Dans un contexte où les limites intrinsèques des matériaux classiques de l'industrie CMOS sont en passe d'être atteintes du fait de la forte miniaturisation des composants, le développement de la microélectronique requiert la définition de nouvelles solutions pour combiner sur un même substrat (le silicium) des matériaux différents aux propriétés physiques variées. Ceci devrait permettre d'intégrer sur silicium des fonctionnalités nouvelles. Parmi les matériaux d'intérêt, les oxydes fonctionnels de la famille des pérovskites offrent une large gamme de propriétés et attirent donc une attention particulière. D'autre part, la recherche se porte aussi sur les semi-conducteurs de la classe III-V et le Ge pour leurs propriétés optiques ou de transport de charges. Cependant, la grande hétérogénéité chimique et cristallographique entre ces matériaux rend leur association sur silicium par voie épitaxiale particulièrement délicate. Dans ce contexte, ce travail de thèse consiste en une étude approfondie de l'interface Ge sur SrTiO3et des mécanismes à l'origine des modes d'accommodation et de croissance du semi-conducteur sur le substrat pérovskite. Les échantillons, fabriqués par épitaxie par jets moléculaires, ont été étudiés par caractérisations in situ, au synchrotron, diffraction de rayons X en incidence rasante et spectroscopie de photoémission. Des images de microscopie électronique en transmission sont venues compléter cette étude. La combinaison de ces résultats a permis de comprendre et de décrire deux aspects spécifiques des systèmes III-V et Ge sur SrTiO3. Le mode de croissance Volmer-Weber et la compétition entre les orientations cristallines(001) et (111) du Ge sont décrits dans une première partie. La relation d'épitaxie de Ge/SrTiO3est identifiée et l'influence des énergies d'adhésion et de surface libre du semi-conducteur sur sa croissance est élucidée. Dans une deuxième partie, le mode d'accommodation du Ge est plus spécifiquement étudié. La mise en place d'un réseau de dislocations d'interface est observée expérimentalement et analysée à l'aide d'un modèle numérique. Ce travail de thèse a permis de discuter de l'interface d'un système épitaxié très hétérogène et il ouvre des perspectives intéressantes, liées aux spécificités de l'accommodation aux interfaces semi-conducteurs/oxydes, pour l'intégration monolithique de Ge et de III-V sur des substrats d'oxydes/Si.

La connaissance de la structure est essentielle dans l'interprétation du couplage d'échange qui a lieu à l'interface entre des couches ferromagnétique et antiferromagnétique. Des expériences de diffraction X en incidence rasante sont décrites qui ont permis de déterminer la structure de couches d'alliages a base de Mn, et de couches d'oxyde de cobalt.

La valorisation de déchets de démolition en tant que granulats à béton présente un double objectif de préservation des ressources naturelles et de désengorgement des sites de stockage. Les granulats recyclés de béton présentent la particularité de contenir du mortier résiduel qui influence certaines de leurs propriétés et, par voie de conséquence, celles des bétons dans lesquels ils sont utilisés. Cette thèse a pour but de développer l’utilisation de bétons de granulats recyclés en remplacement total des matériaux naturels. Elle a été réalisée en partenariat industriel avec l’entreprise CHRYSO.Une étude approfondie des propriétés des granulats recyclés de béton sur plusieurs lots (plateforme industrielle et laboratoire) a conduit à l’identification puis à l’analyse des spécificités de ces matériaux comparés aux matériaux naturels. La validité des protocoles expérimentaux a été testée, et de nouveaux protocoles ont été proposés axés sur ces spécificités. Les granulats recyclés présentent une absorption plus élevée, une résistance à l’abrasion plus faible, une distribution granulaire plus étalée et une circularité moindre que les granulats naturels. La granulométrie, la proportion d’éléments fins et l’absorption d’eau des sables recyclés sont des caractéristiques dépendantes d’une part, du prélèvement des granulats recyclés et d’autre part, de la robustesse des protocoles expérimentaux. Une réactivité des éléments fins a été démontrée pour les lots issus de laboratoire, mais son influence sur les propriétés des bétons peut être considérée de second ordre lorsque les éléments fins sont constitutifs du sable. Enfin, l’absorption et la morphologie des granulats recyclés sont dépendantes de la classe granulaire étudiée. Des corrélations entre les propriétés morphologiques/géométriques et l’absorption ont été démontrées. A l’issue de l’analyse de ces propriétés, des corrections ou adaptations aux modèles prévisionnels de performances ont été proposées. La faisabilité de réalisation de bétons de granulats recyclés de béton avec remplacement total des matériaux naturels (BGRB à 100%) a ensuite été démontrée. Pour de tels matériaux, la conservation des éléments fins inférieurs à 63μm est conseillée car nécessaire à l’obtention d’un squelette granulaire correct.Afin de compenser la perte d’ouvrabilité et de résistance mécanique observée avec l’utilisation des granulats recyclés de bétons, une recherche d’adjuvant a été menée et a conduit au choix de superplastifiants de la famille des polycarboxylates. Les interprétations proposées permettent de mieux comprendre la formulation des bétons de granulats recyclés de béton et des mortiers de bétons équivalents (MBE). Ainsi, la complexité des cinétiques d’absorption et de désorption d’eau conduit à une discussion autour de la notion d’eau efficace ; la différence de morphologie des granulats recyclés implique une correction du squelette granulaire ; enfin la fragilité des granulats recyclés à l’abrasion pose la question de sa prise en compte dans la détermination du squelette granulaire optimal.Enfin, une analyse comparative des impacts environnementaux des bétons de granulats recyclés de bétons ouvre des perspectives intéressantes. / Promoting the use of demolition waste as recycled aggregates presents a double objective: first to preserve natural resources and secondly to relieve storage site. In regards to natural aggregates, recycled aggregates contain mortar that influences theirs properties and those of concrete in which they are used. The objective of this thesis is to develop the use of 100 % recycled aggregates in concrete. This study was realised in patnership with the company CHYRSO. Properties of recycled concrete aggregates collected from several sources were studied to identify and analyse their specificities ; results were compared to natural ones. Normalised methods were modified in order to be applied on recycled aggregates and new methods were also proposed. Recycled aggregates present higher water absorption, lower mechanical strength, spreader granular distribution and a less circular shape compared to natural aggregates. The granulometry of recycled sand, fines content and the water absorption are properties that depend on the sampling and the robustness of protocols used. A reactivity of fines obtained from materials made at the laboratory have been established, meanwhile their influence on concrete properties is considered as minor. Finally, the absorption and morphology of recycled aggregate depend on the granular fraction. Correlation between morphological and mechanical properties with water absorption have been demonstrated. After analysing these properties, correction were proposed on mechanical performance forecasting models. It was also shown that the use of fines in recycled aggregate concretes provides better mechanical properties. For such materials, keeping aggregates less than 63μm is advisable because it provides correct granular skeletton. In order to balance the loss of workability and mechanical strength observed with the use of recycled aggregates, studies were carried with several superplasticisers. Polycarboxylates were identified as appropriate superplasticisers. Interpretations facilitate understanding of concrete formulation and concrete equivalent mortar formulation made with recycled aggregates. Thus, the complexity of absorption and desorption kinectics lead to a discusion around effective water definition. The difference between the morphology of recycled aggregates and natural ones involved a correction of the granular skeletton; finally, their weakness during mechanical test modifies the granular skeletton and need to be taken into consideration.Finally, studies on environmental impacts of recycled aggregates concrete were done and compared with those of natural aggregates concrete. This study starts interesting perspectives.

Grâce à leur propriétés uniques, les nanofils d'InAs et de Bi1-xSbx sont important pour les domaines de la nanoélectronique et de l'informatique quantique. Alors que la mobilité électronique de l'InAs est intéressante pour les nanoélectroniques; l'aspect isolant topologique du Bi1-xSbx peut être utilisé pour la réalisation de Qubits basés sur les fermions de Majorana. Dans les deux cas, l'amélioration de la qualité du matériau est obligatoire et ceci est l'objectif principal cette thèse ou` nous étudions l'intégration des nanofils InAs sur silicium (compatibles CMOS) et où nous développons un nouvel isolant topologique nanométrique: le Bi1-xSbx. Pour une compatibilité CMOS complète, la croissance d'InAs sur Silicium nécessite d'être auto- catalysée, entièrement verticale et uniforme sans dépasser la limite thermique de 450 ° C. Ces normes CMOS, combineés à la différence de paramètre de maille entre l'InAs et le silicium, ont empêché l'intégration de nanofils InAs pour les dispositifs nanoélectroniques. Dans cette thèse, deux nouvelles préparations de surface du Si ont été étudiées impliquant des traitements Hydrogène in situ et conduisant à la croissance verticale et auto-catalysée de nanofils InAs compatible avec les limitations CMOS. Les différents mécanismes de croissance résultant de ces préparations de surface sont discutés en détail et un passage du mécanisme Vapor-Solid (VS) au mécanisme Vapor- Liquid-Solid (VLS) est rapporté. Les rapports d'aspect très élevé des nanofils d'InAs sont obtenus en condition VLS: jusqu'à 50 nm de diamètre et 3 microns de longueur. D'autre part, le Bi1-xSbx est le premier isolant topologique 3D confirmé expérimentalement. Dans ces nouveaux matériaux, la présence d'états surfacique conducteurs, entourant le coeur isolant, peut héberger les fermions de Majorana utilisés comme Qubits. Cependant, la composition du Bi1-xSbx doit être comprise entre 0,08 et 0,24 pour que le matériau se comporte comme un isolant topologique. Nous rapportons pour la première fois la croissance de nanofils Bi1-xSbx sans défaut et à composition contrôlée sur Si. Différentes morphologies sont obtenues, y compris des nanofils, des nanorubans et des nanoflakes. Leur diamètre peut être de 20 nm pour plus de 10 microns de long, ce qui en fait des candidats idéaux pour des dispositifs quantiques. Le rôle clé du flux Bi, du flux de Sb et de la température de croissance sur la densité, la composition et la géométrie des structures à l'échelle nanométrique est étudié et discuté en détail. / InAs and Bi1-xSbx nanowires with their distinct material properites hold promises for nanoelec- tronics and quantum computing. While the high electron mobility of InAs is interesting for na- noelectronics applications, the 3D topological insulator behaviour of Bi1-xSbx can be used for the realization of Majorana Fermions based qubit devices. In both the cases improving the quality of the nanoscale material is mandatory and is the primary goal of the thesis, where we study CMOS compatible InAs nanowire integration on Silicon and where we develop a new nanoscale topological insulator. For a full CMOS compatiblity, the growth of InAs on Silicon requires to be self-catalyzed, fully vertical and uniform without crossing the thermal budge of 450 °C. These CMOS standards, combined with the high lattice mismatch of InAs with Silicon, prevented the integration of InAs nanowires for nanoelectronics devices. In this thesis, two new surface preparations of the Silicon were studied involving in-situ Hydrogen gas and in-situ Hydrogen plasma treatments and leading to the growth of fully vertical and self-catalyzed InAs nanowires compatible with the CMOS limitations. The different growth mechanisms resulting from these surface preparations are discussed in detail and a switch from Vapor-Solid (VS) to Vapor- Liquid-Solid (VLS) mechanism is reported. Very high aspect ratio InAs nanowires are obtained in VLS condition: upto 50 nm in diameter and 3 microns in length. On the other hand, Bi1-xSbx is the first experimentally confirmed 3D topololgical insulator. In this new material, the presence of robust 2D conducting states, surrounding the 3D insulating bulk can be engineered to host Majorana fermions used as Qubits. However, the compostion of Bi1-xSbx should be in the range of 0.08 to 0.24 for the material to behave as a topological insula- tor. We report growth of defect free and composition controlled Bi1-xSbx nanowires on Si for the first time. Different nanoscale morphologies are obtained including nanowires, nanoribbons and nanoflakes. Their diameter can be 20 nm thick for more than 10 microns in length, making them ideal candidates for quantum devices. The key role of the Bi flux, the Sb flux and the growth tem- perature on the density, the composition and the geometry of nanoscale structures is investigated and discussed in detail.

Dans ce travail, nous avons étudié la relaxation de couches d’hétérostructures InGaN/GaN obtenue par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (EPVOM) et épitaxie aux jets moléculaires (EJM) principalement par microscopie électronique en transmission (MET). Pour ce faire, nous avons fait varier la composition de l'indium de 4.1% au nitrure d'indium pur, ce qui correspond lors de la croissance sur GaN à un décalage paramétrique allant de 1% à 11.3%. Le travail a porté sur des couches dont l’épaisseur allait de 7 nm à 500 nm. A partir d’une composition en indium voisine de 10%, nous mettons en évidence la formation d’un réseau de dislocations vis dont la ligne se promène dans l’interface, avec de très longues sections droites le long des directions <11-20>. Ces dislocations coexistent avec un réseau de dislocations coins qui commence à se former vers 13%, il disparait complétement autour d’une composition en indium de 18%. Le réseau de dislocation vis se densifie de plus en plus au-delà. Outre ces dislocations de décalage paramétrique, d'autres mécanismes qui contribuent à la relaxation de la contrainte dans ces hétérostructures InGaN/GaN ont été mis en évidence. Ainsi, au-dessus d'une composition d'indium supérieure à 25%, de nombreux phénomènes se produisent simultanément. (1) Formation des dislocations de décalage paramétrique à l'hétérointerface; (2) une composition de la couche qui s’enrichit en indium vers la surface; (3) des fortes perturbations de la séquence hexagonale conduisant à un empilement aléatoire; (4) croissance à trois dimensions (3D) pouvant même conduire à des couches poreuses lorsque la composition en indium est comprise entre 40% et 85%. Cependant, on met en évidence qu’il est possible de faire croître de l’InN pur de bonne qualité cristalline s'améliore grâce à la formation systématique d'une couche 3D. / In this work, we have investigated the strain relaxation of InGaN layers grown on GaN templates by MOVPE and PAMBE using TEM. To this end we varied the indium composition from 4.1% to pure indium nitride and the corresponding mismatch was changing from less than 1% to 11.3%, the thickness of the InGaN layers was from 7 nm to 500 nm. When the indium composition is around 10%, one would expect mostly elastically strained layers with no misfit dislocations. However, we found that screw dislocations form systematically at the InGaN/GaN interface. Moreover, below 18% indium composition, screw and edge dislocations coexist, whereas starting at 18%, only edge dislocations were observed in these interfaces. Apart from the edge dislocations (misfit dislocations), other mechanisms have been pointed out for the strain relaxation. It is found that above an indium composition beyond 25%, many phenomena take place simultaneously. (1) Formation of the misfit dislocations at the heterointerface; (2) composition pulling with the surface layer being richer in indium in comparison to the interfacial layer; (3) disruption of the growth sequence through the formation of a random stacking sequence; (4) three dimentional (3D) growth which can even lead to porous layers when the indium composition is between 40% and 85%. However, pure InN is grown, the crystalline quality improves through a systematic formation of a 3D layer.

Heterostructures of the materials system GaN/AlGaN/GaN were grown by molecular beam epitaxy on 6H-SiC substrates and high electron mobility transistors (HEMTs) were fabricated. For devices with large gate periphery an air bridge technology was developed for the drain contacts of the finger structure. The devices showed DC drain currents of more than 1 A/mm and values of the transconductance between 120 and 140 mS/mm. A power added efficiency of 41 % was measured on devices with a gate length of 1 µm at 2 GHz and 45 V drain bias. Power values of 8 W/mm were obtained. Devices with submicron gates exhibited power values of 6.1 W/mm (7 GHz) and 3.16 W/mm (25 GHz) respectively. The rf dispersion of the drain current is very low, although the devices were not passivated. / Heterostrukturen im Materialsystem GaN/AlGaN/GaN wurden mittels Molekularstrahlepitaxie auf 6H-SiC-Substraten gewachsen und High-Electron-Mobility-Transistoren (HEMTs) daraus hergestellt. Für Bauelemente mit großer Gateperipherie wurde eine Air-Bridge-Technik entwickelt, um die Drainkontakte der Fingerstruktur zu verbinden. Die Bauelemente zeigten Drainströme von mehr als 1 A/mm und Steilheiten zwischen 120 und 140 mS/mm. An Transistoren mit Gatelängen von 1 µm konnten Leistungswirkungsgrade (Power Added Efficiency) von 41 % (bei 2 GHz und 45 V Drain-Source-Spannung) sowie eine Leistung von 8 W/mm erzielt werden. Bauelemente mit Gatelängen im Submikrometerbereich zeigten Leistungswerte von 6,1 W/mm (7 GHz) bzw. 3,16 W/mm (25 GHz). Die Drainstromdispersion ist sehr gering, obwohl die Bauelemente nicht passiviert wurden.

No description available.

It is known that a matched filter is optimal for a signal corrupted by Gaussian noise. In a wireless environment, the received signal may be corrupted by Gaussian noise and a variety of other channel disturbances: cochannel interference, multiple access interference, large and small-scale fading, etc. Adaptive filtering is the usual approach to mitigating this channel distortion. Existing adaptive filtering techniques usually attempt to minimize the mean square error (MSE) of some aspect of the received signal, with respect to the desired aspect of that signal. Adaptive minimization of MSE does not always guarantee minimization of bit error rate (BER). The main focus of this research involves estimation of the probability density function (PDF) of the received signal; this PDF estimate is used to adaptively determine a solution that minimizes BER. To this end, a new adaptive procedure called the Minimum BER Estimation (MBE) algorithm has been developed. MBE shows improvement over the Least Mean Squares (LMS) algorithm for most simulations involving interference and in some multipath situations. Furthermore, the new algorithm is more robust than LMS to changes in algorithm parameters such as stepsize and window width. / Master of Science

Cerium oxide (ceria)-based materials in the nanoscale regime are of significant fundamental and technological interest. Nanoceria in pure and doped forms has current and potential use in solid oxide fuel cells, catalysis, UV- screening, chemical mechanical planarization, oxygen sensors, and bio-medical applications. The characteristic feature of Ce to switch between the +3 and + 4 oxidation states renders oxygen buffering capability to ceria. The ease of this transformation was expected to be enhanced in the nanoceria. In most the practical scenarios, it is necessary to have a stable suspension of ceria nanoparticles (CNPs) over longer periods of time. However, the existing literature is confined to short term studies pertaining to synthesis and property evaluation. Having understood the need for a comprehensive understanding of the CNP suspensions, this dissertation is primarily aimed at understanding the behavior of CNPs in various chemical and physical environments. We have synthesized CNPs in the absence of any surfactants at room temperature and studied the aging characteristics. After gaining some understanding about the behavior of this functional oxide, the synthesis environment and aging temperature were varied, and their affects were carefully analyzed using various materials analysis techniques such as high resolution transmission electron microscopy (HRTEM), UV-Visible spectroscopy (UV-Vis), and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). When the CNPs were aged at room temperature in as-synthesized condition, they were observed to spontaneously assemble and evolve as fractal superoctahedral structures. The reasons for this unique polycrystalline morphology were attributed to the symmetry driven assembly of the individual truncated octahedral and octahedral seed of the ceria. HRTEM and Fast Fourier Transform (FFT) analyses were used to explain the agglomeration behavior and evolution of the octahedral morphology. Some of the observations were supported by molecular dynamic simulations. Poly (ethylene glycol) (PEG) and ethylene glycol (EG) were used to control the kinetics of this morphology evolution. The ability to control the agglomeration of CNPs in these media stems from the lower dielectric constant and an increased viscosity of the EG and PEG based solvents. CNPs when synthesized and aged in frozen conditions, i.e. in ice, were found to form one dimensional, high aspect ratio structures. A careful analysis has provided some evidence that the CNPs use the porous channels in ice as a template and undergo oriented attachment to form nanorods. When the aging treatment was done near freezing temperature in solution, the nanorods were not observed, confirming the role of channels in ice. When synthesized in aqueous media such as DI water, PEG and EG; CNPs were observed to exhibit a reversible oxidation state switching between +3 and +4. Band gap values were computed from the optical absorption data. The changes in the band gap values observed were attributed to the changes in the oxidation state of CNPs as opposed to the quantum confinement effects, as expected in other nanoparticle systems. The work presented in this dissertation demonstrates, with evidence, that in order to obtain a comprehensive understanding of the properties of nanoscale materials it is of paramount importance to monitor their behavior over relatively longer periods of time under various ambient environments. While the solution based techniques offer a versatility and low cost route to study the fundamental properties of nanomaterials, they suffer some inherent problems such as precursor contamination and uncontrolled chemical reactions. Especially when analyzing the behavior of ceria-based materials for applications like solid oxide fuel cells, a great control in the density and crystalline quality are desired. In order to achieve this, as a first step pure ceria thin films were synthesized using oxygen plasma assisted molecular beam epitaxy (OPA-MBE). The ceria films were analyzed using various in situ and ex situ techniques to study the crystal structure, growth mode and epitaxial quality of the films. It was observed that the epitaxial orientation of the ceria films could be tuned by varying the deposition rate. When the films were grown at low deposition rate (< 8 Å/min) ceria films with epitaxial (200) orientation were observed where as the films grown at high deposition rates (up to 30 Å/min) showed (111) orientation. Theoretical simulations were used to confirm some of the experimental facts observed in both nanoparticles and thin films.

No description available.