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Le remplacement des technologies DRAM et SRAM des mémoires caches est un enjeu pour l’industrie microélectronique qui doit faire face à des demandes de miniaturisation, de réduction des amplitudes et des durées des courants d’écriture et de lecture des données. Les mémoires à accès direct magnétiques (MRAM) sont des candidates pour une future génération de mémoires et la découverte des couples de spin-orbite (SOT) a ouvert la voix à une combinaison des deux technologies appelée SOT-MRAM. Ces mémoires sont très prometteuses car elles allient non-volatilité et bonne fiabilité, mais de nombreux défis techniques et théoriques restent à relever.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le retournement de l’aimantation par couple de spin-orbite avec des impulsions de courant sub-nanoseconde et de diminuer les courants d’écriture à couple de spin-orbite. Ce travail est préliminaire à la preuve de concept d’une mémoire SOT-MRAM écrite avec des impulsions de courant électrique ultra-courtes et des amplitudes relativement faibles.Pour cela nous avons étudié des cellules mémoire à base de Ta-CoFeB-MgO. Nous avons vérifié les dépendances du courant critique en durées d’impulsions et en un champ magnétique extérieur. Nous avons ensuite, sur une cellule type SOT-MRAM, prouvé l’écriture ultrarapide avec des impulsions de courant inférieures à la nanoseconde. Puis nous nous sommes intéressés à la diminution du courant d’écriture de SOT-MRAM à l’aide d’un champ électrique. Nous avons démontré que ce dernier permet de modulerl’anisotropie magnétique. Sa diminution lors d’une impulsion de courant dans la liste de tantale montre que la densité de courant critique pour le retournement de l’aimantation du CoFeB par SOT est réduite. Ces résultats sont très encourageants pour le développement des SOT-MRAM et incitent à approfondir ces études. Le mécanisme de retournement de l’aimantation semble être une nucléation puis une propagation de parois de domaines magnétiques. Cette hypothèse se fonde sur des tendances physiques observées lors des expériences ainsi que sur des simulations numériques. / They require smaller areas for bigger storage densities, non-volatility as well as reduced and shorter writing electrical currents. Magnetic Random Access Memory (MRAM) is one of the best candidates for the replacement of SRAM and DRAM. Moreover, the recent discovery of spin-orbit torques (SOT) may lead to a new technology called SOT-MRAM. These promising technologies combine non-volatility and good reliability but many challenges still need to be taken up.This thesis aims at switching magnetization by spin-orbit torques with ultra-fast current pulse and at reducing their amplitude. This preliminary work should enable one to proof the concept of SOT-MRAM written with short current pulses and low electrical consumption to write a memory cell.To do so, we studied Ta-CoFeB-MgO-based memory cells for which we verified current dependencies on pulse lengths and external magnetic field. Then we proved the ultrafast writing of a SOT-MRAM cell with pulses as short as 400 ps. Next, we focused on reducing the critical writing currents by SOT with the application of an electric field. We showed that magnetic anisotropy can be modulated by an electricfield. If it can be lowered while a current pulse is injected through the tantalum track, we observed a reduction of the critical current density for the switching of the CoFeB magnetization. Those results are very promising for the development of SOT-MRAM and encourage one to delve deeper into this study. The magnetization switching mechanism seems to be a nucleation followed by propagations of magneticdomain walls. This assumption is based on many physical tendencies we observed and also on numerical simulations.

Le système nerveux central humain est un système de traitement de l'information stupéfiant en termes de capacités, de polyvalence, d’adaptabilité et de faible consommation d'énergie. Sa structure complexe se compose de milliards de neurones, interconnectés par plusieurs trillions de synapses, formant des grappes spécialisées. Récemment, l'imitation de ces paradigmes a suscité un intérêt croissant en raison de la nécessité d'approches informatiques avancées pour s'attaquer aux défis liés à la génération de quantités massives de données complexes dans l'ère de l’Internet des Objets (IoT). Ceci a mené à un nouveau domaine de recherche, connu sous le nom d’informatique cognitive ou d'ingénierie neuromorphique, qui repose sur les architectures dites non-von-Neumann (inspirées du cerveau) en opposition aux architectures von-Neumann (ordinateurs classiques). Dans cette thèse, nous examinons l'utilisation des technologies de mémoire résistive telles que les mémoires à accès aléatoires à base de lacunes d’oxygène (OxRAM) et les mémoires à pont conducteur (CBRAM) pour la conception de synapses artificielles, composants de base indispensables des réseaux neuromorphiques. De plus, nous développons un réseau de neurones impulsionnels artificiel (SNN), utilisant des synapses OxRAM, pour l'analyse de données impulsionnelles provenant du cerveau humain en vue du traitement de troubles neurologiques, en connectant la sortie du SNN à une interface cerveau-ordinateur (BCI). L'impact des problèmes de fiabilité, caractéristiques des OxRAMs, sur les performances du système est étudié en détail et les moyens possibles pour atténuer les pénalités liées aux incertitudes des dispositifs seuls sont démontrés. En plus de l’implémentation avec des OxRAMs et CBRAMs de la bien connue plasticité fonction du temps d’occurrence des impulsions (STDP), qui constitue une forme de plasticité à long terme (LTP), les dispositifs OxRAM ont également été utilisés pour imiter la plasticité à court terme (STP). Les fonctionnalités fondamentalement différentes de la LTP et STP sont mises en évidence. / The central nervous system of humankind is an astonishing information processing system in terms of its capabilities, versatility, adaptability and low energy consumption. Its complex structure consists of billions of neurons interconnected by trillions of synapses forming specialized clusters. Recently, mimicking those paradigms has attracted a strongly growing interest, triggered by the need for advanced computing approaches to tackle challenges related to the generation of massive amounts of complex data in the Internet of Things (IoT) era. This has led to a new research field, known as cognitive computing or neuromorphic engineering, which relies on the so-called non-von-Neumann architectures (brain-inspired) in contrary to von-Neumann architectures (conventional computers). In this thesis, we explore the use of resistive memory technologies such as oxide vacancy based random access memory (OxRAM) and conductive bridge RAM (CBRAM) for the design of artificial synapses that are a basic building block for neuromorphic networks. Moreover, we develop an artificial spiking neural network (SNN) based on OxRAM synapses dedicated to the analysis of spiking data recorded from the human brain with the goal of using the output of the SNN in a brain-computer interface (BCI) for the treatment of neurological disorders. The impact of reliability issues characteristic to OxRAM on the system performance is studied in detail and potential ways to mitigate penalties related to single device uncertainties are demonstrated. Besides the already well-known spike-timing-dependent plasticity (STDP) implementation with OxRAM and CBRAM which constitutes a form of long term plasticity (LTP), OxRAM devices were also used to mimic short term plasticity (STP). The fundamentally different functionalities of LTP and STP are put in evidence.

Les mémoires à changement de phase (PCRAM) sont l'un des candidats les plus prometteurs pour la prochaine génération de mémoires non-volatiles du fait de leurs excellentes vitesses de fonctionnement et endurance. Cependant, deux inconvénients majeurs nécessitent une amélioration afin de permettre leur percée sur le marché des mémoires, à savoir un temps de rétention court à hautes températures et une consommation électrique trop importante. Cette thèse s'intéresse au développement de nouveaux matériaux à changement de phase afin de remplacer le matériau standard Ge2Sb2Te5, inadapté aux applications mémoires embarquées fonctionnant à hautes températures. Le comportement des matériaux binaires GeTe et GeSb a ainsi été évalué et comparé au matériau référence lors de la cristallisation de l'amorphe 'tel que déposé' mais aussi de l'amorphe 'fondu trempé'. En effet, il est important d'étudier le matériau dans son état amorphe 'fondu trempé' pour être au plus près de l'état du matériau cyclé dans les dispositifs. Ainsi, le mécanisme de cristallisation du GeTe déterminé par l'étude de la cristallisation de l'amorphe 'fondu trempé' par recuit laser est en accord avec l'observation MET in situ (recuit thermique) de la cristallisation. L'incorporation d'éléments 'dopants' dans ces matériaux binaires a également été évaluée afin d'augmenter à nouveau la stabilité thermique des matériaux non dopés. Certains éléments 'dopants' permettent une diminution du courant de reset, ou un retard à la formation de 'voids' au cours des cycles. / Phase Change Memories are suitable for the next generation of non volatiles memories due to high programmation speed and endurance. However, two major improvements need to be made in order to enter memories market, the short retention time at high temperature, and the important electric consumption. This thesis focuses on the development of new phase change materials to replace the reference material, Ge2Sb2Te5, insuitable for embedded memories applications working at high temperatures. The behavior of binary compounds GeTe and GeSb has been investigated and compared to the reference material during both the crystallization of the « as deposited » amorphous and the « melt quenched » amorphous materials. Indeeed it is important to study the « melt quenched » amorphous state of the material to be as close as possible to the cycled material in the devices. So, the crystallization mechanism of GeTe checked by the crystallization study of the amorphous « melt quenched » by laser annealing is in agreement with the in situ TEM observation (thermal annealing) of the crystallization. The addition of “doping” elements in the binary compounds has also been performed to improve the thermal stability of amorphous undoped materials. These “doping” elements allow a current reset decrease, or a later formation of « voids » during cycling.

Désir de justification, de légitimation, besoin de laisser une trace, d’affirmer sa position dans le champ éditorial, peu importe la raison, depuis la deuxième moitié du XXe siècle, des éditeurs québécois, après de nombreuses années de labeur dans le domaine de la publication de livres, décident de coucher sur le papier leurs expériences, surtout professionnelles. En se mettant en scène, l’éditeur devient un auteur. Il est obligé d’adopter une nouvelle posture, une posture d’auteur, tout en gardant sa posture d’éditeur. Mais de quelle manière se construit-il comme auteur?

Le mélanome est un cancer de la peau dont l’incidence est en continuelle augmentation dans le monde entier. Des progrès récents dans la compréhension des mécanismes cellulaires complexes régulant l’immunité du cancer ont conduit à l’élaboration de nouvelles stratégies visant des checkpoints spécifiques de la régulation des réponses immunes. Ipilimumab est un anticorps thérapeutique dirigé contre la molécule CTLA-4. Il a permis, chez les patients atteints de mélanome métastatique, d’augmenter la survie globale et a fait l’objet d’une approbation de la FDA en 2011. Cependant cette thérapie ne semble bénéficier qu’à un nombre restreint de patients et souvent de manière retardée. L’identification de marqueurs immunologiques précoces associés à la réponse clinique et à la survie s’avère donc être nécessaire afin d’apporter des éléments d’orientation. Dans ce contexte, nous avons suivi de manière longitudinale, prospective et retrospective une cohorte de 77 patients atteints de mélanome métastatique. Nous nous sommes intéressés dans un premier temps aux molécules sériques reflétant soit l’importance de l’envahissement tumoral (LDH, S100B et MIA) soit l’implication de mécanismes d’échappement immunitaire (MICA soluble et anticorps anti-MICA). Nous montrons une association entre des faibles concentrations sériques de LDH et S100B, soutenues après première et deuxième dose d’ipilimumab, et la réponse au traitement et la survie. De plus, des niveaux élevés de MICA solubles avant le traitement sont associés à une fréquence plus faible de complications à type d’auto-immunité. Nous avons de plus suivi les populations lymphocytaires avec une attention particulière portée sur les compartiments naïf et mémoires T, les facteurs de transcription impliqués dans la différentiation des lymphocytes T mémoires, les cytokines produites et les récepteurs de chimiokines de lymphocytes T. Nos résultats montrent que le taux de lymphocytes avant l’introduction du traitement est un facteur prédictif de meilleure survie et de réponse positive à la semaine 16, indépendamment du taux de LDH et de la corticothérapie. De plus, un effet global de l'ipilimumab sur l'expansion des cellules T mémoires classiques a été observé, associé à la réponse au traitement. En revanche, les fréquences des cellules souches T mémoires (TSCM) récemment décrites diminuent malgré une augmentation de la prolifération, suggérant un processus de différenciation. L'ipilimumab induit aussi l'expansion de lymphocytes T exprimant CXCR3, CCR4 et CCR6, permettant une migration vers la peau et les tissus inflammés, avec augmentation de leur capacité à produire des cytokines effectrices. Une augmentation précoce des cellules T CD8+ exprimant le facteur de transcription Eomes s’est révélée être associée à un contrôle de la maladie. Enfin, et sur la base des résultats précédents, nous avons étudié la capacité des lymphocytes T mémoires de patients à proliférer après stimulation in vitro. Contrairement aux sujets sains, les patients présentent un défaut dans la capacité de prolifération des TSCM qui pourrait être liée à un défaut dans la régulation d’Eomes et Ki-67. Nous proposons ainsi un modèle permettant de suivre de manière précoce les étapes conduisant à la différentiation des TSCM en sous populations mémoires, associées à une réponse clinique sous ipilimumab, et impliquant le facteur de transcription Eomes. / Melanoma is a skin cancer with incidence increasing at dramatic rates worldwide. Ipilimumab, an anti-CTLA-4 therapy developed in the view of counter-balancing the inhibitory role of CTLA-4 in T lymphocytes, was the first immune checkpoint inhibitor demonstrating to extend overall survival in patients with metastatic melanoma, with FDA approval in 2011. However, biomarkers allowing the identification of the subset of patients that will more likely benefit from this immunotherapy or that may allow a good monitoring of patient clinical management during treatment are lacking. The principal objective of this work was to identify potential and early predictive biomarkers of ipilimumab response and/or survival in a cohort of 77 metastatic melanoma patients. Firstly, serum levels of melanoma markers such as LDH, S100B and soluble MICA (and its counter-part anti-MICA antibody), tumour markers associated with tumour development and/or immune escape, were assessed. A correlation between lower baseline levels of LDH and S100B, sustained after the first and second doses of ipilimumab, and treatment response and survival was observed, suggesting their potential utility in treatment monitoring. In addition, higher baseline levels of soluble MICA were found to be associated with a less frequency of immune-related adverse events, which might provide important information for the management of frequent ipilimumab-related adverse events. Secondly, immune markers with a special focus on transcription factors, cytokine secretion and chemokine receptors of T lymphocytes and memory T subsets were assessed. An association between baseline absolute lymphocyte counts and extended overall survival as well as better treatment response was found. In addition, a global effect of ipilimumab on the expansion of conventional memory T cells was observed, which was associated with treatment response. By contrast, frequencies of the recently described stem-cell memory T cells were shown to decrease despite increased proliferation, suggesting a process of differentiation. Additionally, ipilimumab induced the expansion of CXCR3, CCR4 and CCR6-expressing T lymphocytes and effector cytokines secretion capacity. Early increased levels of Eomes-expressing CD8+ T cells were found to be associated with disease control. Lastly, and based on the previous results, we investigated the ability of patients’ memory T cells to proliferate under in vitro stimulation. We found that, in contrast to healthy subjects, patients possess a defect in the ability of stem-cell memory T cells expansion in vitro, that might be related to a defect in Eomes and Ki-67 regulation.

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La miniaturisation technologique augmente la sensibilité des circuits intégrés auxdéfauts et nous observons à chaque nouvelle génération technologique une dégradation rapidedu rendement de fabrication et de la fiabilité. Les mémoires occupent la plus grande partie dela surface des SoCs et contiennent la vaste majorité des transistors. De plus, pour augmenterleur densité elles sont conçues de façon très serrée. Elles concentrent ainsi la plus grandepartie des défauts de fabrication et représentent aussi les parties les plus sensibles face auxperturbations. Elles sont par conséquent les parties des SoCs les plus affectées par ladégradation du rendement de fabrication et de la fiabilité. L’objectif de cette thèse est deproposer des architectures combinant de façon optimale : algorithmes de test, architecturesBIST, et codes correcteurs d’erreurs afin de proposer des solutions efficaces pourl’amélioration du rendement de fabrication et de la fiabilité des mémoires embarquées. / Nanometric scaling increases the sensitivity of integrated circuits to defects andperturbations. Thus, each new generation of manufacturing process is accompanied by a rapiddegradation of manufacturing yield and reliability. Embedded memories occupy the largestpart of the area of SoCs and comprise the vast majority of transistors. In addition, forincreasing the integration density, they are designed very tightly to the design and electricalrules. Hence, embedded memories concentrate the majority of the manufacturing defectsaffecting a SoC, and are also more sensitive to perturbations. Thus, they are the parts of theSoC the most affected by the deterioration of manufacturing yield and reliability. This thesisdevelops repair architectures optimally combining test algorithms, BIST architectures, anderror correcting codes, in order to propose effective solutions for improving themanufacturing yield and reliability of embedded memories affected by high defect densities.