Cette étude a pour but d'améliorer la compréhension et la modélisation du comportement en indentation de substrats de verre revêtus.<br /><br />Nous nous intéressons d'abord au contact élastique sur un substrat revêtu. Nous développons un algorithme semi-analytique permettant un calcul efficace de ce type de contacts. L'influence des désaccords de propriétés élastiques sur la réponse mécanique est étudiée. La méthode d'Oliver et Pharr induit une erreur sur la valeur du rayon de contact sur des systèmes revêtus. Nous proposons des pistes pour résoudre ce problème.<br /><br />Nous nous intéressons ensuite au comportement élastoplastique du verre de silice. Nous utilisons la microspectroscopie Raman pour évaluer la densité locale de ce matériau et ainsi cartographier la densification dans de la silice amorphe indentée et caractériser en pression hydrostatique de l'écrouissage de ce matériau. La prise en compte de cet écrouissage améliore les lois de comportement existantes. Nous étudions l'augmentation de la raideur de la silice amorphe avec sa densité. Nous utilisons la luminescence de Cr3+ pour étendre ces méthodes expérimentales à d'autres verres silicatés.

Ces quinze dernières années, l'élaboration d'oxydes fonctionnels sous forme de couches minces a connu un essor important. En microélectronique, ainsi qu'en spintronique, il est important de pouvoir synthétiser des films cristallins avec une épaisseur nanométrique et une interface abrupte. Dans cette configuration, les propriétés des films diffèrent des propriétés du matériau massif, notamment de part l'importance des conditions à l'interface entre le film et le substrat. Cette étude est focalisée sur la croissance par MOCVD a injection pulsée d'oxydes a base de fer : Fe3O4, g-Fe2O3 et BiFeO3. L'originalité de ce travail découle des études in situ des premiers stades de la croissance des films par AFM (microscope a force atomique) sous ultravide.

Des couches minces d'oxynitrure de titane, TiNxOy, ont été élaborées sur Si(100) par MOCVD (dépôt chimique en phase vapeur) à partir d'isopropoxyde de titane Ti(OCH(CH3)2)4 et d'ammoniac NH3. En modifiant la température de croissance, il est possible de contrôler le rapport N/O et d'obtenir ainsi des composés de conductivité variable.<br /><br />L'objectif de ce travail était la détermination de la composition et de la structure des couches minces de TiNxOy de façon à en comprendre les propriétés électriques. Cependant, cette étude s'est rapidement avérée plus complexe que prévue, les techniques de caractérisation classiques (MEB, DRX, Raman, XPS...) étant insuffisantes pour décrire le système TiNxOy dans sa totalité. En effet, une seule phase cristallisée, isomorphe de TiN, a pu être mise en évidence dans les échantillons élaborés à haute température (T > 550 °C) tandis que des analyses quantitatives ont révélé des proportions d'oxygène relativement importantes dans tous les échantillons. Aussi, cette étude a été élargie à des films de TiN afin de comprendre l'importance de l'oxygène dans cette structure.<br /><br />Des méthodes de caractérisation originales, basées sur le fait qu'il est possible de relier la structure d'un matériau à sa réactivité, ont alors été mises en œuvre afin de compléter les analyses précédentes. Notamment, l'étude de la réactivité des couches minces vis-à-vis d'une irradiation ionique ou lors de traitements thermiques a permis de qualifier et quantifier les différentes phases des films minces de TiNxOy en réalité constitués d'une phase Ti(N,O) conductrice et d'une phase TiO2 isolante. Un modèle de percolation permettant la simulation des variations de conductivité des films à partir des proportions relatives de chacune de ces deux phases a alors pu être proposé.

Dans ce travail, on s'intéresse à la modélisation d'un problème de revêtement ``mince'' et à l'étude de méthodes de décomposition de domaine en mécanique du contact.\\<br />La première partie porte sur un problème de contact quasistatique avec loi de Coulomb pour un solide élastique revêtu d'une couche ``mince''. Après avoir établi un théorème d'existence, nous définissons un rapport critique entre les paramètres géométriques et élastiques du système. Pour ce rapport, nous établissons rigoureusement une loi de contact limite en faisant tendre l'épaisseur relative du revêtement vers zéro.\\<br />La deuxième partie est dédiée aux méthodes de décomposition ``naturelle'' de domaine pour des problèmes de contact. Celle-ci consiste à considérer la zone de contact comme interface de décomposition mathématique. Nous étudions d'abord un problème de contact sans frottement entre deux corps élastiques (Signorini) pour lequel on propose et on démontre la convergence d'un algorithme de type ``Neumann-Dirichlet''. Ce résultat est ensuite généralisé à un problème de contact avec frottement de Coulomb. Enfin, nous proposons et nous montrons la convergence d'un algorithme plus parallélisable ``Neumann-Neumann'' pour un problème de Signorini.<br /> Des résultats numériques montrent la validité de la méthode. \\

Cette thèse est dédiée à l'étude d'oxydes de Mn du type L1-xAxMnO3 (L=La, A=CA, Sr) pour x=1/3. Ces composés présentent une transition paramagnétique-ferromagnétique avec une Tc proche de 300K. Dans le régime paramagnétique, la résistance électrique présente un comportemtent semiconducteur et un caractère métallique pour des températures inférieures à Tc : la transition magnétique s'accompagne donc d'une transition métal-isolant. L'application d'un champ magnétique externe favorise l'ordre ferromagnétique entre les moments des ions Mn, conduisant à un déplacement de Tc vers les hautes températures, ce qui produit une variation importante de la résistivité près de la transition. C'est cet effet que l'on appelle "magnétorésistance colossale". Dans les manganites, plusieurs interactions sont en compétition pour déterminer l'état électronique fondamental, ce qui confère à ces matériaux un grand intérêt comme système à électrons fortement corrélés. Les manganites possèdent également certaines fonctionnalités exploitables pour l'électronique de spin, comme leur forte polarisation de spin. Dans ce cadre, cette thèse est articulée autour des points suivants :<br />1. Le plus gros effort experimental a consisté à mettre au point et automatiser un bâti de croissance de couches minces par pulvérisation cathodique. Ce système comprend une chambre à vide dont l'atmosphère est contrôlée par deux pompes, des électrovannes et des fluxomètres. Les différentes éléments (chaufferettes porte-substrats, magnétrons, etc) sont pilotés par un ordinateur de sorte que la croissance de couches et d'hétérostructures est entièrement automatisée.<br />2. La seconde partie du travail a concerné l'étude et l'optimisation des conditions de croissance de couches minces nanométriques de La2/3Ca1/3MnO3. L'influence des différents paramètres de croissance (température, vitesse de dépôt, etc) sur les propriétés du matériau ont été étudiées de façon exhaustive afin de maîtriser la croissance de couches de haute qualité avec une bonne reproductibilité.<br />3. La majeure partie du travail a consisté à étudier l'influence des interfaces sur les propriétés physiques de couches minces de manganite. L'interaction responsable du ferromagnétisme de ces matériaux est très sensible aux distorsions structurales ce qui, combiné à la forte polarisation de spin des porteurs, donne lieu à une forte magnétorésistance à champ faible dans des poudres nanométriques (contenant une grande densité de joints de grains). Cette forte polarisation de spin conduit aussi à l'observation de forts effets magnétorésistifs dans des jonctions tunnel à base de manganites. Dans ce cadre, notre contribution consiste à étudier plusieurs types d'interfaces (joints de grains d'orientation contrôlée dans des couches texturées, défauts générés par irradiation laser, jonctions bicristallines) et a corréler les propriétés magnétiques et de magnétotransport avec les caractéristiques structurales. L'influence de l'interface avec le substrat isolant (SrTiO3, LaAlO3, NdGaO3) a également été étudiée via la dépendence en épaisseur (2.4 - 180 nm) des propriétés de couches minces totalement contraintes. Parmi les effets les plus marquants, on observe une forte diminution de la Tc et une aumgentation de la résistivité lorsque l'épaisseur diminue. Nous avons montré que cela résulte d'une séparation de phase entre des régions nanométriques ferromagnétiques-métalliques, ferromagnétiques-isolantes et non-ferromagnétiques-isolantes présentes à l'interface couche-substrat. Par ailleurs, nous avons également effectué des mesures de magnétorésistane anisotrope et d'effet Hall extraordinaire. L'amplitude de ces deux effects a été comparée et interprétée en fonction du couplage spin-orbite et des propriétés électroniques près de Tc.

L'intérêt porté aux microcapteurs électrochimiques ChemFETs (Chemical Field Effect Transistor) ne cesse de croître, stimulé par leurs nombreuses applications. Au cours de cette thèse, différentes structures de ChemFETs à canal non préformé et préformé ont été étudiées, simulées et réalisées. Le procédé technologique et l'encapsulation des ChemFETs à canal préformé ont été mis au point. Les caractéristiques électrochimiques de ces structures ChemFETs ont été effectuées afin de mettre en évidence l'influence du régime de fonctionnement du ChemFETs sur leurs paramètres de détection (sensibilité, linéarité&). Le microcapteur générique pH-ChemFET (grille SiO2/Si3N4) a été adapté à la détection de l'ion ammonium aboutissant à la réalisation de pNH4-ChemFET (grille SiO2/Si3N4/PSX). L'utilisation des techniques de photolithographie a permis la fabrication collective des couches ionosensibles à base d'une matrice organique en polysiloxane (PSX) et d'un ionophore associé: nonactine. La fonctionnalité des pH-ChemFETs et pNH4-ChemFETs a été vérifiée expérimentalement pour la gamme de concentration pH = [2-11] et pNH4 = [1-5] respectivement.

Une forte demande en systèmes électrochimiques rechargeables s'est développée durant la dernière décennie afin d'alimenter en énergie des systèmes miniaturisés. Parmi ces nouveaux systèmes figurent notamment les microbatteries. Les avancées technologiques récentes laissent entrevoir un large champ d'applications quant à l'utilisation prochaine de ces dernières. Les couches minces de LiNiVO4 sont des matériaux prometteurs pour une utilisation en tant qu'anode dans des microbatteries au lithium. Toutes les couches minces ont été préparées par pulvérisation cathodique radio-fréquence à effet magnétron à partir d'une cible de LiNiVO4 sous argon pur ou bien un mélange argon/oxygène. Nous avons en particulier étudié l'influence de certains paramètres de dépôt tels que la pression partielle d'oxygène, la puissance, la distance cible-substrat ou la pression totale sur la composition, la microstructure et les propriétés électrochimiques. L'étude de la composition des couches minces déterminée par RBS, NRA et AES a montré que le rapport V/Ni augmente lorsque la pression partielle d'oxygène dans l'enceinte passe de 0 à 10 %. La diffraction des rayons X montre que les couches brutes sont amorphes. Les meilleurs résultats électrochimiques ont été obtenus pour une couche quasi-stoechiométrique, de composition Li1.12NiV1.02O4.11. Cette composition particulière conduit à l'insertion de 7 ions lithium par unité formulaire ce qui correspond à une capacité spécifique de 1000 mAh/g (quand le cyclage est effectué entre 3 V et 0.02 V). Cette dernière est même légèrement améliorée lorsque la couche est recuite à 300°C.

Le développement considérable des détecteurs bolométriques au cours de la dernière décennie témoigne de la puissance et de la sensibilité de la mesure thermique d'un dépôt d'énergie. Notre étude se situe dans le cadre de la recherche d'une résolution ultime en énergie et en position. Nous avons mis au point un dispositif ultravide qui a rendu possible l'optimisation des conditions de dépôt, d'adhésion et de traitement thermique des détecteurs, grâce à la capacité de transférer l'échantillon entre les différentes enceintes, sans remise à l'air. Cet appareillage nous a permis de développer un bolomètre entièrement constitué de films minces, centré sur un matériau thermométrique de 10 nm d'épaisseur, ayant une très faible capacité calorifique et une très bonne sensibilité, grâce aux propriétés de la transition métal-isolant. Le volume et la forme de chacun des éléments du bolomètre composite sont définis par un masquage mécanique et une gravure ionique, ce qui nous permet de concevoir un détecteur pour lequel la capacité calorifique, le temps de réponse thermique et l'impédance électrique de chaque élément peuvent être définis en jouant sur l'épaisseur des films et leur facteur de forme. Deux bolomètres prototypes ont été fabriqués par cette méthode. L'un est destiné à l'astrophysique spatiale, l'autre est destiné à des mesures calorimétriques de monocouches atomiques. Nous montrons qu'une limite à la réduction de la taille du volume actif du matériau apparaît à basse température, et que cette limite est liée à la décroissance très rapide du couplage électron-phonon avec la température. Elle est évaluée, sur le plan théorique, pour un microbolomètre de 10 µm par 11 µm. Ceci nous conduit à montrer que la réduction de la température de fonctionnement aux plus basses températures ne représente pas un optimum pour un microbolomètre.

Par évaporation sous vide avec un laser pulse, on se propose de fabriquer des couches minces de matériaux varies et des multicouches utilisables pour la réalisation de miroirs a rayons x-uv; les paramètres pour la réflectivité des empilements que nous essayons d'améliorer sont: la pureté, l'homogénéité d'épaisseur, la compacité et la planéité des interfaces des différentes couches obtenues. Nous avons mis en place un dispositif qui utilise un laser nd-yag pulse ayant une densité de puissance au niveau de la cible supérieure a 100 millions de watts par centimètre carre. Un déplacement dans deux directions orthogonales assure un balayage uniforme du faisceau de la cible. L'épaisseur des couches est contrôlée pendant le dépôt par une microbalance a quartz. L'ensemble est gèré par un micro-ordinateur permettant le pilotage automatique de la fabrication de couches simples et multicouches. Pour la plupart des matériaux étudiés, les couches minces fabriquées ont une densité du matériau massif. La rugosité aux interfaces (c sur w par exemple) est souvent meilleure que celle obtenue dans le cas d'une évaporation thermique classique. Il reste a résoudre les problèmes d'homogeneite d'épaisseur que nous avons mis en évidence. Les projections de gouttelettes de matériau durant l'évaporation posent un problème, particulièrement aigu dans le cas du silicium, ou la surface des couches présente des aspérités sous forme de gouttelettes solidifiées .

non fournis