Dans le domaine de l'électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d'applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l'interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d'onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation.

L'objectif de cette thèse était l’étude de dispositifs électroniques à base de pérovskites hybrides. Dans ce cadre nous avons développé et fabriqué des transistors à effet de champ (FET) ainsi que des cellules solaires à base de perovskite. Dans le cas des transistors, en utilisant des couches minces de pérovskites hybride hautement cristallisées nous avons réalisé des transistors ambipolaires fonctionnant à la température ambiante et présentant une hystérésis faible, une transconductance élevée (pour ce type de matériau), et un rapport Ion / Ioff> 104. Dans le cadre de cette thèse l’utilisation de plusieurs diélectriques nous a permis d’obtenir une forte modulation de la conductance du canal avec des tensions de grille relativement faibles (4-6V). Dans ce cadre l’oxyde d’Hafnium de permittivité relative er=23.5 a montré de très bonnes performances et une très bonne compatibilité pour la croissance de pérovskite hybride. Après plusieurs étapes de polarisation les dispositifs ont présenté un fonctionnement stabilisé et ont été mesurés au cours des cycles consécutifs pendant 14 heures avec peu de changement dans leurs performances. Nous avons mis en évidence que l’augmentation du champ électrique a permis la formation d’un canal de trous à l’interface. La polarisation consécutive des dispositifs à base de HfO2/pérovskite a amené à la création d’un second courant d’électrons et a mis en évidence un fonctionnement ambipolaire final. L’ensemble des dispositifs ont présenté une hystérésis dont l’amplitude était parfois non négligeable. Cela a démontré la présence de charges mobiles ioniques aux interfaces qui influence les courants de sorties du dispositif. Dans la dernière partie de la thèse nous nous sommes intéressés à la croissance de pérovskite hybride pour la production de cellules solaires. Nous avons étudié les deux conditions de croissance suivantes : conditions sous air normal (humidité relative> 60%) et en atmosphère d’azote en boites à gants (humidité relative <0.1 ppm). Par ces deux voies nous avons obtenu respectivement des rendements de conversion photovoltaïque respectivement de 5% et 8%. / The objective of this thesis was the study of electronic devices based on hybrid perovskites. In this context we have developed and produce field effect transistors (FETs) and solar cells based on hybrid perovskite material. In the case of transistors, using thin layers of highly crystallized hybrid perovskites we have made ambipolar transistors operating at room temperature and having low hysteresis, high transconductance (for this type of material) and a ratio of Ion / Ioff > 104. In the context of this thesis, the use of several dielectrics allowed us to obtain a high modulation of the channel conductance with relatively low gate voltages (4-6V). Hafnium oxide with relative permittivity er = 23.5 showed very good performances and a very good compatibility for the hybrid perovskite growth. After several polarization steps the devices exhibited stabilized operation and were measured in consecutive cycles for 14 hours with small change in their performance. We have shown that the increase of the electric field allowed the formation of a hole channel at the interface. The successive polarization of HfO2 / perovskite-based devices led to the creation of a second electron current and demonstrated a final ambipolar device. All the devices presented a hysteresis with amplitude sometimes not negligible. This demonstrated the presence of mobile ion charges at the interfaces that influence the output currents of the device. In the last part of the thesis we focused our work in hybrid perovskite growth for the production of solar cells. We have studied two growth conditions: conditions under normal air (relative humidity> 60%) and nitrogen atmosphere in glove boxes (relative humidity <0.1 ppm). By these two paths we obtained photovoltaic conversion efficiencies of 5% and 8% respectively.

Cette thèse a exploré comment, en mélangeant des matériaux avec des propriétés électriques différentes, il est possible de fabriquer des transistors avec des performances accrues. Des transistors organiques à effet de champ basés sur un oligothiophène (DH4T) ont été fabriqués et optimisés jusqu’à ce que les mobilités mesurées fussent supérieures à celles observées dans des films évaporés. Ces résultats ont été obtenus par le contrôle précis des interfaces et de la vitesse d’évaporation. Des polymères de type p ont été mélangés à des polymères de type n. Chaque solution obtenue a été utilisée pour la fabrication de transistors ambipolaires. Les transistors ont été caractérisés et il a été possible de fabriquer des transistors avec des mobilités équilibrées pour chaque paire de polymères. Des transistors à effet de champ basés sur un mélange de P3HT et d’une molécule photochromique (DAE-Me) ont été fabriqués. Le courant a été mesuré pendant et entre les irradiations et il a été démontré qu’une mémoire non-volatile à multiple niveaux peut être fabriquée / This thesis explored how, by blending of materials with different electrical characteristics, it is possible to fabricate transistors with new or improved performances. First, organic field-effect transistors based on a single oligothiophene, DH4T, were fabricated and optimized until the measured mobility was superior to that observed in vacuum deposited films. This was achieved through careful tuning of the interfaces using self-assembled monolayers and by strong control of the solvent- evaporation rate. P-type polymers were blended with an n-type polymer. Each resulting solution was used for the fabrication of ambipolar field-effect transistors. These devices were characterized and it was found that for each pair of p- and n-type polymers, a transistor with balanced mobilities and high Ion/Ioff could be fabricated. Finally field-effect transistors based on a blend of P3HT and a photoswitchable diarylethene (DAE-Me) were fabricated. The current was measured during and between irradiations and it was demonstrated that a non-volatile multilevel memory could be fabricated.

La détection de faibles concentrations d’acides nucléiques est essentielle pour certaines applications comme la biologie médicale, où elle permet le diagnostic d’une multitude de pathologies par l’identification de biomarqueurs spécifiques. Par rapport aux techniques traditionnelles de détection par voie biochimique, la détection électrique par effet de champ présente l’avantage d’être une mesure directe, sans marquage, et à réponse rapide. Les transistors à nanofils semiconducteurs sont des dispositifs prometteurs qui permettent potentiellement d’atteindre des limites de détection très basses et une sensibilité élevée, grâce à leur grand rapport surface/volume et leurs propriétés électroniques uniques. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semiconducteur dont les qualités le rendent particulièrement adapté aux applications visées, telles que sa très grande stabilité physico-chimique et biocompatibilité.Dans cette thèse, des transistors à effet de champ à base de nanofils de Si et SiC ont été conçus dans une approche descendante pour être fabriqués par photolithographie. Un procédé de fabrication basé sur la filière silicium a été développé et optimisé afin de réaliser des dispositifs à nanofils et à nanorubans de Si de manière reproductible. Une étude détaillée a permis de démontrer la stabilité chimique supérieure des nanofils de SiC par rapport aux nanofils de Si en conditions physiologiques. Fort de ce résultat, nous avons exploré deux approches pour l’élaboration d’une couche mince de SiC autour de ces nanostructures de Si, pour leur conférer cette résistance chimique en milieu liquide. Ces dispositifs cœur-coquille Si/SiC reproductibles ont finalement été fonctionnalisés et intégrés dans un système microfluidique complet afin de réaliser des premières mesures novatrices de détection de pH et d’ADN en temps réel et en milieu liquide. / Sensing of low concentrations of nucleic acids is essential to a variety of applications such as bio-medical analysis, in which case it allows the diagnosis of pathologies by identifying specific biomarkers. Compared to traditional sensing techniques based on biochemistry, the advantage of electrical field-effect detection is that it relies on a direct, label-free, and fast-response measurement. Transistors based on semiconducting nanowires are promising devices that theoretically enable very low detection limits and a high sensitivity, thanks to their high surface-to-volume ratio and unique electronic properties. Silicon carbide (SiC) is a semiconductor material with qualities such as very high physical and chemical stability and high biocompatibility, which make it particularly suited for aforementioned applications.In this thesis, field-effect transistors based on Si and SiC nanowires were designed with a top-down approach to be fabricated using photolithography techniques. The Si-based process was developed and optimized in order to fabricate reproducible devices made of nanowires and nanoribbons. A detailed study was conducted to demonstrate the superior chemical stability of SiC nanowires over Si nanowires under physiological conditions. Based on these results, we investigated two ways of elaborating a thin SiC layer around these Si nanostructures to provide them with its chemical resistance in liquid medium. These reproducible core-shell Si/SiC devices were eventually functionalized and integrated into a microfluidic system in order to achieve novel measurements of DNA detection in real time and in liquid media.

La réduction de la taille des circuits CMOS vers des dimensions extrêmement petites est telle que son élément constitutif, le MOSFET à base de Silicium, commence à souffrir d’une faible efficacité de puissance. L’une des alternatives qui ne peut être écartée est le concept du transistor MOSFET à base de matériaux III-V. Ses propriétés de transport extraordinaires, apportées par les matériaux III-V, promettent de réduire la tension d’alimentation des circuits CMOS sans réduire leur performance. Cette transition technologique pourrait aboutir non seulement à des circuits CMOS plus petits, plus écologiques mais aussi à des circuits co-intégrés avec des technologies RF. C’est dans ce contexte que nous présentons, dans ce travail de thèse, la fabrication et la caractérisation des transistors MOSFET Ultra-Thin Body (UTB) à base d’InAs et du transistor FinFET à base d’InAs. La combinaison d’une longueur de grille extrêmement réduite, d’une faible résistance d’accès et d’une mobilité impressionnante dans le canal d’InAs a permis d’obtenir des courants importants (IMAX=2000mA/mm pour LG=25nm). Egalement, l‘utilisation des architectures du canal de type ultra mince et FinFET permet d’obtenir un bon contrôle électrostatique. De plus, une spécificité du procédé technologique présentée dans ce travail est les réalisations des contacts et du canal par une épitaxie par jets moléculaires (MBE) localisée. / Scaling the size of CMOS circuits to extremely small dimensions gets the semiconductor industry to a point where its cornerstone, Silicon-based MOSFET starts to suffer a poor power efficiency. In the quest for alternative solutions cannot be omitted a concept of III-V MOSFET. Its outstanding transport properties hold a promise of reduced CMOS supply voltage without compromising the performance. This can path a way not only to the smaller, greener electronics but also to more co-integrated RF and CMOS electronics. In this context, we present fabrication and characterization of Ultra-Thin body InAs MOSFETs and InAs FinFET. Synergy of a deeply scaled gate length, low access resistance and a high mobility of InAs channel enabled to obtain impressively high drain currents (IMAX=2000mA/mm for LG=25nm). Equally, the introduction of Ultra-Thin body and FinFET channel design provides an improved electrostatic control. A specific feature of the process presented in this work is a fabrication of contacts and channel by localized molecular beam epitaxy MBE epitaxy.

Ce travail concerne la croissance d'arborescences magnétiques de fer et de cobalt par électrodéposition en cellule mince. Seules deux morphologies sont obtenues, une dense avec de nombreuses branches à faible concentration et une ramifiée avec moins de branches à forte concentration. L'effet d'un champ magnétique sur la croissance est étudié. En champ vertical, contrairement aux métaux non magnétiques, la morphologie des dépôts de fer et de cobalt ne spirale pas. Un changement de morphologie est toutefois observé, plus prononcé à forte concentration. En champ horizontal, à forte concentration, les morphologies observées sont allongées dans la direction du champ. Pour le fer à faible concentration, la morphologie isotrope et circulaire en l'absence du champ devient d'une manière surprenante rectangulaire sous champ. Ce changement s'explique par une sélection de la direction de croissance des branches, résultant des interactions dipolaires entre les branches aimantées et des branches avec le champ. Des observations en TEM montrent qu'à l'échelle nanométrique les branches sont des dendrites monocristallines, que la croissance aie lieu sans champ ou sous champ horizontal. Par contre l'effet d'un champ vertical se manifeste à cette échelle par une distorsion de la maille cubique dans le cas du fer et un basculement de l'axe c de la maille hexagonale dans le cas du cobalt. Les propriétés magnétiques des arborescences révèlent des comportements différents pour les arbres denses et ramifiés. Les premiers ont un comportement de type ‘grains fins' tandis que les seconds sont plus proches du matériau massif. Ces comportements peuvent s'interpréter comme résultant d'une large distribution de la taille des branches. Enfin, une nouvelle technique consistant à déposer une fine couche d'or sur une des lames de verre de la cellule a permis l'obtention d'arborescences adsorbées de fer. La croissance n'est alors plus dendritique et le comportement magnétique en est modifié.

La progressivité du claquage des oxydes de grille d'épaisseurs inférieures à 20 nm permet d'envisager une prolongation de la durée de vie des circuits. Cet enjeu majeur de la fiabilité contemporaine requiert des modèles adaptés afin de contrôler la variabilité des paramètres induites par le claquage. Après avoir étudié l'impact d'une fuite de courant sur une couche chargée, nous avons mis au point un modèle bas niveau de simulation par éléments finis, capable de reproduire la dérive des paramètres mesurée sur des dispositifs du nœud 45 nm. Des lois empiriques de ces dérives ont été injectées dans un modèle compact du transistor dégradé, simplifié par nos observations originales de la dépolarisation du canal et de la répartition des courants. Finalement nous avons simulé l'impact du claquage sur le fonctionnement de circuits simples et estimés la dérive de leurs paramètres tels que l'augmentation de la consommation due au claquage.

Thèse doctorat : Microondes et microtechnologies : Lille 1 : 2003. / N° d'ordre (Lille 1) : 3359. Résumé en français et en anglais. Bibliogr. à la suite de chaque chapitre.

Le graphène est un plan unique d'atomes de carbone formant une structure en nid d'abeilles. Dans le cas idéal, le graphène possède des propriétés physiques étonnantes résultant de sa structure électronique en " cône de Dirac ". En particulier, la mobilité électronique dans le graphène est exceptionnelle ce qui ouvre des perspectives pour les transistors futurs. Dans cette thèse notre objectif est de tester les propriétés et les performances de transistors réalisés sur graphène à l'aide d'une technologie compatible CMOS. Depuis 2004, il est connu qu'on peut obtenir ce matériau bidimensionnel à partir de la graphitisation du carbure de silicium (SiC). C'est cette technique qui a été utilisée ici. Parmi les résultats obtenus, nous présenterons en particulier une méthode innovante pour déterminer le nombre de couches de graphène. Nous détaillerons la technologie d'intégration mise au point, avec la réalisation de transistors à canal court et étroit. Nous montrerons les caractéristiques obtenues. La mobilité électronique mesurée est à l'état de l'art international. Nous analyserons également le rôle du diélectrique de grille sur la qualité des performances.

Les nanostructures de semi-conducteurs de faibles dimensions (comme les nanofils(NFs)) sont devenues l'objet de recherches intensives pour explorer de nouveaux phénomènes émergents à l'échelle nanométrique et sonder leur possibilités d' utilisation dans l'électronique du futur. Parmi les différents nanofils semi-conducteurs, SiC a des propriétés très particulières, comme une large bande interdite, une excellente conductivité thermique, un haut champ électrique de claquage, une stabilité chimique et physique, une haute mobilité des électrons et une haute biocompatibilité.Nous proposons dans cette étude ; d'examiner une nouvelle approche pour fabriquer des nanostructures de SiC par l'approche " top-down ". Cela permet l'élaboration de nanostructures cristallines de SiC de haute qualité monocristalline avec un niveau de dopage contrôlé. Le comportement de nanostructures de SiC gravées a également été étudié en fonction de polytypes et des orientations cristallographiques.Nous avons également étudié les trois principaux sujets de SiC nano-devices pour atteindre une excellente performance. Pour répondre à ces questions, deux types de SiC nanoFET (SiC NFFET et SiC NPFET) ont été fabriqués et caractérisés par l'utilisation de nanofils de SiC et de nanopiliers de SiC préparés respectivement par les méthodes " bottom-up " et " top-down ".