L'électronique intégrée connaît des développements importants pour des applications mettant en œuvre des capteurs en couches minces associés à une acquisition et un traitement des données appropriés. Le développement de couches minces qui peuvent être associées à des composants électroniques est un élément clé pour la mise en œuvre de nouveaux dispositifs. Un des objectifs de ma thèse est de montrer la faisabilité de couches minces de composés à base de soufre, par des techniques autres que celles mettant en jeu le vide. Ces techniques simples sont le spray et le dépôt chimique en solution aqueuse.Trois matériaux binaires et à base de soufre m'ont été proposés pour l'élaboration en couches minces par voie aqueuse, ce sont : SnS, à applications photovoltaïques, et MgS et CaS à applications dosimétriques.Le sulfure d'étain est un absorbeur utilisé dans les dispositifs photovoltaïques, connu pour ces propriétés physiques pertinentes pour cette application. Cependant, c'est un piètre conducteur et différents dopages tel que le fer, l'argent et le gallium ainsi qu'un recuit sous atmosphère contrôlé ont été réalisés dans le but d'augmenter la conductivité de ces couches minces. Il s'est avéré par la suite qu'un simple dopage des films minces de SnS n'aboutit pas à la diminution de la résistivité d'où la proposition d'un recuit sous atmosphère contrôlé dans cette étude. L'étude cristallographique révèle une amélioration cristalline avec la coexistence des deux phases pour des températures de recuit croissantes. A une certaine température, un changement de phase est noté. La transformation de phase se produit à des températures de recuit différentes pour les couches minces recuites et avec différents éléments dopants. La partie électrique étudiée par courants thermiquement stimulés montre que les pièges disparaissent pour des températures de recuit croissantes. Ce résultat a été consolidé par une augmentation progressive de l'intensité du courant d'obscurité en fonction de la température de recuit suivie d'un changement notable du processus de conduction. Ce changement observé est attribué à la transition de phase produite lors du recuit.Nous avons ensuite optimisé les paramètres de croissance des films minces de MgS et de CaSO4 à applications dans les mesures dosimétriques. Nous avons réussi par la technique de spray à élaborer des couches minces de MgS. Suivant l'analyse cristallographique et chimique, nous avons conclu à l'existence des deux matériaux : le MgSO4 en une forte proportion et le MgS en une faible proportion. La présence importante du taux d'oxygène dans les couches minces a été expliquée par le fait que la technique de croissance n'est pas sous vide d'une part et d'autre part par la présence de l'oxygène dans les réactifs. L'effet du recuit réalisé sous vide ou sous azote montre que ce matériau n'est pas stable à atmosphère ambiante et que l'élaboration de ce dernier en couches minces nécessite des techniques de fabrication plus performantes et qui mettent en jeu le vide.Par ailleurs, le CaSO4 a été élaboré par la technique de Spray. Du dopage intentionnel a été analysé afin de préciser le comportement de luminescence du matériau. Cependant, comme on a constaté que la luminescence du matériau après dopage est la même que celle du non dopé et ce quelque soit le dopage utilisé, nous pouvons conclure que la luminescence de ce composé est attribuée aux états de défauts intrinsèques.Une étude de la TL a été réalisée sur un échantillon irradié à différentes doses. Il a été noté que le signal de la TL augmente pour des doses d'irradiation croissantes.Ce travail constitue une première étape cruciale vers la maîtrise des propriétés de certaines couches minces incluses dans des dispositifs photovoltaïques et dosimétriques. Les perspectives s'ouvrent vers d'autres matériaux soufrés bien connus en dosimétrie, et pour lesquels le spray pourrait constituer une méthode de fabrication bien adaptée. / This thesis reports the growth of sulfur thin films using low cost techniques other than those involving vacuum. These simple techniques are spray pyrolysis and chemical bath deposition. In this context, it is necessary to control the development of thin films. Various analyzes were performed such as: XRD, SEM, EDS, AFM, spectrophotometry and TSC. All these analyzes allowed us to improve the physical properties of thin films of SnS in photovoltaic application in a first stage and a second stage to optimize the growth parameters of dosimetric thin films.In the first part, we have elaborated tin sulphide thin films using as an absorber material in photovoltaic devices. For this, different doping such as iron, silver, and gallium as well as annealing in a controlled atmosphere have been made in order to increase the conductivity of these thin films. The doping was carried out during the growth process by adding relative concentration of the aqueous solutions containing Fe2+; Ag2+ and Ga2+ ions. It was found later that the doping of SnS thin films does not result in the decrease of resistivity. So,other physical characterizations are in progress to optimize thin films properties and particularly the resistivity by means of an appropriate heat treatment under controlled atmosphere. The XRD patterns show an increase in crystallite size with annealing temperature, correlated with an improvement in surface topography. In addition, annealing at 600°C results in the structural transition from rocksalt to orthorhombic, leading to enhanced conductivity. From TSC measurement, a gradual increase in the current intensity with increasing annealing temperature was observed. A significant change in the electrical conduction regime occurred for the film annealed at 600°C. The TSC intensity increased by 5 decades compared with that of the SnS annealed at 500°C. The SnS thin film had semiconductor electrical behavior, which can be attributed to the structural transition.During the second part of my thesis, we have optimized the growth parameters of dosimetric thin films. For this, we started with the first material the MgS using spray pyrolysis technique. Different growth parameters were varied such as the substrate temperature, the pH of the solution, the nature of the solvent and that of the carrier gas and the concentration of EDTA. Along the crystallographic analysis (XRD) and chemical (EDS), we concluded the existence of two materials: a high proportion of MgSO4 and MgS in a small proportion. The significant presence of oxygen in in thin films was explained by the fact that the growth of such compound needs a vacuum technique. Another reason may be to the presence of oxygen in the reactants. In fact, the presence of the dominant phase magnesium sulfate may be due to the little amount of the rate of the dissociation MgSO4 to release Mg2+ cation through the EDTA complexing. The effect of annealing performed under vacuum and under nitrogen atmosphere show that this material is not stable at ambient atmosphere and the development of the latter requires thin film manufacturing techniques more efficient and which involve vacuum.We then chose to prepare a second dosimeter material is CaSO4 by spray technique. Intentional doping (Sm, Mn or doubly doped such as (Cu, F), (Cu, Mn)) was analyzed to clarify the behavior of luminescence of the material. However, as it was found that the luminescence of the material after doping is the same as that in the case of undoped and whatever the doping used, we can conclude that the luminescence there is given to the states of its own defects -even and which are present in the spray solution. Hence the luminescence of the material is intrinsic. A study of the TL was performed on a sample irradiated at different doses. It was noted that the signal of the TL increases for increasing irradiation doses.

Cette thèse est dédiée au développement d'outils mathématiques innovants améliorant la modélisation en électrophysiologie cardiaque.Une présentation du modèle bidomaine - un système réaction-diffusion - à domaine fixé est proposée en s'appuyant sur la littérature et une justification mathématique du processus d'homogénéisation (convergence «2-scale») est donnée. Enfin, une étude de l'impact des déformations mécaniques dans les lois de conservation avec la théorie des mélanges est faite.Comme les techniques d'imagerie ne fournissent globalement que des surfaces pour les oreillettes cardiaques dont l'épaisseur est très faible, une réduction dimensionnelle du modèle bidomaine dans une couche mince à une formulation posée sur la surface associée est étudiée. À l'aide de techniques développées pour les modèles de coques, une analyse asymptotique des termes de diffusion est faite sous des hypothèses de gradient d'anisotropie fort à travers l'épaisseur. Puis, une modélisation couplée du cœur - asymptotique pour les oreillettes et volumique pour les ventricules - permet la simulation d'électrocardiogramme complet. De plus, les méthodes asymptotiques sont utilisées pour obtenir des résultats de convergence forte pour les modèles de coque-3D.Enfin, afin de «personnaliser» les modèles, une méthode d'estimation est proposée. Les données médicales intégrées dans notre modèle - au moyen d'un filtre d'état de type Luenberger spécialement conçu - sont les cartes d'activation électrique. Ces problématiques apparaissent dans d'autres domaines où les modèles (réaction-diffusion) et les données (position du front) sont similaires, comme la propagation de feux ou la croissance tumorale. / This thesis aims at developing innovative mathematical tools to improve cardiac electrophysiological modeling. A detailed presentation of the bidomain model - a system of reaction-diffusion equations - with a fixed domain is given based on the literature and we mathematically justify the homogenization process using the 2-scale convergence. Then, a study of the impact of the mechanical deformations in the conservation laws is performed using the mixture theory.As the atria walls are very thin and generally appear as thick surfaces in medical imaging, a dimensional reduction of the bidomain model in a thin domain to a surface-based formulation is studied. The challenge is crucial in terms of computational efficiency. Following similar strategies used in shell mechanical modeling, an asymptotic analysis of the diffusion terms is done with assumptions of strong anisotropy through the thickness, as in the atria. Simulations in 2D and 3D illustrate these results. Then, a complete modeling of the heart - with the asymptotic model for the atria and the volume model for the ventricles - allow the simulation of full electrocardiogram cycles. Furthermore, the asymptotic methods are used to obtain strong convergence results for the 3D-shell models.Finally, a specific data assimilation method is proposed in order to «personalize» the electrophysiological models. The medical data assimilated in the model - using a Luenberger-like state filter specially designed - are the maps of electrical activation. The proposed methods can be used in other application fields where models (reaction-diffusion) and data (front position) are very similar, as for fire propagation or tumor growth.

Le dépôt MOCVD, l’oxydation naturelle sous air et l’oxydation naturelle suivie d’un dépôt MOCVD ont été utilisés pour synthétiser des couches de zircone d’environ 1 µm d’épaisseur. Dans un premier temps, nous avons déterminé les conditions optimales pour le dépôt MOCVD sur le 304L et le Zy-4, à 400°C et 500°C. Les deux autres techniques nous ont permis d’obtenir des couches plus épaisses et de compositions différentes en termes de fractions de phases quadratique et monoclinique. Nous avons caractérisé les phases et les contraintes résiduelles dans les couches par DRX. Grâce à un chargement de flexion ou de traction dans l’enceinte d’un MEB, nous avons réalisé des essais de multifissuration. Sur le Zy-4, nous avons obtenu le schéma classique d’endommagement : apparition de fissures perpendiculaires à la direction d’extension, augmentation du nombre de fissures jusqu’à saturation de la multifissuration. Sur le 304L, nous avons observé une hétérogénéité de fissuration pour les couches les moins épaisses, qui peut être due à la taille des grains du substrat par rapport à l’épaisseur de couche. On montre que la distance entre les fissures à saturation ne dépend ni des phases, ni des contraintes résiduelles. Elle varie linéairement avec l’épaisseur de la couche. La modélisation par éléments finis des essais de flexion nous a permis d’obtenir la contrainte à l’amorçage des fissures. La résistance des couches ne dépend pas de la fraction de phase quadratique et ne semble pas dépendre des contraintes résiduelles, mais elle décroît lorsque l’épaisseur croît. La prise en compte des contraintes résiduelles pour expliquer l’amorçage des fissures conduit à supposer que ces contraintes sont fortement hétérogènes dans les couches. / MOCVD deposition, air thermal oxidation and thermal oxidation followed by MOCVD deposition were used to produce the zirconia layers. First, in order to obtain films of controlled thickness (a few microns), we determined the optimal MOCVD deposition conditions on the 304L and Zy-4, at 400°C and 500°C. The two other techniques allowed us to obtain thicker layers of different tetragonal phase fractions. The volume fraction of tetragonal phase of zirconia and the residual stresses in the layers was characterized by DRX. Multiple cracking tests were performed inside a SEM through bending or tensile tests. On the Zy-4, we obtained the classic damage scheme: cracks perpendicular to the extension direction appear and multiply until saturation. On the 304L, cracks were localized for the thinner layers; this may be due to the grain size of the substrate with respect to the layer thickness. For the layers obtained on Zy-4, the minimal distance between the cracks does not depend neither of the tetragonal phase fraction nor of the residual stresses. It varies linearly with the layer thickness. Using the finite element method, the stress at fracture initiation was obtained. It decreases with the increase of the layer thickness independently of the tetragonal phase fraction and of the residual stresses. To take into account the residual stresses in assessment of the layer strength, high residual stress gradient have to be supposed.

Après dopage, les oxydes de terres rares peuvent acquérir des propriétés optiques intéressantes pour les dispositifs d’optoélectronique du futur. Ces matériaux peuvent aussi être utilisés comme absorbant neutronique dans les réacteurs nucléaires. Que ce soit pendant le processus de dopage ou en réacteur, ces oxydes sont soumis à des conditions d’irradiation aux ions intenses. Il est alors important de comprendre leur comportement dans cet environnement extrême. C’est l’objectif de cette thèse durant laquelle a été menée une étude fondamentale de matériaux modèles (couches épitaxiées assimilables à des monocristaux) sous irradiation ionique. Les principaux résultats montrent qu’un changement de phase, de cubique à monoclinique, se produit sous irradiation. Cette transition, qui n’est pas directement pilotée par l’énergie déposée par les ions, a lieu en plusieurs étapes liées à des évolutions microstructurales distinctes. Enfin, la composition joue un rôle sur le changement de structure, l’oxyde de Gadolinium étant plus rapidement transformé que l’oxyde d’Erbium. / After doping, the rare earth oxides can acquire interesting optical properties for the optoelectronic devices of the future. These materials can also be used as neutron absorbers in nuclear reactors. Whether during the doping process or in the reactor, these oxides are subjected to irradiation conditions with intense ions. It is important to understand their behavior in this extreme environment. This is the objective of this thesis during which a fundamental study of model materials(epitaxial layers assimilable to single crystals)under ionic irradiation was conducted. The main results show that a phase change, from cubic to monoclinic, occurs under irradiation. This transition, which is not directly driven by the energy deposited by the ions, takes place in several stages linked to distinct microstructural evolutions. Finally, the composition plays a role in the change of structure, gadolinium oxide being more rapidly transformed than Erbium oxide.

Les recherches sur les matériaux en couches minces dédiées à l'industrie solaire restent un sujet d'intérêt avec le nombre croissant de types de matériaux incorporés en tant qu'absorbeur dans un dispositif solaire. Le besoin de techniques de caractérisation est donc aigu pour l'optimisation des matériaux et leur incorporation dans des cellules photovoltaïques. Dans cette thèse, une méthode de photo-courant basée sur la spectroscopie de photo-courant à transformée de Fourier (FTPS) est utilisée pour effectuer des mesures sur des matériaux en couches minces et des cellules solaires. Notre FTPS a été développée pour réaliser 3 types de mesures: 1.) mesure de réflexion et de transmission (R/T), 2.) spectroscopie du coefficient d'absorption, et 3.) mesure de réponse spectrale, efficacité quantique externe et densité de photo-courant court-circuit. Cette dernière est spécifiquement utilisée pour les cellules solaires. Nous avons utilisé les résultats de R/T pour effectuer une simulation numérique donnant l'épaisseur, l'indice de réfraction, la rugosité du film et le coefficient d'absorption optique. Une modélisation de la densité d'états (DOS) en utilisant le logiciel DeOSt automatisé avec l'algorithme TLBO (Teacher Learner Based Optimization) a été développée pour trouver les valeurs des paramètres de DOS les mieux adaptées afin de reproduire le ∝ expérimental. Une analyse de sensibilité a été faite pour trouver les paramètres DOS les plus importants parmi 15-17 paramètres. Nous avons mesuré plusieurs échantillons de a-Si: H déposés sous différentes conditions de dépôt, et utilisé nos résultats pour étudier leur DOS. Une comparaison des mesures de α sur a-Si: H déposé sur un substrat de verre et incorporé dans une cellule solaire a également été réalisée. Cette étude a conclu qu'une correction du spectre de coefficient d'absorption doit être effectuée pour les mesures sur les cellules solaires. / Investigations on thin film materials dedicated to the solar industry are still a matter of interest with the growing numbers of material types incorporated as absorbers in a solar cell device. The need of characterization techniques is therefore acute for the optimization of materials and their incorporation in solar devices. In this thesis, a photocurrent method based on Fourier Transform Photocurrent Spectroscopy (FTPS) is used to perform the measurements of thin film materials and solar cells. Our FTPS was further developed to perform 3 types of measurements: 1.) reflection and transmission (R/T) measurement, 2.) absorption coefficient spectroscopy and 3.) spectral response, external quantum efficiency, and short circuit photocurrent density measurements. This latter is specifically used for solar cells. We used the R/T results to perform numerical simulations giving the thickness, refractive index, film roughness, and optical absorption coefficient. A modeling of the density of states (DOS) using the software DeOSt automated with the Teacher Learner Based Optimization (TLBO) algorithm was achieved to find the best suited DOS parameter values to reproduce the experimental spectrum of alpha. A sensitivity analysis was performed to find the most important DOS parameters among 15-17 parameters. For the experimental studies, we have measured several a-Si:H thin film samples prepared under different deposition conditions, and used their absorption coefficient; spectra to study their DOS. A comparison of absorption coefficient; measurements on a-Si:H thin films deposited on a glass substrate and incorporated in a solar cell device stack was also conducted. This study concluded that a correction of the absorption coefficient spectrum measured on solar cells had to be done.

Les études concernent le développement de dispositifs supraconducteurs de détection de photon unique. Le nitrure niobium (NbN) est un matériau adapté à l’élaboration de fils supraconducteurs de la cible du détecteur. Ces travaux ouvrent des perspectives sur l’élaboration de films de nitrure de niobium épitaxié sur saphir par la méthode de dépôt chimique en phase vapeur (CVD). L’élaboration des films minces (5-100 nm) est effectuée à haute température (1000°C à 1300°C) à partir de chlorure de niobium et d'ammoniaque dilués dans l'hydrogène (H2-NH3-NbCl5). Les substrats sont du saphir monocristallin (Al2O3) orienté (0002), du nitrure d'aluminium (AlN) orienté (0002) et de 'oxyde de magnésium (MgO) orienté (100).L'étude des relations d’épitaxie au cours de la croissance du nitrure de niobium sur le substrat de saphir a tout d'abord été effectuée. L’observation des microstructures et des orientations cristallines des différents films élaborés a permis de mettre en évidence les relations existant entre l'état de surface du substrat et le mode de croissance du NbN. Les perspectives d'utilisation de substrats monocristallins de type MgO et AlN sont présentées en conclusion.L’étude du procédé de croissance et les relations existant entre les conditions d'élaboration et la "qualité" des films minces a permis de dégager les fenêtres expérimentales conduisant à une croissance épitaxiale. L’énergie d’activation des réactions de croissance et les conditions de sursaturation propices à la croissance épitaxiale ont été calculées.L'étude des relations entre les propriétés structurales et les caractéristiques supraconductrices des films a permis de relier la température de transition supraconductrice à la densité de défauts atomiques, aux défauts microstructuraux, à l’épaisseur des films élaborés et à leur état de contrainte. Il existe une relation linéaire entre l’espace interréticulaire des plans parallèles au substrat et la température de transition supraconductrice.Enfin, l'étude de la durabilité des films ultraminces (5 – 8 nm) de nitrure de niobium a été menée. Dans cette étude les propriétés électriques et supraconductrices de films élaborés à 1000°C et 1200°C sur des substrats de saphir et de couches épitaxiales d'AlN ont été analysées sur une durée de six mois. Les propriétés des films évoluent surtout au cours du premier mois. Le dépôt effectué à haute température permet de limiter la dégradation rapide des films et de conserver leurs propriétés supraconductrices. / The studies concern the development of superconducting devices for single photon detection. Niobium nitride (NbN) is a material suitable for the production of superconducting wires for the detector target. This work is opening up perspectives on the development of epitaxial niobium nitride films on sapphire by the chemical vapor deposition (CVD) method. The production of thin films (5-100 nm) is carried out at high temperature (1000°C to 1300°C) from niobium chloride and ammonia diluted in hydrogen (H2-NH3-NbCl5). The substrate is oriented single crystalline sapphire (Al2O3) (0002), aluminum nitride (AlN) (0002) or magnesium oxide (MgO) (100).The study of epitaxial relationships during the growth of niobium nitride on the sapphire substrate was first performed. Observation of the microstructures and crystalline orientations of the various films processed made it possible to highlight the relationships between the surface state of the substrate and the growth mode of NbN. The potential for using single crystal substrates such as MgO and AlN is discussed in the conclusion.The study of the growth process and the relationships between the working conditions and the "quality" of thin films made it possible to identify the experimental windows leading to epitaxial growth. The activation energy of the growth reactions and the supersaturation conditions favorable to epitaxial growth were calculated.The study of the interactions between the structural properties and superconducting properties of films has allowed the superconducting transition temperature to be linked to the density of atomic defects, microstructural defects, the thickness of the films and their stress state. There is a linear relationship between the interplanar space of planes parallel to the substrate and the superconducting transition temperature.Finally, the durability of ultra-thin films (5 - 8 nm) of niobium nitride was studied. The electrical and superconducting properties of films processed at 1000°C and 1200°C on sapphire substrates and epitaxial layers of AlN were analyzed over a period of six months. The properties of films change most notably during the first month. High temperature deposition limits the rapid degradation of the films and preserves their superconducting properties.

Ces travaux ont permis l’élaboration d’un revêtement multifonctionnel adapté au vitrage automobile. Pour y parvenir, le procédé sol-gel de dépôt de couches minces a été utilisé pour apporter des propriétés antireflets, anti-buée et une résistance à la pollution. En particulier, les propriétés optiques des couches déposées ont été optimisées de manière à obtenir un effet antireflet par interférences destructives. Le choix d’une architecture en bicouche ou en tricouche nous a permis d’étudier différentes stratégies pour ajouter des propriétés additionnelles au revêtement. Une méthode originale a été développée pour observer la formation de la buée à la fois à l’échelle macroscopique et à l’échelle microscopique et sélectionner la stratégie anti-buée la plus performante. Ces observations ont été discutées à partir d’une méthode de modélisation permettant de comparer l’opacification macroscopique aux différentes populations de microgouttelettes. La durabilité des revêtements a également été testée au cours de campagnes de mesures. / A multifunctional coating for the automotive industry was elaborated by depositing sol-gel thin films onto glass substrates. Broadband antireflective coatings were synthetized by tuning the optical properties of each deposited layer in order to promote destructive interferences. Different strategies based on a bilayer system and a trilayer system were used to add additional functionalities to the coating. A specific approach was developed to observe fog formation both at the macroscopic scale and at the microscopic scale and therefore to choose the best antifogging coating. These observations were discussed with a modelling method which allows us to compare the macroscopic opacification and the microdroplets populations. Moreover, mechanical tests were performed.

Au cours de cette thèse, j’ai étudié la possibilité et les avantages d’utiliser des contacts nanométriques au-dessous de 1 µm. Des simulations analytiques et numériques ont montré que ces contacts nanométriques sont avantageux pour les cellules en silicium cristallin comme ils peuvent entrainer une résistance ohmique négligeable. Mon travail expérimental était focalisé sur le développement de ces contacts en utilisant des nanoparticules de polystyrène comme un masque. En utilisant la technique de floating transfert pour déposer les nanosphères, une monocouche dense de nanoparticules s’est formée. Cela nécessite une gravure par plasma de O2 afin de réduire la zone de couverture des NPs. Cette gravure était faite et étudiée en utilisant la technique de plasmas matriciels distribués à résonance cyclotronique électronique (MD-ECR). Une variété de techniques de créations de trous nanométriques était développée et testée dans des structures de couches minces et silicium cristallin. Des trous nanométriques étaient formés dans la couche de passivation, de SiO2 thermique, du silicium cristallin pour former des contacts nanométriques dopés. Un dopage local de bore était fait, à travers ces trous nanométriques par diffusion thermique et implantation ionique. En faisant la diffusion, le dopage local était observé par CP-AFM en mesurant des courbes de courant-tension à l’intérieur et à l’extérieur des zones dopées et en détectant des cellules solaires nanométriques. Par contre le processus de dopage local par implantation ionique a besoin d’être améliorer afin d’obtenir un résultat similaire à celui de diffusion. / The use of point contacts has made the Passivated Emitter and Rear Cell design one of the most efficient monocrystalline-silicon photovoltaic cell designs in production. The main feature of such solar cell is that the rear surface is partially contacted by periodic openings in a dielectric film that provides surface passivation. However, a trade-off between ohmic losses and surface recombination is found. Due to the technology used to locally open the contacts in the passivation layer, the distance between neighboring contacts is on the order of hundreds of microns, introducing a significant series resistance.In this work, I explore the possibility and potential advantages of using nanoscale contact openings with a pitch between 300 nm to 10 µm. Analytic and numerical simulations done during the course of this thesis have shown that such nanoscale contacts would result in negligible ohmic losses while still keeping the surface recombination velocity Seff,rear at an acceptable level, as long as the recombination velocity at the contact (Scont) is in the range from 103-105 cm/s. To achieve such contacts in a potentially cost-reducing way, my experimental work has focused on the use of polystyrene nanospheres as a sacrificial mask.The thesis is therefore divided into three sections. The first section develops and explores processes to enable the formation of such contacts using various nanosphere dispersion, thin-film deposition, and layer etching processes. The second section describes a test device using a thin-film amorphous silicon NIP diode to explore the electrical properties of the point contacts. Finally, the third section considers the application of such point contacts on crystalline silicon by exploring localized doping through the nanoholes formed.In the first section, I have explored using polystyrene nanoparticles (NPs) as a patterning mask. The first two tested NPs deposition techniques (spray-coating, spin-coating) give poorly controlled distributions of nanospheres on the surface, but with very low values of coverage. The third tested NPs deposition technique (floating transfer technique) provided a closely-packed monolayer of NPs on the surface; this process was more repeatable but necessitated an additional O2 plasma step to reduce the coverage area of the sphere. This was performed using matrix distributed electron cyclotron resonance (MD-ECR) in order to etch the NPs by performing a detailed study.The NPs have been used in two ways; by using them as a direct deposition mask or by depositing a secondary etching mask layer on top of them.In the second section of this thesis, I have tested the nanoholes as electrical point-contacts in thin-film a-Si:H devices. For low-diffusion length technologies such as thin-film silicon, the distance between contacts must be in the order of few hundred nanometers. Using spin coated 100 nm NPs of polystyrene as a sacrificial deposition mask, I could form randomly spaced contacts with an average spacing of a few hundred nanometers. A set of NIP a-Si:H solar cells, using RF-PECVD, have been deposited on the back reflector substrates formed with metallic layers covered with dielectrics having nanoholes. Their electrical characteristics were compared to the same cells done with and without a complete dielectric layer. These structures allowed me to verify that good electrical contact through the nanoholes was possible, but no enhanced performance was observed.In the third section of this thesis, I investigate the use of such nanoholes in crystalline silicon technology by the formation of passivated contacts through the nanoholes. Boron doping by both thermal diffusion and ion implantation techniques were investigated. A thermally grown oxide layer with holes was used as the doping barrier. These samples were characterized, after removing the oxide layer, by secondary electron microscopy (SEM) and conductive probe atomic force microscopy (CP-AFM).

Des films cellulaires pour usage piézoélectrique ont été développés par étirage bi-axial suivi d’un gonflement contrôlé à partir de films composites en polypropylène (PP) chargés de particules minérales: carbonate de calcium (CaCO3) et talc. Afin d’atteindre des propriétés piézoélectriques convenables, la morphologie cellulaire des films a été basée sur une revue de littérature pour l’épaisseur (b) des cellules, leur aspect (a/b) défini par le rapport entre leur longueur (a) et leur épaisseur (b), ainsi que l’épaisseur (t) de leurs parois. De façon à évaluer l’impact de la taille des particules, de leur concentration, de leur forme et de la température d’étirement sur la morphologie cellulaire de films, des échantillons ont été produits en extrudant des feuilles de 0,9 mm de PP/CaCO3 (12 μm, sphérique), PP/CaCO3 (6 μm, sphérique), PP/CaCO3 (3 μm, sphérique) et PP/talc (10 μm, plat). Ces feuilles ont été ensuite étirées bi-axialement à des températures de 152, 155, 158 et 160°C à un taux d’étirement de 2,4 m/min. Suite à l’étirement bi-axial, des épaisseurs de films variant entre 40 et 120 μm ont été obtenues. Les films ont ensuite subi un traitement d’expansion (diffusion d’azote à 130°C) afin de gonfler les cellules. L’analyse d’images obtenues par microscopie électronique à balayage (MEB) a servi à quantifier la morphologie cellulaire. Les résultats obtenus ont montré que les films de PP/CaCO3 (3 μm) n’ont pas donné de cellule, alors que ceux de PP/CaCO3 (12 μm) étirés à 152°C ont donné les meilleures morphologies cellulaires à des concentrations massiques de 35%. Ces «meilleures» morphologies correspondent à t = 3,6 μm, a/b = 5,6 et b = 13,6 μm. La valeur de la contrainte ultime lors de l’étirement s’est avérée proportionnelle à la quantité et à la qualité des cellules produites. Finalement, le ratio d’étirement, auquel la contrainte ultime est atteinte, est constant à environ 3,3, peu importe la taille des particules, leur concentration ou la température d’étirement. Ceci suggère que la matrice et la vitesse d’étirement sont responsables de la modulation du ratio d’étirement auquel la délamination matrice-particules se produit. Les travaux ont démontré que la concentration et la taille des particules sont inversement proportionnelles à l’épaisseur des parois cellulaires proportionnelles, au nombre de cellules observées et à la hauteur de ces cellules. L’abaissement de la température d’étirement a pour effet d’amplifier les effets respectifs associés à la taille et à la concentration des particules. / Piezoelectric cellular films have been developed, by bi-axial stretching followed by controlled cell inflation, from composite polypropylene (PP) films filled with mineral particles of calcium carbonate (CaCO3) and talc. An exhaustive literature review was done to identify the optimum values for the parameters describing the cellular structure promoting piezoelectricity. The most important morphological parameters associated with the structural stiffness of the films, which is inversely proportional to the piezoelectric coefficient, are: cell aspect ratio (a/b), cell thickness (b) and cell wall thickness (t). To optimize the cellular structure created during the bi-axial stretching step, PP films filled with CaCO3 and talc particles of different sizes and shapes were stretched at different temperatures and then underwent a gas diffusion expansion to improve the cell morphology. Initially, 0.9 mm sheets of PP/CaCO3 (12 μm, spherical), PP/CaCO3 (6 μm, spherical), PP/CaCO3 (3 μm, spherical) and PP/talc (10 μm, platy) were extruded before being bi-axially stretched at 152, 155, 158 and 160°C under a stretching rate of 2.4 m/min in both directions. The gas diffusion expansion treatment of the resulting films was done with nitrogen at 130°C. The cell morphology analysis was done from scanning electron microscopy (SEM) images to quantify a/b, b and t. It was observed that films made of PP/CaCO3 (3 μm) did not yield any cells. However, those made from PP/CaCO3 (12 μm) and stretched at 152°C had the best cellular structure when the CaCO3 concentration was 35% wt. The best morphology (t = 3.6 μm, a/b = 5.6 and b = 13.6 μm) was achieved within the targeted values to optimize piezoelectric properties. It was found that the ultimate stress during stretching depends on the cellular quality of the resulting film and that, independent of the size of CaCO3 or talc particles, their concentration or the stretching temperature. It was also observed that the stretching ratio at which the ultimate stress was obtained was always around 3.5. This suggested that both the stretching speed and the polymer matrix were responsible for the stretching ratio at which delamination occurs. As expected, particle concentration and their size were shown to be inversely proportional to cell wall thickness, but proportional to the number of cells observed and to their height. Decreasing the stretching temperature amplified the respective effects of the cell morphology associated with particles size and concentration.

Dans ce projet de recherche, le dépôt des couches minces de carbone amorphe (généralement connu sous le nom de DLC pour Diamond-Like Carbon en anglais) par un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma (ou PECVD pour Plasma Enhanced Chemical Vapor deposition en anglais) a été étudié en utilisant la Spectroscopie d’Émission Optique (OES) et l’analyse partielle par régression des moindres carrés (PLSR). L’objectif de ce mémoire est d’établir un modèle statistique pour prévoir les propriétés des revêtements DLC selon les paramètres du procédé de déposition ou selon les données acquises par OES. Deux séries d’analyse PLSR ont été réalisées. La première examine la corrélation entre les paramètres du procédé et les caractéristiques du plasma pour obtenir une meilleure compréhension du processus de dépôt. La deuxième série montre le potentiel de la technique d’OES comme outil de surveillance du procédé et de prédiction des propriétés de la couche déposée. Les résultats montrent que la prédiction des propriétés des revêtements DLC qui était possible jusqu’à maintenant en se basant sur les paramètres du procédé (la pression, la puissance, et le mode du plasma), serait envisageable désormais grâce aux informations obtenues par OES du plasma (particulièrement les indices qui sont reliées aux concentrations des espèces dans le plasma). En effet, les données obtenues par OES peuvent être utilisées pour surveiller directement le processus de dépôt plutôt que faire une étude complète de l’effet des paramètres du processus, ceux-ci étant strictement reliés au réacteur plasma et étant variables d’un laboratoire à l’autre. La perspective de l’application d’un modèle PLSR intégrant les données de l’OES est aussi démontrée dans cette recherche afin d’élaborer et surveiller un dépôt avec une structure graduelle. / The production of amorphous carbon coatings or as commonly known as diamond like carbon (DLC) coatings, using the plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) method is studied through optical emission spectroscopy (OES) as a plasma diagnostic technique and the partial least square regression (PLSR) statistical method. The objective is to establish a model to predict DLC properties independent of reactor-related parameters, in order to be used in any other similar deposition process. Therefore the model correlates the deposited coating properties to plasma parameters derived from OES. The OES derived data carries a variety of information about plasma characteristics. The relative spectral line intensities of CH and atomic H to specific Ar lines were employed as a probe of their concentrations according to actinometry method. The full width at half maximum of atomic H was also employed. This method can be used as a probe of gas temperature via Doppler broadening effect. The DLC coatings were characterized using profilometry for thickness and stress measurements and Auger electron spectroscopy (AES) for structural analysis. There were two series of PLSR analysis carried out: The first analysis studies the correlation between process parameters and plasma characteristics, as derived by OES, for a better understanding of the plasma deposition process. The second analysis shows how the OES can be used for prediction of coating properties and for process monitoring. According to the results, the OES data (especially the parameters that are related to the concentration of atomic hydrogen and CH species) are able to represent some parts of process parameters (plasma power, mode and pressure) in a statistical model that is designed for predicting DLC coating properties. In other words, this means that this plasma diagnostic technique can be employed for in-situ monitoring of growing DLC coating properties, instead of using process parameters, which are related to the deposition reactor and may vary from one system to another. The perspective of using the OES data and the PLSR analysis in designing and monitoring a structurally gradient DLC coating is also discussed.