Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les molécules organiques semi-conductrices (MOS) ont suscité un intérêt considérable ces dernières années en raison de leurs propriétés électroniques uniques et de leurs applications potentielles dans divers domaines, tels que les diodes électroluminescentes (DEL), les transistors à effet de champ (FET) et les cellules solaires. Leurs propriétés intrigantes découlent des systèmes d'électrons π conjugués, qui permettent la délocalisation des électrons sur des structures moléculaires étendues. La synthèse des MOS implique la conception et la construction de molécules organiques présentant des propriétés électroniques spécifiques. Diverses stratégies de synthèse, notamment l'ingénierie moléculaire, la polymérisation, les complexes donneur-accepteur et les techniques d'auto-assemblage, ont été utilisées pour adapter les structures moléculaires et optimiser leurs propriétés. La possibilité de moduler la largeur de bande interdite et la structure électronique des MOS a facilité le développement de dispositifs électroniques avancés. Dans ce travail, les MOS sont préparées en utilisant des approches synthétiques modernes et de nouvelles connaissances sur le comportement des systèmes π découvertes au cours des dernières décennies pour former des hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAPs) de grande taille et à faible bande interdite. Tout d'abord, une série de composés diradicalaires a été synthétisée en fusionnant des motifs fluorène dans un axe longitudinal sur un noyau conjugué plutôt qu'en les fusionnant latéralement, comme effectué précédemment dans la littérature. Les diradicaux neutres et les dication tetrathiafulvalène ont été étudiés et présentent un caractère diradicalaire très marqué, constituant l'un des rares exemples rapportés. De plus, une méthode efficace a été développée pour produire un isomère de l'azulénoazulène, dont la synthèse n'avait été rapportée que dans les années 1970. Les composés d'intérêt sont obtenus en moins d'étapes de synthèse et peuvent être facilement fusionnés avec d'autres unités aromatiques. Les molécules non-benzénoïdes peuvent être comparées à leur forme annulène. Cette classe de composés n'avait jamais été rapportée auparavant et présente une forte absorption dans la région UV-visible, ainsi qu'un comportement de couche ouverte, un processus de dimérisation/photodissociation et une bonne mobilité de charge dans les dispositifs FET. De plus, le vat orange 3, un colorant, est utilisé comme précurseur de polymères conjugués. En reliant son noyau à ses unités voisines par des positions spécifiques avec des atomes de carbone $sp^\textit{3}$, l'encombrement stérique est minimisé. Il s'agit des premiers dérivés d'anthantrone entièrement planarisés et conjugué. L'aplanissement des motifs conjugués avec le noyau d'anthantrone améliore les propriétés optoélectroniques, résultant en un meilleur chevauchement des orbitales π, bien que certains défis de connectivité entre le noyau et les comonomères soient identifiés dans les polymères synthétisés. Enfin, de nouveaux dérivés d'anthantrone entièrement conjugués ont été synthétisés en utilisant une stratégie similaire à celle précédente, cette fois en reliant les unités avec des atomes de carbone $sp^\textit{2}$. Ces dérivés montrent des déplacements exceptionnels d'absorption UV-visible en fonction des unités de solubilisation et un comportement d'agrégation en solution. Deux de ces analogues sont incorporés avec succès dans des dispositifs FET. / Semiconducting organic molecules (SOMs) have gained significant attention in recent years due to their unique electronic properties and potential applications in various fields, such as in light-emitting diodes (LEDs), field-effect transistors (FETs) and solar cells. Their intriguing properties arise from the conjugated π-electron systems, which enable the delocalization of electrons over extended molecular frameworks. The synthesis of SOMs involves the design and construction of organic molecules with specific electronic properties. Various synthetic strategies, including molecular engineering, polymerization, donor-acceptor complexes, and self-assembly techniques, have been employed to tailor the molecular structures and optimize their properties. The ability to tune the energy bandgap and the electronic structure of SOMs has facilitated the development of advanced electronic devices. In this work, SOMs are synthesized by taking advantage of modern synthetic approaches and novel knowledge about π-system behavior discover in the last decades to form low bandgap large polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). Firstly, a series of diradical compounds is synthesized by fusing fluorene moieties in a longitudinal axis on a conjugated core rather than laterally fused, as previously shown in the literature. The neutral and tetrathiafulvalene dication diradicals are studied and both classes exhibit high diradical character, which is one of the few reported examples. Additionally, an efficient synthetic method is developed to produce an azulenoazulene isomer, whose synthesis was only reported in the 1970s. The compounds of interest are obtained in fewer synthetic steps and could be easily fused with other aromatic units. The resulting non-benzenoid molecules can be compared to their annulene form. That class of compounds has never been made before and it exhibits strong absorption in the UV-visible region and shows open-shell behavior, dimerization/ photodissociation process and good charge mobility in FET devices. Furthermore, vat orange 3, a common dye, is utilized as a precursor for conjugated polymers. By bridging its core to its linking units at specific positions with $sp^\textit{3}$ carbons, the steric hindrance is minimized. It is the first report of a fully planarized π-extended anthanthrone derivative. Flattening the conjugated moieties with the anthanthrone core improves optoelectronic properties, resulting of a better π-orbitals overlap, although some challenges in connectivity between the aromatic core and the comonomers are identified in the synthesized polymers. Finally, new fully conjugated anthanthrone derivatives are synthesized by using a similar strategy than before, this time by bridging the units on specific positions with $sp^\textit{2}$ carbon atoms. These are demonstrating exceptional solubilizing units-dependant UV-visible absorption shifts and in-solution aggregation behavior. Two of these analogs are successfully incorporated into FET devices.

La croissance de matériaux cristallins semi-conducteurs, par la méthode de l'épitaxie, exige le contrôle précis et uniforme du chauffage de l'échantillon. Les technologies actuelles de chauffage maitrisent mal l'uniformité de la température sur la surface de l'échantillon et comportent de fortes pertes d'énergie. Une répartition de température non uniforme au sein de l'échantillon engendre de nombreuses contraintes mécaniques non désirées, entraîne une mauvaise uniformité dans le dépôt de couche et empêche la réalisation de nombreux procédés chimiques et physiques sur le substrat. Beaucoup de ces problèmes ont pu être constatés dans le passé. Il faut dire que le défi de chauffer un substrat de semiconducteur, qui est partiellement transparent, n'est pas trivial. L'étude entreprise, à travers cette maîtrise, a permis de concevoir un modèle numérique permettant de prédire le comportement thermique d'un substrat de semiconducteur dans les conditions de croissance. Le modèle a donné que la température en surface du substrat était fortement non uniforme, de l'ordre de 25 [degrés Celsius] à température de croissance. Les profils de température théoriques ont pu être validés expérimentalement. En effet, des cartographies de température ont été déterminées en associant une caméra infrarouge avec une analyse spectrométrique. Ceci a permis de démontrer une très bonne concordance entre la température à l'extrémité et celle au centre. Toutefois, la variation du profil de température expérimentale n'était pas exactement la même que celle obtenue par le modèle, ce qui a donné une différence maximale inférieure à 5 [degrés Celsius] entre le modèle et la réalité à température de croissance. Néanmoins, la concordance entre la température au centre et celle à l'extrémité permet d'affirmer qu'améliorer l'uniformité de chauffage aura un impact positif sur la réalité. En rendant le porte-échantillon isolant, il a été de possible d'améliorer énormément l'uniformité de température, passant d'une différence de 25 [degrés Celsius] entre le centre et l'extrémité à 14 [degrés Celsius]. À plus long terme, une nouvelle conception a été proposée en combinant une source ponctuelle à un porte-échantillon chauffant, ce qui donne, en optimisant les paramètres, une uniformité de chauffage quasi-parfaite tout en diminuant les pertes énergétiques.

Les bris de conducteurs causent des efforts dynamiques importants pouvant causer de lourds dommages sur les pylônes de ligne de transport.Les efforts peuvent être tels qu'ils peuvent causer la ruine en cascade de plusieurs pylônes. Cette recherche porte sur l'étude de l'effet de l'ajout d'un mécanisme ductile à la console d'un pylône soumis à un bris de conducteur. L'étude est composée de deux phases complémentaires, l'une expérimentale comportant l'utilisation d'un banc d'essais à échelle réduite, et l'autre numérique utilisant le logiciel Code-Aster pour la modélisation d'essais dynamiques comportant un mécanisme ductile à la console. Les essais à échelle réduite comportaient huit essais élastiques et onze essais comportant un fusible ductile à la console. Lors des essais, le fusible ductile a démontré sa capacité à réduire les efforts dynamiques au canton. La réponse du mécanisme en fonction de sa capacité ductile a démontré qu'une capacité trop faible n'apportait aucun gain sur la réduction des efforts et que l'étude de la capacité requise se doit d'être étudiée pour un cas donné. Les modélisations par éléments finis effectuées à l'aide du logiciel Code-Aster ont su représenter la réponse dynamique obtenue lors des essais.Les modélisations élastiques ont permis une représentation des déformations plastiques ainsi que des déplacements. Une modélisation a de plus été effectuée sur une géométrie réelle de pylône pour évaluer les gains possibles suite à l'ajout d'un mécanisme ductile à la console.Les résultats obtenus valident les résultats du banc d'essais en présentant une réduction des efforts de bris au canton de l'ordre de 35%.

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Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR « PROCOM » du programme Matériaux et Procédés dont le coordinateur est EADS IW. Elle a eu pour objectif la mise en place et le développement d’un procédé industrialisable consistant en la fabrication de renforts fibreux pour les composites de haute performance. Elle intègre des nouveaux concepts à nano/micro-échelles et un traitement de surface par voie électrochimique. Les travaux de cette thèse présentent la synthèse d’un polymère conducteur électronique, le polypyrrole, par voie électrochimique, effectuée à la surface de renforts hybrides qui sont des fibres de carbone greffées de nanotubes de carbone (NTCs). Dans un premier temps il s’agit d’optimiser la synthèse du polymère et d’observer l’influence des différents paramètres liés à l’électrochimie sur le taux de dopage et l’épaisseur du film polymère. Les paramètres étudiés étant le potentiel appliqué, le temps de polymérisation, la nature de l’électrolyte et le dopant. Puis il s’agit d’évaluer l’influence du dépôt de polymère sur trois paramètres très importants. Ces paramètres sont la conductivité électrique, les propriétés mécaniques et l’accrochage des NTCs à la surface de la fibre de carbone. Les propriétés électriques sont importantes car ces composites seront utilisés pour le fuselage d’aéronefs qui doivent pouvoir dissiper le courant en cas de foudre. Les bonnes propriétés électriques intrinsèques des NTCs ainsi que l’utilisation d’un polymère conducteur ont permis d’améliorer les propriétés conductrices du renfort. Le polymère joue également le rôle d’interface entre le renfort qui est la fibre hybride et la matrice dans le but d’améliorer les propriétés mécaniques du matériau final. Cependant pour améliorer l’interface différents pré-traitements ont été effectués, tels qu’un traitement thermique, une fonctionnalisation de surface par plasma et le greffage d’une couche d’accroche. Enfin, le polymère joue un rôle protecteur au niveau de la dissémination des NTCs dans l’atmosphère afin d’éviter tout risque sanitaire. Dans un deuxième temps, un système permettant l’électropolymérisation des fibres hybrides en continu a été mis au point en vue de la réalisation d’un procédé pilote par les partenaires industriels du projet. / This thesis is part of the ANR project “PROCOM” from the Mat&Pro program whose coordinator is EADS IW. The aim of the project is the development of a process likely to be scaled up industrially to produce fibrous reinforcements for high performance composites. The project incorporates new concepts in nano / micro-scale and an electrochemical surface treatment. This PhD work presents the synthesis of an electronically conductive polymer (polypyrrole) by an electrochemical route, on the surface of hybrid reinforcements which are carbon fibers grafted by carbon nanotubes (CNTs). At first, the polymer synthesis has been optimized and the influence of different electrochemical parameters on the doping level and the thickness of the polymer layer was investigated. The parameters studied were the applied potential, the polymerization time, the nature of the electrolyte and the dopant. Then, the influence of polymer deposition on three very important parameters was considered. These parameters are the electrical conductivity, the mechanical properties and the adhesion of CNTs on the surface of the carbon fibers. The electrical properties are important because these composites are intended to be used for the fuselage of aircraft that must be able to dissipate the current from lightning. Good intrinsic electrical properties of CNTs and the use of a conductive polymer have improved the conductive properties of reinforcements. The polymer, which is at the interface between the reinforcing hybrid fibers and the matrix, is expected to improve the mechanical properties of the final material. However, to improve this interface different pre-treatments were carried out, such as heat treatment, plasma surface functionalization and incorporation of a grafting layer. Finally, the polymer plays a protective role in the dissemination of CNTs in the atmosphere in order to avoid any health risk. In a second step, a system for the electropolymerization of hybrid fibers in continuous was implemented with the aim of developing an industrially scalable process.

Les développements récents des techniques de fabrication de matériaux semi-conducteurs de type III-N comme GaN et AlGaN permettent le développement de photo-détecteurs Schottky et métal-semi-conducteur-métal opérant dans le domaine de l'ultraviolet. Alors que les photo-détecteurs à base de GaN et AlGaN ont un faible bruit et un temps de réponse rapide, l'absence de gain interne est un obstacle majeur à leur utilisation dans des applications qui nécessitent des photo-détecteurs à haute sensibilité. Dans ce travail, nous avons conçu et fabriqué des photo-détecteurs à base d'alliage BAlGaN sous forme de monocouches et de super réseaux réalisés par MOVPE et photo-lithographie. Une caractérisation complète de leurs propriétés électriques et électro-optiques a ensuite été réalisée. Nous montrons que ces nouveaux alliages BAlGaN ont un impact majeur sur les performances des photo-détecteurs étudiés. Nous avons pu réaliser des détecteurs présentant un important gain interne (jusqu'à 3x105) donc avec une sensibilité améliorée, un courant d'obscurité faible (jusqu'à 9 ordres de grandeurs plus faible que dans les détecteurs à base de GaN réalisés), une longueur d'onde de coupure ajustable dans la gamme 260-380, et un temps de réponse deux fois plus rapide que dans les détecteurs à base de GaN réalisés. Finalement, nous proposons une interprétation du mécanisme de gain dans ces nouvelles structures reposant sur l'existence de pièges profonds à électrons et à trous / Recent developments in III-N material growth technology such as GaN and AlGaN made possible to fabricate high performance solar-blind Schottky, and metal-semiconductor-metal based photodetectors operating in the ultraviolet range -based photodetectors. While GaN and AlGaN have low noise and fast response times, the lack of high internal gain is a limitation for their use in applications that require high sensitivity photodetectors. In this work, we have designed and fabricated BAlGaN-based photodetectors. For this, several BGaN monolayer and superlattices were grown using MOVPE and lithography processes followed by a full characterization of their electrical and electro-optical properties. We show that these new BAlGaN alloys have tremendous impact on the performance of these photodetectors. We were able to achieve photodetectors with large internal gain (up to 3x105) and thus improved sensitivity, low dark current (up to nine orders of magnitude lower compared to our own GaN-based photodetectors), tunable cut-off wavelength in the 260-380 nm range, and more than two orders of magnitude reduction in the response time compared to our own GaN-based photodetectors. Finally, we propose an interpretation, based on the existence of deep level electron and hole traps, to explain the different mechanisms at the origin of the internal gain in these new structure

Les propriétés physiques des systèmes dépendent fortement de la dimensionnalité. L'exaltation des corrélations électroniques, la séparation spin charge dans le liquide de Luttinger et les ondes de densité de charge en sont des exemples. Les surfaces semiconductrices avec une dimension réduite servent à étudier la corrélation électronique, elles sont favorables à présenter des transitions de Mott avec leurs états de surface peu dispersifs, ainsi que la manière de découpler les états électroniques de nanostructures du substrat dans la recherche de propriétés électroniques singulières / Not available

L’objet de cette thèse sera de réaliser et d’évaluer un démonstrateur électrochrome dont l’architecture repose sur l’empilement des trois pixels primaires (C) (M) et (J). Chaque pixel est contrôlé indépendamment en imposant une faible tension entre l’électrode frontale (sur laquelle repose le polymère électrochrome) et une contre-électrode. Lors des commutations, le polymère passe d’un état coloré à un état transparent et ce de manière réversible lorsque la tension est inversée aux bornes du dispositif. Plusieurs architectures de la brique pourront être envisagées. Enfin parmi les architectures retenues, les caractéristiques du dispositif seront évaluées essentiellement en terme de coordonnées colorimétriques (CIE L*a*b*), et de contrastes entre deux états optiques. D’autres aspect techniques tels que la tenue au cyclage, le vieillissement, la tenue d’un état optique en circuit ouvert… seront également évalués au cours de projet. / The purpose of this thesis is to implement and evaluate an electrochromic demonstrator whose architecture is based on the stacking of three primary pixels (C) (M) and (J). Each pixel is controlled independently by imposing a low voltage between the front electrode (where the electrochromic polymer is) and the counter-electrode. During switching, the polymer changes from a colored state to a transparent state and reversibly when the voltage is reversed. Several architectures of the brick could be considered. Finally, among the chosen architectures, device characteristics will be primarily evaluated in terms of color coordinates (CIE L * a * b *), and contrasts between the two optical states. Other technical aspects such as cycling, aging and holding an constant optical state in open circuit, will also be evaluated during the project.

Ma thèse a permis d’initier l’activité de recherche sur les cellules en couche mince à base de matériaux chalcopyrite et kësterite (CIGS et CZTS) et d’entamer leur réalisation technologique. En intégrant des critères économiques et environnementaux, nous avons défini une stratégie en deux points (i) utilisation de la pulvérisation cathodique comme unique procédé de dépôt pour tous les matériaux et utilisation de cibles uniques pour les matériaux composés. (ii) remplacement des matériaux toxiques et rares. J’ai alors développé le contact arrière en molybdène déposé sur verre sodocalcique, ayant les propriétés électriques requises et une bonne adhésion au substrat. Nous avons vérifié que le sodium présent dans le substrat migre jusqu’à la surface du molybdène. Après une étude bibliographique du dépôt de CIGS par cible unique, j’évalue les avantages et difficultés afférentes à cette méthode. Après une étude bibliographique des méthodes de formation du CZTS et après une étude de pulvérisation de CZTS à partir d’une cible unique, je justifie le choix d’une méthode originale de pulvérisation à partir de trois sources. Je présente ensuite une étude bibliographique évaluant la possibilité de déposer une couche tampon en Zn(O,S) par pulvérisation pour remplacer le CdS déposé par bain chimique. Enfin, après une étude montrant que notre équipement ne permet pas d’obtenir des couches d’AZO ayant les propriétés électriques requises, une étude matériau des couches d’ITO déposées par pulvérisation RF est réalisée. Des couches d’ITO amorphe ayant d’excellentes propriétés électriques et optiques sont obtenues et leur utilisation en tant que fenêtre optique des cellules est proposée. / Thin film photovoltaic cells based on CIGS and CZTS materials has been initiated in this work. Environmental and economic issues have been taken into account to define an original strategy. We aim to substitute all the toxic and rare materials by abundant and non-toxic materials. In order to simplify the fabrication process, we also decide to deposit all layers using sputtering technique. The molybdenum back contact has been developed on a soda lime glass (SLG) substrate, with adequate electrical properties and good adhesion to the substrate even after thermal treatments similar to those used during the absorber formation. We have verified the required sodium migration from the SLG substrate to the molybdenum surface. A bibliographic study has been done to evaluate a single-target sputtering method to form CIGS and CZTS films. CZTS thin film deposition from a single target has been studied, with unsatisfactory results. We finally suggest an original multi-target method. Then, a bibliographic study has been done to evaluate the relevance of a sputtered Zn(S,O) buffer layer to replace the CBD-CdS conventional buffer layer. A study of RF-sputtered AZO films has been carried out, but we didn’t obtain the required electrical conductivity. We finally study RF-sputtering of ITO films. We developed amorphous ITO thin films with excellent electrical and optical properties. We suggest using this material as the window layer of solar cells.