En combinant l’expertise du Cermav dans la conception de films minces de très haute résolution obtenus par auto-assemblage de glycopolymères biosourcés et le savoir-faire du LETI sur les procédés de lithographie innovante, l’objectif de ce projet de thèse est d’évaluer ces nouveaux copolymères biosourcés -associant des oligosaccharides- comme solution alternative pour la nano lithographie de demain. En effet, ces dernières années l’équipe de « Physico-chimie des glycopolymères » du Cermav dirigée par R. Borsali a développé une nouvelle classe de glycopolymères (type PS-Maltoheptaose, PCL-Maltoheptaose, Xyloglycan-PSSI) pouvant s’auto-organisér avec une résolution de 5nm, dépassant ainsi largement la résolution atteinte aujourd’hui par les seuls copolymères à blocs issus du pétrole type PS-PMMA (20nm). En parallèle, durant les deux dernières années, le Cea/Leti a validé le potentiel des procédés basés sur l’auto assemblage des copolymères à bloc type PS-b-PMMA (résolution 20nm) comme solution alternative aux techniques de lithographie actuelles. Ces résultats positionnent le Cea/Leti dans l’état de l’art international et constituent une bonne base pour intégrer, dans le domaine de la nano-electronique, de nouveau systèmes à plus forte résolution (<10nm), tels que ceux développés par le Cermav. Le travail de thèse proposé se déroulera en trois temps : – Dans un premier temps le candidat adressera la synthèse et la caractérisation de nouveaux copolymères à blocks hybrides associant des oligosaccharides. – Ensuite il va d’intéressé à l’élaboration de glycofilms nano-organisés ainsi que à l’identification des facteurs importants jouant sur la nano-organisation. – Et finalement le contrôle de l’organisation à l’échelle nanométrique par grapho-épitaxie pour des applications lithographiques sera adressé. Deux applications seront visées : le contact et la ligne (phases cylindriques et lamellaires). La compatibilité du procès avec les contraintes de la micro-électronique sera également détaillée. / Combining the Cermav expertise in the thin films design with very high resolution obtained by self-assembly of glycopolymers biobased and the know-how of LETI on innovative lithography processes, the objective of this thesis is to evaluate these new bio-based copolymers, combining-oligosaccharides as an alternative for nano lithography tomorrow. Indeed, in recent years the team of "Physical Chemistry of glycopolymers" of Cermav directed by R. Borsali has developed a new class of glycopolymers (PS-maltoheptaose, PCL-maltoheptaose, Xyloglycan-PSSI) can self-organize with a resolution of 5 nm, far surpassing the resolution reached today only by block copolymers from Oil PS-PMMA (20 nm). In parallel, during the last two years, Cea / Leti has validated the potential methods based on self-assembly of block copolymers PS-b-PMMA (20 nm resolution) as an alternative to the current lithography techniques. These results position the Cea / Leti in the international state of the art and provide a good basis for integration in the field of nano-electronics, new systems with higher resolution (<10 nm) as those developed by the Cermav. The proposed thesis work will take place in three stages: - First time candidate address the synthesis and characterization of new copolymers blocks combining hybrid oligosaccharides. - Then he's going to be interested in the development of nano-glycofilms organized as well as to identify important factors playing on the nano-organization. - And finally the control of the organization at the nanoscale by grapho-epitaxy for lithographic applications will be addressed. Two applications are described: the contact line (cylindrical and lamellar phases). Compatibility constraints trial microelectronics will also be detailed.

L'utilisation de dispositifs thermoélectriques à base de films minces en SiGe est envisagée dans de nombreuses applications comme la micro-génération de puissance ou le refroidissement localisé de composants microélectroniques. Le SiGe possède en effet un net avantage en terme d'integrabilite mais souffre cependant d'un déficit en terme de performances. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la nanostructuration de ce matériau en super-réseau de boîtes quantiques (SRBQ), celle-ci devant permettre une forte augmentation de son facteur de mérite, rendue possible par une forte altération du transport thermique à l'échelle nanométrique. La réalisation, par un outil CVD de type industriel, à 750 °C, de SRBQ monocristallins lourdement dopés est présentée à partir d'analyses morphologiques (AFM), structurales (MEB, MET) et chimiques (SIMS). Des phénomènes de forts échanges Si-Ge pendant la croissance sont notamment mis en évidence et corrélés avec des mesures de conductivité thermique qui ne démontrent pas un effet significatif des boîtes sur le transport thermique. L'élaboration de structures polycristallines originales est également présentée. Enfin, la question cruciale de la détermination du facteur de mérite est abordée, notamment concernant les problèmes d'incertitudes de mesure. Une / Use of SiGe thin film thermoelectric devices is planed in many applications such as power microgeneration or local cooling of microelectronic components. One main advantage of SiGe relies on its ability to be monolithically integrated in ICs. However, SiGe is affected by a low coefficient of performance. Within the framework of this thesis, we focused on the nanostructuration of this material in the form of quantum dot superlattices (QDSL), which is expected to allow a strong increase of its figure-of-merit, by altering thermal transport at the nanometer scale. The growth of heavily doped monocrystalline QDSL in an industrial CVD tool at 750°C is presented from morphological (AFM), structural (SEM, TEM) and chemical (SIMS) analysis. Strong Si-Ge intermixing phenomenons are notably brought out and correlated with thermal conductivity measurements that do not demonstrate a significant effect of dots on thermal transport. The growth of original polycrystalline structures is also presented. Eventually, the crucial question of the figure-of-merit determination is addressed in particular with regard to the measurement uncertainty problem. One solution consisting in measuring simultaneously several electrical, thermal and thermoelectric parameters on a same sample is put forward and concretely implemented by the simultaneous fabrication of adapted test devices.

La bioélectronique utilise des signaux électriques pour interagir avec des systèmes biologiques. Les capteurs qui permettent la lecture électrique de marqueurs de maladies importantes et les implants/stimulateurs utilisés pour la détection et le traitement d'activité cellulaire pathologique ne sont que quelques exemples de ce que cette technologie peut offrir. Du fait de leurs propriétés électro-actives et mécaniques fascinantes, l'électronique organique ou les matériaux conjugués π ont été largement exploités dans le domaine de la bioélectronique. Le mélange intéressant entre conductivité électronique et ionique de ces polymères conducteurs permet le couplage entre les charges électroniques présentent dans le volume des films organiques avec les flux ioniques du milieu biologique. Le matériau prototypique de la bioélectronique organique est le polymère conducteur poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT) dopé avec du polystyrène sulfonate (PSS). Dans ce rapport, nous étudierons une approche pour moduler les propriétés mécaniques, électriques et électrochimiques du PEDOT: PSS et étudier leur impact sur la performance des transistors électrochimiques organiques. Par ailleurs, nous évaluerons l'effet de la micro-structuration et du nano-patterning sur l'impédance électrochimique des électrodes en or recouvertes de PEDOT: PSS utiles pour de futurs enregistrements et stimulations neurales. Enfin, nous démontrerons l'utilisation du PEDOT:PSS à micro-motifs pour l'adhésion et la migration de cellules. / Bioelectronics uses electrical signals to interact with biological systems. Sensors that allow for electrical read-out of important disease markers, and implants/stimulators used for the detection and treatment of pathological cellular activity are only a few examples of what this technology can offer. Due to their intriguing electroactive and mechanical properties, organic electronics or π-conjugated materials have been extensively explored regarding their use in bioelectronics applications. The attractive mixed electronic/ionic conductivity feature of conducting polymers enables coupling between the electronic charges in the bulk of the organic films with ion fluxes in biological medium. The prototypical material of organic bioelectronics is the conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) doped with polystyrene sulfonate (PSS). PEDOT:PSS is commercially available, water-dispersible conjugated polymer complex that can be cast into films of high hole and cation conductivity, good charge storage capacity, biocompatibility, and chemical stability. In the present work we investigate an approach to tailor the mechanical, electrical, and electrochemical properties of PEDOT:PSS and study their impact on the performance of organic electrochemical transistors. In addition, we study the effect of micro-structuring and nano-patterning on the electrochemical impedance of PEDOT:PSS- coated gold electrodes for future neural recordings and stimulation. Moreover we demonstrate the use of micro-patterned PEDOT:PSS in cell adhesion and migration.

Les Dispositifs Médicaux d’Injection (DMI) se développent de plus en plus. De nouveaux dispositifs apportent des innovations en terme de performances et d’utilisation par rapport aux seringues classiques. Le DMI développé par Eveon est un dispositif bio-inspiré possédant des capteurs, une micropompe, un flacon et une aiguille. Il permet une injection automatique, précise au microlitre garantissant une faible perte de liquide médicamenteux grâce aux techniques de miniaturisation utilisées dans la fabrication des microsystèmes. En effet, une micropompe à membrane en silicium intégrant des capteurs a été réalisée par des procédés issus de la microélectronique. Deux types d’actionneurs ont été couplés à la membrane : un actionneur bimétallique intégré et un actionneur piezoélectrique externe. Dans le cas de l’actionneur bimétallique, des thermo-résistances ont été conçues, fabriquées et caractérisées pour permettre de mesurer le profil thermique de la membrane lors de l’actionnement avec une erreur de 5%. Dans le cas de l’actionneur piezoélectrique externe, des piezorésistances ont été intégrées selon l’axe radial de la membrane afin de contrôler le profil de contraintes dans la membrane, asservir l’actionneur en fonction de la contre-pression et maximiser les caractéristiques de la pompe. Afin d’assurer la délivrance d’une dose précise de médicament, un capteur de débit est intégré dans les canaux microfluidiques de la micropompe. Ce capteur innovant permet de détecter des débits de liquide dans la gamme spécifiée par les dispositifs médicaux d’injection, à savoir une plage de débit allant de 0.5mL/min à 4mL/min. / Injection Medical Devices are more and more developed. New devices bring innovations in terms of performances and use for classical syringes. Eveon develops a bio-inspired device including some sensors, a micropump, a reservoir and a needle. This automatic injection can be microliter precise with a small loss of medical liquid thanks to microfabrication techniques used for microsystems. Indeed, a silicon membrane micropump integrating sensors was fabricated using processes from microelectronic fabrication. Two actuation types were coupled to the membrane: an integrated bimetallic actuator and an external piezoelectric actuator. In the case of the bimetallic actuator, thermo-resistances were designed, fabricated and characterized to measure the thermal profile of the membrane during the actuation with a 5% error. In the case of piezoelectric actuation, piezoresistances were integrated within the membrane profile along the radial axis to control its stress, feedback the actuation as a function of the pressure and maximize the pump characteristics. To ensure that the dose of medicine was delivered, a flow rate sensor was integrated in the microfluidic channels of the micropump. This innovative sensor can detect liquid flow rate in a range specified for injection medical devices, namely flow rates from 0.5mL/min to 4mL/min.

L'éco-conception est un processus permettant aux entreprises industrielles d'assumer leur responsabilité relative aux impacts générés par leurs produits. Les contraintes liées aux impacts environnementaux sont intégrées dans les stades avancés de la conception. Du fait de ses spécificités, tant au niveau de la structure du produit que de la complexité des processus de conception, l'industrie microélectronique s'est trouvée jusqu'alors en marge de considérations avancées sur l'impact de ses produits. L'objectif du travail de recherche est de définir une méthodologie d'éco-conception dédiée à la microélectronique permettant d'identifier les méthodes, outils et indicateurs susceptibles d'être déployés dans les départements de R&D. La stratégie associée vise à accroître la sensibilité environnementale des concepteurs et à les conduire à trouver des alternatives influant positivement sur l'environnement. Notre méthodologie repose sur une plateforme méthodologique intégrant plusieurs outils, chacun dédié à une activité indépendante de la conception de produits microélectroniques. L'évaluation environnementale est basée sur l'analyse de cycle de vie (ACV). Dans les phases préliminaires de conception, la connaissance du produit (structure, propriétés et performances) est limitée, alors la modélisation de son cycle de vie est réalisée à l'aide « d'ACV-simplifiée » : cela consiste à prédire l'impact d'un produit en développement grâce à des mécanismes d'adaptation par analogie basés sur l'étude des générations précédentes. En plus de solutions techniques appropriées, l'intégration de l'éco-conception dans une entreprise nécessite certains changements organisationnels : une modification du processus de conception a été proposée ainsi que des recommandations pour l'intégration d'un système de gestion de l'environnement orienté sur les produits. / Eco-design represents a natural process for industries wishing to fulfil their role in safeguarding environment and resources. The constraint linked to impacts becomes a decisive factor which can be systematically integrated in the early stages of products development. Because of chips specificities, both in structure and complexity of design process, microelectronic industry has been up to now out of advanced considerations related to chips environnemental performances. Our target was to define an eco-design methodology dedicated to microelectronic sector including the identification of methods, tools and indicators which have the highest chance to be deployed in R&D departments. The strategy aims to increase designers' environmental consciousness and drive them to explore innovative opportunities that can positively impact the environment during design phase. Our methodology relies on a platform integrating three tools, each one of them dedicated to a part of chip design. Environmental analysis is based on Life Cycle Assessment (LCA). In the preliminary stages of design, knowledge on product (structure, properties and performances) is limited so the evaluation is assessed using “Quick LCA”: it consists in predicting the environmental footprint of an under-development product thanks to adaptive mechanism based on the evaluation of previous generations. In addition to technical solutions, an optimized integration of an innovative process such as eco-design requires organizational changes into the company: a proposal for internal design process modification was done including recommendations for integration of a product-oriented management system.

-Utilisation de l’interaction non-linéaire entre des impulsions laser (proche infrarouge) ultracourtes et le silicium, en mode d’absorption multiphotonique ou de génération d’harmoniques optiques, pour la stimulation et le test photo-électrique. - Développement des méthodes d’imagerie statique et dynamique pour l’analyse de défaillance en appliquant les techniques d’optique femtoseconde sur circuits intégrés. - Modélisation de l’interaction laser-silicium avec la méthode FDTD (Rsoft). / Using the nonlinear interaction between ultra-short laser pulses (λ ~ 0.8μm to1.3μm) and silicon, with multi-photon absorption or optical harmonic generation, to achieve photoelectric stimulation and testing. Development of imaging methods for static and dynamic failure analysis techniques using femtosecond laser (TOBIC, 2pLADA) on integrated circuits.

De tous les circuits qui constituent un système radiofréquence complet, la partie radiofréquence apparaît comme un maillon délicat du système. Parmi les nombreuses fonctions radiofréquences, l'amplificateur de puissance (PA) représente un bloc particulièrement critique de la chaîne d'émission, du fait de sa consommation élevée et des forts niveaux des signaux qu'il doit gérer. Il résulte de ces contraintes que les techniques d'intégration utilisées sont généralement complexes et onéreuses, particulièrement pour la réalisation des éléments inductifs des réseaux de pré-adaptation des transistors de puissance, à partir de fils micro-soudés. Les travaux décrits dans ce manuscrit visent ainsi le développement d'une technologie permettant l'intégration faible coût d'inductances planaires de puissance en mesure de remplacer les fils micro-soudés. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec la société Freescale. Les démonstrateurs présentés mettent donc en œuvre la filière LDMOS sur substrat silicium faiblement résistif. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Le premier présente un état de l'art de l'intégration des amplificateurs de puissance RF à partir duquel nous définissons la problématique de cette intégration. Dans le deuxième chapitre, nous traitons des différents mécanismes de pertes présents dans les inductances planaires sur silicium ainsi que de leurs origines. Puis, nous posons les bases de leur modélisation électrique et des simulations électromagnétiques 3D qui seront conduites pour leur optimisation. Le troisième chapitre est ensuite consacré à la description et à l'optimisation de la technologie mise en place au sein du LAAS. Elle met en œuvre, sur un plan métallique qui écrante le silicium sur lequel sont intégrés les transistors, une couche de 65 µm de résine époxy SU8 sur laquelle est implémenté un niveau métallique en cuivre de 35 µm d'épaisseur. Des trous métallisés sont aussi réalisés à travers le niveau SU8 pour les contacts élec triques entre les transistors et le niveau Cu supérieur. Enfin, le quatrième et dernier chapitre traite des caractérisations expérimentales des inductances de test réalisées ainsi que des démonstrateurs intégrant ces inductances directement sur la puce de puissance LDMOS. Dans ce dernier cas, des mesures en forts signaux sont aussi présentées. L'intégration "Above-IC" d'un réseau d'inductances parallèles présentant une valeur finale de 0.2nH pour un facteur de qualité de 40 à 2 GHz et de 58 à 5 Ghz, tout en supportant une densité de courant de 1A/mm², permet d'aboutir à une valeur du rendement de 60% pour un amplificateur RF LDMOS de puissance 50W.

Ce mémoire de maîtrise présente le développement d'une technologie NMOS utilisée en enseignement au 1er et 2e cycle et comme preuve de concepts en recherche à l'Université de Sherbrooke. Le développement est basé sur la technologie JOPE à 6 masques utilisée en enseignement depuis les années 90. Le but de ce projet est d'optimiser ce procédé pour augmenter la reproductibilité des circuits et la densité d'intégration. Les problèmes de JOPE sont une forte résistivité de couche du polySi, une grande résistivité des contacts aluminium/polySi et aluminium/zone active ainsi qu'une grande fluctuation de la tension de seuil des transistors. Le procédé de fabrication JOPE a été optimisé pour créer JOPE2 afin d'améliorer les propriétés physiques des composantes et atteindre les objectifs fixés. Des circuits ont été fabriqués contenant des structures de caractérisations et des circuits numériques et analogiques conçus avec une règle de longueur de grille minimale de 2 [micro]m. La résistivité du polySi de JOPE2 est diminuée d'un facteur 5 en augmentant la température de déposition de la couche par LPCVD et en ajoutant une implantation ionique dédiée en plus de celle déjà prévue avec le procédé autoaligné pour les sources/drains. De cette façon, la résistivité des contacts aluminium à polySi est diminuée d'un facteur 10. La résistivité des contacts aluminium à zone active est diminuée d'un facteur 20 en augmentant la dose d'implantation ionique des sources/drains. JOPE2, tout comme JOPE, présente une variation importante de la tension de seuil causée par les charges d'interfaces Si/SiO[indice inférieur 2] et la variation de la résistivité du substrat utilisée (1 à 10 [oméga]-cm). Le faible rendement du procédé, évalué à 47 %, est causé par la faible stabilité des contacts, la grande densité de défauts et les limitations en ce qui a trait à l'alignement des masques. Pour faire suite à ce projet, un procédé NMOS à 3 [micro]m est recommandé afin d'augmenter le rendement en diminuant l'impact des défauts, améliorant la stabilité des contacts et en augmentant la qualité de l'alignement. De plus, pour augmenter la stabilité de la tension de seuil il est recommandé d'utiliser des tranches hautes résistivité. Le procédé recommandé devrait permettre de fabriquer des circuits complexes basés sur des transistors NMOS avec un rendement de 80 %.

L’industrie microélectronique est parmi les plus dynamiques qui soient. Pour demeurer concurrentiels, les fabricants doivent continuellement optimiser le temps de développement et de commercialisation de leurs nouveaux produits. Ces dernières décennies, un effort de recherche a été réalisé afin de caractériser et simuler par la méthode des éléments finis le comportement d’assemblages microélectroniques en fatigue. Une telle méthode, dont la précision serait démontrée, permettrait d’accélérer de façon significative les temps de développement, tout en réduisant les coûts et les risques. Le présent projet de recherche vise à mettre en oeuvre une nouvelle méthode de simulation par éléments finis du processus d’assemblage d’un module microélectronique à une carte, soit la formation d’un boîtier matriciel à billes par refusion. L’objectif est de vérifier s’il existe une corrélation empirique entre l’état des joints de soudure après l’assemblage et la durée de vie du produit soumis à un chargement thermique cyclique. La méthode développée pour simuler le procédé de fabrication inclura les phénomènes complexes en jeu, tels que la déformation non-linéaire des billes de soudure. La précision des résultats numériques sera démontrée avec des données expérimentales. Cet outil pourra être utilisé pour la résolution de problèmes importants relatifs à la fiabilité de composantes microélectroniques. Ce projet est effectué en partenariat avec IBM Canada situé à Bromont, le Fonds québécois de la recherche sur la nature et les technologies (FQRNT) et le Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG).

Au cours de ces dernières années, la taille des transistors a diminué considérablement permettant ainsi de réduire la taille des composants et de multiplier le nombre de composants dans un système. Cette condensation des transistors avec la montée en fréquence des circuits est à l'origine d'une augmentation drastique de la densité de puissance et d'une élévation importante de la température du composant, dommageable pour les performances de celui-ci. Le but de ces travaux de thèse est de proposer une méthodologie de génération de modèles thermiques, légers (rapidement simulables) et indépendants des conditions aux limites, de systèmes électroniques complexes. Cette méthodologie permet de décomposer un système complexe en sous-éléments, de construire un modèle léger de chaque élément et de les reconnecter afin de recomposer le comportement thermique du système global. La méthodologie permet d'effectuer une analyse thermique du système tôt dans le processus de conception d'un système et offre de nombreux avantages par rapport aux modèles existants.