L'intérêt porté aux microcapteurs électrochimiques ChemFETs (Chemical Field Effect Transistor) ne cesse de croître, stimulé par leurs nombreuses applications. Au cours de cette thèse, différentes structures de ChemFETs à canal non préformé et préformé ont été étudiées, simulées et réalisées. Le procédé technologique et l'encapsulation des ChemFETs à canal préformé ont été mis au point. Les caractéristiques électrochimiques de ces structures ChemFETs ont été effectuées afin de mettre en évidence l'influence du régime de fonctionnement du ChemFETs sur leurs paramètres de détection (sensibilité, linéarité&). Le microcapteur générique pH-ChemFET (grille SiO2/Si3N4) a été adapté à la détection de l'ion ammonium aboutissant à la réalisation de pNH4-ChemFET (grille SiO2/Si3N4/PSX). L'utilisation des techniques de photolithographie a permis la fabrication collective des couches ionosensibles à base d'une matrice organique en polysiloxane (PSX) et d'un ionophore associé: nonactine. La fonctionnalité des pH-ChemFETs et pNH4-ChemFETs a été vérifiée expérimentalement pour la gamme de concentration pH = [2-11] et pNH4 = [1-5] respectivement.

Les mémoires PC-RAM intègrent entre deux électrodes un matériau à changement de phase, le chalcogénure Ge2Sb2Te5, qui peut basculer réversiblement entre un état amorphe résistif (OFF) et un état cristallin conducteur (ON). Le but de la thèse est d'étudier les phénomènes électrothermiques intervenant lors de l'amorphisation et la cristallisation. Nous caractérisons les différences thermiques et électriques des deux phases, notamment par la mesure de leur conductivité thermique (méthode 3 ω), et par le tracé des caractéristiques électriques I(V). Nous étudions également en détail les mécanismes de la transition OFF --> ON, pour laquelle nous mettons en évidence la formation d'un filament amorphe conducteur instable.Nous présentons les résultats des tests dynamiques effectués sur nos cellules microniques et submicroniques.Enfin, nous analysons quelques modélisations et simulations numériques, en montrant la difficulté expérimentale à éviter la fusion lors du processus de cristallisation.

Les domaines du génie biologique et médicale sont considérés, à terme, comme l'un des secteurs privilégiés d'application des microsystèmes. Le sujet de thèse consiste en la conception et la réalisation d'une unité d'analyse chimique comprenant une micropompe actionnée par une résistance thermique dont le rôle est de permettre l'acheminement d'un fluide vers un multi-capteur d'analyse physico-chimique (pression, ISFET, température,...). Le projet européen Barmint (1) nous sert de support dans la conception et la réalisation d'un démonstrateur intégrant notamment les composants ci-dessus. L'originalité d'un tel procédé est de réaliser, sur un même substrat de silicium poli double face, une membrane (micro-usinée grâce à une solution chimique) et de deux microvalves à sens unique qui contrôlent l'entrée et la sortie du fluide. Ces valves sont obtenues après dépôts LPCVD et gravures par plasma du silicium polycristallin. Nous aborderons en détails toutes les étapes technologiques de réalisation de la micropompe et des microvalves. Nous nous intéresserons surtout aux problèmes de compatibilités de ces technologies avec les techniques VLSI. La réalisation d'un démonstrateur sera présentée. Les aspects simulations et modélisations thermiques et mécaniques de la micropompe seront abordes pour l'optimisation . Ce travail ouvre des perspectives quant à la conception et la réalisation de futurs microsystèmes pour des applications spatiales, médicales.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de développer un système flexible, peu onéreux et performant, permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile) afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande fléxibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à forte densité d'unités d'hybridation. L'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l'originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d'adressage à cette résistance. Il s'agit de diodes réalisées dans la résistance en polysilicium. Ces diodes sont obtenues par diffusion et implantation de zones N et P. La tension de seuil et le courant de fuite de ces diodes ont été paramétrés en fonction des dopages mis en Suvre de façon à ce que seul le micro-éjecteur actionné ne chauffe. Les matrices réalisées ont été caractériésées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l'adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l'éjection. Il a été montré que des gouttelettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation entre 50µs et 50ms.

Les mémoires volatiles représentent aujourd'hui 30% du marché des mémoires à semi-conducteurs. La tendance générale actuelle consiste à mettre au point des produits nomades capables d'emmagasiner et de restituer une grande quantité d'informations en peu de temps et pouvant fonctionner avec une faible tension d'alimentation. Dans ce cadre, cette thèse s'intéresse à la possibilité d'augmenter les performances d'une mémoire non-volatile de type EEPROM en termes de vitesse de programmation et de baisse des tensions de programmation. Nous étudions aussi la modélisation de la fermeture de la fenêtre de programmation en fonction du nombre de cycles programmation/effacement en extrayant les paramètres Fowler-Nordheim α et β sur des capacités équivalentes soumises à une contrainte électrique dynamique égale à celle que subit l'oxyde tunnel d'une mémoire EEPROM lors d'un test en endurance. Les simulations sont effectuées à l'aide d'un modèle physique compact de cellule EEPROM basé sur le calcul du potentiel de surface et du potentiel de grille flottante. Ce modèle prend en compte la non-linéarité de la capacité de la zone tunnel due à la désertion de la grille flottante en polysilicium. Nous montrons que la durée de programmation d'une cellule EEPROM peut être réduite à 10µs tout en ayant une endurance supérieure à 50000 cycles programmation/effacement. De plus, les tensions de programmation de la cellule peuvent être divisées par deux en les répartissant entre la grille de contrôle et le drain. Ceci implique l'utilisation de tensions négatives. Enfin, l'émulation du vieillissement de l'oxyde tunnel sur des capacités équivalentes montre une fermeture de la fenêtre de programmation supérieure à celle mesurée sur une cellule EEPROM. Cette fermeture plus importante est attribuée à une dégradation additionnelle de l'oxyde tunnel due aux mesures de courant Fowler-Nordheim en vue d'extraire les paramètres Fowler-Nordheim.

Le sujet de recherche de ce mémoire de thèse est consacré à la modélisation d'une étape particulière des procédés de fabrication mis en oeuvre en microélectronique : la diffusion des dopants. Le premier volet de ce travail est dédié à la compréhension et la réadaptation des modèles classiques de diffusion. En effet, ceux-ci atteignent actuellement leurs limites en raison de la mauvaise description au cours des recuits de l'évolution des défauts créés par l'implantation ionique. La seconde partie de ce travail a donc été de comprendre le rôle des défauts étendus (petits amas, défauts \(113\), boucles de dislocation) dans la diffusion accélérée et transitoire du bore. Ces travaux ont consisté à modéliser la croissance compétitive de type maturation d'Ostwald que se livrent ces agglomérats au cours du recuit et à le coupler à la diffusion du dopant. De plus, on a pu observer lors d'implantations à forte dose, la formation d'agglomérats de bore engendrant une immobilisation et une inactivation du dopant. Pour intégrer la formation de ces agglomérats, nous avons considéré la formation d'amas mixte de bore et d'interstitiels de type BnIm. A partir de récents calculs ab-initio tirés de la littérature, nous avons pu extraire les énergies de formation ainsi que les différents états de charges de ces amas mixtes de bore et d'interstitiels. Ce dernier modèle, couplé aux deux autres, a été validé à partir de divers résultats expérimentaux.

Les futures générations de satellites d'observation de la Terre doivent concilier des besoins croissants en résolution, précision et qualité des images avec un coût élevé de stockage des données à bord et une bande passante limitée des canaux de transmission. Ces contraintes imposent de recourir à de nouvelles techniques de compression des images parmi lesquelles le standard JPEG2000 est un candidat prometteur. Face à la complexité croissante des applications et des technologies, et aux fortes contraintes d'intégration - faible encombrement, faible consommation, tolérance aux radiations, traitement des informations en temps réel - les outils et méthodologies de conception et de vérification classiques apparaissent inadaptés à la réalisation des systèmes embarqués dans des délais raisonnables. Les nouvelles approches envisagées reposent sur une élévation du niveau d'abstraction de la spécification d'un système et sur la réutilisation de composants matériels pré-définis et pré-vérifiés (composants virtuels , ou blocs IP pour Intellectual Property). Dans cette thèse, nous nous intéressons à la conception de composants matériels réutilisables pour des applications intégrant des fonctions de traitement du signal et de l'image. Notre travail a ainsi consisté à définir une méthodologie de conception de composants virtuels hautement flexibles décrits au niveau comportemental et orientés vers les outils de synthèse de haut niveau. Nous avons expérimenté notre méthodologie sur l'implantation sous forme d'un composant virtuel comportemental d'un algorithme de transformation en ondelettes bidimensionnelle pour la compression d'images au format JPEG2000.

Ce mémoire est consacré à l'étude au 1er et au 2ème ordre de transistors bipolaires NPN issus de procédés de fabrication BiCMOS haute fréquence dans le but à la fois de qualifier les diverses technologies et d'apporter des interprétations physiques. Des caractérisations en statique et des mesures de bruit basse fréquence ont été effectuées sur des composants intégrés dans trois procédés différents (simple poly, double poly implanté et double poly dopé «in-situ»). Pour chaque technologie, les résultats expérimentaux sont interprétés en tenant compte des spécificités de chaque procédé de fabrication. Pour la technologie simple polysilicium, deux cas sont distingués. Pour les composants de faible surface active, le bruit évolue quadratiquement avec le courant de polarisation. Dans ce cas, la source de bruit dominante est localisée au niveau de l'oxyde interfacial entre les zones de silicium monocristallin et polycristallin de l'émetteur. Pour les composants de grande surface active, le bruit évolue linéairement avec le courant de base, et le paramètre quantifiant ce niveau de bruit est corrélé au niveau de courant non-idéal de base mesuré sur ces composants. La source de bruit est dans ce cas localisée le long de la périphérie non murée de la jonction émetteur base. Dans le cas des technologies double polysilicium, le bruit évolue quadratiquement avec la polarisation, quelle que soit la surface active du composant. Toutefois, contrairement aux résultats relevés dans la littérature, la normalisation par la surface active ne donne pas de résultats satisfaisants. Un modèle prenant en compte une variation de l'épaisseur de l'oxyde interfacial est proposé et appliqué avec succès aux résultats expérimentaux (statique et bruit BF) en technologie dopée «in-situ»

Depuis la fin de ma thèse, mes travaux de recherche se sont orientés vers la modélisation, la conception et la caractérisation de dispositifs passifs hyperfréquences accordables. L'accordabilité pouvant être envisagée aussi bien par du contrôle optique sur substrat silicium haute résistivité, que par des varactors intégrés ou reportés, ou bien encore par des capacités MIM ferromagnétiques. Ces activités sont à la fois liées au domaine de la modélisation électrique et électromagnétique de filtres et d'adaptateurs d'impédances accordables ainsi qu'au domaine des techniques de mesures sensibles hyperfréquences sur silicium. Je résumerai donc ces recherches qui s'appuient sur les travaux des doctorants et stagiaires que j'ai encadrés depuis une dizaine d'années.

Le contexte de cette thèse est la récupération d'énergie afin de rendre des capteurs autonomes. L'objectif de ce travail est de répondre à la problématique du couplage des microgénérateurs piézoélectriques résonants à la source de vibration mécanique. Cela nécessite de travailler à plus basse fréquence et sur des gammes de fréquences plus importantes. Pour travailler à plus basses fréquences, des poutres encastrées libres utilisant l'AlN comme matériau piézoélectrique ont été conçues, fabriquées et caractérisées. La possibilité de récupérer 0.6µW à 214Hz pour un volume de moins de 3mm3 a été prouvée. Comparées à la littérature, de très bonnes figures de mérite ont été démontrées. Pour travailler sur des gammes de fréquences plus importantes, une méthode innovante de raidissement non linéaire de la structure a été proposée et prouvée expérimentalement, avec une adaptation de la fréquence de résonance de plus de 50% en dessous de 500Hz.