two-tracer LIF images were evaluated. Taking into account the measurement accuracy and precision, variations in the spatial distribution of the fuel volatility classes were observed for 550–600 K. At higher tem-peratures, the effect is less pronounced, which is consistent with the fact that evapora-tion is faster. The localization of preferential evaporation varied with each injector used indicating the impact of injector nozzle geometry and jet structure on mixture formation. / Eine berührungsfreies quantitatives Verfahren auf Basis von laserinduzierter Fluoreszenz (LIF) wurde entwickelt, um simultan präferenzielle Verdampfung, Temperaturverteilung und Kraftstoffkonzentration im verdampften Bereich eines Mehrkomponenten-Kraftstoffsprays unter motorrelevanten Bedingungen zu messen. Verfahren beruht auf Zwei-tracer-LIF mit Anregungmit einem Laser.Es wurde ein Tracer-Paar mit geeigneten Verdampfungs- und spektralen Eigenschaften auf Basis von Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtsrechnungen für Otto-Kraftstoffe ausgewählt. Verdampfungsmessungen haben gezeigt, dass ein Tracer (p-Difluorbenzol) gleichzeitig mit dem mittel- und höherflüchtigen Siedeklassen verdampft, während der andere (1-Methylnaphthalin) den schwerflüchtigen Komponentenfolgt. Für quantitative Messungen wurden die photophysikalischen Eigenschaften beider Tracer (einzeln und als Kombination) in einem weiten Bereich von Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung bestimmt. 1-Methylnaphthalin-LIF zeigt eine starke Rotverschiebung mit der Temperatur, die Messungen der Temperaturverteilung ermöglicht. Es wurde ein Tracer-Paar mit geeigneten Verdampfungs- und spektralen Eigenschaften auf Basis von Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtsrechnungen für Otto-Kraftstoffe ausgewählt. Verdampfungsmessungen haben gezeigt, dass ein Tracer (p-Difluorbenzol) gleichzeitig mit dem mittel- und höherflüchtigen Siedeklassen verdampft, während der andere (1-Methylnaphthalin) den schwerflüchtigen Komponentenfolgt. Für quantitative Messungen wurden die photophysikalischen Eigenschaften beider Tracer (einzeln und als Kombination) in einem weiten Bereich von Druck, Temperatur und Gaszusammensetzung bestimmt. 1-Methylnaphthalin-LIF zeigt eine starke Rotverschiebungmit der Temperatur, die Messungen der Temperaturverteilung ermöglicht.

Les téléphones et tablettes de dernière génération embarquent une puissance de calcul numérique très importante nécessitant une puissance électrique d’alimentation toute aussi significative. Afin de réduire la consommation énergétique des composants numériques complexes des terminaux mobiles, des techniques de modulation dynamique de la tension d’alimentation et de la fréquence de fonctionnement du cœur de calcul numérique sont utilisées. Le convertisseur DC/DC qui assure l’alimentation du cœur numérique doit donc faire face à de forts transitoires de charge, de tension de référence et de tension de source. Le contrôle en mode glissant d’un convertisseur DC/DC permet un bon compromis entre les performances transitoires du convertisseur, la réalisation via des composants analogiques et la puissance dissipée par le contrôleur. C’est pourquoi ce type de contrôle apparait être adapté au contrôle de convertisseurs DC/DC alimentant des cœurs numériques. Cette thèse a pour objet l’étude des alimentations sur carte électronique où le contrôleur et l’étage de puissance sont intégrés sur puce tandis que les composants de puissance passifs sont montés sur le circuit imprimé. Le contrôle en mode glissant à fréquence de découpage fixe d’un convertisseur DC/DC a été démontré avec des résultats significatifs. Cependant les performances transitoires d’un tel convertisseur sont amoindries en raison des délais introduits par une fréquence de découpage fixe. Une nouvelle structure de régulation de fréquence de découpage d’un convertisseur DC/DC contrôlé en mode glissant est proposée dans cette thèse. Cette structure régule la fréquence de découpage moyenne du convertisseur tout en maintenant la réponse transitoire du convertisseur asynchrone par rapport à l’horloge de référence. Une analyse de stabilité qui prend en compte les spécificités d’un tel système est aussi proposée. Le convertisseur a été conçu sur un procédé CMOS 130nm de STMicroelectronics. La fréquence de découpage est maintenue volontairement faible pour conserver un rendement élevé avec des composants passifs externes. Le prototype présente un rendement supérieur à 80% entre 2.4mW et 960mW de puissance de sortie. / Mobile applications necessitate nowadays huge digital-resources. Power management of a digital System-On-Chip (SOC) is based on dynamic voltage scaling. DC/DC converters used to supply the digital SoCs are facing stringent constraints with respect to load-transients, line-transients and reference tracking. Hysteretic control is known as the most convenient control scheme with a fair trade-off between transient performances, analog implementation and power consumption, particularly for one-phase architecture. The thesis focuses on-board DC/DC with a significant constraint on footprint (i.e. on components count and values). Fixed switching-frequency hysteretic control has been experimented with significant results. Transient performances are reduced due to latency introduced in the switching frequency control. The present study focuses on the improvement of the concept as well as its implementation and the analysis of stability. A new analog implementation of the sliding-mode control is presented with switching-frequency control using a particular analog phase-locked-loop but preserve transient performances. The DC/DC converter is implemented in CMOS 130nm by STMicroelectronics. The switching frequency range has been voluntarily limited and excludes the possible integration of passive components for the sake of silicon access. A hybrid demonstrator is presented with efficiency higher than 80\% between 2.4 mW and 960 mW output power.