L'effet tunnel dépendant du spin dans les structures métal ferromagnétique/isolant/métal ferromagnétique fait l'objet de nombreuses études motivées par de multiples applications (capteurs de champ magnétique, mémoires vives magnétiques non volatiles, têtes de lecture, etc). La résistance de ces dispositifs est liée à l'orientation relative des aimantations de chacune des électrodes. Au cours de ce travail de thèse, l'extrême sensibilité de l'effet tunnel dépendant du spin à la configuration magnétique des électrodes a été utilisée à la fois comme une sonde du comportement micromagnétique des électrodes et pour réaliser des capteurs de champ magnétique. De plus, l'élaboration de doubles jonctions tunnel magnétiques à trois entrées a permis mettre en évidence la présence d'un courant d'électrons chauds qui pourrait être à la base d'un nouveau type de transistor magnétique.

L'architecture des cellules solaires multi-jonction permet d'obtenir des records de rendement de conversion photovoltaïque, pouvant aller jusqu'à 46%. Leurs sous-cellules sont chacune conçues pour absorber une partie bien définie et complémentaire du spectre solaire, et sont connectées en série par des jonctions tunnel. La fabrication de cellules solaires tandem InGaP/GaAs d'énergies de bande interdite (" band gap ") 1,87 eV/1,42 eV accordées en maille sur substrat GaAs est bien maîtrisée, et de très hauts rendements peuvent être obtenus en ajoutant une ou deux sous-cellules de plus petit " gap " (1 eV et 0,7eV). Pour cela, les matériaux " petits gaps " fabriqués par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) doivent être développés ainsi que des jonctions tunnel présentant une faible résistivité électrique, une haute transparence optique et de bonnes propriétés structurales. La croissance EJM et la modélisation de jonctions tunnel GaAs nous a permis d'identifier le mécanisme d'effet tunnel interbande plutôt que le mécanisme d'effet tunnel assisté par les défauts comme mécanisme dominant du transport dans ces structures. Nous avons exploité l'hétérostructure de type II fondée sur le système GaAsSb/InGaAs pour favoriser ce mécanisme d'effet tunnel interbande, et donc obtenir des jonctions tunnel de très faible résistivité tout en limitant la dégradation des propriétés optiques et structurales des composants inhérente à l'utilisation de matériaux " petits gaps " et désaccordés en maille GaAsSb et InGaAs. De plus, nous avons conçu une structure innovante d'hétérojonction tunnel de type II AlGaInAs/AlGaAsSb sous la forme de tampon graduel pour l'incorporation d'une sous-cellule métamorphique à 1 eV. Plusieurs candidats pour le matériau absorbeur à 1 eV à base de nitrure dilué InGaAsN(Bi) ont alors été développés et caractérisés, le contrôle de l'accord de maille étant assuré par un suivi en temps réel de la courbure de l'échantillon pendant la croissance EJM. Des premières cellules solaires III-V à base de GaAs, de nitrure dilué à 1 eV et de GaInAs métamorphique ont été fabriquées afin de valider les architectures développées de jonctions tunnel. Ce travail a permis de démontrer le potentiel de l'hétérostructure de type II GaAsSb/InGaAs pour répondre aux principaux défis de conception et de fabrication des cellules solaires multi-jonction sur substrat GaAs, que ce soit au niveau de la jonction tunnel ou au niveau de l'incorporation des sous-cellules de gap 1 eV. / Multi-Jonction Solar Cells (MJSCs) are leading the way of high efficiency photovoltaic devices, with conversion efficiency up to 46%. Their subcells are designed to absorb in a specific and complementary range of the solar spectrum, and are connected in series with tunnel junctions. The tandem architecture InGaP/GaAs - with bandgaps of 1.87 eV and 1.42 eV respectively - is mature and its efficiency could be enhanced by incorporating subcell(s) with bandgaps of 1 eV and/or 0.7 eV. The Molecular Beam Epitaxy (MBE) growth of such low bandgap materials has thus to be developed, as well as low-resistive tunnel junctions with good structural and optical properties. Based on the MBE growth and the simulation of GaAs tunnel junctions, we have identified interband tunneling as the predominant transport mechanism in such devices rather than trap-assisted-tunneling. The interband tunneling mechanism could be enhanced with the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure. Using this material system, we have then demonstrated tunnel junctions with very low electrical resistivity with a limited degradation of the optical and structural properties inherently induced by the use of low band-gap and lattice-mismatched GaAsSb and InGaAs materials. Moreover, we fabricated an innovative AlInGaAs/AlGaAsSb tunnel junction as a graded buffer architecture that could be used for the incorporation of a 1 eV metamorphic subcell. We then developed and characterized InGaAsN(Bi) materials with band-gaps of ~1eV, taking advantage of in-situ wafer curvature measurements during the MBE growth to control the lattice-mismatch. Preliminary solar cells based on GaAs, 1 eV dilute nitride and metamorphic InGaAs have been fabricated and characterized validating the developed tunnel junction architectures. This work has enabled to demonstrate the potential of the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure to meet the challenges posed by the conception and the fabrication of GaAs-based MJSCs, both for the tunnel junction and the 1 eV subcell.

Résumé : Ce mémoire rapporte les premières mesures de fluctuations de courant émises par une jonction tunnel sur une large bande passante, de 0.3 à 13 GHz, à une température très basse de 35 mK. Cela nous a permis de réaliser la spectroscopie (i.e. mesurer la dépendance en fréquence) du bruit thermique (tension de polarisation nulle, température variable), bruit de grenaille (basse température, tension de biais variable) et bruit photo-assisté (tension de polarisation AC). Grâce à la large bande passante de nos mesures, nous pouvons calculer le corrélateur courant-courant dans le domaine temporel. Nous observons le déclin thermique de ce corrélateur ainsi que ses oscillations de période h/eV, une conséquence directe du principe de Pauli sur le transport quantique. // Abstract : This thesis reports the first measurements of the current fluctuations emitted by a tunnel junction with a very wide bandwidth, from 0.3 to 13 GHz, down to very low temperature T=35 mK. This allowed us to perform the spectroscopy (i.e., measure the frequency dependence) of thermal noise (no dc bias, variable temperature), shot noise (low temperature, variable dc voltage bias) and photon-assisted noise (ac bias). Thanks to the very wide bandwidth of our measurement, we can deduce the current-current correlator in time domain. We observe the thermal decay of this correlator as well as its oscillations with a period h/eV, a direct consequence of the effect of the Pauli principle in quantum transport.

La constante miniaturisation des dispositifs électroniques rend essentiel le contrôle et la compréhension des fluctuations dans le courant les traversant, c'est-à-dire du bruit électronique. Étudié depuis près de 90 ans, ce phénomène omniprésent se trouve limité par les lois de la mécanique quantique à une valeur minimale, la limite de bruit quantique. Quantifier ces fluctuations pose plusieurs problèmes expérimentaux. Principalement, toute mesure électronique est basée sur le passage d'un grand nombre d'électrons dont le comportement est presque aléatoire. Faire ressortir les mécanismes sous-jacents à l'émission du bruit requiert donc une étude statistique poussée de la distribution de probabilité du passage d'électrons, passant entre autres par la mesure du quatrième cumulant de cette distribution. Cet indicateur de l'écart entre les valeurs observées et les valeurs attendues pour un phénomène aléatoire n'était accessible jusqu'à maintenant qu'en comptant un à un les passages d'électrons, ce qui n'est réalisable que pour des dispositifs spécifiques. D'un autre point de vue, diminuer le niveau de bruit sous la limite quantique est un but fort souhaitable pour le développement de technologies électroniques de pointe. Un phénomène du nom de compression d'états démontre la possibilité de connaître une partie des informations disponibles avec une précision supérieure à la limite quantique au dépit de l'autre partie, qui sera noyée dans un bruit plus grand pour respecter cette limite. L'observation de la compression d'états nécessite donc d'atteindre le niveau de bruit minimal et d'enregistrer avec précision les niveaux de bruit de chaque paramètre observé. De surcroît, le domaine de la cryptographie serait fort d'utiliser un outil constitué de deux objets liés entre eux d'une façon non-classique. Ainsi, lire la valeur d'un paramètre A sur un objet limite les valeurs accessibles par le paramètre B du deuxième et vice-versa, ce qui permet de savoir si l'objet a été observé par un troisième observateur. La situation décrite en est une d'enchevêtrement, où la mécanique classique ne peut pas expliquer le lien entre les deux objets étudiés. Une telle manifestation n'est observable que sur des paires d'objets créés simultanément. La préparation identique de plusieurs paires permet une étude statistique des informations de chaque objet et toute corrélation entre eux ne pouvant s'expliquer par la mécanique classique, telle que la compression d'états à deux modes, est indicatrice d'enchevêtrement. Ce texte propose de sonder ces quantités en étudiant un dispositif dont le bruit de grenaille est simple à modéliser, la jonction tunnel. Lorsqu'elle est éloignée de son état d'équilibre par des tensions cc et ca, le courant qu'émet une jonction tunnel présente des fluctuations sur un spectre continu de fréquences. Cette thèse vise à démontrer que l'étude des corrélations entre les fluctuations présentes à deux fréquences distinctes permet la mesure du quatrième cumulant de la distribution statistique du bruit de grenaille. Cet ouvrage a aussi pour but d'utiliser divers outils développés dans le domaine de l'optique quantique afin de démontrer l'existence de compression d'états à deux modes dans ces fluctuations, démontrant ainsi la présence d'états enchevêtrés dans le bruit généré.

In Quebec and in North-America, there is a common deterioration problem of the reinforced concrete structures in parking garages. The harsh environment surrounding those structures corrodes the steel rebars which is the principal cause of degradation. However, this problem can be completely eliminated by the use of a non corroding material such as glass fiber-reinforced polymer (GFRP). This master's thesis presents an overview of the properties of fiber-reinforced polymer (FRP) material and the standards related to their application. Also, the internal punching shear resistance mechanisms of two-way slabs are reviewed. This type of structure is widely used in parking garages. The results of eight two-way slabs reinforced with GFRP bars tested up to punching shear failure are presented in this master's thesis. Moreover, two reference slabs reinforced with steel have also been tested. The test parameters are : (i) the reinforcement type (GFRP or Steel) (ii) the slab thickness (iii) the column dimensions (iv) the reinforcement ratio and; (v) the presence of compressive reinforcement. The slab dimensions are 2.5 m x 2.5 m with a slab thickness of 200 or 350 mm. The results revealed that all the specimens reinforced with GFRP bars showed a brittle failure similar to the reference specimens reinforced with steel. Furthermore, the GFRP specimens had a similar crack pattern and surface failure than the homologue reference specimens. However, the GFRP specimens showed a normalized punching shear strength of 67% in average of the reference specimens with the same reinforcement ratio. Those results are due to the lower modulus of elasticity of the GFRP bars which is about 25% of the steel. The ACI 440.1R-06 shows a very conservative ratio of the experimental results to the prediction (Vc,exp /Nc,pred ) of 2.11 which lead to a none optimum and economical design of two-way slabs reinforced with FRP bars. However, the proposed equation in the next CSA-S806 standard shows good agreement with the experimental results with a ratio Vc,exp /N c,pred of 1.04 and a COV of 13%. Furthermore, the coefficient of determination, R2, of this equation is 0.95. The experimental results presented in this document have been used in the reconstruction of a parking garage in Quebec City. The Hôtel de ville parking garage is the first field application worldwide to use GFRP bars in a two-way slabs.

Les mémoires magnétiques à accès aléatoires (ou MRAM) sont récemment entrées en production. Ce travail de thèse vise à évaluer et caractériser les problèmes potentiels de fiabilité dus à l'introduction de la partie magnétique dans les mémoires MRAM. <br /> Je décris tout d'abord en détail les principes physiques à la base du fonctionnement aussi bien électrique que magnétique des jonctions tunnels magnétiques qui sont au cœur des mémoires magnétiques. Je me suis attachée à chaque étape à identifier les nouveaux facteurs susceptibles d'intervenir dans la fiabilité (par rapport à un processus CMOS classique), en essayant de donner une évaluation quantitative de leur impact éventuel.<br /> Sur cette base, j'ai essayé d'établir et de tester un procédé de caractérisation d'un effet critique de la MRAM : la non-volatilité, qui puisse ensuite être utilisé sur des éléments isolés d'un wafer comme point de vérification de la qualité magnétique du circuit. Nous avons choisi de comparer des calculs de barrière d'énergie à une mesure réelle de la barrière sur des échantillons élaborés dans le cadre de l'Alliance Crolles 2.<br /> Enfin, j'ai mené une étude sur un autre type de structure de mémoires magnétiques faisant intervenir un déplacement de parois magnétiques à l'aide d'un courant. Cette étude visait à estimer, une fois encore, la barrière énergétique de ces nouvelles structures. Nous avons essayé de démontrer qu'elles seraient une perspective intéressante pour la miniaturisation des mémoires magnétiques.

Par micromanipulation et mesure de force sur molécule unique, avec un piège magnétique, ce travail a porté en partie sur l'étude du système de réparation « à longue distance » de l'ADN. Cette réparation fait intervenir pour son initiation les protéines MutS, MutL, et MutH et utilise un mécanisme non identifié précisément, qui lui permet<br />d'agir à distance, entre un site de mésappariement de l'ADN (dû par exemple à une erreur de réplication), et un site proximal distant (hémi-méthylation de séquence GATC), ce qui permet de diriger la réparation sur le brin néosynthétisé. Certains modèles de l'action de la protéine MutS font intervenir une boucle dans l'ADN. Nous<br />avons cherché à mettre en évidence une telle action sur un ADN double brin, contenant (ou ne contenant pas) un mésappariement. Nous n'avons pas mis en évidence de<br />formation de boucle par MutS, qui soit spécifiquement liée à la présence d'un mésappariement. Ce résultat négatif semble donc exclure ce modèle de boucle spécifique. Dans une deuxième partie, nous avons effectué des expériences de micromanipulation sur une jonction de Holliday (ADN en forme de croix, intermédiaire de recombinaison). Nous avons montré directement qu'il est possible d'extruder une jonction de Holliday, en sous-enroulant mécaniquement une molécule d'ADN comportant une séquence palindromique, et avons aussi déduit de ces expériences une mesure du pas de l'hélice de l'ADN. Dans une dernière partie, nous avons étudié l'influence du bromure d'éthidium sur l'ADN. Nous avons montré que la présence de cet agent intercalant peut induire une attraction non-spécifique, intra- ou inter- simple brins d'ADN.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Malgré l'augmentation constante de l'efficacité des cellules photovoltaïques multi-jonctions destinées au photovoltaïque concentré, des pertes de performances subsistent à haute concentration solaire. Elles sont principalement causées par un ombrage excessif dû aux métallisations ou par effet Joule à cause de la résistance série. Une des solutions à ce problème est de reporter le contact métallique en face avant sur la face arrière grâce à des vias métallisés et isolés électriquement. Avec cette architecture, les pertes dues à l'effet Joule et à l'ombrage seront limitées et des gains en efficacité sont attendus. Toutefois, l'intégration de vias sur des cellules photovoltaïques triple jonction favorise la recombinaison électron-trou en surface et peut provoquer une perte de performances de ces dispositifs. Ce mémoire présente les travaux de recherche effectués visant à étudier précisément cette problématique ainsi qu'à proposer des solutions pour limiter ces pertes. L'objectif est d'évaluer les pertes de performances de cellules photovoltaïques triple jonction suite à l'intégration de vias. Dans un second temps, l'objectif secondaire vise à limiter les pertes grâce à des traitements de passivation. Les résultats et solutions qu'apporte ce projet représentent une étape clé dans la réalisation de cette nouvelle architecture de contact électrique pour cellules photovoltaïques. En effet, les conclusions de ce projet de recherche permettent de valider la possibilité d'obtenir des gains en efficacité grâce à cette architecture. De plus, les procédés de microfabrication présentés dans ce projet de recherche proposent des solutions afin d'intégrer des vias sur ces hétérostructures tout en limitant les pertes en performances.