La réduction continuelle des dimensions dans les technologies CMOS a ouvert la porte à la conception de circuits complexes multi-cœurs (SoC). Malheureusement dans les technologies nanométriques, les performances des systèmes intégrés après fabrication ne sont pas complètement prédictibles. En effet, les variations des procédés de fabrication sont très importantes aux échelles des puces. Par conséquent, la conception de tels systèmes dans les technologies nanométriques est désormais contrainte par de nombreux paramètres tels que la robustesse aux variations des procédés de fabrication et la consommation d'énergie. Ceci implique de disposer d'algorithmes efficaces, intégrés dans la puce, susceptibles d'adapter le comportement du système aux variations des charges des processeurs tout en faisant face simultanément aux variations des paramètres qui ne peuvent pas être prédits ou modélisées avec précision au moment de la conception. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur la conception de systèmes dit " GALS " (Globally Asynchronous Locally Synchronous) conçus autour d'un réseau de communication intégré à la puce (Network-on-Chip ou NoC) exploitant les nouvelles générations de technologie CMOS. Une nouvelle méthode permettant de contrôler dynamiquement la vitesse des différents îlots du NoC grâce à un contrôle de la tension et de la fréquence en fonction de la qualité locale des procédés de fabrication sur chaque îlot est proposée. Cette technique de contrôle permet d'améliorer les performances du système en consommation, et d'augmenter son rendement en fabrication grâce à l'utilisation des synergies au sein du système intégré. La méthode de contrôle est basée sur l'utilisation d'un anneau asynchrone programmable capable de prendre en compte la charge de travail dynamique et les effets de la variabilité des procédés de fabrication. Le contrôleur évalue en particulier la limite supérieure de fréquence de fonctionnement pour chaque domaine d'horloge. Ainsi, il n'est plus nécessaire de garantir les performances temporelles de chaque nœud au moment de la conception. Cela relâche considérablement les contraintes de fabrication et permet du même coup l'amélioration du rendement.

La réduction continuelle des dimensions dans les technologies CMOS a ouvert la porte à la conception de circuits complexes multi-cœurs (SoC). Malheureusement dans les technologies nanométriques, les performances des systèmes intégrés après fabrication ne sont pas complètement prédictibles. En effet, les variations des procédés de fabrication sont très importantes aux échelles des puces. Par conséquent, la conception de tels systèmes dans les technologies nanométriques est désormais contrainte par de nombreux paramètres tels que la robustesse aux variations des procédés de fabrication et la consommation d'énergie. Ceci implique de disposer d'algorithmes efficaces, intégrés dans la puce, susceptibles d'adapter le comportement du système aux variations des charges des processeurs tout en faisant face simultanément aux variations des paramètres qui ne peuvent pas être prédits ou modélisées avec précision au moment de la conception. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur la conception de systèmes dit « GALS » (Globally Asynchronous Locally Synchronous) conçus autour d’un réseau de communication intégré à la puce (Network-on-Chip ou NoC) exploitant les nouvelles générations de technologie CMOS. Une nouvelle méthode permettant de contrôler dynamiquement la vitesse des différents îlots du NoC grâce à un contrôle de la tension et de la fréquence en fonction de la qualité locale des procédés de fabrication sur chaque îlot est proposée. Cette technique de contrôle permet d’améliorer les performances du système en consommation, et d’augmenter son rendement en fabrication grâce à l’utilisation des synergies au sein du système intégré. La méthode de contrôle est basée sur l’utilisation d'un anneau asynchrone programmable capable de prendre en compte la charge de travail dynamique et les effets de la variabilité des procédés de fabrication. Le contrôleur évalue en particulier la limite supérieure de fréquence de fonctionnement pour chaque domaine d'horloge. Ainsi, il n'est plus nécessaire de garantir les performances temporelles de chaque nœud au moment de la conception. Cela relâche considérablement les contraintes de fabrication et permet du même coup l'amélioration du rendement. / Continuous scaling of CMOS technology push circuit designs towards multi-core complex SoCs. Moreover, with the nanometric technologies, the integrated system performances after fabrication will not be fully predictable. Indeed, the process variations really become huge at the chip scale. Therefore the design of such complex SoCs in the nanoscale technologies is now constrained by many parameters such as the energy consumption and the robustness to process variability. This implies the need of efficient algorithms and built-in circuitry able to adapt the system behavior to the workload variations and, at the same time, to cope with the parameter variations which cannot be predicted or accurately modeled at design time. In this context, this thesis work addresses the design of GALS-based NoC architectures in the upcoming CMOS technologies. A novel methodology to dynamically control the speed of different voltage-frequency NoC islands according to the process variability impact on each domain is proposed. This control technique can improve the performances, the energy consumption, and the yield of future SoC architectures in a synergistic manner. The control methodology is based on the design of an asynchronous programmable self-timed ring where the controller takes into account the dynamic workload and the process variability effects. The controller especially considers the operating frequency limit which does not exceed the maximum locally allowed value for a given clock domain. With such an approach, it is no more required to separately guaranty the performance for each node. This drastically relaxes the fabrication constraints and helps the yield enhancement.

L'objectif de ce travail était l'étude systématique de composés de type BaSn1-xMxO3-d (M= Y, Gd, Sc, In, …) pour lesquels des propriétés de conduction protonique étaient attendues. Nous avons tout d'abord développé une méthode de synthèse originale par polymérisation d'acide acrylique qui nous a permis d'obtenir des poudres nanométriques pures, puis des céramiques denses après frittage. Nous avons ensuite étudié l'influence de la nature et de la teneur en dopant sur les propriétés structurales et électriques. Cette étude expérimentale a été couplée à la modélisation semi-empirique qui nous a permis de prédire les défauts les plus probables au sein de la phase. Les résultats montrent que le modèle de substitution est étroitement lié à la taille des cations substituant. Pour les petits cations, une substitution totale sur le site B est calculée et observée alors que, pour les plus grosses terres rares (La, Nd et Sm), la modélisation anticipe une substitution partielle possible sur le site A confirmée par une anomalie dans l'évolution des paramètres de maille. Concernant les propriétés électriques, nous n'avons pas observé de tendances claires de l'évolution des propriétés électriques en fonction de la nature du cation. Il semble malgré tout que les dopants les meilleurs correspondent à ceux pour lesquels l'énergie d'association lacune-dopant est la plus faible. Dans le cas de l'yttrium, la conduction augmente avec le taux de substitution ce qui peut être relié à la fois à l'augmentation associée du nombre de porteurs et à l'évolution microstructurale. Nous montrons également que le taux de dopant a une forte influence sur la stabilité des matériaux produits. Ainsi, les composés fortement dopés sont instables sous atmosphère humide, alors que les composés faiblement dopés semblent stables sous atmosphère humide, riches en H2 ou CO2. Finalement, nous avons montré que l'emploi de ZnO comme additif permettait d'abaisser fortement la température de frittage sans pour autant affecter les propriétés de transport. Cette étude a donc démontré que les composés de type BaSn1-xMxO3-d (M= Y, Gd, Sc, In, …) peuvent trouver des applications comme conducteurs protoniques pour peu que le taux de substituant soit limité pour des raisons de stabilité, que la taille de grains soit importante pour améliorer la conduction et le procédé de fabrication optimisé pour obtenir une forte densité. / The main objective of the present work was the systematic study of BaSn1-xMxO3-d (M = Y, Gd, Sc, In, …) as proton conductors. We first developed a synthesis route based on the acrylic acid polymerization. This allowed us obtaining pure nanopowders and dense ceramics after a classical sintering process. We then studied the influence of dopant nature and content on the structural and electrical properties. This study was coupled to theoretical calculations which helped us predicting the most probable defects within the structure. Results indicate that the substitution model is closely linked with dopant size. For small cations, the substitution on B-site occurs as foreseen by the original compound formula. For big cations (La, Nd and Sm), the modeling anticipates a possible partial substitution on A-site, confirmed by an anomaly observed on the evolution of cell parameters. Concerning electrical properties, we did not observe any significant trend as a function of dopant size. It seems nevertheless that best dopants in terms of anion or proton conduction are those presenting the smaller dopant-defect interaction energy as revealed by semi-empirical calculations. In the case of yttrium, the evolution of conduction with Y3+ content is linked both to the increase of charge carriers due to doping and to the increase of grain size with increasing dopant content. We also showed that the stability is strongly linked with the doping level. While highly doped compounds are unstable in humid atmosphere, slightly doped compounds present good stability in humid, hydrogen and CO2 containing atmosphere. Finally, we showed that ZnO as an additive could be used to lower the sintering temperature without changing the conduction properties. This study thus showed that BaSn1-xMxO3-d(M = Y, Gd, Sc, In, …) may find applications as proton conductors if dopant level is limited for stability reasons, grain size important for better conduction properties and the elaboration process optimised to ensure high density.

Dans une première partie nous considérons le système {YSZ || (0001)_alpha-Al2O3} ({couche||substrat}) obtenu par voie sol-gel pour lequel des traitements thermiques induisent la formation d'îlots YSZ épitaxiés plats (interfaces (1) et (2); substrat plan) ou bombés (interface (3); substrat rugueux). Nous proposons un modèle physique à l'échelle atomique et une approche de simulation ab initio pour calculer l'énergie et comparer la stabilité de chaque interface observée expérimentalement.<br />La deuxième partie introduit un modèle physique à l'échelle nanométrique couplé à un algorithme Monte-Carlo classique pour simuler la mise en îlots, au cours d'un traitement thermique, de films minces synthétisés par voie sol-gel. Cette partie complète l'étude précédente en justifiant la plus grande stabilité de l'interface (3) vis à vis des interfaces (1) et (2) sur un substrat rugueux. Nous proposons ensuite une démarche de simulation analogue et un modèle décrivant les processus de formation d'îlots pour des couches synthétisées par des procédés de type PVD-CVD illustrés par le système {Ge||Si}.<br />Finalement, un modèle physique et un algorithme de dynamique moléculaire classique sont associés pour simuler l'auto-organisation de particules de diamant micrométriques immergées dans un film liquide horizontal en évaporation sur un substrat. Les particules sont soumises à des forces capillaires attractives et des forces de friction avec le substrat qui est plan ou rayé. L'expérience démontre une agglomération préférentielle des particules sur les zones de forte rugosité d'un substrat rayé; le modèle démontre l'importance des frottements dans l'interprétation de ce phénomène.

Ces travaux portent sur le domaine de la nanométrologie dimensionnelle, plus particulièrement dédiée aux positionnements et aux déplacements de platines mécaniques sur des courses millimétriques. On y trouvera des détails concernant les méthodes originales développées au laboratoire, associant mécanique de précision, capteurs optiques et électronique haute fréquence qui ont permis d'obtenir de nombreux résultats expérimentaux dans ce domaine. L'accent est mis sur deux champs d'action plus particulièrement. Le premier concerne le déplacement d'une platine porte-échantillon pour des applications en association avec la microscopie en champ proche et la lithographie où il est nécessaire d'effectuer des déplacements millimétriques dans un plan avec des répétabilités de l'ordre du nanomètre. Le second concerne la balance du watt du Laboratoire National d'Essai où il est nécessaire de déplacer une masse le long d'un axe à une vitesse uniforme de 2 mm.s-1 avec une exactitude de 10-9 en valeur relative.

Avec l’évolution de la microélectronique et la miniaturisation des différents composants à l’échelle nanométrique, la taille des particules critiques à éliminer lors du procédé de fabrication a été drastiquement réduite. En effet, cette taille critique est actuellement de l’ordre de 10nm. Les procédés de nettoyage doivent donc être capables de retirer ces particules sans endommager les surfaces. Afin de répondre à ce challenge, deux méthodes sont étudiées dans ce travail : l’utilisation d’un spray et l’application conjointe d’une couche de polymère et d’un spray.Le spray est utilisé depuis de nombreuses années dans le domaine de la microélectronique. Cependant, le mécanisme de détachement des particules par cette méthode n’est toujours pas assimilé. Le but de cette étude est de mieux le comprendre. Ainsi, différents paramètres vont être étudiés aboutissant à l’élaboration d’un modèle de détachement, faisant apparaître de nouvelles variables liées au procédé de nettoyage, à la contamination (nature et taille des particules) ou encore aux conditions de stockage des surfaces.De son côté, le procédé par utilisation conjointe de couche polymère et de spray est en plein essor mais peu d’informations sont aujourd’hui disponibles. Néanmoins de premières études ont démontré sa capacité à nettoyer des surfaces présentant des motifs et son efficacité quel que soit la taille de la contamination. Dans ce travail, différents procédés de retrait de la couche polymère seront comparés ainsi que certaines propriétés physico-chimiques propres à celle-ci. L’objectif étant de déceler des paramètres clefs influençant le retrait particulaire et de proposer une prémisse d’élucidation des mécanismes physiques mis en jeu. / With the evolution of microelectronics and the miniaturization of the various components at the nanoscale, the size of the critical particles to be removed during the manufacturing process has been drastically reduced. Indeed, this critical size is currently of the order of 10 nm. Cleaning processes must therefore be able to remove these particles without surfaces damage. In order to answer this challenge, two methods are studied in this work: the use of a spray and the joint application of a polymer layer and a spray.The spray has been used for many years in the microelectronics field. However, the mechanism of particles detachment by this method is still not assimilated. The purpose of this study is to better understand it. Thus, different parameters will be studied leading to the development of a detachment model, showing new variables related to the cleaning process, contamination (nature and particle size) or the storage conditions of surfaces.For its part, the process by using a combination of polymer layer and spray is in full development, but little information is available today. Nevertheless, early studies have demonstrated its ability to clean surfaces with patterns and its effectiveness regardless of the size of the contamination. In this work, different methods of the polymer layer removal will be compared as well as some physicochemical properties specific to it. The objective is to detect key parameters influencing particle removal and to propose a premise of elucidation of the physical mechanisms involved.

Le comportement des systèmes magnétiques submicroniques suscite un vif intérêt, motivé par le progrès continu des techniques de nano-fabrication et entretenu par une multitude d'applications potentielles (mémoires non-volatiles). La compréhension des effets induits par le confinement de la taille latérale des systèmes magnétiques combine le micromagnétisme expérimental et numérique. L'objectif de ce travail est de développer des outils numériques appropriés à l'étude du magnétisme des structures de dimensions réduites, en utilisant la modélisation micromagnétique. L'approximation des différences finies est utilisée pour l'évaluation des énergies et des champs internes qui décrivent l'état du système. L'algorithme de la minimisation de l'énergie libre repose sur l'intégration temporelle de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert. L'amélioration de l'approche numérique (la précision du calcul, la stabilité du schéma d'intégration) ainsi que sa validation à travers des problèmes test et des résultats expérimentaux représentent les premières étapes de nos travaux. Cette approche numérique flexible nous a permis d'étudier des systèmes bi- et tri-dimensionnels, périodiques et non-périodiques. Ainsi, les détails de la structure interne des parois de domaines dans des couches minces de Co à anisotropie magnétocristalline uniaxiale planaire ou perpendiculaire ont été obtenus et analysés en fonction de l'épaisseur de la couche et du champ externe appliqué. L'étude menée sur les plots cylindriques de Co nous a permis d'établir les limites de stabilité des différents états magnétiques en fonction de la taille latérale et des paramètres de matériau. Notamment l'état de type vortex, favorisé par la symétrie circulaire de l'objet, a été analysé pour un champ appliqué perpendiculairement au plan du plot. Le caractère tridimensionnel des parois de domaines dans des nanofils de Co épitaxiés à anisotropie magnétocristalline parallèle ou perpendiculaire à l'axe du fil a été mis en évidence.

Divers domaines d'application des systèmes électroniques, comme par exemple les implants médicaux ou les puces cryptographiques pour appareils portables, exigent à la fois une très faible puissance dissipée et un niveau de fiabilité très élevé. De plus, comme la miniaturisation des technologies CMOS approche ses limites ultimes, ces exigences deviennent nécessaires pour l'ensemble de l'industrie de microélectronique. En effet, en approchant ces limites les problèmes de la dissipation de puissance, du rendement de fabrication et de la fiabilité des composants empirent, rendant la poursuite de miniaturisation nanometric de plus en plus difficile. Ainsi, avant que ces problèmes bloquent le progrès technologique, des nouvelles solutions au niveau du processus de fabrication et du design sont exigées pour maintenir la puissance dissipée, le rendement de fabrication et la fiabilité à des niveaux acceptables. Le projet de thèse visé le développant des architectures tolérant aux fautes capables de répondre à ces défis pour les technologies de fabrication CMOS présentes et à venir. Ces architectures devraient permettre d'améliorer le rendement de fabrication et la fiabilité et réduire en même temps la puissance dissipée des composants électroniques. Elles conduiraient en une innovation majeure, puisque les architectures tolérant aux fautes traditionnelles permettraient d'améliorer le rendement de fabrication et la fiabilité des composants électroniques aux dépens d'une pénalité significative en puissance consommée.

Dans le contexte des écoulements micro- et nano-fluidiques, ce travail porte sur l'étude des interactions à l'interface entre des flux de gaz rares et des surfaces métalliques via une approche de modélisation multi-physique et multi-échelle. Elle se concentre tout particulièrement sur l'interaction entre l'argon et une surface d'or. Pour ce faire la modélisation a été effectuée en deux étapes, une première partie utilisant la mécanique quantique à l'échelle atomique et une deuxième partie de dynamique moléculaire à l'échelle nanométrique. La première partie est consacrée à l'obtention de potentiels d'interaction entre un atome d'argon et les atomes d'or de la surface par des méthodes de calculs théoriques basés sur la DFT comportant des effets à longues distances. Deux approches, donnant des résultats comparables, ont été utilisées : la première est liée à la description périodique de la surface d'or par un modèle basé sur la description des électrons par des ondes planes alors que la seconde permet de récupérer séparément les parties répulsives et attractives de l'interaction d'un atome d'argon avec un petit cluster d'or. Ces potentiels d'interactions ont été décomposés en potentiels de paires Ar-Au utilisables par des simulations de dynamique moléculaire. Ces simulations ont consisté en la projection d'atomes d'argon sur des surfaces d'or ‘parfaites' dites lisses ou des surfaces rugueuses plus représentatives de la technologie actuelle. L'analyse statistique des vitesses réfléchies permet de déterminer le coefficient d'accommodation tangentiel de l'argon sur des surfaces d'or. Ce coefficient est la traduction du phénomène de glissement qui peut ainsi être modélisé dans une description plus macroscopique de l'écoulement d'un gaz dans une micro-conduite. L'approche multi-physique utilisée dans ce travail a permis la détermination numérique de coefficients d'accommodations tangentiels très précis et comparables à l'expérience pour le couple argon-or, et doit pouvoir être appliquée à d'autres couples / In the context of micro- and nano-flows, this work concentrates on the study of interactions at the interface of noble gas and metal surfaces by a multi-physics and multiscale model. Particularly, the interaction of an argon atom with a gold surface is the focus of the study. The work has been made in two steps: the first one occurred at the atomic scale in which Quantum Mechanics is employed and the second one at the nanoscale with the use of Molecular Dynamics.The first part of the work was devoted to the determination of interaction potentials between an argon atom and gold atoms from the surface by DFT calculation methods comporting long range effects. Two approaches, leading similar results, have been used: the first one is linked to a periodic description of the gold surface where electrons are defined by plane waves, the second one gives independently repulsive and attractive parts of the interaction of an argon atom with a small gold cluster. Those interaction potentials are then decomposed in pair potentials suitable for Molecular Dynamics simulations. These last ones consisted in multiple times projecting argon atoms on smooth or rough gold surfaces (which are more representative of the roughness of actual technologies). The statistical analysis of the reflected velocities yielded the tangential momentum accommodation (TMAC) coefficient of argon on gold surfaces. This coefficient is the transcription of slip phenomena which occur at the interface, and it can then be used in nano-flow simulations. The multi-physics approach of the thesis gives accurate TMAC values which are comparable to experiments. The accounted method could then be applied to other noble gas metal surface couples

La réduction continuelle des dimensions dans les technologies CMOS a ouvert la porte à la conception de circuits complexes multi-cœurs (SoC). Malheureusement dans les technologies nanométriques, les performances des systèmes intégrés après fabrication ne sont pas complètement prédictibles. En effet, les variations des procédés de fabrication sont très importantes aux échelles des puces. Par conséquent, la conception de tels systèmes dans les technologies nanométriques est désormais contrainte par de nombreux paramètres tels que la robustesse aux variations des procédés de fabrication et la consommation d'énergie. Ceci implique de disposer d'algorithmes efficaces, intégrés dans la puce, susceptibles d'adapter le comportement du système aux variations des charges des processeurs tout en faisant face simultanément aux variations des paramètres qui ne peuvent pas être prédits ou modélisées avec précision au moment de la conception. Dans ce contexte, ce travail de thèse porte sur la conception de systèmes dit « GALS » (Globally Asynchronous Locally Synchronous) conçus autour d'un réseau de communication intégré à la puce (Network-on-Chip ou NoC) exploitant les nouvelles générations de technologie CMOS. Une nouvelle méthode permettant de contrôler dynamiquement la vitesse des différents îlots du NoC grâce à un contrôle de la tension et de la fréquence en fonction de la qualité locale des procédés de fabrication sur chaque îlot est proposée. Cette technique de contrôle permet d'améliorer les performances du système en consommation, et d'augmenter son rendement en fabrication grâce à l'utilisation des synergies au sein du système intégré. La méthode de contrôle est basée sur l'utilisation d'un anneau asynchrone programmable capable de prendre en compte la charge de travail dynamique et les effets de la variabilité des procédés de fabrication. Le contrôleur évalue en particulier la limite supérieure de fréquence de fonctionnement pour chaque domaine d'horloge. Ainsi, il n'est plus nécessaire de garantir les performances temporelles de chaque nœud au moment de la conception. Cela relâche considérablement les contraintes de fabrication et permet du même coup l'amélioration du rendement.