Submitted by João Paulo Braga (jpbraga_ibilce@hotmail.com) on 2018-05-10T12:08:05Z No. of bitstreams: 1 dissertação.corrigida . Braga.JP...pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Approved for entry into archive by Elza Mitiko Sato null (elzasato@ibilce.unesp.br) on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT) No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) / Made available in DSpace on 2018-05-10T17:11:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 braga_jp_me_sjrp_int.pdf: 4842769 bytes, checksum: 92b7f70c78131d4df05a4710783f132c (MD5) Previous issue date: 2018-04-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Neste trabalho, foram desenvolvidos e caracterizados transistores de filme fino (TFTs) de óxidos metálicos processados por solução, tendo como camada ativa filmes de óxido de zinco (ZnO), de óxido de zinco dopado com alumínio (AZO) e de óxido de índio e zinco (IZO). Os dispositivos foram construídos sobre substratos de silício dopado tipo p revestido com uma camada isolante de óxido de silício (Si/SiO2), em estruturas do tipo bottom-gate/top-contact, utilizando dois métodos distintos para a deposição da camada ativa: spray-pirólise e spin coating. Os transistores apresentaram excelentes propriedades elétricas, em especial os dispositivos à base de ZnO depositados via spray-pirólise. Esses dispositivos apresentaram valores de mobilidade dos portadores de carga (elétrons), superiores a 5 cm2V-1s-1 e da razão entre a corrente na acumulação e na depleção (IOn/IOff) superiores a 106, o que representa um desempenho bastante competitivo quando comparados com a literatura atual. A influência da exposição dos dispositivos ao oxigênio atmosférico nas propriedades elétricas dos transistores foi estudada através do monitoramento (pelo período de vários dias) do desempenho dos transistores quando caracterizados em atmosfera inerte (N2) ou no ar. Adicionalmente, os dispositivos apresentaram um proeminente efeito de fotoresposta persistente após a exposição à radiação ultravioleta na região do UVA em níveis de intensidade relativamente baixos (abaixo de 10-3 W.m-2), o que sugere uma potencial aplicação em sensores ou dosímetros de radiação UV. / In the present work, thin-film transistors (TFTs) based on solution-processed metal-oxides were developed and characterized, with the active layer comprising zinc oxide (ZnO), aluminum-doped zinc oxide (AZO) and indium zinc oxide (IZO). The devices were built on p-type doped silicon substrates with a thermally grown thin-layer of silicon dioxide (Si/SiO2), in a bottom-gate/top-contact structure, using two different active layer deposition methods: spray-pyrolysis and spin coating. The transistors presented excellent electrical properties, especially the ZnObased devices deposited by spray-pyrolysis, with charge carrier mobility superior to 5 cm2V-1s -1 and ratio between the accumulation current and the depletion current (Ion/Ioff) greater than 106 , which represents a very competitive performance compared to values from the current literature. The influence of the exposure to atmospheric oxygen on the transistor electrical properties was studied by monitoring (for several days) the TFT performance when characterized in inert atmosphere (N2) or in air. Additionally, the devices presented a prominent persistent photoresponse effect after the exposure to ultraviolet radiation in the UVA range at relatively low intensities (below 10-3 Wm-2), suggesting a potential application as UV-radiation sensors or dosimeters. / 134107/2016-0

Orientador: Marco Antonio Robert Alves / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-09T17:44:13Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tirolli_MarceloNogueira_M.pdf: 2758197 bytes, checksum: 08f6e633be3e083c0e72c41959dd296d (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Este trabalho tem como objetivo o estudo do comportamento elétrico de uma ponteira de emissão de campo, modelada na forma de um hemisfério sobre um poste, através de recursos computacionais (simulações). Escolhemos o software comercial Ansys, que utiliza o método dos elementos finitos nas análises dos fenômenos físicos para obtenção do campo elétrico na superfície da ponteira. Em seguida, foi desenvolvido também um programa computacional que realiza o cálculo da corrente de emissão baseado na teoria de emissão de campo de Fowler-Nordheim (F-N). Para calcular a corrente, o programa faz uso dos resultados das simulações do campo elétrico obtidos no software Ansys. Apresentamos também os resultados da influência que as dimensões como o raio de curvatura do hemisfério, a altura da ponteira e a distância entre anodo e catodo exercem sobre o comportamento do campo elétrico, da corrente de emissão e de outras grandezas físicas que envolvem emissão de campo / Abstract: This work aims to study the electrical behavior of a field emission tip, shaped in the form hemisphere on a post, through computational resources (simulations). We chose the Ansys commercial software that uses the finite element methods in the analyses of the physical phenomena to obtain the electric field in the surface of the tip. After that, a computational program was also developed to perform the calculation of emission current based on Fowler-Nordheim (F-N) field emission theory. To calculate the current, the program uses the results of the electric field simulations gotten in Ansys software. We also show the results of influences that dimensions such as the hemisphere curvature radius, the height of the tip and the distance between anode and cathode exert on the behavior of the electric field, emission current and other physical quantities that involve field emission / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

De par leurs performances et leur fiabilité, la technologie Flash constitue, à l'heure actuelle, la référence en matière de mémoire non volatile. Cependant, ces mémoires étant en passe d'atteindre leurs limites de miniaturisation, plusieurs dispositifs alternatifs sont actuellement envisagés par les industriels du secteur, de manière à anticiper les demandes du marché ces prochaines années.Depuis 2003, des études ont été menées sur le remplacement de la grille flottante en silicium polycristallin des mémoires Flash par des nanocristaux. La modication du flot de procédés d'une mémoire à nanocristaux permet une réduction des coûts de fabrication, une amélioration de la fiabilité et une miniaturisation des dispositifs. L'intégration des nanocristaux dans une cellule mémoire de type Flash constitue donc un challenge pour l'industrie afin de repousser les limites de miniaturisation de cette architecture mémoire basée sur le transistor MOS, dispositif historique de l'industrie des semiconducteurs.Ce manuscrit présente les résultats de ma thèse qui porte sur les procédés de croissance de nanocristaux de silicium et leur caractérisation morphologique en vue d'une intégration dans des mémoires non volatiles.Les objectifs de la thèse sont :- Le transfert du procédé de fabrication des nanocristaux de silicium du CEA LETI vers l'usine de STMicroelectronics à Rousset ;- L'intégration des nanocristaux dans une cellule mémoire non-volatile ;- L'optimisation des procédés de fabrication en vue d'une industrialisation ;- Le développement d'outils de caractérisation de la chaîne de procédés ;- L'étude physique et physico-chimique avancée des nanocristaux de silicium. / By their performance and reliability, Flash technology is, today, the reference in nonvolatile memory . However, these memories being on track to reach their miniaturization limits , several alternative devices are currently being considered by the industrial sector, to anticipate market demands in the coming years .Since 2003, studies have been conducted on the replacement of the polysilicon floating gate by silicon nanocrystals in flash memory with nanocrystals to sustain this memory technology memory. Process flow modifications for nanocrystal integration allows a reduction of manufacturing costs, improving of reliability and miniaturization of devices . Integration of nanocrystals in a flash-like memory cell is therefore a challenge for the industry to extend the limits of miniaturization of the memory architecture based on the MOS transistor, historical device of the semiconductor industry.This manuscript presents the results of my thesis on the silicon nanocrystals growth process and morphological characterization for integration in a nonvolatile memory. The objectives of the thesis are :- Transfer of the manufacturing process of the silicon nanocrystals growth from CEA LETI plant to STMicroelectronics Rousset ;- Integration of nanocrystals in a non-volatile memory cell;- Optimization of manufacturing processes for industrialization ;- Development of tools to characterize the process chain ;- Physical and physico-chemical study of advanced silicon nanocrystals . and morphological characterization for integration in a nonvolatile memory.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre d’une collaboration entre l’IM2NP et la société Tagsys, dans le cadre du projet PACID-TEXTILE. L'objectif de la thèse est de créer un tag RFID UHF packagé, très robuste et qui puisse facilement s’intégrer de manière discrète dans les produits textiles. L’idée est de concevoir deux antennes couplées et adaptées aux puces choisies pour l’application. Ces deux antennes sont conçues afin de favoriser le couplage entre elles. La première entité est packagée afin de protéger la puce de l’environnement d’utilisation. Dans une première partie, l’antenne primaire est caractérisée. Le packaging fait l’objet d’études particulières pour répondre aux contraintes de robustesses liées aux domaines du textile (blanchisserie, produit chimique). Une seconde partie du travail vise à caractériser le fil conducteur de manière à en établir une modélisation la plus fidèle possible pour pouvoir être utilisé par les outils de simulation et de conception d’antennes. Des essais de résistances du fil sont également réalisés.Enfin, une troisième partie traite de la conception d'antennes. Les tags conçus doivent avoir une portée minimale de 4m, résister à la déformation et à l'empilement. Ces tags sont soumis à différents tests pour établir leurs performances. A l’aide des moyens de caractérisations disponible au laboratoire IM2NP (plate forme de pré certification RFID), un « Benchmarking » est réalisé sur les différents tags en vue de proposer une étiquette répondant au mieux aux exigences du cahier des charges. / This thesis is part of a collaboration between the company Tagsys and IM2NP, under the PACID-TEXTILE project. The aim of the thesis is to create a robust UHF RFID tag antenna that can be easily and discreetly integrated into textile products.The idea is to design two antennas electromagnetically coupled and adapted for selected chips. Both antennas are designed to facilitate the coupling between them. The first antenna is packaged in a robust material in order to protect the chip from laundry cycles. The second antenna is made up by electro-thread. The first part of the work is to characterize the packaged antenna and packaging material. The second part is to measure the conductivity of the used thread, to establish the most accurate model possible. Tests of wire resistance are also made. Toughness of each wire is also tested.The third part deals with the antenna design. The tags are designed to have a minimum range of 4m. They have to resist deformation and stacking. These tags are subjected to various tests to determine their performance. Using resources available in the laboratory IM2NP (RFID platform), a "Benchmarking " is carried on different tags to find the best that meet the requirements of the specifications.

Al–O monolayers embedded in ultrathin SiO₂ were shown previously to contain Al-induced acceptor states, which capture electrons from adjacent silicon wafers and generate a negative fixed charge that enables efficient Si-surface passivation. Here, we show that this surface passivation is just in part attributed to field-effect passivation, since the electrically active interface trap density Dit itself at the Si/SiO₂ interface is reduced by the presence of the acceptor states. For sufficiently thin tunnel-SiO₂ films between the Si-surface and the Al–O monolayers, Dit is reduced by more than one order of magnitude. This is attributed to an interface defect deactivation mechanism that involves the discharge of the singly-occupied dangling bonds (Pb0 defects) into the acceptor states, so that Shockley-Read-Hall-recombination is drastically reduced. We demonstrate that the combined electronic and field-effect passivation allows for minority carrier lifetimes in excess of 1 ms on n-type Si and that additional H₂-passivation is not able to improve that lifetime significantly.

The ever increasing advancements in semiconductor technology and continuous scaling of CMOS devices mandate the need for new dielectric materials with low-k values. The interconnect delay can be reduced not only by the resistance of the conductor but also by decreasing the capacitance of dielectric layer. Also cross-talk is a major issue faced by semiconductor industry due to high value of k of the inter-dielectric layer (IDL) in a multilevel wiring scheme in Si ultra large scale integrated circuit (ULSI) devices. In order to reduce the time delay, it is necessary to introduce a wiring metal with low resistivity and a high quality insulating film with a low dielectric constant which leads to a reduction of the wiring capacitance. Boron carbon nitride (BCN) films are prepared by reactive magnetron sputtering from a B4C target and deposited to make metal-insulator-metal (MIM) sandwich structures using aluminum as the top and bottom electrodes. BCN films are deposited at various N2/Ar gas flow ratios, substrate temperatures and process pressures. The electrical characterization of the MIM devices includes capacitance vs. voltage (C-V), current vs voltage, and breakdown voltage characteristics. The above characterizations are performed as a function of deposition parameters.

This work focuses on the evaluation of the feasibility to employ silicon (Si) nanowire based parallel arrays of Schottky-barrier field effect transistors (SB-FETs) as transducers for potentiometric biosensors and their overall performance as building blocks for novel functional electronics. Nanowire parallel arrays of SB-FETs were produced and electrically characterized during this work. Nominally undoped Si nanowires with mean diameter of 20nm were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) driven bottom-up growth and subsequently transferred via a printing process to Si/SiO2 chip substrates. Thereby, dense parallel aligned nanowire arrays are created. After dry oxidation of the nanowires, standard photolithography and deposition methods are employed to contact several hundred nanowires with interdigitated Ni electrodes in parallel. A silicidation step is used to produce axially intruded Ni-silicide (metallic) phases with a very abrupt interface to the Si (semiconducting) segment. Acting as front gate dielectric, the chip surface is entirely covered by an Al2O3 layer. For sensor applications, this layer further serves as electrical isolation of the electrodes and protects them from corrosion in electrolytes. Fabricated devices are part of the SOI (Si on insulator) transistor family with top (front) and back gate and exhibit ambipolar rectifying behavior. The top gate exhibits omega geometry with a 20nm thin Al2O3 dielectric, the back gate planar geometry with a 400nm thick SiO2 dielectric. The influence of both gates on the charge transport is summarized in the statistical analysis of transfer and output characteristic for 7 different lengths (for each 20 devices) of the Si conduction channel. A nonlinear scaling of on-currents and transconductance with channel length is revealed. Off-currents are influenced from both p- and n-type conduction at the same time. Increasing lateral electric fields (LEF) lead to a decline of suppression capability of both p- and n-currents by a single gate. This is reflected in a deteriorated swing and higher off-current towards decreasing channel lengths (increasing LEF). However, by individual gating of Schottky junction and channel, p- and n-type currents can be controlled individually. Both charge carrier types, p and n, can be suppressed efficiently at the same time leading to low off-currents and high on/off current ratio for all investigated channel lengths. This is achieved by a combined top and back double gate architecture, for which the back gate controls the Schottky junction resistance. It is demonstrated that a fixed high Schottky junction serial resistance, severely impairs the transconductance. However, the transconductance can be significantly increased by lowering this resistance via the back gate, enhancing the transducer performance significantly. Al2O3 covered SB-FETs were employed as pH sensors to evaluate their performance and signal to noise ratio (SNR). Current modulation per pH was observed to be directly proportional to the transconductance. The transistor related signal to noise ratio (SNR) is thus proportional to the transconductance to current noise ratio. Device noise was characterized and found to limit the SNR already below the peak transconductance regime. Statistical analysis showed that the nanowire SB-FET transconductance and noise both scale proportional with the current. Therefore, the SNR was found to be independent on the nanowire channel lengths under investigation. The high process yield of nanowire SB-FET parallel array fabrication close to hundred percent enables this platform to be used for simple logic and biosensor elements. Because of the low fabrication temperatures needed, the foundation is laid to produce complementary logic with undoped Si on flexible substrates. For previously reported results, the presence of Schottky junctions severely impaired the transconductance, restricting the applicability of SB-FETs as transducers. This work shows, that an electric decoupling of the Schottky junction can reduce these restrictions, making SB-FETs feasible for sensor applications. / Diese Dissertation ist der Bewertung von Silizium (Si) Nanodraht basierten Parallelschaltungen von Schottky-Barrieren-Feld-Effekt-Transistoren (SB-FETs) als Wandler für potentiometrische Biosensoren und deren generelle Leistungsfähigkeit als Bauelement neuartiger funktioneller Elektronik gewidmet. In dieser Arbeit wurden Parallelschaltungen von Nanodraht SB-FETs hergestellt und elektrisch charakterisiert. Nominell undotierte Si Nanodrähte mit durchschnittlichem Durchmesser von 20nm wurden mittels chemischer Dampfphasenabscheidung (CVD) synthetisiert und anschließend durch einen Druckprozess auf ein Si/SiO2 Chip-Substrat transferiert. Damit wurden dicht gepackte, parallel ausgerichtete Nanodraht Schichten erzeugt. Nach Trockenoxidation der Nanodrähte wurden diese mit Standard Lithographie und Abscheidungsmethoden mit interdigitalen Nickel (Ni) Elektroden als Parallelschaltung kontaktiert. Durch einen Temperprozess bilden sich axial eindiffundierte metallische Ni-Silizid-Phasen, mit einer sehr abrupten Grenzfläche zum halbleitenden Si Segments des Nanodrahts. Die Chipoberfläche wird vollständig mit einer Al2O3-Schicht bedeckt, welche als Frontgate-Dielektrikum oder als elektrische Isolation und Korrosionsschutzschicht für Elektroden in Elektrolytlösungen im Falle der Sensoranwendungen dient. Die hier gezeigten Bauelemente sind Teil der SOI (Si on insulator) Transistoren-Familie mit Top- (Front) und Backgate und zeigen ein ambipolares Schaltverhalten. Die Topgates besitzen eine Omega-Geometrie mit 20nm dickem Al2O3 Dielektrikum, das Backgate eine planare Geometrie mit 400nm dickem SiO2 Dielektrikum. Der Einfluss beider Gates auf den Ladungstransport ist in einer statistischen Analyse der Transfer- und Output-Charaktersitiken für 7 unterschiedliche Si-Leitungskanallängen zusammengefasst. Eine nichtlineare Skalierung von Strom und Transkonduktanz mit Leitungskanallänge wurde aufgedeckt. Die Ströme im Aus-Zustand des Transistors sind durch das Vorhandensein gleichzeitiger p- als auch n-Typ Leitung bestimmt. Die Zunahme lateraler elektrischer Felder (LEF) führt zu einem Verlust des gleichzeitigen Ausschaltvermögens von p- und n-Strömen bei Ansteuerung mit einem einzelnen Gate. Dies äußert sich durch einen graduell verschlechterten Swing und höheren Strom im Aus-Zustand bei verringerter Leitungskanallänge (gleichbedeutend mit erhöhten LEF). Durch eine getrennte Ansteuerung von Schottky-Kontakt und Leitungskanal lassen sich p- and n-Leitung jedoch unabhängig voneinander kontrollieren. Beide Ladungsträgertypen können so simultan effizient unterdrückt werden, was zu einem geringen Strom im Aus-Zustand und einem hohen An/Aus- Stromverhältnis für alle untersuchten Kanallängen führt. Dies wird durch eine Gatearchitektur mit kombiniertem Top- und Backgate erreicht, bei der das Backgate den Ladungstransport durch den Schottky-Kontakt und dessen Serienwiderstand kontrolliert. Es wird gezeigt, dass ein konstant hoher Schottky-Kontakt bedingter Serienwiderstand die Transkonduktanz erheblich vermindert. Jedoch kann die Transkonduktanz im höchsten Maße durch eine Herabsetzung des Serienwiderstandes durch das Backgate gesteigert werden. Dies erhöht die Leistungsfähigkeit des SB-FET als Wandler deutlich. Al2O3 oberflächenbeschichtete SB-FETs wurden als pH-Sensoren erprobt, um deren Tauglichkeit und Signal-zu-Rausch-Verhältnis (SNR) zu evaluieren. Die Strommodulation pro pH-Wert konnte als direkt proportional zur Transkonduktanz bestätigt werden. Das Transistor bedingte SNR ist daher proportional zum Verhältnis von Transkonduktanz und Stromrauschen. Bei der Analyse des Transistorrauschens wurde festgestellt, dass dieses das SNR bereits bei einer niedrigeren Transkonduktanz als der maximal Möglichen limitiert. Eine statistische Auswertung zeigte, dass sowohl SB-FET Transkonduktanz als auch Stromrauschen proportional zu dem Transistorstrom skalieren. Somit ist deren Verhältnis unabhängig von der Nanodraht-Leitungskanallänge, im hier untersuchten Rahmen. Die geringe Ausschuss bei der Fabrikation der Nanodraht SB-FET-Parallelschaltungen ermöglicht eine Nutzung dieser Plattform für simple Logik und Biosensorelemente. Durch die geringen Prozesstemperaturen wurde die Grundlage geschaffen, komplementäre Logik mit undotiertem Si auf flexiblen Substraten zu fertigen. Vorangegangene Resultate zeigte eine verminderte Transkonduktanz durch die Präsenz von Schottky-Barrieren, was die Anwendbarkeit von SB-FETs als Wandler einschränkt. Diese Arbeit zeigt, dass eine elekrtische Entkopplung der Schottky-Kontakte zu einer Aufhebung dieser Beschränkung führen kann und somit den Einsatz von SB-FETs als praktikable Wandler für Sensoranwendungen zulässt.

Cette étude est consacrée au développement d’une pile à combustible à oxyde solide (SOFC) de type monochambre. Contrairement à une pile SOFC conventionnelle, le système monochambre fonctionne dans un mélange de gaz hydrocarbure/air ce qui permet de s’affranchir des contraintes d’étanchéités. Le principe de fonctionnement est basé sur la différence d’activité catalytique entre l’anode et la cathode : l’anode doit être sélective à l’oxydation des hydrocarbures et la cathode à la réduction de l’oxygène. La configuration monochambre implique cependant de nouvelles contraintes concernant notamment la stabilité des matériaux sous mélange hydrocarbure/air à haute température.L’objectif de cette thèse est d’optimiser les performances d’une pile monochambre fonctionnant sous mélange méthane/oxygène et d’améliorer la compréhension de ce système.Les différents éléments d’une pile (électrolyte, cathode, anode) ont été caractérisés sous mélange méthane/oxygène. Quatre matériaux de cathodes (LSM, BSCF, SSC, LSCF) ont été comparés au niveau de leur activité catalytique, stabilité, conductivité électrique et résistance de polarisation. Une étude catalytique de l’anode a été réalisée afin d’identifier les réactions chimiques qui se produisent. Une étude de pile complète en géométrie électrolyte support a permis de sélectionner le matériau de cathode LSCF. Cette étude a également mis en évidence la nécessité de diminuer l’épaisseur de l’électrolyte, la géométrie anode support a donc été étudiée. La première pile anode support a présentée une anode inhomogène et un électrolyte poreux. Des travaux ont été menés afin d’homogénéiser l’anode et de diminuer la porosité de l’électrolyte. En optimisant les conditions de fonctionnement (température et rapport CH4/O2), une densité de puissance maximale de 160 mW.cm-2 a été obtenue. / This study is devoted to the development of a single-chamber solid oxide fuel cell. Contrary to a conventional solid oxide fuel cell, a single chamber fuel cell works under a hydrocarbon/air mixture with no more sealing needed. The working principle of this device is based on the difference of catalytic activity between the anode and the cathode: the anode must be selective to hydrocarbon oxidation and the cathode to oxygen reduction. With single-chamber geometry, chemical stability of materials has to be taken into account under hydrocarbon/air mixture at high temperature.The goal of this work is to optimize the performances of a single-chamber cell working under methane/oxygen mixture and to improve this device comprehension.Each part of the cell (electrolyte, anode, cathode) was characterized under methane/oxygen mixture. Four cathode materials (LSM, BSCF, SSC, LSCF) were compared regarding their catalytic activity, stability, electrical conductivity and polarization resistance. The catalytic activity of the anode was studied in order to identify the chemical reactions happening. A study of electrolyte supported cells showed that LSCF material is the most suitable cathode. Furthermore, this study showed that the electrolyte was too thick; the anode supported configuration was studied. The first anode supported cell showed an inhomogeneous anode and a porous electrolyte. From that, a study of the homogeneity of the anode and the densification of the electrolyte was performed. A maximum power density of 160mW.cm-2 was obtained by optimizing the working conditions of the cells (temperature and CH4/O2 ratio).

Cette thèse porte principalement sur la caractérisation électrique et la modélisation physique d'éléments mémoires émergents de type OxRRAM (Oxide Resistive Random Access Memory) intégrant soit un oxyde de nickel, soit un oxyde de hafnium. Une fois la maturité technologique atteinte, ce concept de mémoire est susceptible de remplacer la technologie Flash qui fait encore figure de référence. Les principaux avantages de la technologie OxRRAM reposent sur une très bonne compatibilité avec les filières CMOS, un faible nombre d'étapes de fabrication, une grande densité d'intégration et des performances attractives en termes de fonctionnement. Le premier objectif de ce travail concerne le diélectrique employé dans les cellules. Il s'agit d'apporter des éléments factuels permettant d'orienter un choix technologique sur la méthode d'élaboration de l'oxyde de nickel (oxydation thermique ou pulvérisation cathodique réactive) puis d'évaluer les performances de cellules à base d'oyxde de hafnium. Le second objectif est d'approfondir la compréhension des mécanismes physiques responsables du changement de résistance des dispositifs mémoire par une approche de modélisation physique des phénomènes opérant lors des phases d'écriture et d'effacement, sujet encore largement débattu dans la communauté scientifique. Le troisième objectif de cette thèse est d'évaluer, par le biais de caractérisations électriques, les phénomènes parasites intervenant dans les éléments mémoires de type 1R (élément résistif sans dispositif d'adressage) et, en particulier, la décharge capacitive apparaissant lors de leur programmation (opérations d'écriture). / This work is focused on the electrical characterization and physical modeling of emerging OxRRAM memories (Oxide Resistive Random Access Memory) integrating nickel or hafnium oxide. After reaching maturity, this memory concept is likely to replace the Flash technology which is still a standard in the CMOS industry. The main advantages of resistive memories technology is their good compatibility with CMOS processes, a small number of manufacturing steps, a high integration density and their attractive performances in terms of memory operation. The first objective of this thesis is to provide enough informations allowing to orientate the elaboration process of the active nickel oxide layer (thermal oxidation, reactive sputtering) then to compare the performances of the fabricated cells with devices featuring a hafnium oxide layer. The second objective is to understand the physical mechanisms responsible of the device resistance change. A physical model is proposed allowing to apprehend SET and RESET phenomenon in memory devices, subject which is still widely debated in the scientific community. The third objective of this thesis is to evaluate electrical parasitic phenomenon observed in 1R-type memory elements (resistive element without addressing device), in particular the parasitic capacitance appearing during cell programming (writing operation).

La réalisation de micro et nanomatériaux avec des propriétés contrôlées nécessite le développement de nouvelles voies d’élaboration dites ascendantes « ou Bottom-up ». Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à maîtriser la formation d’agrégats de particules colloïdales et de cellules, avec des applications potentielles dans les domaines des biocapteurs, de la microélectronique, de l’optique et de l’ingénierie tissulaire. L’approche proposée pour assembler les particules en structures organisées se base sur l’emploi de la diélectrophorèse, reposant sur l’application d’un champ électrique non- uniforme. L’un des inconvénients de cette technique tient au caractère réversible des assemblages ainsi formés, l’annulation du champ électrique entrainant la redispersion des colloïdes. Afin d’apporter une solution à ce problème, il est possible de recourir à un couplage chimique pour maintenir la cohésion des structures formées dans le milieu liquide. Afin de mieux maîtriser le comportement diélectrophorétique et les réactions chimiques exploitées, des travaux de caractérisation électrique et chimique des particules manipulées ont été réalisés. D’autre part, différents types de microélectrodes ont été étudiées pour la génération du champ électrique nécessaire à l’assemblage. Une nouvelle filière technologique a été développée pour la réalisation de microélectrodes transparentes en ITO et leur intégration en système microfluidique, basée sur l’exploitation du pouvoir isolant d’une fine couche de PDMS micro-structurée. La méthode a été appliquée à la fabrication de microélectrodes « verticales » puis à la réalisation de matrices d’électrodes quadripolaires. Ces dernières ont permis d’obtenir des assemblages permanents de particules de polystyrène fluorescentes présentant des groupements carboxyliques en surface, en combinant l’emploi de la diélectrophorèse négative et l’utilisation d’un agent de couplage chimique (Jeffamine). Des agrégats de cellules HEK 293 ont également été réalisés par diélectrophorèse négative. Nous avons démontré qu’il était possible, sous certaines conditions, de préserver le caractère permanent des agrégats cellulaires après coupure du champ. / The design of micro and nanomaterials with controlled properties requires the development of new bottom- up assembly approaches. The work presented in this manuscript aims to control the formation of aggregates of colloidal particles and cells, with potential applications in the fields of biosensors, microelectronics, optics and tissue engineering. The proposed approach for assembling colloids into organized structures is based on the use of dielectrophoresis, a phenomenon observed when polarizable particles are placed in a non-uniform electric field. One of the drawbacks of this technique is the reversibility of the assemblies thus formed, the cancellation of the electric field causing the redispersion of the colloids. As a solution to this problem, we proposed to use a coupling agent to maintain the cohesion of the structures formed in the liquid medium. In order to better control the dielectrophoretic behavior and the chemical reactions exploited, electrical and chemical characterizations of the manipulated particles were carried out. Moreover, different types of microelectrodes have been studied for the generation of the electric field required for the assembly. A new approach has been developed for the fabrication of transparent micro patterned ITO microelectrodes and their integration in microfluidic systems, based on the exploitation of a thin micro-structured PDMS membrane used as an insulating layer. The method has been applied to the fabrication of "vertical" microelectrodes and of quadrupolar electrode arrays. The latter were used to obtain permanent assemblies of carboxylic acid functionalized, fluorescent, polystyrene particles, by combining negative dielectrophoresis with the use of a chemical coupling agent (Jeffamine). HEK 293 cell aggregates were also produced by negative dielectrophoresis. We have demonstrated that it was possible, under certain conditions, to preserve the permanent character of the cell aggregates after field removal.