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Backdoor (Trojan) attacks are a major threat to the security of deep neural network (DNN) models. They are created by an attacker who adds a certain pattern to a portion of given training dataset, causing the DNN model to misclassify any inputs that contain the pattern. These infected classifiers are called Trojan models and the added pattern is referred to as the trigger. In image domain, a trigger can be a patch of pixel values added to the images and in text domain, it can be a set of words. In this thesis, we propose Trojan-Miner (T-Miner), a defense scheme against such backdoor attacks on text classification deep learning models. The goal of T-Miner is to detect whether a given classifier is a Trojan model or not. To create T-Miner , our approach is based on a sequence-to-sequence text generation model. T-Miner uses feedback from the suspicious (test) classifier to perturb input sentences such that their resulting class label is changed. These perturbations can be different for each of the inputs. T-Miner thus extracts the perturbations to determine whether they include any backdoor trigger and correspondingly flag the suspicious classifier as a Trojan model. We evaluate T-Miner on three text classification datasets: Yelp Restaurant Reviews, Twitter Hate Speech, and Rotten Tomatoes Movie Reviews. To illustrate the effectiveness of T-Miner, we evaluate it on attack models over text classifiers. Hence, we build a set of clean classifiers with no trigger in their training datasets and also using several trigger phrases, we create a set of Trojan models. Then, we compute how many of these models are correctly marked by T-Miner. We show that our system is able to detect trojan and clean models with 97% overall accuracy over 400 classifiers. Finally, we discuss the robustness of T-Miner in the case that the attacker knows T-Miner framework and wants to use this knowledge to weaken T-Miner performance. To this end, we propose four different scenarios for the attacker and report the performance of T-Miner under these new attack methods. / M.S. / Backdoor (Trojan) attacks are a major threat to the security of predictive models that make use of deep neural networks. The idea behind these attacks is as follows: an attacker adds a certain pattern to a portion of given training dataset and in the next step, trains a predictive model over this dataset. As a result, the predictive model misclassifies any inputs that contain the pattern. In image domain this pattern that is called trigger, can be a patch of pixel values added to the images and in text domain, it can be a set of words. In this thesis, we propose Trojan-Miner (T-Miner), a defense scheme against such backdoor attacks on text classification deep learning models. The goal of T-Miner is to detect whether a given classifier is a Trojan model or not. T-Miner is based on a sequence-to-sequence text generation model that is connected to the given predictive model and determine if the predictive model is being backdoor attacked. When T-Miner is connected to the predictive model, it generates a set of words, called perturbations, and analyses these perturbations to determine whether they include any backdoor trigger. Hence if any part of the trigger is present in the perturbations, the predictive model is flagged as a Trojan model. We evaluate T-Miner on three text classification datasets: Yelp Restaurant Reviews, Twitter Hate Speech, and Rotten Tomatoes Movie Reviews. To illustrate the effectiveness of T-Miner, we evaluate it on attack models over text classifiers. Hence, we build a set of clean classifiers with no trigger in their training datasets and also using several trigger phrases, we create a set of Trojan models. Then, we compute how many of these models are correctly marked by T-Miner. We show that our system is able to detect Trojan models with 97% overall accuracy over 400 predictive models.

The development of new solutions incorporating artificial intelligence (AI) within the medical field is an area of great interest. However, access to comprehensive and diverse datasets is restricted due to the sensitive nature of the data. A potential solution to this is to generatesynthetic datasets based on real medical data. Synthetic data could protect the integrity of the subjects while preserving the inherent information necessary for training AI models and be generated in greater quantity than otherwise available. This thesis project aims to generate reliable clinical trial subject data using a generative adversarial network (GAN). The main data set used is a mock clinical trial dataset consisting of multiple subject visits, however an additional data set containing authentic medical data is also used for better insights into the model’s ability to learn underlying relationships. The thesis also investigates training strategies for simulating the temporal dimension and the missing values in the data. The GAN model used is an altered version of the Conditional Tabular GAN (CTGAN)made to be compatible with the preprocessed clinical trial mock data, and multiple model architectures and number of training epochs are examined. The results show great potential for GAN models on clinical trial datasets, especially for real-life data. One model, trained on the authentic dataset, generates near-perfect synthetic data with respect to column distributions and correlation between columns. The results also show that classification models trained on synthetic data and tested on real data have the potential to match the performance of classification models trained on real data. While the synthetic data replicates the missing values, no definitive conclusion can be drawn regarding the temporal characteristics due to the sparsity of the mock dataset and lack of real correlations in it. Although the results are promising, further experiments on authentic datasets with less sparsity are required.

General lighting with InGaN light emitting diodes (LEDs) as light sources is of particular interest in terms of energy savings and related environmental benefits due to high lighting efficiency, long lifetime, and Hg-free nature. Incandescent and fluorescent light sources are used for general lighting almost everywhere. But their lighting efficiency is very limited: only 20-30 lm/W for incandescent lighting bulb, approximately 100 lm/W for fluorescent lighting. State-of-the-art InGaN LEDs with a luminous efficacy of over 200 lm/W at room temperature have been reported. However, the goal of replacing the incandescent and fluorescent lights with InGaN LEDs is still elusive since their lighting efficiency decreases substantially when the injection current increases beyond certain values (typically 10-50 Acm-2). In order to improve the electroluminescence (EL) performance at high currents for InGaN LEDs, two approaches have been undertaken in this thesis. First, we explored the preparation and characterization of non-polar and semi-polar GaN substrates (including a-plane, m-plane and semi-polar planes). These substrates serve as promising alternatives to the commonly used c-plane, with the benefit of a reduced polarization-induced electric field and therefore higher quantum efficiency. It is demonstrated that LEDs on m-plane GaN substrates have inherently higher EL quantum efficiency and better efficiency retention ability at high injection currents than their c-plane counterparts. Secondly, from a device structure level, we explored the possible origins of the EL efficiency degradation at high currents in InGaN LEDs and investigated the effect of hot electrons on EL of LEDs by varying the barrier height of electron blocking layer. A first-order theoretical model is proposed to explain the effect of electron overflow caused by hot electron transport across the LED active region on LED EL performance. The calculation results are in agreement with experimental observations. Furthermore, a novel structure called a “staircase electron injector” (SEI) is demonstrated to effectively thermalize hot electrons, thereby reducing the reduction of EL efficiency due to electron overflow. The SEI features several InyGa1-yN layers, with their In fraction (y) increasing in a stepwise manner, starting with a low value at the first step near the junction with n-GaN.

La capacité d’un émetteur radar à assurer la bonne détection des cibles mouvantes sans générer de fausses alertes dépend principalement de sa stabilité pulse à pulse qui est affectée par de nombreux facteurs tels que les effets mécaniques, thermiques et électriques. Cependant, la stabilité pulse à pulse d’un émetteur radar à impulsions est liée à celle de ses amplificateurs de puissance, et plus particulièrement à la technologie des dispositifs actifs. Dans ce sens, ce travail présente une analyse de ce critère radar au plus près du composant (au niveau d’un transistor HEMT GaN) dans le cas d’une rafale radar d’impulsions irrégulières. Un nouveau banc de mesure temporelle d’enveloppe 4-canaux à base de THA a été développé pour les besoins de mesure de stabilité pulse à pulse. Ce système de mesure permet aussi d’extraire la réponse temporelle de courant basse fréquence à des rafales irrégulières d’impulsions RF. Bien que cette configuration ait été initialement développée pour caractériser la spécification critique de la stabilité pulse à pulse pour les applications radar, elle a montré un énorme potentiel pour la modélisation des pièges lors des simulations temporelles d’enveloppe, en complément des différentes techniques de caractérisation des pièges (I-V impulsionnelle, dispersion basse-fréquence de l’admittance de sortie Y22). / The capability of a radar transmitter to ensure clutter rejection depends mainly on its pulse-to-pulse stability, which is affected by many factors such as mechanical, thermal, and electrical effects. However, the P2P stability of a pulsed radar transmitter is linked to that of its power amplifiers, and more specifically on the active device technology. In this context, thiswork presents the analysis of this radar criterion at device level (GaNHEMTtransistor) in the case of a radar burst of RF pulses. A new on-wafer time-domain envelope measurement setup based on a 4-channel THA receiver has been developed to characterize pulse-to-pulse stability and the low-frequency drain current. While this setup was originally developed to characterize the critical specification of pulse-to-pulse stability for radar applications, it demonstrated a great potential for trap modeling in addition to the different characterization techniques of traps (pulsed I-V, low-frequency dispersion of Y22).

Cette thèse porte sur l'étude des propriétés structurales, élastiques et électroniques des semi-conducteurs AlN et GaN à l'état fondamental et sous l'effet de pression hydrostatique. Notre travail a été entendu vers l'étude des systèmes semi-magnétiques et semi-conducteurs (GaN:Mn et AlN:Mn). L'étude est menée par utilisation de la nouvelle version du wien2k basée sur une mixture entre le potentiel total – linéaire des ondes planes augmentées / les ondes planes augmentées plus les orbitales locales (FP-L/APW+lo) avec la théorie de la fonctionnelle de densité. En particulier, les états d de gallium sont considérés comme étant des états d'électrons de valence.<br /><br />Pour le calcul des propriétés structurales et électroniques dans les phases wurtzite et zinc blende, nous avons utilisé les deux approximations de la densité locale (LDA) et du gradient généralisé (GGA). Dans ce cas, le paramètre de maille calculé par la GGA est plus large et le module de compression est plus petit comparés à celle calculé par la LDA. Comparer à l'expérience, la GGA n'apporte pas une grande amélioration par rapport à la LDA. Les structures de bandes calculées par la GGA et la LDA sont similaires sauf que le GGA diminue l'énergie de gap direct. Les calcules de l'énergie totale suggèrent que à haute pression, le AlN et le GaN se transforment vers une structure NaCl, ce résultat est manifesté par le caractère ionique répondu dans les nitrures.<br /><br />Nous avons remarqué que nos calculs donnent une excellence description des structures de bandes. Pour le cas du AlN, la transition électronique entre la bande valence et la bande de conduction se diffère entre la structure zinc blende (ZB) et la structure wurtzite (WZ). Dans la phase WZ, nous avons une transition directe au point ? cela a été bien déterminé expérimentalement, contrairement à la phase ZB ou la transition est indirecte entre le point ? et X, ce résultat demeure une prédiction théoriquement. Pour le GaN, la transition électronique dans les deux phases est directe au point ?-? avec l'apparition des états d dans la bande de valence.<br /><br />Pour ressortir de plus amples informations des états électroniques qui constituent les structures de bandes, nous avons tracé les densités d'état (DOS). Les courbes de la DOS présentent un aspect similaire pour les deux structures zinc blende et wurtzite. Ce pendant une étude détaillée des densités d'état totale et locale donne l'originalité des couplages p – p et p – d dans le AlN et GaN respectivement.<br /><br />Pour visualiser le caractère de liaison et le transfert de charge dans ces matériaux, nous avons tracé les densités de charges dans les deux phases zinc blende et wurtzite. Nos résultats montrent qu'il y a un caractère ionique prépondérant et un transfert de charge de Al ou Ga vers N. De plus, nous avons remarqué que la situation dans la phase ZB est analogue que dans la phase WZ et ceci à cause qu'ils ont la même coordination des positions atomiques des premiers proche voisins.<br /><br />Vu l'intérêt apporté à la structure zinc blende récemment synesthésie pour le AlN et le GaN, nous avons étudié les propriétés électroniques sous l'effet de pression. Nous avons varié les gaps d'énergie directe et indirecte sous pression. Nous avons observé un comportement non-lineaire et positif. De plus, ces gaps conservent leurs caractéristiques indirectes ou directes sous l'effet de pression. Nous avons aussi déterminé les potentiels de déformation. L'étude du caractère ionique sous l'effet de pression montre que le facteur d'ionicité augmente en fonction de la pression.<br /><br />Nous nous sommes aussi intéressés à l'étude des propriétés élastiques. Nous avons déterminé les constantes élastiques et le paramètre de déplacement interne qui sont du même ordre que les résultats théoriques disponibles. Ainsi sous l'effet de pression ces paramètres représentent un comportement linéaire. Ces résultats peuvent être considérés comme étant des prédictions fiables pour les semi-conducteurs AlN et GaN.<br /><br />En utilisant le modèle d'Harrison, nous avons déterminé la constante piézoélectrique et la charge effective transversal. Nous avons remarqué que les nitrures ont un comportement particulier (avec un signe opposé) avec les semi-conducteurs de la même classe i e III-V et un comportement semblable avec la classe des II-VI. Cette différence entre les nitrures et les autres III-V est due principalement au caractère de liaison répondu dans les nitrures. Sous effet de pression, la constante piézoélectrique et la charge effective transversal représentent un effet non linéaire. Cet effet est du principalement aux variation de paramètre de déplacement interne en fonction du paramètre de maille ainsi que le transfert de charge.<br /><br />La caractéristique d'empreinte de la perte d'énergie prés du seuil de la structure a été étudiée et analysée pour le AlN et le GaN. Les spectres théoriques indiquent la possibilité à différencier les divers phases en observant le changement dans nombre et la position des pics dans les seuils K et L2,3 pour les éléments Al, N et Ga.<br /><br />La combinaison entre ces semi-conducteurs et les impuretés magnétiques donne naissance une nouvelle classe de matériaux appelés les semi-conducteurs magnétiques dilués. Nous avons déterminé les paramètres de structure optimisés, les énergies de formation et les propriétés électroniques et magnétiques des systèmes AlN:Mn et GaN:Mn. A partir de nos résultats obtenus, nous avons trouvé que la phase ferromagnétique est la phase la plus stable pour ces deux systèmes. <br /><br />En utilisant le paramètre de réseau trouvé par nos calcules, nous avons tracé les densités d'état dans la phase ferromagnétique. L'introduction du Manganèse dans le AlN ou le GaN induit la formation d'une bande d'impureté à l'intérieur de la bande interdite Nous avons observé aussi que l'introduction de Mn ne polarise pas la bande de valence, mais il cause une polarisation des spins non négligeable dans la bande de conduction. Nous avons remarqué aussi que les états 3d du manganèse interagissent fortement avec les états p de l'azote ce qui induit une hybridation p – d. Nous avons déduit les champs cristallins et les écarts d'échange où le dernier est plus large par rapport au premier. Nous avons prédit le caractère ferromagnétique semi-métal pour ces deux systèmes. Nous avons déterminé les constantes d'échange N0? et N0? qui imite les propriétés magnéto-optiques expérimentales. Les moments magnétiques des tous les atomes sont parallèles et l'interaction magnétique de l'atome Mn est de courte ranger et que le moment magnétique total est égal à 4?B.

Le travail presente dans ce memoire a pour objet principal l'etude des phenomenes de bruit du fond electrique basse frequence dans des transistors pour applications micro-ondes de type effet de champ (HEMT) sur SiGe et GaN ainsi que de type bipolaire a heterojonction (TBH) a base de silicium-germanium (SiGe). Dans un premier chapitre nous rappelons les caracteristiques et proprietes essentielles des sources de bruit en exces que l'on rencontre generalement dans ce type de composants et proposons une description des bancs de mesure de bruit mis en oeuvre. Dans les deuxieme et troisieme chapitres, nous proposons une analyse detaillee de l'evolution du bruit observe en fonction de la frequence, de la polarisation, et de la geometrie sur des HEMTs des deux familles technologiques SiGe et GaN. Nous avons en particulier etudie les deux generateurs de bruit en courant en entree et en sortie respectivement iG et iD ainsi que leur correlation. Ceci nous a permis, en nous appuyant aussi sur l'analyse des caracteristiques statiques des transistors, d'identifier les diverses sources de bruit en exces presentes dans ces composants et de faire des hypotheses sur leurs origines. Le dernier chapitre est consacre aux TBHs a base de SiGe. Dans une premiere partie nous etablissons comment varie le bruit basse frequence de TBHs, fabriques par un premier constructeur, en fonction de la polarisation, de la geometrie et de la fraction molaire de germanium. Dans une seconde partie nous mettons en evidence, d'apres nos observations effectuees sur des TBHs fabriques par un second constructeur, l'impact important sur le bruit BF de stress thermiques appliques sur ce type de composants.

In this work, multi-band (multi-color) detector structures considering different semiconductor device concepts and architectures are presented. Results on detectors operating in ultraviolet-to-infrared regions (UV-to-IR) are discussed. Multi-band detectors are based on quantum dot (QD) structures; which include quantum-dots-in-a-well (DWELL), tunneling quantum dot infrared photodetectors (T-QDIPs), and bi-layer quantum dot infrared photodetectors (Bi-QDIPs); and homo-/heterojunction interfacial workfunction internal photoemission (HIWIP/HEIWIP) structures. QD-based detectors show multi-color characteristics in mid- and far-infrared (MIR/FIR) regions, where as HIWIP/HEIWIP detectors show responses in UV or near-infrared (NIR) regions, and MIR-to-FIR regions. In DWELL structures, InAs QDs are placed in an InGaAs/GaAs quantum well (QW) to introduce photon induced electronic transitions from energy states in the QD to that in QW, leading to multi-color response peaks. One of the DWELL detectors shows response peaks at ∼ 6.25, ∼ 10.5 and ∼ 23.3 µm. In T-QDIP structures, photoexcited carriers are selectively collected from InGaAs QDs through resonant tunneling, while the dark current is blocked using AlGaAs/InGaAsAlGaAs/ blocking barriers placed in the structure. A two-color T-QDIP with photoresponse peaks at 6 and 17 µm operating at room temperature and a 6 THz detector operating at 150 K are presented. Bi-QDIPs consist of two layers of InAs QDs with different QD sizes. The detector exhibits three distinct peaks at 5.6, 8.0, and 23.0 µm. A typical HIWIP/HEIWIP detector structure consists of a single (or series of) doped emitter(s) and undoped barrier(s), which are placed between two highly doped contact layers. The dual-band response arises from interband transitions of carriers in the undoped barrier and intraband transitions in the doped emitter. Two HIWIP detectors, p-GaAs/GaAs and p-Si/Si, showing interband responses with wavelength thresholds at 0.82 and 1.05 µm, and intraband responses with zero response thresholds at 70 and 32 µm, respectively, are presented. HEIWIP detectors based on n-GaN/AlGaN show an interband response in the UV region and intraband response in the 2-14 µm region. A GaN/AlGaN detector structure consisting of three electrical contacts for separate UV and IR active regions is proposed for simultaneous measurements of the two components of the photocurrent generated by UV and IR radiation.