Dans cette thèse, nous avons appliqué les outils modernes de la théorie des systèmes dynamiques à l'étude des lasers. Le but de ce travail était de mieux comprendre les sources cohérentes existantes en vue de les améliorer et de proposer de nouveaux mécanismes d'amplification lumineuse. Motivé par de récentes expériences menées sur des lasers miniatures avec absorbant saturable, nous en avons repris la description théorique. Les nouvelles valeurs de paramètres suggérées par l'expérience nous ont amenés à découvrir de nouveaux comportements dynamiques pour ces systèmes. En particulier, nous avons décrit comment l'intensité délivrée par ces lasers devenait temporellement sinusoïdale, puis impulsionnelle sur un très petit intervalle de paramètres. Par la connaissance acquise du laser à absorbant saturable, nous avons pu comprendre comment s'établissait un régime impulsionnel semblable dans un autre laser. Il s'agissait du laser multimode à pompage longitudinalement inhomogène. Il est apparu en effet qu'une partie du milieu emprisonné dans la cavité optique agissait à la manière d'un absorbant saturable, déstabilisant ainsi l'émission continue de ce laser. Nous avons également montré que, dans certaines circonstances, son état dynamique présentait des effets de mémoire. Une autre propriété importante de la dynamique du laser multimode a été mise en évidence: pour de petites perturbations, l'intensité totale présente un comportement plus régulier que les intensités modales prises séparément. Ce type intrigant d'auto organisation fut rencontré plus tard, lorsque nous avons envisagé la dynamique d'un réseau de lasers à semi conducteur couplés par un feedback optique. Le retard accumulé par la lumière au cours de ce feedback est un paramètre essentiel du problème. Ce système important sur le plan technologique s'est révélé extrêmement riche sur le plan dynamique. Nous avons pu montrer que plus le retard était grand, plus les lasers avaient tendance à se synchroniser. Cela fut observé aussi bien en régime continu qu'en régime périodique ou chaotique. Par une telle synchronisation, la qualité du rayon optique émis par le réseau de lasers augmente spectaculairement, élargissant par là ses possibilités d'application. Au début des années 1990, les physiciens commencèrent à étudier systématiquement les effets d'interférence quantique dans l'interaction lumière matière. Ceci faisait suite à l'annonce fracassante que de tels effets devaient permettre de construire des lasers sans inversion de population. Récemment, une série d'expériences a montré que de telles interférences quantiques étaient à l’œuvre dans le laser miniature LNP. Une partie de cette thèse y fut consacrée. Nous avons montré que le comportement dynamique observé résultait d'un renforcement quantique de l'absorption stimulée par les niveaux énergétiques inférieurs. Nous avons poursuivi notre étude des effets d'interférence quantique sur un schéma électronucléaire. Nous avons montré que pour ce système, un rayon gamma peut être amplifié sans inversion de population. Ce résultat est très important, compte tenu du fait qu'une telle inversion est techniquement impossible à réaliser pour ces très hautes fréquences électromagnétiques, empêchant jusqu'ici la réalisation de lasers gamma. Afin d'atteindre l'amplification sans inversion, un rayonnement d'appoint dans le domaine optique s'avère nécessaire. Tenant compte de la décroissance de ce champ optique en cours de propagation, et donc de la diminution des effets quantiques associés, nous avons déterminé une distance optimale de propagation. Au-delà de cette distance, l'amplification se mue en absorption. Une telle information est dès lors cruciale sur le plan expérimental.

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L'adsorption de l'anthracène et de molécules de type Diphényl-polyènes (trans-Stilbene, 1,4-Diphenyl-1,3 butadiene, 1,6-Diphenyl-1,3,5-hexatriene) a été étudiée par simulations Monte Carlo, absorption UV-visible par réflexion diffuse, diffusion Raman multiexcitation et Résonance Paramagnétique Electronique (RPE) dans des zéolithes (aluminosilicates) à canaux de type Ferrierite (M-FER), ZSM-5 (MnZSM-5) et Mordenite (M-MOR).<br />Les résultats mettent en évidence l'insertion des molécules dans les canaux. Dans le cas de cations polarisants (M = H+ et Li+) une ionisation spontanée produit la formation de paires radical cation – électron de longue durée. Au cours de la recombinaison de charges, des paires électron-trou sont mises en évidence par des techniques impulsionnelles de RPE. Dans le cas des molécules insérées sans modification chimique (M = Na+, K+, Rb+, Cs+), la photolyse UV induit des paires de radicaux dont la lente recombinaison implique des phénomènes de transferts d'électrons régis par la théorie de Marcus. L'exceptionnelle stabilité des paires de radicaux est attribuée au confinement des molécules dans les canaux, à la teneur en aluminium et à la nature des cations de la zéolithe. Ces paires de radicaux sont des intermédiaires réactionnels mis en jeu dans les processus catalytiques et de photodégradation d'hydrocarbures. Ils sont aussi impliqués dans le processus primordial de l'effet photovoltaïque.

Dans le contexte de l'amélioration de la compacité des alimentations d'électronique de puissance, l'intégration des composants passifs constitue l'un des principaux leviers pour atteindre des niveaux de miniaturisation conséquents. Dans ce cadre, différents travaux ont déjà été engagés de part le monde. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent la réduction des volumes des composants passifs, inductance - transformateur – condensateur, indispensables à toute structure d'électronique de puissance, en mariant ces trois éléments en un seul et unique appelé composant « LCT ». L'adaptabilité de cette association dépend en grande partie des performances des diélectriques utilisables dans cette réalisation permettant l'intégration de capacités élevées pour ainsi insérer ce dispositif LCT dans tout type de structure. Actuellement, le développement des matériaux ne permettant pas d'envisager toutes les applications classiquement rencontrées en électronique de puissance, nous avons étudié une nouvelle structure de convertisseur à transfert d'énergie mixte (MET) adaptée au LCT pouvant offrir un intérêt industriel dans un futur proche compte tenu de sa similitude avec une alimentation à découpage classique Forward. Outre les matériaux diélectriques en cours d'évolution, l'expansion de ce concept passe par un travail de modélisation conséquent, ainsi que par des technologies de mise en œuvre performantes comme les circuits multicouches. A l'issu de ce travail, un prototype a été réalisé dont les performances sont présentées, comprenant un composant LCT au sein de cette structure MET.

Le développement de nouveaux dispositifs spintroniques à base de semi-conducteurs (SC) nécessite la création d'une population électronique polarisée en spin dans ces matériaux. De ce point de vue, le germanium est un matériau prometteur pour les applications en spintronique à cause de la forte mobilité des porteurs de charge ainsi que de la symétrie d'inversion du cristal diamant à l'origine de temps de vie de spin très longs. Dans ce manuscrit, nous discutons deux approches pour l'injection et la détection électrique de spins dans le germanium. La première approche consiste à utiliser une barrière tunnel et un métal ferromagnétique (FM) comme injecteur de spin. L'insertion d'une barrière tunnel à l'interface FM/SC permet de résoudre le problème fondamental du désaccord de conductivité. Nous avons utilisé deux injecteurs différents : Py/Al2O3 et CoFeB/MgO. Les mesures sont réalisées en géométrie à trois contacts et l'accumulation de spins dans le germanium est démontrée par la mesure de l'effet Hanle. Dans le cas d'une barrière d'Al2O3, les spins injectés s'accumulent sur des états localisés à l'interface oxyde/Ge et cette accumulation est observée jusqu'à 220 K. Dans le cas d'une barrière de MgO, les spins sont réellement injectés dans le canal de Ge et un signal de 20-30 µV est encore observé à température ambiante. Nous discutons dans la deuxième approche l'utilisation du semi-conducteur magnétique (Ge,Mn) comme injecteur de spins dans le Ge. Nous avons tout d'abord étudié les propriétés structurales et magnétiques de films minces de (Ge,Mn) fabriqués par épitaxie par jets moléculaires à basse température. En faisant varier les paramètres de croissance, nous avons pu observer des nanocolonnes de GeMn cristallines ou amorphes, ainsi que des films et des nanoparticules de Ge3Mn5. Nous nous sommes concentrés sur l'anisotropie magnétique de ces nanostructures. Finalement, la croissance de (Ge,Mn) sur GOI a été optimisée en vue de son utilisation comme injecteur de spins dans le germanium et différentes méthodes d'intégration de ce matériau dans les dispositifs de spintronique " tout semi-conducteur " sont discutées.

Dans le cadre de l'augmentation de la densité de stockage des mémoires magnétorésistives à accès direct (MRAM), les matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire sont particulièrement intéressants car ils possèdent une très forte anisotropie. Cependant, cette augmentation d'anisotropie induit également un accroissement de la consommation d'écriture. Un nouveau concept d'écriture assistée thermiquement a été proposé par le laboratoire SPINTEC. Le principe est de concevoir une structure très stable à température ambiante, mais qui perd son anisotropie lorsqu'elle est chauffée, facilitant ainsi l'écriture. Le but de cette thèse est de valider expérimentalement ce concept. Les premiers chapitres sont consacrés à l'optimisation des matériaux à anisotropie perpendiculaire que sont les multicouches (Co/Pt), (Co/Pd) et (Co/Tb). Leur intégration dans une jonction tunnel magnétique est ensuite présentée. L'évolution de l'anisotropie en température, paramètre crucial au bon fonctionnement de l'assistance thermique, a également été étudiée. Enfin, il est démontré que l'écriture thermiquement assistée est particulièrement efficace : les structures développées présentent une consommation d'écriture réduite par rapport aux structures classiques et une forte stabilité à température ambiante.

Le contrôle des rejets dans l'atmosphère est une préoccupation importante de nos sociétés. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre en proposant l'étude et la réalisation de composants lasers compatibles avec des systèmes de détection de gaz polluants. La spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables est une méthode de détection de gaz, très sensible et sélective. Elle nécessite des diodes laser fonctionnant en régime continu, à température ambiante avec une émission monofréquence et une large accordabilité. Pour répondre à ces exigences, nous proposons une géométrie originale où deux cavités laser sont couplées par un miroir à cristal photonique (CP). Le domaine du moyen infrarouge (2 à 5 µm), où de nombreuses espèces gazeuses présentent de fortes raies d'absorption, est particulièrement intéressant pour ces applications. Pour atteindre cette gamme, la famille des matériaux à base d'antimoniures est la mieux adaptée car elle permet l'obtention de composants émettant au-delà de 2 µm. Deux géométries ont été étudiées, l'une avec les CPs placés de part et d'autre du ridge, l'autre avec les CPs le traversant. Les modélisations ont montré que le second design était le plus efficace. Un enjeu majeur de cette thèse a été le développement d'un procédé technologique complet qui fait appel à des étapes de photolithographie associées à des étapes d'insolation électronique pour la définition des CPs et l'ouverture de l'isolant. Il a nécessité la mise au point de la gravure profonde des CPs. Les caractérisations des structures ont montré un fonctionnement en continu, à température ambiante. Une émission monofréquence a été obtenue. Des mesures d'absorption de méthane et de monoxyde de carbone ont validé la faisabilité de l'utilisation de ces structures dans un système de détection de gaz.

L’intégration des dispositifs électroniques de puissance dans les véhicules automobiles nécessite une connaissance approfondie de leur fiabilité. Ces éléments sont soumis à des contraintes de fatigue électrothermique de plus en plus importantes. Cette étude vise à caractériser l’évolution de composants à base de MOSFET lors de tests de fatigue accélérés et contrôlés afin de déterminer les mécanismes physiques qui conduisent à sa dégradation.Nous décrivons d'abord l’évolution technologique des composants électroniques de puissance jusqu’à la technologie de type SmartMos utilisée par Freescale Semiconductor aujourd'hui. Les outils de caractérisation microstructurale (SAM, SAT, SEM, SIM, TEM, …) sont ensuite détaillés ainsi que l'échelle spécifique pour laquelle ils sont utilisés.Le vieillissement accéléré des composants est effectué sur un banc de fatigue pour déterminer la durée de vie d'un composant selon des paramètres donnés. L'analyse complète des composants détruits a permis de conclure que la zone affectée en priorité par le cyclage électro-thermique est le métal source qui comprend la métallisation en aluminium et les fils d'amenée de courants. Ces mêmes zones sont ensuite examinées après un vieillissement contrôlé correspondant à une fraction de la durée de vie. La fatigue du composant est essentiellement caractérisée par une forte augmentation de la résistance du métal source qui engendre l’augmentation de sa résistance drain-source (RdsON). Nous avons expliqué ce phénomène par une dégradation de la métallisation qui consiste en une division des grains d'aluminium et à l’apparition de fissures le long des joints de grains.Ces caractérisations sont corrélées à une étude par éléments finis (FEM) qui permet de simuler l’augmentation et le gradient de température dans un composant pendant un cycle de vieillissement, ainsi que l’impact de l’élévation de la résistance de la métallisation source sur le comportement thermoélectrique du composant / Integration of power electronic devices in automotive applications requires a perfect knowledge of their reliability as these components are subjected to more drastic electrothermal stresses. This study aims at determining the physical mechanisms responsible for degradation and failure of modern MOSFET-based power microprocessors during accelerated and controlled fatigue tests.After a description of the recent developments in power electronics that led to today's SmartMos technology from Freescale Semiconductor, the different microstructural characterizing techniques (SAM, SAT, SEM, SIM, TEM, …) and the specific scale for which they are used are detailed.The accelerated ageing of the components were carried out on a fatigue bench to evaluate the component lifetime according to parameters such as the temperature, current and pulse durations. A complete analysis of failed components showed that the area which is primarily affected by the electro-thermal cycling is the metal source that includes aluminum metallization and connection wires. In controlled ageing tests, we showed that the drain-source resistance (Rdson) increase was due to the metal source resistance augmentation. This phenomenon is linked to the degradation of the Aluminum layer that happens through grains division and crack propagation along the grain boundaries

Le sujet de cette thèse concerne la dynamique auto-entretenue excitée par transfert de spin de vortex couplés, dans des structures de type nano-piliers vannes de spin (Py/Cu/Py). Un premier objectif a été de comprendre les processus de transport polarisé en spin et de transfert de spin associés à des configurations d’aimantation fortement non-homogènes. Cette étude a permis d‘identifier et ainsi de précisément contrôler les configurations magnétiques à base de vortex, et en particulier d’observer l’influence du transfert de spin sur les mécanismes de renversement du cœur de vortex. En combinant des calculs analytiques et des simulations micro-magnétiques, nous avons également pu déterminer les conditions sur les paramètres relatifs des deux vortex (chiralités et polarités) pour obtenir des oscillations gyrotropiques couplées auto-entretenues de deux vortex dans un pilier unique. Un cas très intéressant est prévu pour les piliers de plus grands diamètres (typiquement supérieurs à 200nm) pour lesquels le courant critique est réduit potentiellement à zéro. Les résultats expérimentaux confirment les prédictions sur l’existence d’une dynamique couplée de vortex, avec des largeurs de raies atteignant 200kHz, un record à champ nul (soit un facteur de qualité Q ≈ 5000, un ordre de grandeur plus grand que pour les auto-oscillations de vortex unique) et diminuant même jusqu’à 50kHz sous champ extérieur. Un second objectif de ce travail a été l’étude de la synchronisation de deux auto-oscillateurs à transfert de spin à base de vortex. Nous avons démontré que le verrouillage des phases par couplage dipolaire de deux oscillateurs identiques peut être théoriquement obtenu indépendamment des paramètres des deux vortex. Toutefois un couplage trois fois plus important est prévu dans le cas de vortex de polarités opposées. Du point de vue expérimental, des premiers résultats ont permis de démontrer une faculté de synchronisation de deux oscillateurs présentant un écart en fréquence atteignant jusqu'à 10% de leurs fréquences d'auto-oscillation. Ce travail de thèse, qui s’inscrit dans l’effort de recherche mené pour améliorer les performances rf des nano-oscillateurs à transfert de spin, a permis d’illustrer que l’excitation de modes d’aimantations couplées est une voie à poursuivre dans le but d’aboutir à des largeurs de raies de plus en plus faibles. / My PhD work is dedicated to the spin transfer induced self-sustained dynamics of two coupled vortices, in nano-pillars spin-valves structures (Py/Cu/Py). A first objective was to understand the spin-polarized transport processes as well as spin transfer mechanisms associated to highly non-homogeneous magnetic configurations. This study allows me to identify and then precisely tune the vortex based magnetic configurations, and notably to observe the influence of spin transfer on reversal mechanisms of the vortex core. Combining analytical calculations and micro-magnetic simulations, we determine the conditions on relative parameters for the two vortices (chiralities and polarities) necessary to obtain self-sustained gyrotropic oscillations of the coupled vortices in a single pillar. A very interesting case is predicted for the pillars with larger diameters (typically over 200nm) for which the critical current is reduced to zero. The experimental results confirm the predictions that a coupled dynamics exists with linewidths as narrow as 200kHz, that is a record at zero field (corresponding to a quality factor Q ≈ 5000, an order of magnitude over the self-sustained oscillations of a single vortex), and even down to 50kHz under external field.A second objective was to investigate the synchronization of two vortex based spin transfer oscillators. We demonstrate theoretically that the phase locking through dipolar coupling of two identical oscillators can be achieved for any parameters of the two vortex. However, the coupling is three times stronger when vortices have opposite core polarities. From an experimental point of view, the synchronization capability for two oscillators having a frequency mismatch reaching up to 10 % of the auto-oscillation frequency has been demonstrated. This work, being part of the research effort made to improve the rf properties of spin transfer nano-oscillators emphasizes how the excitation of coupled magnetizations modes is important to reach lower and lower linewidths.

L’objectif de cette thèse est l’évaluation du vieillissement calendaire des supercondensateurs. Le début est consacré à l’examen des principes et des technologies des générations récentes de supercondensateurs. Ensuite, une modélisation comportementale de ces composants est proposée sur la base des principes physico-chimiques mais surtout à partir de méthodes de caractérisation électriques originales menées sur une plate-forme dédiée. La majeure partie des résultats concerne la quantification du vieillissement calendaire de différents types d’échantillons en focalisant sur l’impact de la tension et de la température. Enfin, ces résultats, pris en compte dans les modèles, sont mis en regard de ceux obtenus lors du vieillissement en cyclage actif et les contributions individuelles identifiées. / Abstract