Nous avons proposé d'étudier le potentiel de l'outil d'épitaxie HVPE ( Hydride Vapour Phase Epitaxy) au façonnage d'objets semiconducteurs à l'échelle sub-micrométrique par croissance à morphologie contrôlée. Un bâti HVPE 3 pouces a tout d'abord été conçu et installé. La croissance de GaAs (100) a été calibrée et modélisée thermodynamiquement et cinématiquement. La croissance sélective de réseaux de bandes a été ensuite validée à l'échelle micrométrique et sub-micrométrique par le façonnage de "grating lines", avec des rapports de formes inégalés dans la littérature par l'approche bottom-up. Des pointes GaAs dopées Zn ont été synthétisées pour l'injection de spin. Nous avons enfin démontré la faisabilité par VLS-HVPE, de nanofils de GaAs de diamètre constant sur des longueurs inégalées (40 µm en moyenne), et présentant une remarquable qualité cristallographique. Cette dernière étude permet d'envisager des perspectives d'application liées aux nanofils longs pour les III-V, jusque là exploitées uniquement pour le silicium. Tous les résultats sont expliqués à partir de la physique de la croissance HVPE qui met en oeuvre des précurseurs gazeux chlorés. On décrit comment la cinétique de décomposition rapide de ces précurseurs permet de jouer de l'anisotropie de croissance intrinsèque des cristaux pour le contrôle des morphologies. Ces travaux montrent que dans le contexte des nanosciences, la HVPE, outil épitaxial des fortes vitesses de croissance, mérite paradoxalement une audience élargie, et pourrait s'inscrire comme un outil complémentaire efficace MOVPE et MBE pour la synthèse ascendante de certain type d'objets nanométriques

L'utilisation de la radio flexible permet d'envisager des réseaux sans fil évolutifs, plus efficaces et plus intelligents. Le terme "~radio flexible~" est un terme très général, qui peut s'appliquer à une implanta- tion logicielle des opérations, à une implantation matérielle adaptable basée sur des accélérateurs matériels, ou encore à des implantations mixtes. Il regroupe en fait toutes les implantations de terminaux radio qui ne sont pas figées. Les travaux réalisés durant cette thèse tournent autour de deux points. Le premier est l'utilisation des processeurs graphiques pour la radio flexible, et plus particulièrement pour la radio logicielle. Ces cibles offrent des performances impressionnantes en termes de débit brut de calcul, en se basant sur architecture massivement parallèle. Le parallélisme de données utilisé dans ces processeurs diffère cependant du parallélisme de tâches souvent exploitées dans les applications de radio logicielle. Différentes approches pour résoudre ce problème sont étudiées. Les résultats obtenus sur ce point permettent une nette amélioration du débit de calcul atteignable avec une implantation logicielle, tout en libérant le processeur pour d'autres tâches. Le deuxième point abordé dans cette étude concerne la définition d'un environnement perme- ttant de supporter différentes possibilités d'implantation de la radio flexible. Cet environnement englobe le support de la plateforme hétérogène, et la gestion des applications sur ces plateformes. Bien qu'encore expérimental, les premiers résultats obtenus avec l'environnement montrent ses capacités d'adaptation, et le rendent utilisable pour des applications radio variées sur des plateformes hétérogènes.

Cette thèse présente la conception de différentes fonctions pouvant entrer dans la constitution d'un convertisseur de fréquence incluant la génération de l'oscillateur local. La première partie de ce travail présente un synthétiseur de fréquence fixe (PLL) centré sur 15 GHz. Le circuit exploite une technologie CMOS 130 nm proposée par STMicroelectronics. L'objectif visé est d'obtenir une faible consommation tout en préservant des performances en bruit de phase proche de l'état de l'art. Les mesures du circuit, en accord avec les simulations, ont révélé un bruit de phase de -68,9 dBc/Hz à 100 kHz de la porteuse pour une fréquence de sortie de 15 GHz, mais une amélioration de ce bruit d'environ -20 dBc/Hz a pu être démontrée par simulation en corrigeant légèrement la pompe de charge. La consommation de l'ensemble s'établit à 28 mW. La deuxième partie de ce travail démontre la faisabilité d'un mélangeur résistif doublement équilibré à très faibles pertes. Une topologie originale est développée pour transposer efficacement un signal RF en bande K ou en bande V vers une fréquence intermédiaire, fixée arbitrairement à 1 GHz. Le circuit exploite le principe de l'échantillonnage (Bande K), ou du sous-échantillonage (Bande V) en tension pour fortement réduire ces pertes de conversion par rapport à un mélangeur passif classique. Pour fonctionner correctement, celui-ci nécessite cependant une tension de commande OL à très faible rapport cyclique. Deux circuits réalisant la mise en forme du signal OL sont démontrés et fonctionnent jusqu'à 26 GHz. Le mélangeur a été réalisée à partir d'une filière technologique BiCMOS 130 nm de IBM. Les mesures révèlent des performances à l'état de l'art, avec des pertes de conversion de -2,1 dB et un facteur de bruit de 6,3 dB à 19GHz. La plage de fonctionnement RF s'étale de 4 à 27 GHz. Le même circuit testé dans une configuration de sous-échantillonnage fonctionne entre 16 et 64 GHz sur la voie RF. A 58 GHz, les pertes de conversion approchent 8 dB avec un facteur de bruit de 9,5 dB.

Cette thèse porte sur le dépôt et la caractérisation diélectrique des matériaux perovskites La-Ti-O-N pour des applications antennaires hyperfréquences. Ces composés ont été déposés en couches minces par pulvérisation réactive à partir de cibles oxyde et oxynitrure. Selon le gaz réactif utilisé, plusieurs compositions ont été atteintes, couvrant un large spectre de propriétés diélectriques. Les films oxynitrures LaTiO2N montrent des constantes diélectriques élevées en basses et hautes fréquences, qui s'accompagnent de fortes pertes diélectriques. Des accordabilités limitées ont été mesurées à basses fréquences (8 % sous un champ de 16,7 kV/cm). Les couches oxydes montrent de très faibles pertes diélectriques (~ 1 %) à 10 GHz sans agilité. La combinaison composite de ces deux phases a pu être réalisée par dépôt multicouches. Une accordabilité de 15 % sous 44 kV/cm a été mesurée sur une bicouche oxynitrure/oxyde, associée à une baisse significative des pertes diélectriques.

Ce document est organisé en trois parties : - Partie 1, Synthèse des travaux : Cette première partie présente de façon complète l'ensemble de mon parcours en mettant en avant toutes ses contributions et originalités. - Partie 2, Sélection des publications significatives : Cette deuxième partie illustre les contributions menées en présentant plusieurs articles scientifiques. Partie 3 : Travaux de recherche détaillés et perspectives (document séparé) Cette troisième partie présente de façon approfondie les différents travaux que j'ai menés depuis l'obtention de mon doctorat. Elle propose tout d'abord une introduction afin de positionner les différentes contributions et les trois axes de recherche autour desquels s'articulent mes travaux. Chaque axe est ensuite détaillé et une sélection de certains travaux est proposée afin d'illustrer l'activité menée. Enfin, une conclusion et des perspectives sont proposées afin de préciser les actions envisagées dans l'avenir.

La compatibilité électromagnétique (CEM) est l'une des contraintes majeures de la conception des structures de l'électronique de puissance. Pour le cas des convertisseurs statiques, la commutation des semi-conducteurs et leurs interactions avec les éléments parasites liés à l'environnement sont la source principale des perturbations conduites. Cette interaction ne cesse d'augmenter notamment avec l'industrialisation des nouvelles générations de semi-conducteurs à grand gap qui deviennent de plus en plus impressionnantes grâces à leurs faibles pertes en commutation et à leur rapidité croissante. Malheureusement, l'étude de ces perturbations est souvent considérée comme le dernier obstacle à la commercialisation et elle n'est pas prise comme contrainte de conception. L'estimation a priori de ces perturbations par la simulation peut permettre un gain considérable tant sur le plan économique que sur le temps de traitement. Dans ce mémoire, nous mettons l'accent sur les modèles de composants semi-conducteurs et leurs effets sur les perturbations conduites dans les convertisseurs statiques. Cette étude mettra aussi en évidence les problèmes liés aux simulations temporelles ou fréquentielles et l'utilité de chacune. Ensuite, nous proposons des modèles pour le MOSFET et pour la diode Shottky en technologie carbure de silicium et nous analysons l'influence de leurs paramètres sur les perturbations conduites dans un circuit de hacheur. Nous exposons aussi une approche permettant d'obtenir des temps de simulation plus raisonnables en introduisant le principe de contrôle des signaux parasites et des cycles de fonctionnement. Finalement, nous introduisons une nouvelle méthode de description des commutations par des sources équivalentes. Nous montrons qu'il est possible à partir de l'étude de la loi de commande de proposer une méthode de synthèse d'une cellule de commutation permettant de reconstruire ses grandeurs électriques de sortie.

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.