Ce travail contribue au développement de techniques de test dynamiques par stimulation laser pour la détection de défauts dans les composants VLSI.

La phase surstœchiométrique de dioxyde d'uranium (UO2+x) est stable sur une large gamme de températures et compositions. Ces variations de composition ainsi que la présence éventuelle de dopants ou d'impuretés induisent une modification de la concentration en défauts anioniques et électroniques. Ainsi nombre de propriétés du matériau sont modifiées par ces changements de composition et particulièrement les propriétés de transport atomique. Tout d'abord, un modèle de défauts ponctuels a été développé permettant d'évaluer l'évolution des concentrations de défauts électroniques et oxygène en fonction de la température, de la pression partielle d'oxygène d'équilibre et de la concentration en impuretés. Les constantes physiques du modèle et notamment les constantes d'équilibre correspondant à la formation des défauts ont été déterminées à partir de données de thermogravimétrie et de conductivité électrique de la littérature. Ce travail nous a ensuite permis d'interpréter nos mesures de conductivité, de diffusion chimique et d'autodiffusion de l'oxygène. D'un point de vue quantitatif, l'analyse des résultats expérimentaux permet d'évaluer le coefficient de diffusion de l'interstitiel d'oxygène mais aussi son énergie de formation, ainsi que celle du di-interstitiel. La présence de défauts d'oxygène agrégés semble induire une diminution du coefficient d'autodiffusion et de la diffusion chimique. De plus, la caractérisation par spectroscopie d'absorption de rayons X a permis de mettre en évidence la présence du même défaut sur toute la gamme de stœchiométrie étudiée, appuyant ainsi l'approche proposée pour établir le modèle.

L’usage de matériaux composites est en plein essor dans le monde de l’industrie, particulièrement dans des domaines comme l’aéronautique, les transports ou la production d’énergie et ce développement amène une forte production de structures composites, notamment des pièces de grandes dimensions. La conception de ces structures en composite nécessite une connaissance approfondie du comportement mécanique du composite afin de garantir l’intégrité de la structure. Or le comportement mécanique des matériaux composites est de nature hétérogène avec une certaine variabilité sur les différents paramètres mécaniques. Cette variabilité est causée par deux principales sources : la variabilité intrinsèque au matériau due à des variations physiques au sein du composite, et la variabilité due aux défauts de mise en œuvre. La thèse, qui est présentée, s’intéresse à cette deuxième source de variabilité, à savoir la présence de défauts de mise en œuvre et son influence sur le comportement mécanique du composite. Deux défauts de mise en œuvre sont étudiés dans cette thèse, la porosité et le plissement, en suivant une analyse probabiliste. La première partie de l’étude rassemble l’ensemble de l’état de l’art sur les défauts de porosité et de plissement, ainsi que sur les analyses probabilistes dans le domaine des composites. Une deuxième partie de l’étude se consacre à la caractérisation probabiliste des défauts de porosité et de plissement en analysant la variabilité de chaque paramètre caractéristique du défaut et en la modélisant à l’aide de loi de distribution qui sont implémentées dans un code de calcul afin de modéliser numériquement la porosité observée expérimentalement. Une troisième partie de l’étude s’intéresse à l’influence des défauts de porosité et de plissement sur le comportement mécanique en quasi-statique et en fatigue. Cette étude mécanique compare les résultats d’essais expérimentaux sur un matériau sain, deux matériaux avec deux taux de porosité différents et sur deux matériaux avec un plissement de dimensions différentes, afin de pouvoir quantifier l’influence des défauts et déterminer un modèle de dégradation des propriétés mécaniques en fonction du défaut. L’étude mécanique en quasi-statique est complétée par une analyse de la variance afin de bien séparer la variabilité des propriétés mécaniques due aux défauts et celle due directement à l’essai lui-même. L’ensemble des résultats de cette étude permet donc d’identifier les deux types de défauts avec un ensemble de paramètres caractéristiques, ainsi que leur influence sur le comportement mécanique, tout en prenant en compte la variabilité observée sur les défauts et leur influence mécanique, et de modéliser numériquement l’ensemble de ces observations. / The use of composite materials increases in the world of industry, particularly in sectors such as aeronautics, transport or energy production and this development leads to a strong production of composite structures, including large dimensions. The design of these composite structures requires a thorough knowledge of the mechanical behavior of the composite to ensure the integrity of the structure. However, the mechanical behavior of composite materials is heterogeneous in nature with a certain variability on the different mechanical parameters. This variability is caused by two main sources: the intrinsic variability of the material due to physical variations within the composite, and the variability due to defects in implementation. The thesis, which is presented, focuses on this second source of variability, namely the presence of implementation defects and its influence on the mechanical behavior of the composite. Two defects of implementation are studied in this thesis, porosity and wrinkle, following a probabilistic analysis. The first part of the study brings together all the state of the art on porosity and wrinkle defects, as well as on probabilistic analyzes in the field of composites. A second part of the study is devoted to the probabilistic characterization of porosity and wrinkle defects by analyzing the variability of each characteristic parameter of the defect and modeling it using a distribution law that are implemented in a calculation code to numerically model the experimentally observed porosity. A third part of the study focuses on the influence of porosity and wrinkle defects on quasi-static and fatigue mechanical behavior. This mechanical study compares the results of experimental tests on a healthy material, two materials with two different porosity states and two materials with a wrinkle of different dimensions, in order to be able to quantify the influence of the defect and to determine a model of degradation of mechanical properties according to the defect. The quasi-static mechanical study is supplemented by an analysis of the variance in order to separate the variability of the mechanical properties due to the defect and that due directly to the test itself. All the results of this study thus make it possible to identify the two types of defects with a set of characteristic parameters, as well as their influence on the mechanical behavior, while taking into account the variability observed on the defects and their mechanical influence, and to model numerically all these observations.

Deux innovations en matière de procédés technologiques des semi-conducteurs sont des alternatives à la technologie traditionnelle des transistors MOS (« Metal-Oxide-Semiconductor ») « Bulk » planaires : d’une part le silicium totalement déserté sur isolant (FDSOI – « Fully Depleted Silicon on Insulator ») et d’autre part les transistors à effet de champ à aileron (FinFET – « Fin Field Effect Transistor »). En effet, alors que la technologie « Bulk » arrive à ses limites de miniaturisation des composants et systèmes, notamment du fait de l’effet de canal court, ces deux technologies présentent des propriétés prometteuses pour poursuivre cette réduction des dimensions, grâce à un meilleur contrôle électrostatique de la grille sur le canal du transistor. La technologie FDSOI est, comme l’historique « Bulk », une technologie MOS planaire, ce qui la place naturellement davantage dans la continuité technologique que les ailerons verticaux des transistors FinFETs. La compétition entre ces deux technologies est rude et de nombreuses études publiées dans la littérature comparent ces technologies en termes de performance en vitesse de fonctionnement, de consommation, de coût, etc. Néanmoins, aucune étude ne s’était encore penchée sur leurs propriétés respectives en termes de testabilité ; pourtant l’impact de défauts sur les circuits réalisés en technologies FDSOI et FinFET est susceptible d’être significativement de celui induit par des défauts similaires sur des circuits planaires MOS.Le travail présenté dans cette thèse se concentre sur la conception de circuits d’étude similaires dans chacune des trois technologies et l’analyse comparative de leur comportement électrique sous l’effet d’un même défaut. Les défauts considérés dans notre étude sont les courts-circuits résistifs inter-portes, court-circuit résistif à la masse (GND), court-circuit résistif à l’alimentation (VDD), et circuits ouverts résistifs. La détectabilité des défauts est évaluée pour le test logique statique et le test dynamique en « délai ». Des simulations HSPICE et Cadence SPECTRE ont été effectuées en faisant varier la valeur de la résistance du défaut et le concept de résistance critique est utilisé afin de comparer la plage de détectabilité du défaut dans les différentes technologies. Les conditions optimales de polarisation du substrat (« body-biasing »), de tension d’alimentation et de température en vue d’obtenir la meilleure couverture de défauts possible sont déterminées pour chaque type de défaut. Un modèle analytique, basé sur la résistance équivalente des réseaux de transistors N et P actifs (« ON-resistance »), est proposé pour les courts-circuits résistifs, et permet d’évaluer la valeur de la résistance critique sans effectuer de simulation de fautes. Les propriétés en termes de testabilité sont également établies en tenant compte des variations de procédés, par des simulations Monte-Carlo réalisées aussi bien pour les dispositifs à tension de seuil nominale (« Regular-VT devices » : FDSOI-RVT et Bulk-LR) que pour les dispositifs à tension de seuil basse (« Low-VT devices » : FDSOI-LVT et Bulk-LL) disponibles pour les technologies 28 nm Bulk et FDSOI. / Fully Depleted Silicon on Insulator (FDSOI) and Fin Field Effect Transistor (FinFET) are new innovations in silicon process technologies that are likely alternatives to traditional planar Bulk transistors due to their respective promising ways of tackling the scalability issues with better short channel characteristics. Both these technologies are aiming in particular at regaining a better electrostatic control by the gate over the channel of the transistor. FDSOI is a planar MOS technology and as a result it is much more in continuity with planar Bulk as compared to the vertical FinFET transistors. The competition between these two technologies is fierce and many studies have been reported in the literature to compare these technologies in terms of speed performance, power consumption, cost, etc. However, these studies have not yet focused on their testability properties while the impact of defects on circuits implemented in FDSOI and FinFET technologies might be significantly different from the impact of similar defects in planar MOS circuit.The work of this thesis is focused on implementing similar design in each technology and comparing the electrical behavior of the circuit with the same defect. The defects that are considered for our investigation are inter-gate resistive bridging, resistive short to ground terminal (GND), resistive short to power supply (VDD) and resistive open defects. Defect detectability is evaluated in the context of either logic or delay based test. HSPICE and Cadence SPECTRE simulations are performed varying the value of the defect resistance and the concept of critical resistance is used to compare the defect detectability range in different technologies. The optimal body-biasing, supply voltage and temperature settings to achieve the maximum defect coverage are determined for these defect types. An analytical analysis is proposed for short defects based on the ON-resistance of P and N networks, which permits to evaluate the value of the critical resistance without performing fault simulations. Testability properties are also established under the presence of process variations based on Monte-Carlo simulations for both Regular-VT devices (FDSOI-RVT and Bulk-LR) and Low-VT devices (FDSOI-LVT and Bulk-LL) available for 28nm Bulk and FDSOI technologies.

Vu l’importance que revêt la sûreté de fonctionnement des convertisseurs statiques dans plusieurs domaines (traction électrique, génération de l’énergie électrique à partir de l’énergie éolienne, etc,... ), il est nécessaire d'examiner la continuité de service de ces systèmes même dans le cas d’un dysfonctionnement d’un des modules IGBT, d’un bras de l’onduleur ou d'une phase de machine. Ainsi, il est indispensable de concevoir de nouvelles architectures matérielles et commandes logicielles capables de fonctionner à puissance significative même en présence de défaillance touchant le système et plus particulièrement les modules IGBT de l’onduleur. Le sujet proposé s’intéresse à une nouvelle structure hybride multiniveaux tolérante aux défauts. Elle consiste à ajouter à un convertisseur triphasé 3-niveaux type NPC (Neutral Point Clamped), un quatrième bras 3-niveaux types FC (Flying Cap). Des nouvelles techniques des différentes parties de la tolérance des pannes, à savoir la détection, l’isolation, la reconfiguration matérielle et la commande en mode dégradé, sont proposées, analysées et validées sur un prototype expérimental de 15kW de puissance. / Given the importance of power converter safety operation in several fields (electric traction, renewable energy, etc ..), it is necessary to examine availability of these systems in the case of malfunction of an IGBT module, a converter leg or a phase machine. Thus, it is essential to develop new hardware architectures and software controls capable of operating at significant power after fault occurence. This thesis deals with a new multilevel fault tolerant hybrid topology. It consists on adding to a 3-phase 3-level NPC (Neutral Point Clamped) inverter, a fourth 3-level FC (Flying Cap) leg. New techniques of fault tolerance parts, namely detection, isolation, reconfiguration and system control during post fault mode, are proposed, analyzed and validated with a 15kW experimental converter prototype.

Ce travail aborde le sujet des d efauts charg es dans le silicium. Jusqu' a pr esent, les d efauts charg es ont principalement et e etudi es en conditions p eriodiques (PBC). En e et, l'approche PBC est parfaite pour simuler unsolide in ni. Mais, comme je le montre dans ce chapitre, elle apporte aussi des artefacts. En particulier dans le traitement de l' electrostatique, o u des traitements math ematiques important doivent ^etre utilis es pour supprimer les interactions non d esir ees entre r epliques. Notre approche vise a simuler correctement un d efaut charg e, tout en conservant de bonne propri et es pourle mat eriau massif. Elle consiste a simuler le d efaut dans un nano-agr egat. Le traitement de l' electrostatique est correct dans un nano-agr egat et les r esultats obtenus peuvent ^etre extrapol es au mat eriau massif, comme il est montr e dans ce chapitre. Les perspectives de cette m ethode sont aussi abord ees ici. / In this work we have studied Si clusters with point defects in various charged states. Point defects in semiconductors affects the electronic structure of the material introducing new energy levels and consequently new modes of transport.Detailed study of the point defects have been undertaken in various approaches. The most common practice is to usesuper-cell calculations under the framework of Density Functional Theory with Periodic Boundary Conditions (PBC). Inthis formalism there are a lot of factors like defect-defect interactions, image charge interactions, that are to be correctedfor to achieve the " artefact-free" results. In this study we have used Free Boundary Conditions with nano-clusters of Sipassivated with Hydrogen at the surface. Previous works have undertaken in detail the geometrical effects in the nanoclusters. But a complete picture of the electrostatics and its effect on the energy states demand a complete study. Hence inour calculations we take another approach, devoid of the correction factors for cases with PBC, and produce an alternativeway to calculate the formation energy of the defects. We have described the formation and stability of the defects invarious charged states and provided with a detailed analysis of the properties pertaining to the nano-scale size. Finallymigration parameters are provided with respect to the charge states of the defects. Our results are also compared with thePBC calculations with critical discussions.

Les activités industrielles peuvent induire des risques de nature diverse, voire conduire à des événements catastrophiques. De façon à réduire ces risques à des niveaux acceptables, à en limiter les coûts aussi bien humains, matériels que financiers et à respecter la réglementation, il est crucial d’en prévenir la survenue (prévention) et à identifier des situations anormales en fonction d’informations récupérées sur le terrain. Ceci nécessite de résoudre deux points essentiels : détecter l’anomalie et faire un diagnostic, d’où l’importance des modèles de bon comportement qui modélisent des systèmes physique réels et les méthodes associées permettant d’effectuer la surveillance en continu. L’approche la plus utilisée dans la communauté FDI est l’approche structurelle qui consiste à construire des relations de redondance analytique (RRA). Le principe de l’approche structurelle est de prendre en compte seulement l’existence des relations entre les variables induites par les équations du modèle. En basant sur cette approche, ma thèse consiste à trouver une réponse qui satisfait un triple objectif :1. Extraire les relations valides à partir du modèle de bon comportement d'un système afin de prendre en compte l'évolution du système en éliminant les relations et des mesures invalides ayant pour but d'effectuer le diagnostic en ligne2. Construire, en utilisant une analyse symbolique couplée avec la théorie des graphes, les relations de redondance analytique symboliques (RRAS) pour la détection des défauts dans le système.3. Evaluer ces RRAS en utilisant le calcul par intervalle, an de prendre en compte les incertitudes présents dans les mesures, lors des tests de cohérence. / Large-scale complex process plants are safety-critical systems where the real-time diagnosis is very important. In a model based systems engineering approach, the structured development process from the concept to the production to the operation phase is organized around a coherent model of the system. This model contains, in particular, relations about the behavior of the system that could have been used for simulation in the design phase. The objective of this work is to use this information to design automatically on-line diagnosis algorithms using the hybrid dynamical information part and sensor measurements of the system model. In this thesis, the proposed approach allows:To extract the valid relations of system behavior to take into account system evolution by eliminating invalid constraints and measurements for establishing an on-line diagnosisTo build, using symbolic analysis and graph path search, analytical redundancy relations for the various system configurationsTo evaluate these ARRs in using set valued computations (interval arithmetic) to take into account model and measurements uncertainties

Du fait de l'augmentation de la demande de produits pour les applications grand public, industrielles et automobiles, des mémoires embarquées fiables et à faible coût de fabrication sont de plus en plus demandées. Dans ce contexte, les mémoires split-gate à piégeage discret sont proposées pour des microcontrôleurs. Elles combinent l'avantage d'une couche de stockage discrète et de la con guration split-gate. Durant ce travail de recherche, des mémoires split-gate à couche de piégeage discret ayant des longueurs de grille de 20nm sont présentées pour la première fois. Celles-ci on été réalisées avec des nanocristaux de silicium (Si-nc), du nitrure de silicium (SiN) ou un hybride Si-nc/SiN avec diélectrique de control de type SiO2 ou AlO et sont comparées en termes de performances lors des procédures d'eff acement et de rétention. Ensuite, la miniaturisation des mémoires split-gate à piégeage de charge est étudié, en particulier au travers de l'impact de la réduction de la longueur de grille sur la fenêtre de mémorisation, la rétention et la consommation. Le rôle des défauts dans le diélectrique de contrôle (alumine) utilisé dans les mémoires de type TANOS a été étudié. Des travaux ont été menés pour déterminer l'origine des pièges dans ce matériau, par le biais de la simulation atomistique ainsi que d'analyses physico-chimiques précises. Nous avons montré que la concentration de pièges dans AlO pouvait être réduite par ajustement des conditions de procédé de fabrication, débouchant ainsi sur l'amélioration de la rétention dans les mémoires à piégeage de charge. Ce résultat est convenable pour les applications de type embarqué / Due to the increasing demand for consumer, industrial and automotive products, highly reliable, and low integration cost embedded memories are more and more required. In this context, split-gate charge trap memories were proposed for microcontroller products, combining the advantage of a discrete storage layer and of the split-gate con guration. In this thesis, split-gate charge trap memories with electrical gate length down to 20nm are presented for the 1st time. Silicon nanocristals (Si-nc), or silicon nitride (SiN) and hybrid Si-nc/SiN based split-gate memories, with SiO2 or AlO control dielectrics, are compared in terms of program erase and retention. Then, the scalability of split-gate charge trap memories is studied, investigating the impact of gate length reduction on the memory window, retention and consumption. We thus studied the role of defects on alumina control dielectric employed in TANOS-like memory. We used atomistic simulation, consolidated by a detailed alumina physico-chemical material analysis, to investigate the origin of traps in alumina. We showed that the trap concentration in AlO can be decreased by adjusting the process conditions leading to improved retention behaviour in charge trap memory, suitable for embedded applications.

Les transformateurs de puissance sont des éléments clés des systèmes électriques. Leurs défaillances sont très coûteuses, principalement à cause de la non-disponibilité du service électrique qu'elles entraînent. L'évaluation rapide et précise de défauts internes des transformateurs est en conséquence un facteur clé d'une exploitation efficace et sûre. Un tel diagnostic est généralement établi par un expert humain qui fait corréler différents types d'informations telles que des résultats d'essais électriques ou chimiques, le déclenchement de protections ou l'historique de l'appareil… Cette thèse présente une méthode d'aide au diagnostic de défauts originale qui reprend, en les formalisant, la démarche et la capitalisation d'expérience de l'expert. Les informations disponibles sur le transformateur à étudier sont mises en correspondance avec le système proposé de manière systématique. Des hypothèses de défaut sont alors formulées et un degré de confiance calculé pour chacune d'elle. Pour améliorer la confiance en certaines de ces hypothèses la méthode recherche, et propose, de renseigner des informations utiles pouvant améliorer le diagnostic. Il progresse ainsi jusqu'à ce que la confiance d'au moins une hypothèse soit suffisante pour l'utilisateur. Le système peut de plus évoluer efficacement dans le temps en prenant facilement en compte de nouveaux types d'essais ou de nouvelles informations pouvant être discriminants dans un diagnostic, et ainsi améliorer les diagnostics futurs automatiquement. / Power transformers are keys components to the electrical systems. Its failures are very expensive mostly by causing long electrical service unavailability. Quick and accurate assess of transformer's internal faults is consequently a key issue for an efficient and safe service life. Such diagnosis is mainly led by a human expert, due to his ability to link together many different kind of information as electrical or chemical tests, tripped protections or history of the apparatus… This thesis presents an original method of diagnosis aid that behaves somehow like an expert, and capitalizes his experience, by formalizing it. The available information on a particular transformer are used to search any similarities within the developed system, on a systematic base. Then faults hypothesis are proposed and according confidences are calculated. To improve those hypothesis' confidences the method will propose to inform new useful information that could improve the diagnosis. Then it continues up until at least one hypothesis confidence is high enough for the user. This system could easily evolve over time by taking into account new kind of tests or new information that could be significant in any diagnosis, and then improve future diagnosis automatically.

Nous présentons des résultats expérimentaux et théoriques sur les cristaux liquides en géométrie courbe. Nous étudions des coques de cristal liquide cholestérique dont la géométrie sphérique impose la présence de défauts topologiques. Ceci en fait un terrain de jeu idéal pour étudier la nature de ces singularités et leurs interactions. Nous observons un total de cinq configurations de défauts différentes, un atout remarquable dans le contexte d’auto-assemblage dans lequel ce projet s’inscrit. Les efforts combinés d’expériences et de simulations numériques nous permettent de décrire avec précision la structure des défauts. La complexité qui caractérise ces nouvelles structures est inhérente à la nature cholestérique de ces mésophases frustrées. Nous montrons qu’il est possible d’induire des transitions entre les différentes configurations, et examinons la dynamique qui y est associée. Nous établissons un modèle théorique qui rend compte de la position des défauts dans les différentes configurations. Nous discutons de l’équilibre subtil entre les interactions élastiques répulsives et le gradient d’épaisseur attractif qui résulte de la nature non-concentrique des coques. En outre, la confrontation du modèle aux expériences nous permet d’estimer les énergies associées aux nouvelles structures de défauts observées. Enfin, nous abordons les géométries toroïdales, et montrons que des transformations de formes peuvent nous permettre d’étudier la genèse et l’annihilation de défauts topologiques. / We present experimental and theoretical results on liquid crystals confined to curved geometries. We study cholesteric liquid crystal shells, the geometry of which imposes the presence of topological defects. This system constitutes an ideal playground to study the nature of these singularities and their interactions. We report a total of five different defect configurations, a remarkable feature in the context of self-assembly in which this work is set. Combining experiments and numerical simulations, we are able to accurately describe the inner structure of all observed defects. The complexity of these new structures is related to the cholesteric nature of the liquid crystal. We show that it is possible to induce transitions between the different configurations, and investigate the associated dynamics. We establish a theoretical model that successfully predicts the equilibrium defect positions in all configurations, and discuss the subtle balance between repulsive elastic interactions and attractive thickness gradients, arising from the eccentricity of the shells. Confronting the model to the experimental data, we are able to estimate the energies of nontrivial defect structures. Finally, we investigate toroidal geometries, and show how shape transformations can be interesting to study the genesis and annihilation of topological defects.