La thèse porte sur le développement d'une décharge à barrière diélectrique de surface pour la dépollution de l'air. Il s'agit d'une thématique tout à fait d'actualité. En effet l'application des réglementations sur la qualité de l'air nécessite de nouvelles technologies. Parmi elles, la dépollution par plasma froid est un candidat on ne peut plus prometteur. Dans un tel contexte, il est nécessaire de savoir approcher le problème sous différents aspects: Le premier est bien sûr de comprendre la physique fondamentale de ce type de plasma. Cela requiert une démarche expérimentale adaptée aux échelles du phénomène. Ces décharges sont constituées de filaments de petites dimensions (quelques centaines de micromètres de diamètre, quelques centimètres de long) se propageant extrêmement vite, avec une durée de vie très courte (quelques dizaines de nanosecondes). Ces caractéristiques en font des objets difficiles à étudier. Les résultats ont montré des phénomènes d'autodéclenchement des filaments de plasma. Ce comportement tout à fait original est expliqué par l'effet mémoire de la surface diélectrique, qui peut retenir les charges sur des temps très longs (plusieurs minutes). Ces charges peuvent alors être photodésorbées et déclencher le départ de plusieurs streamers en un temps très court (40 ns). L'organisation et la propagation des filaments ont été étudiées par imagerie iCCD avec une résolution temporelle raffinée à la nanoseconde. Le deuxième aspect est d'identifier les qualités du système qui peuvent être exploitées du point de vue procédé: efficacité chimique, coût énergétique, géométrie du dispositif. L'identification de ces points a permis de déposer un brevet sur le système. Par la suite, un travail d'étude de marché a été réalisé grâce à l'encadrement d'étudiants de l'ISTIA (Institut des Sciences et Techniques de l'Ingénieur d'Angers) pour leur stage de M2.

Cette thèse résume les travaux concernant les essais de fiabilité des commutateurs RF MEMS capacitifs et ohmiques développé par le CEA-Leti.Dans le premier chapitre les mesures de raideur par la technique de nano-indentation sur des commutateurs MEMS réels sont complétées par des observations AFM, MEB et FIB pour expliquer le comportement électrique des différents lots de commutateurs de type ohmique.Le deuxième chapitre présente les résultats de la caractérisation des propriétés structurales et physiques des diélectriques, qui sont généralement utilisés dans nos commutateurs RF MEMS ohmiques et capacitifs. Les analyses élémentaires confirment que tous les nitrures SiNx et oxydes SiO2 fabriqués par la technique PECVD ont une qualité inférieure par rapport à leurs homologues synthétisés à haute température.Les mécanismes de conduction sont identifiés dans SiNx et SiO2 PECVD en mesurant des courbes I-V sur les condensateurs MIM. Pour les deux nitrures SiNx, qui sont déposés en haute (HF) et fréquence mixte (MF), le mécanisme de conduction de type Poole-Frenkel. Pour le SiO2 le mécanisme de conduction est plus susceptible d'être contrôlé par émission Schottky. Les mesures I-V révèlent que tous ces matériaux piègent des charges parasites, il y a en effet une forte hystérésis entre les parties aller et retour de la courbe I-V.Pour étudier la cinétique de piégeage de charge des condensateurs MIM sont utilisés. Pour identifier les propriétés des pièges la technique d'injection à courant constant est utilisée. Le diélectrique SiNx PECVD montre une dépendance logarithmique de la cinétique de piégeage, tandis que le SiO2 montre une dépendance exponentielle. La concentration totale de pièges ne montre aucune dépendance pour les SiNx HF et SiO2 MF, ou une dépendance faible en fonction du champ pour le SiNx MF. La section efficace de capture dépend du champ pour les deux types de nitrures, ce qui est cohérent avec le modèle de piégeage à effet répulsif. Pour le SiO2, où un modèle de piégeage du premier ordre a été utilisé, la section efficace de capture est indépendante du champ. Dans le chapitre 4, les dérives de tension expérimentales sont mesurées lors des tests de stress à tension constante, pour différents niveaux de contrainte de tension. Dans la partie suivante, nous proposons une approche originale de modélisation de la dérive de la tension de "pull-in" basée sur le mécanisme de conduction et les propriétés de piégeage des diélectriques. Nous démontrons que grâce a notre modèle, il est possible d'expliquer les dérives de tension mesurée en termes de propriétés diélectriques bien identifiées. Cette procédure donne des résultats simulés en bon accord avec les mesures pour tous les matériaux, et permet de prédire les résultats de n'importe quelle séquence de vieillissement électrique. Nous utilisons ensuite notre modèle pour étudier l'effet des propriétés diélectriques et de la conception du commutateur sur le comportement à long terme de nos commutateurs MEMS.

Cette thèse résume les travaux concernant les essais de fiabilité des commutateurs RF MEMS capacitifs et ohmiques développé par le CEA-Leti.Dans le premier chapitre les mesures de raideur par la technique de nano-indentation sur des commutateurs MEMS réels sont complétées par des observations AFM, MEB et FIB pour expliquer le comportement électrique des différents lots de commutateurs de type ohmique.Le deuxième chapitre présente les résultats de la caractérisation des propriétés structurales et physiques des diélectriques, qui sont généralement utilisés dans nos commutateurs RF MEMS ohmiques et capacitifs. Les analyses élémentaires confirment que tous les nitrures SiNx et oxydes SiO2 fabriqués par la technique PECVD ont une qualité inférieure par rapport à leurs homologues synthétisés à haute température.Les mécanismes de conduction sont identifiés dans SiNx et SiO2 PECVD en mesurant des courbes I-V sur les condensateurs MIM. Pour les deux nitrures SiNx, qui sont déposés en haute (HF) et fréquence mixte (MF), le mécanisme de conduction de type Poole-Frenkel. Pour le SiO2 le mécanisme de conduction est plus susceptible d'être contrôlé par émission Schottky. Les mesures I-V révèlent que tous ces matériaux piègent des charges parasites, il y a en effet une forte hystérésis entre les parties aller et retour de la courbe I-V.Pour étudier la cinétique de piégeage de charge des condensateurs MIM sont utilisés. Pour identifier les propriétés des pièges la technique d'injection à courant constant est utilisée. Le diélectrique SiNx PECVD montre une dépendance logarithmique de la cinétique de piégeage, tandis que le SiO2 montre une dépendance exponentielle. La concentration totale de pièges ne montre aucune dépendance pour les SiNx HF et SiO2 MF, ou une dépendance faible en fonction du champ pour le SiNx MF. La section efficace de capture dépend du champ pour les deux types de nitrures, ce qui est cohérent avec le modèle de piégeage à effet répulsif. Pour le SiO2, où un modèle de piégeage du premier ordre a été utilisé, la section efficace de capture est indépendante du champ. Dans le chapitre 4, les dérives de tension expérimentales sont mesurées lors des tests de stress à tension constante, pour différents niveaux de contrainte de tension. Dans la partie suivante, nous proposons une approche originale de modélisation de la dérive de la tension de "pull-in" basée sur le mécanisme de conduction et les propriétés de piégeage des diélectriques. Nous démontrons que grâce a notre modèle, il est possible d'expliquer les dérives de tension mesurée en termes de propriétés diélectriques bien identifiées. Cette procédure donne des résultats simulés en bon accord avec les mesures pour tous les matériaux, et permet de prédire les résultats de n'importe quelle séquence de vieillissement électrique. Nous utilisons ensuite notre modèle pour étudier l'effet des propriétés diélectriques et de la conception du commutateur sur le comportement à long terme de nos commutateurs MEMS. / This thesis summarizes the work concerning reliability testing of electrostatic capacitive- and ohmic-type RF MEMS switches developed by the CEA-Leti. In the first chapter the measurement of stiffness by the nanoindentation technique on real MEMS switches are completed by AFM, SEM and FIB observations in order to explain the electrical behavior of different wafers of the ohmic-type switches. The second chapter presents the results of the characterization of the structural and physical properties of the dielectrics, which are typically used in our ohmic- and capacitive-type RF MEMS switches. Elemental analyses confirm that all SiNx and SiO2 samples fabricated by the PECVD technique have inferior quality compared to their high-temperature counterparts.The conduction mechanism are identified in PECVD SiNx and SiO2 by measuring I-V curves on MIM capacitors. For both SiNx materials, that is deposited in high- (HF) and mixed-frequency (MF) mode, the conduction process is controlled by Poole-Frenkel mechanism. For the MF SiO2 the conduction mechanism is most likely to be controlled by Schottky emission. The I-V measurements reveal, that all these materials are prone to trapping parasitic charge, which is observed as hysteresis between the ramp-up and ramp-down parts of the I-V curve.For studying the kinetics of charge trapping the MIM capacitors are used. To identify the trapping properties the constant current injection technique is used. The PECVD SiNx dielectric turns out to show logarithmic dependence of the trapping kinetics, while the SiO2 shows an exponential dependence. The total concentration of traps shows no field-dependence for the HF SiNx and MF SiO2 or weak field dependence for the MF SiNx sample. The capture cross section is field dependent for both samples with SiNx, which is consistent with the repulsive trapping model. For the SiO2, where the first order trapping model was used, the capture cross-section is not field dependent.In the chapter 4, experimental voltage drifts are measured during constant voltage stress tests for different voltage stress levels. In the following part we propose an original approach to modeling of the voltage drifts based on the identified conduction mechanism and trapping properties of the dielectrics. We demonstrate that thanks to our model it is possible to explain the measured voltage drifts in terms of the identified dielectric properties. The simulated results are in good agreement with experimental ones for all investigated materials and it allows to predict the voltage drift for any aging conditions. In the next step, we use our model to study the effect of the dielectric properties and the switch design on the long term behavior of RF MEMS switches.

Les transistors organiques sont la base de nombreuses applications de l'électronique organique mais leur rendement électrique ainsi que leur stabilité dans le temps sont encore des verrous technologiques devant être levés. De plus, le phénomène de transport de charges dans ces dispositifs reste une notion encore à l'étude même si différents modèles sont utilisés afin d'expliquer l'effet de champ des transistors organiques. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette étude portant sur la caractérisation par spectroscopie d'admittance de jonctions Métal/oxyde/semi conducteur organique/métal. Elle a pour but d'analyser le comportement électrostatique du semi conducteur organique. Les mesures de spectroscopie d'admittance ont été réalisées sur une large bande de fréquence (0.1Hz à 1Mhz) dans laquelle les pertes diélectriques mesurées peuvent être associées à des phénomènes d'orientation (oscillation) de dipôles présents dans la structure. Les réponses en fréquences montrent trois types de comportements dynamiques. A basses fréquences, nous avons observé une diffusion ionique, liée au déplacement d'ions H+ à travers la structure. A hautes fréquences, la réponse est due aux imperfections de l'oxyde. Enfin, aux fréquences intermédiaires, la réponse du semi-conducteur organique est identifiée et attribuée à des dipôles permanents. A partir de ces différentes réponses, un modèle analytique est établi et permet de décrire l'ensemble des réponses dynamiques. Le comportement du semi-conducteur est décrit par la somme d'une fonction de type Debye et de type Cole-Cole. L'analyse des paramètres de ce modèle a permis de mettre en évidence l'influence des dipôles permanents sur la permittivité du film de semi-conducteur organique. Enfin, ce modèle a été validé sur différents échantillons à base de pentacène et a été ensuite appliqué au Poly-3-hexylthiophène. / Organic transistors are vital in many applications of organic electronics but the electrical performance and time stability are technological limitation in order to make this technology reliable. Moreover, in these devices, the charge transport phenomenon has not to be clearly understood even if different models are commonly used to explain the field effect in organic transistors. In this context, this thesis talks about the admittance spectroscopy characterization of metal / oxide / organic semiconductor / metal junctions and analysis the organic semiconductor electrostatic behavior.The admittance spectroscopy measurements were performed on a wide frequency range (0.1Hz to 1MHz) in which the measured dielectric loss may be associated with the orientation phenomenon (as oscillation) of dipoles present in the structure.The frequency responses show three dynamic behaviors. At low frequencies (<10Hz), we observed an ionic diffusion, which is related to the ions movement of H+ through the structure. At high frequencies, (>10kHz) the response is due to defects into the oxide. Finally, at intermediate frequencies, the organic semiconductor response is identified and assigned to the permanent dipoles into the bulk. From these responses, an analytical model is developed and used to describe the dynamic responses. The semi-conductor behavior is described by the sum of a Debye and Cole-Cole function type. The analysis of the model parameters has highlighted the influence of permanent dipoles on the organic semiconductor permittivity. Finally, this model has been agreed on different samples based on pentacene and was applied to the Poly-3-hexylthiophene.

Un des défis de la recherche appliquée au génie civil est l'optimisation de la durée de vie des matériaux et structures ainsi que la mise au point de méthodes de certification rapides, peu coûteuses et sûres. Dans ce contexte, la politique de surveillance des ouvrages d'art instaurée en France à partir du début des années 1980 a mis en évidence des dégradations dues à l'action du froid dans plusieurs régions et notamment en montagne. Par conséquent, un bon nombre de gestionnaires d'ouvrages sont confrontées aux conséquences, quelquefois très pénalisantes, des cycles de gel-dégel sur la durabilité du béton.<br />L'endommagement par le froid est une combinaison d'une micro-fissuration interne et d'un écaillage de surface. Ce dernier est largement augmenté en présence des sels de déverglaçage couramment utilisés afin de permettre une bonne praticabilité des routes en période hivernale.<br />L'objectif des travaux de recherche présentés dans ce mémoire est l'approfondissement de nos connaissances sur le comportement au gel-dégel de surface d'une structure poreuse en vue d'une prédiction de son comportement et de l'identification de paramètres matériaux clés relatifs à sa pérennité hivernale.<br />Pour cela, nous avons tout d'abord mené une étude à l'échelle du matériau afin de déterminer la (ou les) relation(s) permettant de caractériser à l'échelle macroscopique l'état de gel du milieu poreux à une température donnée. Dans le cas d'un système réversible, la relation mesurable entre la proportion de glace de glace formée et la température, identifiable à une fonction d'état thermodynamique, est suffisante. Afin de la mesurer, un dispositif basé sur une méthode capacitive a été mis au point. L'utilisation de cette méthode repose, dans le cas d'un matériau poreux partiellement gelé, sur le contraste entre la constante diélectrique réelle de l'eau (entre 80 et 100) et de la glace Ih (environ 3) dans le domaine des hautes fréquences radio (entre 10 et 100 MHz) et pour des températures comprises entre -40°C et 0°C. Ainsi, tout changement de phase en milieu poreux se traduit par une variation sensible de la constante diélectrique globale du matériau testé et la proportion volumique de glace formée peut être estimée par un schéma d'homogénéisation multi-échelles.<br />La comparaison entre les résultats de gel-dégel obtenus par ce dispositif et ceux provenant de tests de sorption-désorption permet de conclure sur la prédictibilité de l'état de solidification d'un milieu poreux par des tests routiniers de sorption-désorption d'eau.<br />Etant en mesure de caractériser l'état de gel du milieu poreux soumis au froid, il devient possible d'étudier, par une approche macroscopique de type poromécanique des milieux continus, son comportement mécanique. Le scénario de comportement retenu est basé sur le couplage entre l'augmentation volumique de 9% accompagnant la transformation de l'eau en glace, les transferts d'eau non gelée au sein du réseau poreux et le comportement thermomécanique de chaque constituant. L'étude menée se limite au problème linéarisé d'une structure unidimensionnelle soumise à l'action du froid en surface. De plus, l'hypothèse des petits déplacements et des petites déformations est adoptée, ce qui borne strictement cette étude à l'apparition de la première fissure.<br />L'utilisation de ce modèle permet : (1) d'identifier l'origine de l'endommagement de surface (ou écaillage) observé expérimentalement sur des échantillons de ciments soumis à des cycles de gel-dégel sous fort gradient thermique, (2) de quantifier le rôle protecteur des vides d'air vis-à-vis de la résistance à l'écaillage.

Ce travail de thèse porte sur l'intégration de matériaux de haute constante diélectrique (High-k) en tant que diélectrique interpoly dans les mémoires non volatiles de type Flash. L'objectif est de déterminer quel matériaux High-k seraient des candidats probables au remplacement de l'empilement ONO utilisé en tant que diélectrique interpoly. Une gamme de matériaux high-k ont été étudiés via des caractérisations électriques (I-V, C-V, statistique de claquage…) et physiques (TEM, EDX, XPS…) afin d'éliminer les matériaux ne répondant pas au cahier des charges d'un diélectrique interpoly. Les difficultés et les obstacles liés a l'intégration de matériaux High-k dans une chaine de procédés de fabrication de mémoires Flash ont été pris en compte, et des solutions ont été proposées. / The work of this thesis is on integration of high dielectric constant materials (High-k) as dielectric interpoly in Flash non volatile memories. The objective is to determine which High-k materials are suitable as interpoly dielectric in place of the ONO stack currently used. A range of High-k materials have been studied by electrical characterizations (I-V, C-V, breakdown statistics…) and physical characterizations (TEM, EDX, XPS…) in order to select those with the best properties for an interpoly dielectric. The difficulties in integration of High-k materials in a Flash memory process flow have been taken in account and solutions have been proposed.

Le travail de thèse a été réalisé dans le cadre d'une cotutelle entre le Département de Physique Expérimental à l'Université Comenius à Bratislava et Laboratoire de Spectrométrie Physique à l'Université Joseph Fourier à Grenoble. Le but de la thèse était le développement et l'application de nouvelles méthodes spectroscopiques pour l'analyse de plasma et de gaz. A Bratislava, mon travail était supervisé par le prof. Pevel Veis et le Doc. Peter Macko . Il s'est orienté vers le diagnostique optique de plasma. Mon travail principal a été d'étudier le comportement de la décharge à barrière diélectrique(DBD) ainsi que la production d'oxygène dans l'état singulet. En parallèle, j'ai développé des méthodes de mesures des propriétés physiques liées à cette expérience. Dans le DBD, l'objectif était d'écrire l'évolution temporelle des états électroniques excités au cours de la décharge. La méthode utilisée était la spectroscopie rapide et large bande. Mon travail a consisté à mettre en place l'instrumentation ainsi que les algorithmes pour le traitement de données. Concernant l'étude de la production de l'oxygène singulet, on a développé un système CRDS (Cavity-Ring-Down Spectroscopy) capable de le détecter dans la post-décharge de plasma. A Grenoble, sous la supervision du Dr. Daniele Romanini, l'objectif principal de mon travail a consisté dans le développement d'une nouvelle source laser - Vertical External Cavity Surface Emitting Laser (VECSEL) et son application dans la spectroscopie d'absorption. Le travail a été réalisé en collaboration avec l'Institut d'électronique du Sud dans le cadre du projet ANR MIREV. En plus de ce travail, j'ai participé au développement d'un détecteur portable et bon marché pour l'analyse quantitative de NO$_2$ et NO$_3$ dans l'atmosphère par la technique Incoherent Broadband Cavity Enhanced Absorption Spectroscopy.