Le présent mémoire propose une synthèse de mes activités de recherche sur la période 1993 - 2009 ainsi que mon projet pour les années à venir. Ces travaux se sont déroulés au laboratoire de l'Intégration des Composants et Systèmes Electroniques IXL, initialement dirigé par le Pr. J.P. Dom, et devenu aujourd'hui le laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système IMS, dirigé par le Pr. P. Fouillat. Mon parcours est resté associé à la thématique générale de la Conception Optimisée des Circuits Analogiques et Mixtes, même si ses étapes successives l'ont rattaché à différentes équipes du laboratoire, au fil de son histoire. Ainsi, d'un point de vue institutionnel, mes travaux ont été hébergés par : - l'équipe Caractérisation et Modélisation des Pr. J.P. Dom puis T. Zimmer, durant mon DEA et ma thèse, - l'équipe Modélisation Comportementale des Circuits et Systèmes du Pr. H. Lévi, durant la période 1998 - 2004, - l'équipe Ingénierie des Systèmes Neuromorphiques (ISN) du Pr. S. Renaud, durant la période 2004 - 2009. Mon intégration dans l'équipe ISN a eu lieu à l'occasion de l'encadrement de la thèse de T. Lévi, qui avait pour objectif d'appliquer un concept innovant en conception analogique aux circuits développés par celle-ci. C'est avec un réel intérêt pour les activités de l'équipe ISN en lien avec les Neurosciences, que j'ai décidé d'approfondir mes connaissances sur le sujet, en demandant un Congé pour Recherche et Conversion Thématique qui m'a été accordé sur 2 ans, de 2007 à 2009. Tirant profit de cet aménagement de service, je suis en mesure aujourd'hui de déposer mon dossier d'Habilitation à Diriger des Recherches et d'animer à partir du 1er Janvier 2010 une nouvelle équipe centrée sur l'Interaction des Systèmes Electroniques avec le Vivant, nommée ElIBio. Le contexte scientifique général de ce mémoire est celui des Méthodes et Outils de Conception des Circuits Intégrés Analogiques et Mixtes. La tâche de conception de fonctions électroniques sur circuit intégré ne peut être aujourd'hui menée à bien sans l'aide d'outils informatiques, véritables plate-formes logicielles d'aide à la conception. La complexité croissante des circuits intégrés nécessite une amélioration constante des méthodes 1 et outils de conception, afin de réduire au maximum le temps de développement, tout en assurant la fiabilité des circuits fabriqués. Un paradoxe connu dans l'industrie du semi- conducteur sous le nom de Design Productivity Gap met en avant l'écart entre le nombre de transistors technologiquement disponibles sur une puce et la possibilité de les assembler convenablement pour assurer une fonctionnalité. Cela revient à comparer l'efficacité des technologies de conception à celle des technologies de fabrication. Depuis le début de l'ère des circuits intégrés, ce Design Productivity Gap ne cesse de croître et les recommandations de l'ITRS (International Technology Roadmap for Semiconductors) reviennent constamment sur la nécessité de proposer de nouvelles solutions de conception automatisée (EDA, Electronic Design Automation). Ajoutons à cela la montée en puissance des composants intégrés analogiques et mixtes (AMS, Analog and Mixed Systems), sur lesquels cohabitent, au sein d'un même substrat, des fonctions numériques et analogiques. La différence de maturité des processus de conception analogique et numérique apparaît alors nettement et c'est la partie analogique qui requiert le plus grand effort de conception. En effet, alors que la synthèse de circuits numériques est aujourd'hui entièrement automatisée, la conception analogique souffre d'un manque de formalisme défavorable à son automatisation. La variation continue des signaux, la multitude des facteurs de performances, leur interdépendance, leur sensibilité vis-à-vis de fluctuations physiques peuvent être citées comme des freins inhérents à la nature analogique des circuits. Ainsi, mes travaux de recherche ont été effectués dans l'objectif général d'optimiser le flot de conception analogique, c'est-à-dire d'automatiser un maximum de tâches aujourd'hui réalisées manuellement. Cela nécessite avant tout de proposer des méthodes et formalismes qui permettront de passer à la dimension d'outils logiciels de conception. Les 3 premiers chapitres de ce mémoire s'inscrivent pleinement dans cet objectif et déclinent ma contribution selon les 3 axes suivants : - le chapitre 1 est consacré à une réflexion générale sur les Méthodes de Modélisation des Circuits Analogiques et Mixtes, menée de façon transversale sur l'ensemble de mon travail d'encadrement doctoral, - le chapitre 2 s'attache à une question de modélisation particulière et non résolue dans les simulateurs électriques actuels, il s'agit de la Modélisation de Sources de Bruit pour Simulation Temporelle; cela met en œuvre une technique de génération de modèles basée sur les filtres d'ordre non entier, en partenariat avec des chercheurs en Automatique de l'équipe CRONE, 2 - le chapitre 3 met la réutilisation au cœur du processus de conception et propose d'appliquer le concept d'IP (Intellectual Property), connu et efficace en conception de systèmes numériques, à la conception de systèmes intégrés analogiques ; un paradigme de conception analogique à base d'IPs y est développé et appliqué à la conception de circuits neuromimétiques. Le chapitre 4 fait l'exposé de mon projet de recherche qui s'articule autour des Systèmes Electroniques en Interaction avec le Vivant. Ce dernier chapitre commence par introduire le contexte pluridisciplinaire et la problématique des Systèmes d'Acquisition et de Contrôle de l'Activité Bioélectrique, et s'achève par la description du cadre stratégique des projets de l'équipe ElIBio.

Ce travail de thèse a contribué au développement de la techniques de test par faisceau laser en mode d'absorption deux photons (TPA). Cette technique a plus spécifiquement été utilisée pour la détection de défauts et l'injection de fautes dans les circuits intégrés.

Les techniques de localisation de défauts basées sur la stimulation laser restent aujourd'hui les techniques parmi les plus avancées qui existent. Elles permettent la stimulation thermique ou photoélectrique de façon très localisée sans contact physique. Les travaux dans ce mémoire sont consacrés au développement et à l'application de techniques d'analyse par faisceau laser impulsionnelles destinées à l'analyse des circuits intégrés. Le développement matériel et les investigations de méthodologies d'analyse ont été portés par la motivation du projet MADISON (Méthodes d'Analyse de Défaillances Innovantes par Stimulation Optique dyNamique), qui a pour but d'augmenter le taux de succès des analyses des circuits complexes VLSI par stimulation laser. L'utilisation de systèmes optiques très performants comprenant des sources laser impulsionnelles fibrées nous a permis d'explorer les capacités en termes d'analyse par stimulation laser photoélectrique impulsionelle. Une étude originale de l'étude du phénomène Latchup a montré une augmentation de la résolution latérale avec l'utilisation du processus d'absorption non linéaire.

Ce travail présente l'étude des effets des radiations sur des composants analogiques commerciaux. Une méthode de caractérisation expérimentale de la sensibilité de ces composants, par le biais de simulations électriques et de stimulations laser non linéaire, est mise en place.

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

Cette thèse étudie l'application de le microscopie de champs magnétiques à l'analyse de défaillance des composants électroniques.

Ce travail développe l'analyse de différents paramètres électrique obtenu lors de cartographies laser, afin de procéder à une détection de défauts

Ces dernières années, la physique de la matière condensée a connu une profonde révolution de concepts par la découverte de nombreuses phases de la matière qui ne sont pas classifiables à la Landau, c'est à dire par leur groupe de symétrie. Si les premiers travaux remontent à ceux des effets Hall quantiques (entier et fractionnaire), ce n'est que récemment, avec l'avènement du graphène et des isolants topologiques que les physiciens ont réalisé que ces phases de la matière ne nécessitent, dans l'absolu, ni champ magnétique, ni basse température, par opposition aux effets Hall quantiques précédemment cités. Ces nouveaux états de la matière sont caractérisés non pas par la géométrie du problème mais plutôt par la topologie. Ici donc, la forme précise du spectre électronique n'est pas importante, seules certaines caractéristiques, comme la présence ou l'absence d'un gap, le sont. De manière similaire à la classification de Landau des groupes de symétries, il est possible de classifier ces nouveaux systèmes par l'intermédiaire de groupes topologiques. La branche mathématique invoquée est celle de la topologie algébrique. A travers les invariants qu'elle génère, il est possible de classer les états topologiquement non-triviaux. De plus, les transitions entre des états à topologies distinctes sont aussi accessibles par cette théorie. Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse s'intéressent aux effets topologiques dans la structure de bandes de matériaux bi-dimensionnels. Après une présentation du formalisme mathématique général, un premier chapitre s'intéressera à la topologie locale, c'est à dire pour une portion restreinte de la première zone de Brillouin, des points de croisements de bandes, dits points de Dirac. Un effort sera porté vers la classification de ces systèmes et des transitions associées. Le chapitre suivant mettra en lumière un moyen efficace de mesurer les effets de la topologie des électrons en deux dimensions. Il s'agit de l'étude des niveaux de Landau qui résultent de l'application d'un champ magnétique 5transverse au plan des électrons. Les points de Dirac se transmutent alors en niveaux à énergie nulle topologiquement stables, c'est à dire peu ou pas influencés par les diverses perturbations. L'étude des différents modèles justifiera la discrimination entre la physique à champ magnétique faible et celle à champ magnétique fort, faible ou fort étant très dépendant du système étudié. Enfin, dans un dernier chapitre plus prospectif on s'intéressera à la topologie globale, c'est à dire pour l'ensemble de la première zone de Brillouin. Ce type d'étude est surtout caractérisé par l'existence d'états de bords robustes. On en fera l'expérience d'une double manière. D'abord par l'étude un modèle à un électron, puis par celle d'un système en forte interaction de N électrons. A travers les différents exemples étudiés, on s'attachera à démontrer la puissance de l'outil topologique pour les problèmes de la matière condensée, phénomène qui devrait s'accentuer les prochaines années.

L'objectif de cette thèse est l'étude de l'immunité des circuits intégrés complexes face aux perturbations électromagnétiques. Le début est consacré à la présentation de la compatibilité électromagnétique des circuits intégrés. Une présentation des moyens de maîtrise de la CEM est ensuite donnée. Les principaux thèmes que sont la modélisation, l'optimisation et la mesure sont exposés. L'étude se poursuit par l'établissement d'une méthodologie de construction d'un modèle d'immunité appliquée à un circuit convertisseur. Cette méthodologie s'inspire de la proposition de norme ICIM-CI pour bâtir successivement les différents blocs du modèle d'immunité. Une attention particulière est donnée à la modélisation du mécanisme de défaillance, celui-ci permettant d'obtenir les résultats d'immunité. Les résultats fournis par le modèle sont ensuite comparés puis validés par des mesures sur circuit. Enfin des études complémentaires, portant sur des circuits plus complexes, permettent de proposer des améliorations et perspectives nouvelles pour la démarche de modélisation.

NXP Semiconductor à Caen ayant des compétences dans le développement destechnologies System in Package (SiP) et NXP Semiconductor à Eindhoven ayant unespécialité en qualification virtuelle, deux partenariats ont été mis en place pour réaliser uneétude sur la qualification accélérée des composants SiP. Une thèse orientée simulations a étéréalisée à l'université de Delft (Pays-Bas) par Xiaosong Ma et dirigée par Kaspar Jansen, enparallèle une thèse plus expérimentale a été réalisée avec l'université de Bordeaux 1 parCharles Regard, à Caen, et dirigée par Hélène Frémont. Ces deux thèses ont été effectuées enproche collaboration. Dans un premier temps, des véhicules de test ont été définisconjointement. Puis un ensemble de caractérisations des matériaux et de simulations a étémené à Delft, alors que des essais expérimentaux de qualification et des analyses dedéfaillance étaient menés à Caen. Tout au long de ces deux thèses, des échanges constants ontété entretenus afin de corréler les simulations par les expérimentations. Ce besoin industrield'étude sur la qualification des composants SiP vient de la très forte augmentation del'intégration des fonctions au sein des équipements mobiles. En effet la technologie SiPpermet de répondre dans des délais intéressants aux nécessités de miniaturisation imposéespar ces nouveaux développements.L'objectif de ce travail de thèse est donc de mettre en place des méthodes et destechniques pour optimiser la qualification des composants System in Package (SiP).