Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Depuis les années 1970, la taille des composants n’a cessé de diminuer. La réalisation de jonctions ultra-minces et fortement dopées est devenue un point clef dans la réduction des dispositifs microélectroniques. Les techniques de production doivent évoluer afin de répondre aux spécifications drastiques, en termes de taille des zones dopées et de leurs propriétés électriques, des prochains noeuds technologiques. Dans ce travail de thèse nous avons étudié le procédé d’activation au laser de dopants implantés par immersion plasma. Le laser à excimère utilisé (ArF) est absorbé dans moins de 10 nmde silicium, ce qui va permettre un recuit local. De plus, la courte durée d’impulsion va assurer un faible budget thermique, limitant la diffusion des dopants. En associant cette technique à l’implantation ionique par immersion plasma, dont l’intérêt est de pouvoir travailler à de très basses tensions d’accélération (quelques dizaines d’eV), nous pouvons réaliser des jonctions avec un fort taux d’activation sans diffusion. Après avoir présenté les différentes techniques de dopage pouvant être utilisées, nous avons décrit les dispositifs expérimentaux de traitement et de caractérisation utilisés. Des simulations ont permis de comprendre le rôle des paramètres laser sur le profil de température du siliciumen surface. Après avoir choisi le laser le plus adapté parmi les lasers ArF, KrF et XeCl (respectivement: 193 nm - 15 ns, 248 nm - 35 ns, 308 nm - 50 ns), nous avons observé l’effet du nombre de tirs et de la mise en forme de faisceau afin d’optimiser le procédé. Pour terminer, des inhomogénéités dues aux bords de faisceau ont été mises en évidence et étudiées afin d’enlimiter l’effet. / Since the 1970’s, the components size has steadily declined. The realization of highly-dopedultra shallow junctions became a key point in the reduction of microelectronic devices. Them anufacturing processes must evolve to meet the stringent specifications of the next technologynodes, in particular in terms of dimension and electrical properties of the doped area.In this thesis we have studied the process of laser annealing of dopants implanted by plasmaimmersion. The ArF excimer laser we used is absorbed in less than 10 nm of silicon, whichallows a local heating. Moreover, the short pulse duration provides a low thermal budget whichreduces the dopant diffusion. By combining this technique with plasma immersion ion implantation, which is interesting because of the very low acceleration voltage (few tens of eV), we can produce highly activated junctions without diffusion. After a presentation of the different doping techniques that may be used, we describe the experimental treatment and the characterization tools that we used. We have used numerical simulations to understand the role of the laser parameters on the temperature profile of the silicon surface. After choosing the most suitable laser between ArF, KrF and XeCl (respectively :193 nm - 15 ns, 248 nm - 35 ns, 308 nm - 50 ns), we studied the influence of the number of shots and beam shaping to optimize the process. Finally, inhomogeneities caused by the beam edgeshave been studied and identified in order to improve the laser scan process.

Les faisceaux de photons de petites dimensions utilisés en radiothérapie stéréotaxique sont caractérisés par de forts gradients de dose et un manque important d’équilibre électronique latéral, ce qui rend les techniques dosimétriques conventionnelles inadaptées. L’objectif de la thèse est de permettre une meilleure évaluation de la dose délivrée aux patients traités par radiothérapie stéréotaxique. D’une part, les données dosimétriques de base utilisées pour l’étalonnage du système de planification de traitement (TPS) ont été déterminées numériquement. Pour cela, deux installations de radiothérapie de type CyberKnife ont été modélisées avec le code Monte Carlo PENELOPE. Des mesures de rapport d’ouverture du collimateur ont également été réalisées à l’aide de plusieurs détecteurs actifs et de deux dosimètres passifs (film radiochromique et micro-LiF) et comparées aux facteurs d’ouverture du collimateur calculés par simulation. Six détecteurs ont été modélisés afin d’étudier les phénomènes physiques impliqués dans la réponse des détecteurs en petits champs. Parmi les détecteurs étudiés, seuls les films radiochromiques sont en accord avec la simulation, ils peuvent être utilisés sans facteur correctif. La perturbation induite par les autres détecteurs a pu être expliquée, soit par l’effet volume dû à la taille trop importante du volume actif par rapport au diamètre du faisceau, soit par la masse volumique des matériaux utilisés dans la conception du détecteur qui est trop éloignée de celle de l’eau. Les facteurs correctifs, permettant de corriger la non-équivalence-eau et/ou la mauvaise résolution spatiale de chaque détecteur, ont été déterminés pour les deux systèmes CyberKnife.D’autre part, un protocole de mesure de distributions de dose 2D pour les mini-faisceaux, basé sur l’utilisation des films radiochromiques, a été établi et un programme sous MatLab permettant l’analyse entre les distributions de doses mesurées et calculées a été développé. Des plans de traitement stéréotaxique en milieu hétérogène ont ensuite été réalisés pour un fantôme afin d’évaluer les algorithmes de calcul de dose implémentés dans le TPS MultiPlan (TPS associé au système CyberKnife). L’analyse des distributions de dose 2D des plans de traitement a montré que l’algorithme de type « Pencil Beam » implémenté dans MultiPlan est performant en milieu homogène équivalent-eau mais n’est pas adapté pour les milieux à faible densité électronique tels que le poumon. En effet, celui-ci surestime la dose dans le champ (jusqu’à 40%) ce qui peut conduire à diminuer l’efficacité du traitement de la tumeur et la sous-estime hors du champ ce qui risque de sous-évaluer la dose reçue par les organes à risques à proximité. En milieu hétérogène, l’algorithme Monte Carlo implémenté dans MultiPlan est globalement en accord avec la mesure et est par conséquent l’algorithme à privilégier pour estimer la dose délivrée au patient lorsque des milieux à faible densité sont présents. / Dosimetry of small beams is challenging given their small size compared to the detectors, high dose gradient and the lack of lateral electronic equilibrium. The Ph.D. thesis aims to improve the accuracy of the dose delivered to the patient in stereotactic radiotherapy.On the one hand, dosimetric data used to calibrate the treatment planning system (TPS) were determined using numerical simulations. To achieve this, two CyberKnife radiotherapy facilities were modelled using the PENELOPE Monte Carlo code. Output ratios measurements were performed with several active detectors and with two passive dosimeters (radiochromic film and micro-LiF) and compared with output factors calculated by simulation. Six detectors were modeled in order to study the detectors response in small beams. Among the detectors studied, only the radiochromic films were in agreement with the simulations, they can be used without correction factors. The disturbance of the detectors response in small beams was explained either by the volume effect induced by the active volume, which is too high compared to the beam size, or by the mass density effect induced by the detector body materials which are too far from water mass density. The correction factors, required to correct the disturbance caused by the non-water-equivalence and/or the low spatial resolution of each detector, were calculated for the two CyberKnife systems.On the other hand, a 2D dose measurement protocol using radiographic films and a MatLab program were developed. Stereotactic treatment plans were then performed for a phantom in order to assess the calculation algorithms implemented in the MultiPlan TPS (associated with the CyberKnife system). The analysis of the 2D dose distributions related to the stereotactic treatment plans has shown that the “Pencil Beam” based algorithm implemented in MultiPlan is suitable for dose calculation in homogeneous water-equivalent media but not in low electronic density media such as the lung. Indeed, the dose is overestimated (up to 40%) inside the field and may lead to reduce the tumor treatment efficiency while it is underestimated outside the field which can underestimate the dose to critical organs within proximity of the tumor. Regarding the Monte Carlo algorithm implemented in MultiPlan, calculated and measured dose distributions are consistent and, as a consequence, it is the most suitable algorithm available in MultiPlan to estimate the dose received by a patient when low density media are involved.

Les missions d'astronomie X de nouvelle génération (IXO par exemple) sont à l'étude. Ces missions seront équipées de miroirs X de grande surface effective, à bande passante étendue vers les hautes énergies et à haute résolution angulaire. Ceci implique l'utilisation au plan focal de détecteurs spectro-imageurs de performances en rapport, améliorés en terme de taux de comptage, de bande passante en énergie et de résolution spectrale par rapport aux CCDs qui constituent la base des instruments actuels. Le travail réalisé dans cette thèse consiste en l'extrapolation à la détection X de matrices de bolomètres IR déjà développées au LETI pour la mission spatiale HERSCHEL. Les études réalisées ont consisté à adapter l'impédance des senseurs silicium à la mesure des signaux impulsionnels engendrés par des interactions X avec le détecteur, à réaliser des matrices d'absorbeurs pixellisés sur poignée silicium à partir de microfeuilles de tantale (Ta) qui ont été traitées et fournies par des laboratoires en collaboration avec le LETI. Nous avons validé une technologie de report de ces matrices absorbeur sur matrices senseur par hybridation par bille d'indium. Nous avons optimisé l'hybridation en terme de capacité calorifique. Nous avons réussi à réaliser un prototype de matrice 8 x 8 pixels libérés et hybridés. Tous les procédés technologiques mis en point sont collectifs et extrapolables à des matrices de grandes dimensions (32 X 32 pixels).

Cette thèse est consacrée à l'étude de l'acquisition des données en tomographie d'émission de positons (TEP) dans le but d'optimiser la quantité de données mesurées par rapport à la résolution spatiale maximale qu'il est possible d'atteindre sur une image reconstruite. L'une des contributions dans ce domaine réside dans la détermination de l'efficacité des détecteurs rectangulaires par rapport aux détecteurs carrés. La seconde partie de cette thèse a consisté à simuler les performances d'un scanner TEP dédié à l'imagerie du petit animal. L'originalité de ce scanner réside dans l'utilisation du xénon liquide comme milieu scintillant et la capacité à mesurer la profondeur d'interaction. Une chaine de simulations Monte Carlo de ce scanner a été mise en place et a été validée en confrontant avec les résultats expérimentaux.

Les mécanismes de la réaction de spallation ne sont pas encore parfaitement compris, parce qu'il est difficile de séparer expérimentalement les effets respectifs des différentes étapes de la réaction. Afin de comprendre ces mécanismes, nous avons mis au point un dispositif expérimental permettant d'effectuer des mesures exclusives. Le système de détection des particules légères chargées est plus spécialement détaillé. <br /> Afin de valider notre dispositif expérimental, nous avons comparé nos résultats préliminaires sur le système 56Fe+p à 1 GeV/u avec des mesures inclusives obtenues auparavant sur le spectromètre FRS du GSI. La comparaison des sections efficaces différentielles en charge montre un accord raisonnable. Cependant, notre dispositif a permis d'étendre les mesures précédentes aux charges Z=1 et Z=2, importantes pour les études relatives aux dommages des matériaux. Compte tenu des barres d'erreurs que nous avons obtenues, l'évolution des vitesses moyennes longitudinales avec la masse du résidu de spallation est comparable à celle observée au FRS. Ces premiers résultats, même s'ils restent préliminaires, permettent de valider notre dispositif expérimental. Il est maintenant possible d'envisager d'exploiter les points forts des mesures exclusives réalisées, à savoir les corrélations entre les différents observables mesurées. Enfin, les problèmes expérimentaux soulevés lors de l'analyse effectuée pourront être pris en compte lors des expériences, afin notamment de mieux définir les programmes de mesure nécessaires aux étalonnages des détecteurs.

L'évolution technique des "objets communicants" tels que les ordinateurs portables, les assistants personnels, etc..., confirme l'intérêt porté aux technologies "sans fil". Le développement rapide des protocoles de communication sans fil (Bluetooth, WIFI, ...) a permis la généralisation de nouveaux "réseaux locaux ad-hoc" principalement caractérisés par leur topologie dynamique et l'hétérogénéité de leurs composants. Aussi, les infrastructures logicielles reposant sur de tels environnements doivent pouvoir s'adapter et gérer cette dynamicité (connexions/déconnexions fréquentes ainsi que la forte variabilité des communications. Dans ce contexte, l'objectif général est de concevoir des algorithmes permettant de maintenir la cohérence d'un groupe d'entités hétérogènes partageant des services sur des architectures fortement instables. La problématique concerne donc la prise de décision en environnement distribué en considérant les particularités du réseau sous-jacent. Dans cette thèse, nous proposons une méthodologie d'approche concernant la caractérisation des performances envisageables dans un environnement totalement distribué s'appuyant sur un protocole de communication sans fil. Cette approche consiste également en l'identification des différentes perturbations susceptibles d'interférer dans le bon déroulement des applications. Par ailleurs, un algorithme de consensus adapté aux spécificités de l'environnement et basé sur un principe d'interaction avec un mécanisme de détection de défaillances a été développé et implanté. Afin de valider cette approche algorithmique, diverses expérimentations et évaluations qualitatives et quantitatives ont été réalisées.

Les collisions Ni+Ni à 32A MeV et Ni+Au à 52A MeV ont été étudiées grâce aux données recueillies par le multidétecteur INDRA. Nous avons isolé des ensembles de collisions centrales menant à la formation de sources uniques de "quasi-fusion". Ce travail a été accompli par l'emploi de techniques d'analyses multidimensionnelles: Analyse Factorielle Discriminante et Analyse en Composantes Principales. La comparaison avec un modèle statistique montre que les événements sont compatibles avec l'équilibre thermodynamique. Les énergies d'excitation thermiques moyennes sont les mêmes (5A MeV). Nous avons montré que la désexcitation des sources chaudes est reliée à une transition de phase de type liquide-gaz de la matière nucléaire par des calculs de capacités calorifiques. Celles-ci présentent une branche négative comme il est attendu pour une transition de phase d'un système fini. La dynamique de cette transition de phase a ensuite été précisée en appliquant la méthode des corrélations en charge. La surproduction d'événements favorisant des fragments de charges égales a été mise en évidence pour Ni+Au à 52A MeV. Ce signal est compatible avec un scénario de décomposition spinodale d'un système nucléaire fini. Il est absent pour Ni+Ni à 32A MeV. Nous avons ensuite amélioré cette technique de corrélations en intégrant la contrainte de conservation de la charge totale. Le signal persiste, plus clairement, pour Ni+Au à 52A MeV, mais est ambigu pour Ni+Ni à 32A MeV. Le chemin parcouru dans le diagramme d'état, ou les temps mis en jeu, semblent donc différents pour les deux systèmes.

Dans ce travail, nous avons montré comment la structure en halo de neutron d'un noyau se manifestait sur les mécanismes de réaction. Notre étude expérimentale a été appliquée à un noyau doté d'un seul neutron dans le halo (11Be) et à un noyau doté de deux neutrons dans son halo (6He) dans leurs interactions avec un noyau-cible de plomb. Le dispositif expérimental permettait une mesure simultanée des impulsions du noyau-cœur et des neutrons du halo, ainsi que de l'état d'excitation du noyau-cible. La mesure des caractéristiques cinématiques des neutrons du halo était effectuée par le nouveau détecteur TOURNESOL, un détecteur par temps de vol à scintillateur liquide de large volume. Les caractéristiques de ce détecteur sont décrites en détail dans ce document. Pour les deux faisceaux, nous avons obtenu des mesures sélectives de largeurs en impulsion, en distinguant les réactions de break-up, stripping et cassure de cœur, ainsi que différents domaines d'excitation du noyau-cible. En faisceau de 11Be les largeurs d'impulsion du noyau-cœur et du neutron de halo sont cohérentes pour les réactions de break-up, et le noyau-cible n'est pas excité. Les valeurs obtenues sont de 10 à 15% supérieures aux valeurs équivalents obtenues avec un noyau-cœur au voisinage de zéro degré. Des largeurs de distributions d'impulsion des neutrons produits lors de la cassure du cœur ont été comparées à celles en faisceau de 10Be. En faisceau de 6He, nous avons étudié les corrélations entre l'impulsion des neutrons et celle du cœur, pour constater qu'en réaction de break-up la dissociation s'effectue en une étape, et en une ou deux étapes en réaction de stripping. Dans ce dernier cas, la cassure en une étape est liée à la structure " di-neutrons " et celle en deux étapes à la structure " cigare " de l'état fondamental du noyau 6He.