Dans le domaine des hyperfréquences, les composants passifs actuellement commercialisés, de type circulateurs ou isolateurs, sont fabriqués de façon unitaire à partir des substrats de ferrite et avec des structures microruban ou triplaque. La miniaturisation et l'intégration des ces circulateurs nécessitent de disposer d'une couche mince magnétique qui possède des propriétés magnétiques proche des matériaux massifs. Ce travail s'intéresse donc à deux points particuliers pour la réalisation du circulateur : miniaturisation et fabrication collective. Les travaux relatés dans ce manuscrit ont pour objectif la conception et la réalisation d'un circulateur coplanaire à couche magnétique de YIG en bande X pour des applications en télécommunications. L'étude présentée débute la mise en place d'un processus de dimensionnement. A partir des travaux de Bosma, les règles de design sont mises en place de façon analytique pour un circulateur triplaque. Après avoir affiné les dimensions de façon numérique, les résultats sont transposés à la structure coplanaire et optimisés à l'aide d'un simulateur électromagnétique. Plusieurs structures de circulateur en couche mince et couche massive sont utilisées. Les épaisseurs vont de 16 à 1000 µm. Plusieurs séries de prototypes sont fabriquées puis caractérisées à partir d'un banc de mesure hyperfréquence composé d'un testeur sous pointes à trois accès et d'un analyseur vectoriel de réseaux. Les résultats expérimentaux de différents prototypes de différentes épaisseurs sont présentés tout en dressant une comparaison avec les rétro-simulations en 3D. Une réflexion sur les résultats généraux est réalisée et nous proposons des pistes pour l'amélioration des performances de nos prototypes.

LES METHODES CLASSIQUES DISPONIBLES POUR MESURER L'ACTIVITE ENZYMATIQUE DE REPARATION DES LESIONS DE L'ADN PAR DES ADN N-GLYCOSYLASES SONT LONGUES ET LABORIEUSES A METTRE EN ŒUVRE (ANALYSE PAR ELECTROPHORESE SUR GEL COUPLEE AU MARQUAGE PAR UN ISOTOPE RADIOACTIF OU ENCORE PAR CHROMATOGRAPHIE LIQUIDE HAUTE PERFORMANCE). NOUS AVONS DEVELOPPE DANS LE PRESENT TRAVAIL, UNE NOUVELLE METHODE DE QUANTIFICATION PRECISE ET AISEE DES ACTIVITES DE REPARATION BASEE SUR UNE DETECTION UTILISANT LE PRINCIPE PHYSIQUE DU FRET (TRANSFERT PAR RESONANCE D'ENERGIE DE FLUORESCENCE). POUR CE FAIRE, UN SUBSTRAT D'ADN ORIGINAL A ETE CONÇU : UNE STRUCTURE AUTOCOMPLEMENTAIRE CONTENANT DES LESIONS SPECIFIQUES DANS LA SEQUENCE DOUBLE BRIN DE L'EPINGLE A CHEVEUX ET, AYANT LES DEUX EXTREMITES MARQUEES PAR DES CHROMOPHORES. L'EXCISION DE LA LESION PAR DES ADN N-GLYCOSYLASES CONDUIT A LA SEPARATION DES BRINS COMPLEMENTAIRES, INDUISANT UNE DIMINUTION DU PROCESSUS DE « QUENCHING » DE FLUORESCENCE. L'EXCISION EST DONC DETECTEE ET QUANTIFIEE PAR L'AUGMENTATION DE L'INTENSITE DU SIGNAL D'EMISSION DU FLUOROPHORE. APRES AVOIR ETABLI LA LINEARITE DE LA REPONSE DU TEST, NOUS AVONS UTILISE CETTE APPROCHE EXPERIMENTALE POUR ACCEDER AUX PARAMETRES CINETIQUES CARACTERISTIQUES DES ENZYMES DE REPARATION. LA VALIDITE DE CES PARAMETRES A ETE CONTROLEE PAR COMPARAISON AVEC LES DONNEES OBTENUES PAR ANALYSE SUR GEL D'ACRYLAMIDE (EGPA). LES POSSIBLES APPLICATIONS DE NOTRE TEST EN TANT QU'OUTIL DE SCREENING POUR LA DETECTION D'ACTIVITE DE REPARATION OU D'INHIBITION ENZYMATIQUE, SUR ENZYMES PURIFIEES OU A PARTIR D'EXTRAITS CELLULAIRES ONT ETE INVESTIGUEES. ENFIN, UN PROJET DE MINIATURISATION DU FORMAT DE LECTURE DANS UN MICROSYSTEME DE TYPE « LAB-ON-A-CHIP » A ETE MENE. L'ENSEMBLE DES RESULTATS OBTENUS PROUVE LA PERTINENCE DE NOTRE METHODE D'ANALYSE EN PHASE HOMOGENE, EN VUE D'EXTENSIONS A L'ANALYSE PARALLELISEE HAUT DEBIT POUR DES APPLICATIONS EN RECHERCHE FONDAMENTALE, BIOMEDICALE ET PHARMACEUTIQUE.

Ce travail s'inscrit dans le domaine des piles à combustible miniatures destinées aux applications portables (téléphones, assistants électroniques) et consiste dans la réalisation d'une pile complète (assemblage électrodes – membrane) de type PEMFC. L'usage du silicium pour la fabrication de la pile permet l'utilisation des technologies liées au silicium et un couplage facilité avec d'autres composants électroniques. La membrane de la pile est faite de silicium microporeux traité pour assurer la conduction protonique. Deux voies ont été explorées : imprégnation par un ionomère de type Nafion® et greffage de molécules en surface des porosités. Elles ont été validées par des assemblages en pile et ont montré des performances similaires (18 mW/cm2). Un travail important de caractérisation a été effectué sur la structure du silicium poreux (M.E.B., mesures de conductivité, de perméabilité, spectroscopie) et les traitements réalisés sur la membrane (M.E.B., spectrométrie de masse (SIMS)).

Ce travail de thèse porte sur la réalisation d'un capteur d'espèces chimiques gazeuses à partir de transistors à nanotubes de carbone à effet de champs (i.e. CNTFET). Cette nouvelle génération de capteurs présente de nombreux avantages : compacts et bas coût, ils peuvent être intégrés dans des systèmes de détection ultrasensibles et autonomes. Ils sont destinés à des applications de sécurité civile ponctuelle ou en réseau comme la détection de gaz d'attaque ou d'explosifs. Nous proposons la réalisation de transistors à tapis aléatoires de nanotubes de carbone. L'utilisation de ces tapis permet de résoudre les problèmes de fabrication en quantité et de reproductibilité rencontrée avec les transistors à un seul nanotube. La première partie de nos travaux repose sur la mise au point d'une méthode de dépôt de tapis de nanotubes à l'aide d'un aérographe assisté d'un robot automatisé: des poudres commerciales de nanotubes de carbone sont mises en solution puis déposées de manière aléatoire par atomisation de micro gouttes de solvant. Les tapis ainsi obtenus permettent de réaliser en grand nombre de transistors avec des performances électriques reproductibles. La seconde partie présente le développement d'une matrice de transistors composée par des électrodes de différente nature (platine, palladium, or, nickel, titane) afin de répondre au problème de la sélectivité pour la détection gazeuse rencontré par ce type de dispositif. Ainsi nous discriminons les gaz en réalisant une empreinte électronique exploitant la modification spécifique des caractéristiques des différentes jonctions métal/nanotubes, et donc des caractéristiques de transfert des CNTFETs. Notre capteur présente une sensibilité et une sélectivité à l'ammoniac, au dioxyde d'azote, au diméthyle methylphosphonate (simulant du gaz sarin) et à l'eau oxygénée. La production en grand nombre de ces éléments permet de valider le potentiel industriel de ces capteurs.

Ce mémoire présente la conception et l'optimisation d'antennes miniatures intégrées en modules de type System in Package. L'objectif est de répondre à un besoin croissant en modules intégrés complets, comprenant tous les composants nécessaires pour apporter des fonctionnalités sans-fil aux objets communicants. Afin de remplir cet objectif, les antennes doivent satisfaire de nombreux critères, autant au niveau des performances (adaptation, bande passante, efficacité, diagramme de rayonnement) qu'au niveau des méthodes de conception (robustesse, coût, adaptation au processus de fabrication SiP, possibilité de production industrielle). L'extrême miniaturisation rend d'autant plus délicate leur mise en oeuvre qu'elle entraîne des phénomènes physiques limitant les performances. Nos travaux étudient la possibilité d'utiliser certaines techniques d'amélioration par l'ajout d'éléments structurels (éléments capacitifs, éléments parasites, fentes) et l'utilisation de circuits d'adaptation spécifiques. Diverses modifications géométriques innovantes appliquées aux structures antennaires ont également été utilisées pour obtenir des résultats satisfaisant tous les critères. Les antennes élaborées permettent à des objets communicants de dimensions variées d'opérer dans la bande de fréquences 2,4 GHz pour des applications de type WiFi ou Bluetooth. Plusieurs séries de réalisations de prototypes ont permis de valider les résultats et confirmer les phénomènes électromagnétiques mis en jeu.

Actuellement, les applications sans fils connaissent une croissance importante. La multiplication de leurs standards (LTE, 3G, Wifi, Bluetooth, GPS) incite les chercheurs à réduire d'avantage l'encombrement, la consommation d'énergie et les coûts. Notre travail présente une exploration théorique et expérimentale des techniques qui permettent d'atteindre cet objectif : les métamatériaux permettent la miniaturisation des circuits et les MEMS RF ou les matériaux ferroélectriques permettent leur accordabilité en fréquence. Après un rappel théorique des métamatériaux, nous avons étudié expérimentalement des structures planaires en PCB pour mettre en évidence les propriétés du diagramme de dispersion. Nous avons ensuite conçu un filtre passe-bande destiné à une application spatiale, l'utilisation des métamatériaux a permis de réduire son encombrement d'environ 90% par rapport à un filtre classique à stub quart d'onde. En utilisant la technologie silicium, nous nous sommes ensuite intéressés à l'optimisation d'une cellule CRLH pour augmenter son degré de liberté en ajoutant un stub capacitif. Ce travail est complété par l'introduction des MEMS pour apporter une agilité à la structure. Les résultats expérimentaux ont permis d'exhiber une accordabilité d'environ 80%. Dans le même sens, le BST (matériau ferroélectrique) a été exploré, des circuits de test ont été réalisés pour extraire ses caractéristiques. Les travaux expérimentaux ont exhibé des accordabilités allant jusqu'à 67%. Cette étude a été complétée par la réalisation de structures métamatériaux accordables.

Si dans les caméras actuelles, les matrices de photodétection sont planes, dans la nature, aucune surface focale n'est plane : la rétine est soit concave (œil humain), soit convexe (œil d'insecte). Ces architectures offrent deux solutions de miniaturisation et de simplification des systèmes de détection, qui ont fait l'objet des travaux de cette thèse. La courbure concave du détecteur permet de supprimer l'aberration de courbure de champ qui est particulièrement présente dans les instruments grand champ. L'étude théorique de cette solution, étayée par des applications concrètes, a permis de démontrer la simplification des architectures accessibles par cette approche, ainsi que les améliorations en termes de performances optiques. La courbure convexe permet quant à elle de miniaturiser les systèmes grand champ, en s'inspirant de l'œil composé des petits invertébrés. Cette architecture, constituée de groupes de pixels reliés par une métallisation souple, a été réalisée sur une matrice de détecteurs infrarouge en CdHgTe. Les composants obtenus sont fonctionnels et comparables en termes de performances aux valeurs standard. Ils ouvrent à la voie à des architectures grand champ extrêmement compactes. L'originalité du travail a porté sur la mise en forme sphérique de composants monolithiques, dont la couche active n'est pas modifiée, permettant ainsi de produire des systèmes avec un taux de remplissage de 100%. Après une étude de la souplesse d'échantillons de silicium aminci, le procédé de courbure a été transféré sur des composants fonctionnels: circuit de lecture Si-CMOS et matrice de micro-bolomètres infrarouge. La courbure concave des matrices de détection infrarouge de type micro-bolomètres, a mené à la réalisation de deux caméras. La première, constituée de deux lentilles du commerce, a permis de comparer les systèmes composés des détecteurs plan et courbe. Le gain lié à la courbure sphérique de la rétine sur l'uniformité de la réponse impulsionnelle a été prouvé grâce aux mesures de la fonction de transfert de contrastes (FTC). Enfin, à l'image d'un œil humain, un œil infrarouge composé d'une seule lentille et d'une matrice de micro-bolomètres courbée en concave a été réalisée. La qualité des images obtenues, ainsi que la FTC mesurée, ont mis en évidence le potentiel des plans focaux courbés pour des systèmes ultra-compacts, inenvisageables jusqu'à ce jour.

Ces dernières décennies, la constante évolution des besoins de stockage de données a mené à un bouleversement du paysage technologique qui s’est complètement métamorphosé et réinventé. Depuis les débuts du stockage magnétique jusqu’aux plus récents dispositifs fondés sur l’électronique dit d’état solide, la densité de bits stockés continue d’augmenter vers ce qui semble du point de vue du consommateur comme des capacités de stockage et des performances infinies. Cependant, derrière chaque transition et évolution des technologies de stockage se cachent des limitations en termes de densité et performances qui nécessitent de lourds travaux de recherche afin d’être surmontées et repoussées. Ce manuscrit s’articule autour d’une technologie émergeante prometteuse ayant pour vocation de révolutionner le paysage du stockage de données : la mémoire à pont conducteur ou Conductive Bridge Random Access Memory (CBRAM). Cette technologie est fondée sur la formation et dissolution réversible d’un chemin électriquement conducteur dans un électrolyte solide. Elle offre de nombreux avantages face aux technologies actuelles tels qu’une faible consommation électrique, de très bonnes performances d’écriture et de lecture et la capacité d’être intégré aux seins des interconnexions métalliques d’une puce afin d’augmenter la densité de stockage. Malgré tout, pour que cette technologie soit compétitive certaines limitations ont besoin d’être surmontées et particulièrement sa variabilité et sa stabilité thermique qui posent encore problème. Ce manuscrit propose une compréhension physique globale du fonctionnement de la technologie CBRAM fondée sur une étude expérimentale approfondie couplée à un modèle Monte Carlo cinétique spécialement développé. Cette compréhension fait le lien entre les propriétés physiques des matériaux composant la mémoire CBRAM et ses performances (Tension et temps d’écriture et d’effacement, rétention de donnée, endurance et variabilité). Un fort accent est mis la compréhension des limites actuelle de la technologie et comment les repousser. Grâce à une optimisation des conditions d’opérations ainsi qu’à un travail d’ingénierie des dispositifs mémoire, il est démontré dans ce manuscrit une forte amélioration de la stabilité thermique ainsi que de la variabilité des états écrits et effacés. / The constant evolution of the data storage needs over the last decades have led the technological landscape to completely change and reinvent itself. From the early stage of magnetic storage to the most recent solid state devices, the bit density keeps increasing toward what seems from a consumer point of view infinite storage capacity and performances. However, behind each storage technology transition stand density and performances limitations that required strong research work to overcome. This manuscript revolves around one of the promising emerging technology aiming to revolutionize data storage landscape: the Conductive Bridge Random Access Memory (CBRAM). This technology based on the reversible formation and dissolution of a conductive path in a solid electrolyte matrix offers great advantages in term of power consumption, performances, density and the possibility to be integrated in the back end of line. However, for this technology to be competitive some roadblocks still have to be overcome especially regarding the technology variability, reliability and thermal stability. This manuscript proposes a comprehensive understanding of the CBRAM operations based on experimental results and a specially developed Kinetic Monte Carlo model. This understanding creates bridges between the physical properties of the materials involved in the devices and the devices performances (Forming, SET and RESET time and voltage, retention, endurance, variability). A strong emphasis is placed on the current limitations of the technology previously stated and how to overcome these limitations. Improvement of the thermal stability and device reliability are demonstrated with optimized operating conditions and proper devices engineering.

Si dans les caméras actuelles, les matrices de photodétection sont planes, dans la nature, aucune surface focale n'est plane : la rétine est soit concave (œil humain), soit convexe (œil d'insecte). Ces architectures offrent deux solutions de miniaturisation et de simplification des systèmes de détection, qui ont fait l'objet des travaux de cette thèse. La courbure concave du détecteur permet de supprimer l'aberration de courbure de champ qui est particulièrement présente dans les instruments grand champ. L'étude théorique de cette solution, étayée par des applications concrètes, a permis de démontrer la simplification des architectures accessibles par cette approche, ainsi que les améliorations en termes de performances optiques. La courbure convexe permet quant à elle de miniaturiser les systèmes grand champ, en s'inspirant de l'œil composé des petits invertébrés. Cette architecture, constituée de groupes de pixels reliés par une métallisation souple, a été réalisée sur une matrice de détecteurs infrarouge en CdHgTe. Les composants obtenus sont fonctionnels et comparables en termes de performances aux valeurs standard. Ils ouvrent à la voie à des architectures grand champ extrêmement compactes. L'originalité du travail a porté sur la mise en forme sphérique de composants monolithiques, dont la couche active n'est pas modifiée, permettant ainsi de produire des systèmes avec un taux de remplissage de 100%. Après une étude de la souplesse d'échantillons de silicium aminci, le procédé de courbure a été transféré sur des composants fonctionnels: circuit de lecture Si-CMOS et matrice de micro-bolomètres infrarouge. La courbure concave des matrices de détection infrarouge de type micro-bolomètres, a mené à la réalisation de deux caméras. La première, constituée de deux lentilles du commerce, a permis de comparer les systèmes composés des détecteurs plan et courbe. Le gain lié à la courbure sphérique de la rétine sur l'uniformité de la réponse impulsionnelle a été prouvé grâce aux mesures de la fonction de transfert de contrastes (FTC). Enfin, à l'image d'un œil humain, un œil infrarouge composé d'une seule lentille et d'une matrice de micro-bolomètres courbée en concave a été réalisée. La qualité des images obtenues, ainsi que la FTC mesurée, ont mis en évidence le potentiel des plans focaux courbés pour des systèmes ultra-compacts, inenvisageables jusqu'à ce jour. / In natural world, plane retina, on which are based our cameras does not exist. The focal plane is either concave for human beings or convex in insects' eyes. Both curvatures offer novel solution to miniaturize and simplify the optical design, and both of them have been studied in this work.The concave curving of the focal plane suppresses one aberration, the field curvature, on which depends the image quality of large field of view instruments. Advantages in image quality and optical design have been studied by theoretical analysis and by real cases of instruments. The convex curvature results in a miniaturization achieved by reproducing the compound eye of small invertebrates. This design, which is composed of several groups of pixels interconnected by metallic lines, has been realized with cooled infrared detecting device. The performed detectors are still electrically functional with a comparable behaviour than conventional sensors. The originality of this work is the spherical curvature of monocrystalline and monolithic components; the active layer is not modified for this purpose. The process of curvature has been developed on thinned square silicon bare dies and then transferred to thinned functional devices: Si-CMOS and micro-bolometers. The concave curvature of bolometers leads to the realization of two cameras. The first one, composed of two commercial lenses, was dedicated to the comparison between a planar traditional camera and a curved detector system. Optical advantages, and especially the response uniformity, have been proved thanks to measures of the contrast modulation function (CMF). Finally, I have realized an infrared eye composed of a unique lens and a curved concave bolometer. Both the image quality obtained and CMF experiments proved the interest of the curved focal plane in miniaturized optical systems.

Au cours des dernières décennies, le développement rapide de la technologie sans fil et micro-électronique a provoqué un profond impact sur notre vie quotidienne. Parallèlement à la tendance, les technologies d'assistance ont été révolutionnées en termes de miniaturisation et de portabilité. Les traditionnels encombrants systèmes de dispositifs aidés, à connexion filaire sont maintenant remplacés par d'autres plus compacts, légers et portables. Le nombre de personnes aveugles et ayant une déficience visuelle continue à faire face à de nombreuses difficultés dans la vie quotidienne, en particulier dans la mobilité et la navigation. La théorie de la substitution sensorielle dans laquelle l'information obtenue d'une modalité sensorielle, peut atteindre les structures du cerveau physiologiquement par d'autres modalités sensorielles; par conséquent, il est possible pour les personnes aveugles et malvoyantes d'obtenir les informations désirées par d'autres sens. Sur la base de ces technologies et principes, nous voulons améliorer le Tongue Display Unit, un dispositif de visio-tactile lingual a été inventé par le professeur Bach-y-Rita à un, dispositif à long terme sans fil portable pour la navigation. Afin de rendre ce dispositif autonome, certaines propriétés doivent être étudiées: l'optimisation de la consommation d'énergie (à faire à long terme) et la communication sans fil efficace. Nous avons fait un examen très détaillé afin de choisir les composants optimaux et la méthode adéquate pour notre système. La conception du matériel a été effectuée en choisissant le meilleur algorithme. Le module émetteur-récepteur sans fil basé sur ZigBee contribue à réduire la consommation globale d'énergie. Notre antenne omnidirectionnelle est appropriée pour une utilisation chez les personnes aveugles qui ne peuvent pas être orientés à l'avance. Nous avons modifié tous les composants de la TDU, du matériel au logiciel, à partir du contrôleur à l'actionneur. La conception de l'ensemble d'électrodes n'est pas rectangulaire comme traditionnellement mais sous une forme ronde avec un soutien utilisé pour la direction et à la navigation. Enfin, le système a été validé par TDU fonctionnement en temps réel et testé sur les utilisateurs réels. Les performances du système en termes de design et d'énergie ont été améliorées. La communication sans fil est plus efficace et consomme moins d'énergie. Les premiers résultats sur les essais des utilisateurs montrent une assez bonne perception de notre TDU. / Over the last decades, the rapid development of wireless technology and microelectronic has caused a profound impact on our daily lives. Alongside the trend, assistive technologies have revolutionized in terms of miniaturization and wearability. The traditional bulky aided devices systems with wired connection are now replaced by the compact, lightweight and portable ones. The number of blind and visually impaired people continues to deal with many difficulties in daily lives, especially in mobility and navigation. The theory of sensory substitution in which information gained from one sensory modality can reach brain structures physiologically through other sensory modalities; therefore, it is possible for the blind and visually impaired people to get desired information via other senses. Based on these technologies and principles, we want to enhance the Tongue Display Unit, a lingual visuo-tactile device was invented by Professor Bach-y-Rita to a wireless, wearable, long-term device for navigation. In order to make such device, some properties have to be studied: optimization of energy consumption (to make it long-term) and efficient wireless communication. We made a very detailed review in order to choose the optimal components and method for our system. The hardware design was calculated and selected the best algorithm. The ZigBee-based wireless transceiver module contributes to reducing the overall power consumption. Our omnidirectional antenna is appropriate for usage in blind people who cannot orient in advance. We modified all components of the TDU, from the hardware to software, from controller to actuator. The design of the electrode array is not rectangular as traditional but in a round shape which is supportively used for direction and navigation. Lastly the TDU system was validated by real-time operation and tested on real users. The performance of the system in terms of design and energy has been improved. The wireless communication is more effective and consumes less power. The primary results on users' trials show rather good perception on our TDU.