Les convertisseurs d'électronique de puissance sont de plus en plus compacts. Les pertes générées dans les différents composants restent sensiblement constantes, voire croissantes, pourune puissance donnée, car l'augmentation des fréquences de travail 'est pénalisante à ce niveau. Les puissances volumiques à évacuer sont donc en augmentation et nécessitent la conception de· refroidisseurs plus efficaces. Les meilleures performances sont actuellement obtenues par des refroidisseurs en cuivre à microcanaux parcourus par un fluide caloporteur. Afin.de limiter les problèmes de fatigue thermique, due à la présence de différents matériaux, et d'augmenter la compacité, nous présentons dans cette thèse une démarche visant à réaliser des refroidisseurs à microcanaux en technologie silicium. Après avoir rappelé une méthode de calcul des pertes et les lois de la thermique et de l'hydraulique, nous présenterons les avantages attendus par notre approche; puis nous décrirons les technologies disponibles et celles retenues pour la réalisation de prototypes. Les deux derniers chapitres sont consacrés aux simulations des dispositifs comparées aux résultats expérimentaux, ainsi qu'à une recherche de conception optimale.

Les travaux de cette thèse portent sur le développement (modélisation, conception, réalisation et tests) d’une surface intelligente (smart surface) composée d’un réseau d'actionneurs numériques MEMS, capables de mouvoir des charges posées dessus. Pour la réalisation de ces smart-surfaces, deux voies ont été explorées : un actionnement par voie électromagnétique, constituée d’aimants fixes et mobiles, et un actionnement utilisant des éléments bistables couplés à des alliages à mémoire de forme. Dans le premier cas, la simulation de l’interaction magnétique entre un micro-actionneur et le champ créé par des pistes conductrices placées à proximité a été réalisée. Un réseau de 5x5 micro-actionneurs électromagnétiques quadristables a été ensuite conçu, réalisé et caractérisé. Ce démonstrateur est fonctionnel en convoyage d’objets légers en translation et en rotation. Dans le second cas, la conception et la réalisation d’un actionneur MEMS élémentaire ont été menées : des modèles analytiques ont été confrontés aux résultats obtenus par éléments finis, et enfin comparés aux résultats expérimentaux. Ces travaux ciblent la problématique de la commande des systèmes mécatroniques, à actionneurs multiples, aux échelles méso ou microscopique. La connectique associée est un problème récurrent dans les systèmes fortement miniaturisés, les structures présentées ici présentent un fort potentiel de réduction des connexions filaires, voire leur élimination complète. / The work of this doctoral thesis involves in developing a smart surface (including modelling, design, fabrication and tests), composed of an array of MEMS digital actuators, capable of moving objects placed on it. In order to produce these smart surfaces, two actuation types were explored: electromagnetic actuation on fixed and mobile magnets and optothermal actuation of shape memory alloys on bistable elements. In the first case, simulation of the magnetic interaction between a micro-actuator and the magnetic field generated by nearby current wires was performed. Then, an array of 5x5 quadristable electromagnetic micro-actuators was designed, produced and characterized. This demo prototype is functional for small-weight object conveyance by translation and rotation. In the second case, design and fabrication of an elementary MEMS actuator were carried out: analytical models were confronted with the results from Finite Element Analysis, and at last compared to experimental ones. This work targets at the issue of controlling multiple-actuator mechatronics systems, at meso- or micrometric scale. Since the associated connectors are a recurring problem in highly miniaturized systems, the structures presented herein demonstrate important potential of cabling reduction, even towards complete wireless configurations.

Les dictats de la course à la miniaturisation et à l'accroissement des performances suivit par les industriels de la microélectronique, se heurte aujourd'hui aux limites physiques, technologiques et économiques. Une alternative innovante pour dépasser ces inconvénients, réside en l'intégration tridimensionnelle de circuits intégrés. Cette technologie consiste à empiler verticalement différents niveaux de circuits aux fonctionnalités diverses. Elle ouvre la voie à des systèmes multifonctions ou hétérogènes, aux performances électriques bien meilleures que les circuits bidimensionnels existants. L'empilement de ces puces est réalisable par l'intermédiaire de vias traversant nommés " Though Silicon Via " (" TSV "), qui sont obtenus par la succession de différentes étapes technologiques, dont une d'entre elles consiste à réaliser par gravure plasma, des microcavités profondes à travers le silicium. Actuellement deux procédés de gravure plasma sont principalement utilisés pour la conception de " TSV ", le procédé Bosch et le procédé cryogénique, avec dans les deux cas des avantages et des inconvénients différents. L'objet de cette thèse s'inscrit dans le développement d'un procédé de gravure plasma innovant et alternatif à ceux actuellement utilisés, afin de limiter leurs inconvénients (rugosité de flancs, manque de contrôle des profils, basse température...). Dans cette logique deux procédés de gravure profonde ont été envisagés, exploitant les chimies de gravure SF6/O2/HBr et SF6/O2/HBr/SiF4. L'ensemble de l'étude vise à une meilleure compréhension des mécanismes de gravure et de passivation des cavités à fort facteur de forme grâce en particulier à l'exploitation des techniques d'analyse de surface par XPS.

Les dictats de la course à la miniaturisation et à l'accroissement des performances suivit par les industriels de la microélectronique, se heurte aujourd'hui aux limites physiques, technologiques et économiques. Une alternative innovante pour dépasser ces inconvénients, réside en l'intégration tridimensionnelle de circuits intégrés. Cette technologie consiste à empiler verticalement différents niveaux de circuits aux fonctionnalités diverses. Elle ouvre la voie à des systèmes multifonctions ou hétérogènes, aux performances électriques bien meilleures que les circuits bidimensionnels existants. L'empilement de ces puces est réalisable par l'intermédiaire de vias traversant nommés « Though Silicon Via » (« TSV »), qui sont obtenus par la succession de différentes étapes technologiques, dont une d'entre elles consiste à réaliser par gravure plasma, des microcavités profondes à travers le silicium. Actuellement deux procédés de gravure plasma sont principalement utilisés pour la conception de « TSV », le procédé Bosch et le procédé cryogénique, avec dans les deux cas des avantages et des inconvénients différents. L'objet de cette thèse s'inscrit dans le développement d'un procédé de gravure plasma innovant et alternatif à ceux actuellement utilisés, afin de limiter leurs inconvénients (rugosité de flancs, manque de contrôle des profils, basse température…). Dans cette logique deux procédés de gravure profonde ont été envisagés, exploitant les chimies de gravure SF6/O2/HBr et SF6/O2/HBr/SiF4. L'ensemble de l'étude vise à une meilleure compréhension des mécanismes de gravure et de passivation des cavités à fort facteur de forme grâce en particulier à l'exploitation des techniques d'analyse de surface par XPS. / The dictates of miniaturization and increased performance followed by microelectronics manufacturers faces currently physical, technological and economic limitations. An innovative alternative to these problems is the three-dimensional integration of integrated circuits. This technology involves the vertical stacking of different levels of functionality on the various circuits, and thus opens the way for multifunctional or heterogeneous systems, with electrical performance that are much better than those existing in the two-dimensional circuits. The stacking of these chips is achievable through crossing vias named TSV for "Through Silicon Via", which are obtained by the succession of different technological steps,. One of these steps is the realization by plasma etching of deep silicon microcavities. Currently two plasma etch processes are mainly used for the design of TSV or other silicon structures, the Bosch Process and the Cryogenic process, in both cases with different advantages and disadvantages. The purpose of this thesis is to develop an innovative and alternative plasma etching method comparing to those currently used, to minimize their disadvantages (sidewall roughness, lack of profiles control, low temperature ...). In this logic two deep etch processes have been considered, exploiting SF6/O2/HBr and SF6/O2/HBr/SiF4 etching chemistries. All the studies focuses at better understanding of the mechanisms of etching and passivation of high aspect ratio cavities, especially through exploitation of XPS surface analysis

Biomechanics, an emerging science, refers to the mechanical characterization of biological tissues. Recent work published in this field demonstrate the role of mechanical processes and properties on the biological tissues functionalities, and especially at the microscopic scale (cell biomechanics). Biomechanical data acquisition is however quite challenging. This requires appropriate measurement tools (for forces, strain, ...) to cope with the biological sample and environment constraints (biocompatibility, size, anisotropy, ...). In parallel, the fast developments observed these last years in microtechnologies lead to interesting research possibilities. The family of MEMS [MicroElectroMechanical Systems] devices for instance introduces a new potential of interaction with the microscopic world. The integration of this technology in the field of cellular biomechanics is thus a natural choice. In that context, this work aims to design a 3-axis microforce sensor to measure biological tissues deformations at the microscopic scale. The MEMS device, fabricated on SOI [Silicon on Insulator] wafers, is based on piezoresistive and capacitive force transductions. It can be used as an actuator at least in one direction. This thesis describes the design, fabrication and test of the 3-axis system. A 1-axis prototype, exclusively capacitive, is first realized and acts as the foundation of the 3-axis device. The 1-axis force sensor, tested on the [0 ? 350[mu]N ] range shows a sensitivity in the order of 4.85mV/[mu]N (G=2000) and a resolution of 1.24[mu]N (linearity until 100[mu]N ). A new 3-axis geometry is then proposed to improve the direction decoupling efficiency of 2-axis capacitive sensors presented in publications and add a third detection axis. The decoupling is achieved using a"two frames" geometry and piezoresistors implanted in a configuration only sensitive to an out-of-plane loading. The three transducers performances are analysed individually. Tested on a range of 250? N , the sensors show a linear behaviour on the whole forces domain in the out-of-plane axis (piezoresistors) and until 100[mu]N in the in-plane direction (electrostatic combs). The piezoresistive and capacitive transducers are characterized by sensitivities of 0.93mV/[mu]N (g=400) and 6.35mV/[mu]N (G=500) respectively (on the linear part), with resolutions of 7[mu]N and 0.161[mu]N. The dynamical behaviour of the sensor allows its use above the kHz. The cross-talk sensitivities of each transducer are evaluated to 1-5% of their axis sensitivity (decoupling). The work presented in this thesis demonstrates the feasability of a 3-axis MEMS force sensor based on capacitive (in-plane sensing) and piezoresistive (out-of-plane sensing) detection. The proof of concept refers to the fabrication and performances (sensitivity, resolution, decoupling) of the proposed design.

Le développement de l’énergie renouvelable loin des zones urbaines demande le transport d'une grande quantité d’énergie sur de longues distances. Le transport d’électricité en courant continu haute tension (HVDC) présente beaucoup d’avantages par rapport à celui en courant alternatif. Dans ce contexte il est nécessaire de développer des convertisseurs de puissance constitués par des composants électroniques très haute tension, 10 à 30 kV. Si les composants en silicium ne peuvent pas atteindre ces objectifs, le carbure de silicium (SiC) se positionne comme un matériau semiconducteur alternatif prometteur. Pour supporter des tensions élevées, une région de "drift", relativement large et peu dopée constitue le cœur du composant de puissance. En pratique l’obtention d’une tension de blocage effective dépend de plusieurs facteurs et surtout de la conception d'une terminaison de jonction adaptée. Cette thèse présente une méthode pour améliorer la tenue en tension des composants en SiC basée sur l’utilisation des terminaisons de jonctions : Deep Trench Termination. Cette méthode utilise une tranchée gravée profonde en périphérie du composant, remplie avec un matériau diélectrique pour supporter l'étalement des lignes équipotentielles. La conception de la diode avec cette terminaison a été faite par simulation TCAD, avec deux niveaux de tension 3 et 20 kV. Les travaux ont pris en compte les caractéristiques du matériau, les charges à l’interface de la tranchée et les limites technologiques pour la fabrication. Ce travail a abouti sur la fabrication de démonstrateurs et leur caractérisation pour valider notre conception. Lors de la réalisation de ces structures, la gravure plasma du SiC a été optimisée dans un bâti ICP de manière à obtenir une vitesse de gravure élevée et en conservant une qualité électronique de l'état des surfaces gravées. Cette qualité est confirmée par les résultats de caractérisation obtenus avec des tenues en tension proches de celle idéale. / The development of renewable energy away from urban areas requires the transmission of a large amount of energy over long distances. High Voltage Direct Current (HVDC) power transmission has many advantages over AC power transmission. In this context, it is necessary to develop power converters based on high voltage power electronic components, 10 to 30 kV. If silicon components cannot achieve these objectives, silicon carbide (SiC) is positioned as a promising alternative semiconductor material. To support high voltages, a drift region, relatively wide and lightly doped is the heart of the power component. In practice obtaining an effective blocking voltage depends on several factors and especially the design of a suitable junction termination. This thesis presents a method to improve the voltage withstand of SiC components based on the use of junction terminations: Deep Trench Termination. This method uses a trench deep etching around the periphery of the component, filled with a dielectric material to support the spreading of the equipotential lines. The design of the diode with this termination was done by TCAD simulation, with two voltage levels 3 and 20 kV. The work took into account the characteristics of the material, the interface charge of the trench and the technological limits for the fabrication. This work resulted in the fabrication of demonstrators and their characterization to validate the design. During the production of these structures, plasma etching of SiC has been optimized in an ICP reactor so as to obtain a high etching rate and maintaining an electronic quality of the state of etched surfaces. This quality is confirmed by the results of characterization obtained with blocking voltage close to the ideal one.