Ce travail de thèse porte sur le contrôle des propriétés de trois systèmes magnéto-plasmoniques grâce à différents types de nanostructuration. Ces structures sont basées respectivement sur la Propagation de Plasmons de Surface (SPP), les Plasmons de Surface Localisés (LSP) et la spectroscopie d’interférences en réflexion (RIfS). La manipulation des propriétés magnéto-optiques (MO) pour une utilisation dans les biocapteurs est discutée. Le premier système est une structure SPP en couche mince de couches de métaux nobles et d’un matériau magnétique de type multicouche présentant une anisotropie uni-axiale contrôlée. L’anisotropie de la couche magnétique se reflète sur les propriétés plasmoniques. Une amélioration de l’activité magnéto-optique peut être mise à profit pour améliorer la sensibilité de capteurs basés sur cette structure. Le second dispositif est une structure LSP avec nanoparticules d’or et d’une couche magnétique continue. Il est démontré qu’une couche diélectrique entre la couche magnétique et les nanoparticules d’or est indispensable pour préserver la résonance plasmonique. L’épaisseur de la couche magnétique a un effet sur cette dernière qui peut en principe être mise à profit pour influer sur l’activité magnéto-optique. La troisième approche est une structure RIfS composée d’un système multicouche magnéto-plasmonique Ag/ITO/CoFeB/ITO/Ag déposé sur un substrat nanoporeux d’oxyde d’aluminium anodique (AAO). Le signal RIfS dépend de la taille et de la longueur des nanopores. Le diamètre des nanopores affecte également la réponse magnéto-optique en réflexion en générant une inversion du signe des cycles d’aimantation mesurés par effet Kerr. / This PhD dissertation deals with the tuning of the magneto-optical (MO) response of three different magnetoplasmonic systems by using different nanostructuration schemes. They are structures based on SPPs, LSPs and RIfS, respectively. The manipulation of MO activity to be used in biosensors and to improve the sensitivity is also discussed. The first system is thin-film SPP structure consisting of magnetic and plasmonic layers, where the magnetic part is nanostructured multilayers with controlled uni-axial anisotropy. The uni-axial anisotropic properties of the multilayered magnetic materials were clearly reflected on the plasmonic properties of the system. An enhancement in the MO activity can be used to improve the sensitivity of the sensors based on this structure. The second system is a LSP-based magnetoplasmonic structure consisting of Au nanoparticle arrays and continuous magnetic layers. It is demonstrated that a dielectric layer in between Au nanoparticles and ferromagnetic layers is indispensable in order to preserve the plasmonic resonance. The thickness of magnetic layers has an effect on the plasmonic property, which can be further used to tune the MO activity. The third system is a hybrid RIfS structure with a magnetoplasmonic multilayer Ag/ITO/CoFeB/ITO/Ag deposited on a nanoporous AAO substrate. The RIfS signal depends on both the size and the length of the nanopores. The diameter of the nanopores also affects the MO response by generating a reversal in the sign of the Kerr loops. This can be viewed as the tuning factor of MO activity of the structure.

La pile à combustible est une solution d'avenir pour produire de l'électricité propre. Cependant des problèmes technologiques limitent pour le moment un déploiement à grande échelle. C’est au cœur de pile et plus particulièrement de la membrane conductrice ionique séparant l’anode et la cathode, que certaines difficultés se posent. Nous pouvons ainsi citer l’impossibilité d’améliorer l’efficacité du catalyseur et le rendement du dispositif en augmentant simplement la température de fonctionnement (100 - 120°C). En effet, la membrane de référence (Nafion) perd ses propriétés thermomécaniques au-delà de 80°C, alors que les membranes alternatives (offrant une meilleure stabilité thermomécanique) sont victimes d’un vieillissement chimique trop rapide qui induit un arrêt inopiné du dispositif. Pour lever ce verrou technologique, nous proposons une nouvelle stratégie qui repose sur le développement de membranes nano-composites constituées d'une matrice ionomère commerciale (non réticulée) dans laquelle nous introduirons des précurseurs aptes à former une phase sol-gel offrant une stabilisation chimique et thermomécanique (réticulée). C'est le contrôle de la chimie de ce réseau, de sa morphologie et de sa localisation dans la membrane hôte qui permettra l'amélioration des propriétés de la membrane hybride ainsi obtenue.Nous avons réalisé une analyse minutieuse de l'effet d’un traitement hydrothermique sur la microstructure des membranes sPEEK. Grâce à cette analyse nous pouvons relier la microstructure avec les propriétés fonctionnelles de l’ionomère pour obtenir des membranes sPEEK mieux nanostructurées et donc plus performantes. Le procédé sol-gel permet la croissance de la phase sol-gel sans perturbation de la nanostructuration initiale de l'ionomère. Cette stratégie permet donc de contrôler la distribution et la morphologie de la phase inorganique.Le processus d'élaboration des membranes hybrides a été étudié. Nous avons étudié l'influence des paramètres de fabrication sur les propriétés des membranes hybrides, et ainsi pu produire des membranes hybrides optimisées. Les propriétés physiques et chimiques de ces membranes ont été évaluées par de nombreuses techniques (SANS, IR, DMA, etc.). L'influence de la structure chimique (degré de réticulation) du réseau sol-gel des membranes hybrides et l'impact de la teneur en sol-gel et de sa distribution (morphologie) dans la membrane hôte sur les propriétés fonctionnelles sont présentés. Nous observons une grande influence du dégrée de réticulation et de la quantité de sol-gel présent dans la membrane qui conditionne les propriétés fonctionnelles de la membrane. / Fuel cell is a promising solution for clean production of hydrogen based energy. However to achieve a large-scale deployment of this technology, issues remain to be addressed. One of the remaining problems concerns the heart of the cell (polymer membrane sandwiched between two electrodes). We can stress the fact that it is impossible to improve the catalyst efficiency and the cell performance by a simple increase of the operating temperature (100-120 °C). Indeed the reference membrane (Nafion) exhibit a step decrease of its thermomechanical properties beyond 80 °C, whereas alternative membranes (with a better thermomechanical stability) are victims of a much faster chemical aging resulting into unexpected failure of the device.Our main objective is to develop novel hybrid membranes consisting of a commercial ionomer matrix in which we will introduce precursors capable to form a sol-gel phase. It will result on membrane composed of two interpenetrating phases, an ion conductive non-crosslinked polymer phase and a crosslinked inorganic phase providing chemical and thermomechanical stabilization. The control of the chemistry of this sol-gel phase, its morphology and its location in the membrane, which will improve the membrane properties, are essential to consider the development of these membranes for fuel cells.A careful analysis of the hydrothermal treatment effect on the microstructure of sPEEK membranes has been performed. Thanks to this analyse we can relate the microstructure with the functional properties of the polymer. The sol-gel process enables the growth of the sol-gel phase without disturbance of the initial nanostructured membrane. This strategy makes possible to control the distribution and morphology of the inorganic phase.The elaboration process of hybrid membrane has been studied. We presented the influence of elaboration parameters regarding the best conditions to prepare an optimized hybrid membrane. The physical and chemical properties of the inorganic phase were evaluated by many techniques (SANS, IR, DMA, etc.). The influence of the chemical structure (cross-linking degree) of the sol-gel network andthe impact of the sol-gel content and its distribution (morphology) into the host membrane on their functional properties is presented. We observed the great influence of cross-linking degree and of the amount of sol-gel present in the membrane which determines the functional properties of the membrane.

Ce travail a été réalisé en collaboration avec EDF R&D, dans le cadre d’une convention CIFRE-ANRT, l’objectif étant d’améliorer le coefficient de performance de pompes à chaleur thermoélectriques (PACTEs) pour des "Bâtiments Basse Consommation". Les PACTEs présentent de nombreux avantages environnementaux, le désavantage étant leur faible performance. Ainsi l'objectif de ce travail a été d'examiner la possibilité d'améliorer, par nanostructuration les performances des semi-conducteurs utilisés dans les modules thermoélectriques des PACTEs. Nos travaux se sont concentrés sur les solutions solides à base de Sb2-xBixTe3, celles-ci étant, selon l’état-de-l’art, les plus performantes pour l’application visée. La nanostructuration a été réalisée par la technique de trempe sur roue (technique de refroidissement rapide de liquides) de matériaux synthétisés auparavant à l'état liquide dans des tubes en quartz. Les moyens de caractérisation (DRX, MEB, MET, METHR) ont permis de corréler les changements structurels avec la variation des propriétés thermiques et électriques (le pouvoir thermoélectrique, la résistivité électrique, l'effet de Hall, la conductivité thermique) mesurées sur de larges gammes de température (5-460 K). L'influence favorable de la nanostructuration par la diminution de conductivité thermique a été prouvée. Nous avons montré la forte dépendance des propriétés thermoélectriques des matériaux étudiés avec la concentration de défauts et la stœchiométrie. Le dopage avec du Te a été examiné comme une possibilité de contrôler le niveau de la concentration des porteurs de charge. L'idée de créer des niveaux d'impuretés résonantes par un dopage au Sn s’est montrée infructueuse, vraisemblablement en raison de la structure de bande complexe du composé ternaire. Néanmoins, des valeurs du facteur de mérite adimensionel ZT de près de 1,2 ont été obtenues pendant ce travail / This work results from the collaboration between IJL and EDF R&D performed under a CIFRE-ANRT convention, in order to improve the coefficient of performance of thermoelectric heat pumps (THPs). THPs attracted attention of EDF due to its numerous environmental advantages, but the main drawback remains its low performance. The objective of our work was thus to investigate the possibility to enhance the performance of the semiconductors used in the thermoelectric modules of the THPs, by nanostructuration. The research was concentrated on the Sb2-xBixTe3-based solid solutions, the most effective materials for the application sought. The nanostructuration was performed by applying the melt-spinning technique (rapid quenching from a melt on a water-cooled cupper wheel) to the material synthesised beforehand from liquid state in quartz tubes. The means of characterisation (XRD, SEM, TEM, HRTEM) gave the possibility to correlate the structural changes with the variation of the thermal and electrical properties (thermoelectric power, electrical resistivity, Hall effect, thermal conductivity) measured over a wide temperature range (5-460 K). The favourable influence of nanostructuration through the decreasing of thermal conductivity was proved. A high dependence of the thermoelectric efficiency of the studied materials on the concentration of defects and stoichiometry is shown. Doping with Te was investigated as a possibility to control the resulting level of the charge carrier concentration. The idea of creating resonant impurity levels by Sn-doping was shown to be non-conclusive presumably due to the complex band structure of the ternary compounds. Nevertheless, relatively high values of the dimensionless TE figure of merit, close to 1.2, were obtained during this work

Les groupements protecteurs photolabiles sont utilisés pour de nombreuses applications, notamment en neuroscience pour la libération de neurotransmetteurs avec un contrôle spatio-temporel très fin. La démocratisation des lasers pulsés infrarouges a permis la mise au point de nouveaux composés sensibles à l’excitation à deux photons, de plus en plus efficace. Cependant, l’ingénierie moléculaire des cages n’est pas la seule méthode qui peut être utilisée pour améliorer l’efficacité des de ces composés. Mon travail de thèse a ainsi abordé cette problématique sous l’angle de la nanostructuration de groupements protecteurs photolabiles sensibles à l’excitation à deux photons. Nous avons débuté cette étude avec des composés de petite taille (dimère et tétramère) basés sur des groupements photosensible type ortho-nitrophénéthyle. Nous avons ensuite fonctionnalisé des dendrimères de type polyamidoamine, cependant les propriétés photophysiques et photochimiques de ces nouveaux composés suggèrent que des interactions intramoléculaires perturbent l’efficacité de la réaction de photolibération. Des dendrimères partiellement fonctionnalisés ont ensuite été envisagés. / Photosensitive protecting groups have been used for many applications, including neuroscience for the release of neurotransmitters with an amazing spatio-temporal control. New compounds sensitive to two-photon excitation were developed with the spread out of pulsed infrared lasers. However, cages molecular engineering is not the only way to improve such compounds. This manuscript focuses on nanostructuration to improve the overall efficiency of two-photon sensitive protecting groups. We started our study with small compound as dimer and tetramer based on the ortho-nitrophenethyl architecture. Next, polyamidoamine dendrimers were tested, but photophysics and photochemistry properties of these new compounds suggest that intramolecular interactions disturb photochemical reaction. Synthesis of partially functionalized dendrimer was considering in a next step.

Dans le cadre de cette thèse, nous avons développé une technique expérimentale basée sur un traitement laser ultraviolet continu permettant la croissance de nanoparticules (NP) d’argent et/ou d’or dans des verres soda-lime préalablement dopés aux ions Ag+ et/ou Au3+. L’originalité de cette méthode réside dans la très forte photosensibilité du verre à la longueur d’onde utilisée (244 nm), par rapport aux résultats de la littérature. Dans les verres échangés à l’argent, des NP de grand diamètre (jusqu’à 250 nm) et très concentrées ont été obtenues et le mécanisme de leur formation a été explicité. Nous avons ensuite montré que les substrats ainsi fabriqués sont adaptés pour la détection d’espèces chimiques faiblement concentrées via l’effet de diffusion Raman exaltée de surface, en choisissant comme molécule test la rhodamine 6G, ce qui était le but initial de ce travail. Nous nous sommes ensuite intéressés à la nanostructuration du verre par des NP d’argent : ainsi, des lignes de NP (de diamètre 80 nm), périodiquement espacées de 160 nm ont été obtenues pour des durées d’insolation « suffisamment longues ». Après avoir caractérisé expérimentalement ces arrangements périodiques de NP d’argent, nous avons montré un très bon accord entre nos résultats expérimentaux et la théorie classique des ripples (ou modèle de Sipe). Ce résultat est sans aucun doute le plus original de ce travail de thèse. D’autre part, nous avons montré que l’insolation laser à 244 nm permet la croissance de NP d’or de diamètre 50 nm dans les verres dopés Au3+ par poling thermique. Le codopage du verre avec des NP d’argent et d’or a également été obtenu / In this thesis, we have developed an experimental method based on the use of a continuous ultraviolet laser to process a soda-lime glass doped with either Ag+ or Au3+ ions for the growth of silver and/or gold nanoparticles (NP). The main advantage of method lies in the very high photosensitivity of the glass at the laser wavelength (244 nm), compared to the results of the literature. In silver-exchanged soda-lime glasses, highly concentrated silver NP of large diameter (up to 250 nm) have been obtained and their growth is fully elucidated. We have then shown that these substrates are well-suited to get efficient surface enhanced raman scattering effect with rhodamine 6G as test molecule, which was the first aim of this thesis. A third part is then dedicated to the growth of periodic nanostructures embedded with silver NP at the surface of the glass. Silver NP (of average diameter 80 nm) are aligned along lines periodically spaced by 160 nm. After experimental characterization of these periodic arrangements, we have demonstrated very good agreement between these experimental results and classical ripples theory (known as Sipe’s model in the literature).This result is undoubtedly the most original result of this manuscrit. We have then shown that laser exposure at 244 nm allows the growth of gold NP in soda-lime glass beforehand doped with Au3+ ions by thermal poling. Codoping of the glass containing with both silver and gold nanoparticles has also been achieved

Le développement d’un système de détection sensible, sélectif, rapide, fiable et portable à coût modéré est devenu une nécessité pour prévenir le risque chimique lors d’attaques operationnelles ou terroristes potentielles. Ainsi, ce projet porte sur l’élaboration d’un capteur pour la détection d’agents chimiques de guerre de type organophosphorés (Sarin, Tabun, Soman, VX). L’utilisation de microleviers comme capteur pour augmenter la sensibilité est une méthode prometteuse. La surface faible des microleviers conventionnels limite, la sensibilité de la méthode. Ainsi, pour augmenter la surface de capture, nous avons crée un réseau de nanotubes de TiO2 verticalement alignés. Cette nanostructuration est réalisée par une anodisation électrochimique d’une couche de titane pour obtenir les nanotubes de TiO2. L’influence des paramètres du dépôt de titane et de l’anodisation a été optimisée sur des surfaces modèles puis les conditions ont été transferées sur les microleviers. Afin d’augmenter la sélectivité des capteurs (mais aussi la sensibilité) une fonctionnalisation a été réalisée avec une famille originale de ligands bifonctionnels capables de promouvoir la reconnaissance moléculaire des composés organophosphorés cibles et adaptés à la liaison avec une surface de TiO2. / The development of a sensitive, selective, fast, reliable, and moderate cost portable detection system has become a necessity to prevent chemical risk during operational or terrorist attacks. Thus, this project is focused on the elaboration of sensor for the detection of chemical warfare agents (Sarin, Tabun, Soman, VX). The use of microcantilevers as sensors is a promising method to increase sensitivity of detection. The low surface area of conventional microcantilevers limits the sensitivity of the method. Thus, to increase the surface of capture, we create a nanotubular titanium oxide structures. This nanostructuration is performed by anodization of titanium layer to obtain titania nanotubes. The influence of Ti deposition and anodization parameters was studied and the synthesis was optimized onto model surfaces, then beeing transferred to the microcantilevers. In order to increase the selectivity (but also sensitivity) of the sensors functionalization has been carried out with an original family of bifunctional ligands able to promote the molecular recognition of target organophosphorus compounds and suitable for the binding with a TiO2 surface.

Le marché de l’éclairage est un marché de masse à diffusion large en pleine mutation face aux nouvelles contraintes environnementales. Il s’inscrit dans une démarche de préservation de l’environnement avec une volonté européenne de voir sa consommation énergétique réduite de 20% d’ici 2020. Les luminophores jouent un rôle prépondérant dans les performances des systèmes d’éclairage utilisant comme sources d’excitations des LEDs bleues ou UV, ou encore un plasma (Xe-Ne), où ils permettent de convertir les photons incidents (VUV, UV ou bleus) en lumière visible. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la production de lumière blanche. Pour obtenir une couleur la plus proche du blanc idéal et répondant aux mieux au cahier des charges de l’éclairage domestique, une amélioration des performances des luminophores utilisés classiquement est nécessaire. Au cours de ces travaux nous avons porté notre attention sur deux aluminates de formulations Y3Al5O12 dopé Ce3+ (YAG :Ce) et BaMgAl10O17 dopé Eu2+ (BAM :Eu). L’aspect novateur repose d’une part sur la synthèse de ces luminophores sous forme de nanoparticules par des voies de synthèse originales (la voie solvothermale et la combustion assistée par micro-ondes respectivement) et d’autre part sur leur mise en forme (revêtements composites « luminophores/polymère »). Plusieurs techniques expérimentales (DRX, IR, Mössbauer, aimantation, MEB, MET,…) ont été utilisées afin de caractériser leurs propriétés structurales et morphologiques. L’étude des performances optiques de ces luminophores enregistrées sous excitations bleue, UV et/ou VUV nous a permis de mettre en évidence leur utilisation potentielle dans les nouveaux dispositifs d’éclairage : associés à d’autres luminophores (rouge pour le YAG :Ce; rouge et vert pour le BAM :Eu) en proportions adéquates, il est possible de générer de la lumière blanche présentant les propriétés escomptées. / Lighting market is a widespread distribution mass market undergoing radical transformation faced with new environmental restrictions. It fits into an environmental protection approach with a European will to reduce by 20% its energy consumption by 2020. Phosphors play a key role on performances of lighting devices where, combined with LEDs (blue or UV) or plasma (Xe-Ne) excitations, they provide visible light. In this work, we have focused on the generation of white light. In order to obtain a color closest to ideal white and meeting with the specifications of domestic lighting, it is necessary to improve the performances of traditional phosphors. Two aluminates have been investigated: Ce3+ doped Y3Al5O12 (YAG :Ce) and Eu2+ doped BaMgAl10O17 (BAM :Eu). On the one hand, innovation is based on unconventional synthesis methods allowing the preparation of nanostrutured phosphors (solvothermal and microwave induced solution combustion syntheses respectively) and on the other hand on their shaping (composite coatings « phosphors/polymer »). Structural and morphological features have been studied by means of several tools (XRD, IR, Mössbauer, magnetization, SEM, TEM,…). Finally, the optical properties of phosphors recorded upon blue, UV and/or VUV excitations have evidenced that they are suitable for applications in new lighting devices: their combination with other phosphors (red for YAG:Ce; red and green for BAM:Eu) in appropriate proportions allows producing white light with the required specifications.

Dans cette thèse nous avons ajouté le contrôle du paramètre spectral pour donner plus de degré de liberté à l’instrument basé sur l’Imagerie par Résonance des Plasmons de Surface (SPRI), développant un système instrumental à interrogation angulo-spectrale. Pour valider notre travail, nous avons pris comme modèle d’étude un milieu diélectrique absorbant à unelongueur d’onde visible. La fonction diélectrique complexe est traitée par le modèle de Lorentz et la relation entre la partie réelle et imaginaire de l’indice optique est assurée par la relation de Kramers-Kronig. Nous avons commencé par injecter dans la cellule de mesure un colorant absorbant à 630 nm et mesuré la réflectivité angulo-spectrale avec ce milieu. Ensuite, un programme d’ajustement, que nous avons développé, a été utilisé pour le calcul inverse et la détermination des paramètres optiques à partir des données de l’expérience. Cet ajustement permet d’extraire la partie réelle et la partie imaginaire de l’indice de réfraction démontrant la possibilité d’applications de type spectroscopique. Nous avons également intégré successivement à la surface des molécules d’ADN marquées par différents chromophores pour voir l’effet de la position d’absorption sur la variation de réflectivité angulo-spectrale. En plus des milieux absorbants, nous avons fabriqué des réseaux diélectriques et métalliques et les avons intégrés à la surface du prisme. Les structures utilisées avaient une période de 250 nm et une épaisseur de 300 nm en PMMA. Cette condition nous a permis de voir un plasmon bandgap centré à 735 nm. Cette étude expérimentale est validée par une étude théorique en utilisant la méthode RCWA pour simuler la réponse des réseaux périodiques. / During this work we added the spectral parameter to the homemade Surface Plasmon Resonance Imaging (SPRI) instrument, developing an angulo-spectral instrumental system. To validate our set-up, we first used a dielectric medium absorbing in the visible spectral range as a model case. The complex dielectric function was treated by the Lorentz model and the relationship between the imaginary and the real part of the refractive index medium was calculated with the Kramers-Kronig relation. We started by injecting an absorbing dye at 630 nm in the microfluidic cell and then measured the angulo-spectral reflectivity. The experimental measurements were fitted with calculations issued from a newly developedprogram to extract the dielectric optical parameter from the experimental data. This fit calculates the imaginary and real part of the absorbing dielectric medium demonstrating the possibility for spectroscopic applications. We also integrated DNA molecules tagged with different chromophores to study the effect of the absorption wavelength on the surface plasmon angulo-spectral reflectivity variation. Furthermore, to illustrate the interest of the spectral parameter, one can integrate adielectric or metallic grating on the prism surface. Specifically, we fabricated a dielectric grating of PMMA with 250 nm period and 300 nm thickness. We observed plasmons bandgap located at 735 nm. This experimental study was in good agreement with a simulation obtained using a RCWA method based program.

L'industrie de la microélectronique s'appuie sur l'évolution constante de la miniaturisation des transistors. D'ici 2016, cette industrie atteindra le nœud technologique 16 nm dans lequel il faudra être capable de graver des structures de dimensions nanométrique ayant de très forts facteurs d'aspect. Cependant, les procédés de gravure actuels montrent de sérieuses limitations en termes de contrôle des profils et des dimensions critiques lorsqu'il faut graver de telles structures. Les problèmes rencontrés sont liés d'une part à des limitations intrinsèques des procédés plasmas et d'autre part à l'apparition de nouveaux phénomènes lorsque la dimension des structures à graver devient nanométrique. Dans le cadre de cette thèse, un nouveau mode de fonctionnement des sources à plasma est étudié pour développer des procédés de gravure adaptés aux prochaines générations de circuits intégrés : les plasmas modulés en impulsions courtes. Les premiers travaux réalisés s'appuient sur de puissantes techniques d'analyses du plasma (spectroscopie d'absorption VUV, sonde de flux ionique, analyseur électrostatique) dans le but de mettre en évidence l'impact des paramètres de la modulation en impulsion du plasma sur ses caractéristiques physicochimiques (flux et énergie des radicaux et des ions). Ces diagnostics ont tout d'abord permis de définir très clairement les conséquences de la modulation en impulsion du plasma sur les flux de radicaux réactifs qui bombardent le substrat : le rapport de cycle est LE paramètre clé pour contrôler la chimie du plasma car il permet de contrôler le taux de fragmentation du gaz par impact électronique. Dans un second temps, nous avons également démontré que dans les plasmas électronégatifs et pour une puissance RF de polarisation donnée, l'énergie des ions augmente lorsque le rapport de cycle diminue. Fort de ces connaissances fondamentales sur les plasmas, des analyses des surfaces (XPS, MEB, Raman…) ont permis de comprendre les mécanismes mis en jeux lors de l'interaction plasma- surface. Ainsi, il a été possible de développer des procédés de gravure pulsés pour plusieurs étapes de la grille de transistor (prétraitement HBr, gravure du Si-ARC, gravure du pSi). Les prétraitements HBr sont incontournables pour réduire la rugosité de bord de ligne de transistor. Lors de cette étape, une couche riche en carbone limite l'effet bénéfique des UV du plasma sur la diminution de la rugosité. Grâce à l'utilisation des plasmas pulsés, l'origine de cette couche a été mise en évidence : elle résulte du dépôt sur les motifs d'espèces carbonées non volatiles issues de la photolyse de la résine qui sont relâchées dans le plasma. Dans ce système bicouche, les contraintes de la couche carbonée dure vont se relaxer dans le volume mou de la résine par phénomène de « buckling » qui se traduit par une hausse de la rugosité de bord de ligne. Nous avons montré que cela peut être évité en minimisant l'épaisseur de cette couche, ce qui peut être obtenu notamment en pulsant le plasma. La gravure de la couche anti-réflective Si-ARC qui sert de masque dur et celle de la grille en poly Silicium reposent sur l'utilisation de plasmas fluorocarbonés. Mais dans ce type de plasma, la production de précurseurs pour la polymérisation est diminuée quand le plasma est pulsé, conduisant à une perte de sélectivité et d'anisotropie. Les plasmas synchronisés pulsés ne sont donc pas de bons candidats pour les étapes de gravure considérées. Pour pallier à ce problème, un autre mode de polarisation a été étudié : les plasmas pour lesquels seule la puissance de polarisation est pulsée. Dans le cas de la gravure du Si-ARC, il est possible d'obtenir des profils très anisotropes avec une sélectivité vis-à-vis de la résine nettement améliorée. Pour la gravure du Silicium, les effets d'ARDE ont pu être diminués tout en améliorant la sélectivité. Ces résultats sont très encourageants. / Microelectronics industry is based on the continuous transistor downscaling. By the year 2016, the 16nm technological node would be achieved, so that structures with nanometric dimensions and high aspect ratio would have to be etch. However, traditional etching processes shows major limitations in terms of pattern profiles control and critical dimensions when such structures have to be etch. The encountered problems are related directly to intrinsic limitations of plasmas processes but also to the emergence of new phenomena’s when the dimensions of structures to etch become nanometric. In the framework of this thesis, a new strategy to produce plasma has been evaluated to develop etching plasmas processes adapted to next integration circuit generations: the pulsed plasmas. Over a first phase, the impact of plasma pulsing parameters (frequency and duty cycle) on the plasma physico-chemical characteristics has been highlight. This has been achievable thanks to advanced plasma analyse techniques (VUV broad band absorption spectroscopy, ion flux probe, retarding electrical field analyser…) developed to allow time resolved measurements. For the neutral flux, diagnostics have revealed that duty cycle is THE key control knob to tune the plasma. Indeed, a low duty cycle leads to reduced parent gas fragmentation and thus a reduced chemical reactivity. On the other hand, in electronegative plasmas and for constant RF power, we have demonstrated that ion energy is considerably increased when the ions flux is decreased (i.e. when the duty cycle is decreased). Then, surface analyses (XPS, SEM, Raman spectroscopy…) brought out the mechanisms involved during the plasma-surface interaction. Deeper comprehension of impact of pulsing parameters enables to develop pulsed plasmas processes more easily. These works are focused on the top of the transistor gate and deal with the following steps: HBr cure, Si-ARC etching, poly-silicon etching. HBr cure is an essential pre-treatment of the 193 nm photoresist to decrease the Line Width Roughness (LWR) of transistor gate. During this step, a carbon rich layer is formed on the surface of the resist pattern and degrades the beneficial action of UV plasma light on LWR reduction. Thanks to use of pulsed plasmas, the origin of this carbon rich layer has been highlight: UV induced modifications in polymer bulk lead to outgassing of volatiles carbon-based products in the plasma. These carbon containing moieties are fragmented by electron impact dissociation reaction in the plasma, which create sticking carbon based precursors available for re-deposition on the resist patterns. The impact of this layer on the LWR and resist pattern reflow is studied, and a possible mechanical origin (i.e. buckling instabilities) is highlighted. Finally, we showed that the use of pulsed HBr curing plasma allows to reduce and control the thickness of the graphite-like layer and to obtain LWR reduction that are comparable to VUV treatment only. The Si-ARC layer, used as hard mask, and the poly-silicon gate etching are based on the use of fluorocarbon plasmas. However, in these plasmas, the production of radicals enable for the polymerisation is decreased when the duty cycle is reduced. It leads to loss of both anisotropy and selectivity. Synchronised pulsed plasmas are then not adapted to such etching processes. To overcome this problem, a new way to produce plasma has been studied: the ICP source power is maintained constant and only the bias power is pulsed. Regarding Si-ARC etching, very anisotropic profiles are obtained and the Si-ARC to resist selectivity is enhanced while pulsing the rf bias to the wafer. In the case of poly-silicon etching, the ARDE effects are significantly reduced while the selectivity regarding the oxide is improved. These results are very promising for the development of polymerising plasmas processes.

La récupération de chaleur perdue lors des procédés industriels grâce à la thermoélectricité peut contribuer au développement des économies d'énergie. Pour une plus large diffusion des convertisseurs thermoélectriques, le facteur de mérite ZT n'est pas le seul critère à prendre en compte ; le coût et l'éco-compatibilité des éléments utilisés, la facilité de synthèse et de mise en forme sont des aspects également importants. Deux familles de matériaux, encore peu présentes dans la littérature, répondent assez bien à toutes ces exigences : les siliciures et les composites. Nous nous sommes intéressés au siliciure de cobalt CoSi, ainsi que aux alliages et aux composites obtenus à partir de cette phase.Nous avons tout d'abord étudié la nanostructuration. La fusion à arc suivie d'un broyage mécanique ou la mécanosynthèse ont permis de synthétiser des cristallites de CoSi avec une taille de 13 nm. Ces poudres présentent une bonne stabilité chimique et un grossissement de grain limité jusqu'à 400 °C. Pour des températures plus élevées, une croissance cristalline importante s'accompagne d'une perte de silicium et de la formation de Co2Si. La nanostructuration diminue la conductivité thermique de CoSi de 35% par rapport au matériau massif. Le facteur de mérite ZT=0,15 obtenu à une température T=300 °C est supérieur à celui de CoSi synthétisé par four à arc mais légèrement inférieures à celui d'un monocristal.Différents éléments ont été envisagés pour former des alliages avec CoSi sur la base de considérations pratiques ainsi que sur les résultats de calculs ab initio. Certains se sont montrés insolubles dans CoSi (Ca, Zr, Nb, Mo, Sn, Ta, W et Pb), d'autres très peu solubles (Ti, V ou Cu). Des solutions solides de composition Co0,85Cr0,15Si, Co0,90Mn0,10Si et CoSi0,92Zn0,08 ont aussi été synthétisées, mais le facteur de puissance des deux premières est inférieure à celui de CoSi.Nous avons comparé trois polymères intrinsèquement conducteurs et commercialement disponibles : la polyaniline (PANI), le polypyrrole (PPy) et le polyéthylène(3,4dioxythiophéne) dopé avec le polystyrène sulfonate (PEDOT:PSS). Pour former des composites contenants l'alliage Co0.85Fe0.15Si, le PPy s'est avéré être le polymère le plus adapté. Le meilleur facteur de puissance PF=2,5 μW/m⋅K2 a été obtenu avec une fraction volumique de polymère ϕ=10%, toutefois la tenue mécanique pour cette composition est limitée. Les performances de ces composites sont toujours inférieures à celles de la phase la plus performante ; l'intérêt de ces matériaux réside donc surtout dans leur grande facilité de mise en forme. / Wasted heat recovery through thermoelectricity can contribute to a more sustainable energetic model. For a large-scale application of thermoelectric devices, their efficiency is not the only criterion to consider; materials should be easy to synthesize and made of abundant, cheap and environmental friendly elements. Silicides and composites are little known thermoelectric materials that meet all these requirements. We studied the cobalt silicide CoSi and some alloys and composites obtained using this phase.Firstly we investigate whether nanostructuration allows increasing the thermoelectric properties of CoSi. CoSi crystallites with a size of 13 nm were synthesized by arc melting followed by mechanical milling or by mechanical alloying. These powders showed good chemical stability and a limited grain growth up to 400 °C. At higher temperatures grain coarsening is accompanied by a loss of silicon and the formation of Co2Si. The thermal conductivity of CoSi was reduced by 35% by nanostructuring. A ZT=0.15 was obtained at T=300 °C, which is higher than that of CoSi synthesized by arc melting but slightly lower than that of CoSi single crystals.Various elements were considered in order to form a solid solution with CoSi, taking into account common sense considerations and the results of ab initio calculations. We observed that Ca, Zr, Nb, Mo, Sn, Ta, W and Pb are not soluble while Ti, V and Cu have a limited solubility. The phases Co0.85Cr0.15Si, Co0.90Mn0.10Si and CoSi0.92Zn0.08 were also synthesized but the first two have a lower power factor than CoSi.We compared three commercially available intrinsically conducting polymers: polyaniline (PANI), polypyrrole (PPy) and polyethylene (3,4dioxythiophene) doped with polystyrene sulfonate (PEDOT: PSS). PPy demonstrated to be the best polymer to form composites containing Co0.85Fe0.15Si. The highest power factor, PF=2.5 μW/m.K2, is obtained for a volume fraction of polymer ϕ=10%, nonetheless this composition induces poor mechanical strength. The thermoelectric performances we measured were always inferior to the ones of inorganic phase, thus the main advantage of these composites is their ease of shaping.