Dans une première partie, les travaux de thèse se sont focalisés sur la conception et l'optimisation de composants à superjonction et à tranchées profondes dans les gammes de 600V et 1200V. L'objectif est d'obtenir le meilleur compromis tenue en tension/ résistance à l'état passant pour ces gammes de tension. L'étude théorique a permis de comprendre le comportement de la tenue en tension de différents paramètres technologiques et géométriques. La tenue en tension est très sensible à l'équilibre des charges et à la verticalité des tranchées. La résistance passante, elle, est sensible à la profondeur de diffusion autour des tranchées et, plus généralement, au ratio de conduction entre la surface de la zone N et la surface totale. La structure a donc été optimisée afin de garantir le meilleur ratio " tenue en tension/résistance à l'état passant " en vue d'une réalisation technologique. De plus, les composants à Supe! rjonction nécessitent une protection en périphérie adaptée. En effet, les terminaisons surfaciques telles que les anneaux de garde ne permettent pas d'étaler la zone de charge d'espace à des profondeurs suffisantes. La terminaison qui est la plus adaptée à cette technologie est la Deep Trench Termination car elle permet de conserver l'équilibre des charges en périphérie et ne rajoute pas d'étapes technologiques supplémentaires. Cette terminaison a donc fait l'objet d'une optimisation aux cours de ces travaux de thèse. La seconde partie de mes travaux concerne la réalisation de la structure optimisée précédemment. L'optimisation de la diode à Superjonction est liée à certains paramètres technologiques pouvant s'avérer critiques pour obtenir les performances électriques désirées: la verticalité des tranchées, l'implantation des zones de type P sur les flancs des tranchées et la maîtrise de leur remplissage par un diélectrique. Afin d'assurer un parfait équilibre des charges entre les régions N et P, la fabrication des tranchées profondes a été optimisée afin d'obtenir des flancs de gravure les plus verticaux possible avec une rugosité de surface la plus faible possible. De plus, un procédé visant à obtenir une même profondeur de gravure quelle que soit l'ouverture a été mis en place afin de permettre un remplissage total des tranchées profondes avec du BenzoCycloButene (BCB). L'étude du remplissage des tranchées a permis de mettre au point un procédé permettant le remplissage des tranchées en un seul dépôt. / New technological ways allowing the realization of deep trench Superjunction devices (diodes or MOS transistors) with a deep trench termination are investigated. The aim of this work is to propose an alternative to conventional MOSFETs in high voltage range (600 V and above): the major challenge is to find the best trade-off between the two main parameters characteristics of these structures: specific on-resistance / breakdown voltage. We developed a technology based on a single N- epitaxial layer (thus reducing the realization cost) and the use of BCB filled, wide and deep trenches associated to boron doping on the trenches sidewalls. Previous works have demonstrated the feasibility of such junction termination and have led to the fabrication of a 1200 V Deep Trench Termination Diode (DT2-Diode). We chose to validate our termination technology by fabricating a Deep trench Superjunction Diode (DT-SJDiode) for 600 V applications. By means of Sentaurus TCAD 2D-simulations, we have first determined the optimal physical and geometrical parameters leading to a best "Breakdown voltage/on-resistance" trade-off. We presented technological results focusing on the more critical points: the control of deep trenches verticality by Deep Reactive Ion Etching technique, according to the Bosch process, and the trench filling with dielectric. We have studied the influence of SF6 etch and C4F8 passivation times on resulting trench verticality: the best anisotropy for 6 µm wide central trenches and 40 µm wide termination trenches is obtained for the couple SF6 (2 s)/ C4F8 (3.5 s). A thermal oxidation after the etch step allows to reduce the size of the scallops that appear on the trenches sidewalls and characteristics of the Bosch process (alternation of etch and passivation steps): the related peak-to-valley distance is lowered from 100 nm to 50 nm. Finally we have successfully filled deep and wide trenches by optimising the BCB spin-coating parameters, the high viscosity of this material rending difficult its spreading all over the wafer. We found that a dispensing rotation speed down to 100 rpm, an implementation of two 10 min rest steps improve BCB spreading and its flowing along the trenches. The BCB excess removing by reactive ion etching is under study: first encouraging results give an etch rate of 0.75 µm.min-1 with a SF6/02 gas mixture.

Ce mémoire a pour objet de recherche le Marché commun du Sud (MERCOSUR) et le Brésil. La problématique est de comprendre pourquoi les États membres du MERCOSUR ne sont pas, à ce jour, parvenus à la création d’un marché commun dans le Cône Sud. Pour ce faire, nous pensons qu’en plus des causes généralement admises dans la littérature (asymétries, divergences d’intérêts et obstacles au niveau économique), il faut davantage mettre l’accent sur l’augmentation de la puissance du Brésil et les stratégies de recherche de l’autonomie. Les hypothèses avancées sont les suivantes : (1) la stratégie de recherche de l’autonomie par la participation a favorisée la création ainsi que l’approfondissement du MERCOSUR durant ses premières années d’existence; (2) la montée en puissance du Brésil et la stratégie de recherche de l’autonomie par la diversification qui en découle ont réduit l’importance du MERCOSUR pour le Brésil et miné l’approfondissement de cette institution d’intégration économique. Pour ce faire, nous analyserons en parallèle les différentes stratégies de recherche de l’autonomie ainsi que l’évolution du MERCOSUR. Nous utiliserons le PIB comme principal indicateur économique afin de témoigner de la montée en puissance du Brésil entre 1990 et 2012. / The purpose of this thesis is to contribute to the understanding of why the Southern Common Market (MERCOSUR) member states have failed (to date) to create a common market in the Southern Cone. We believe that additionally to the generally accepted causes in the scientific literature – presence of asymmetries, divergence of interests and economic obstacles – the increasing power of Brazil and its quest of autonomy should be given more attention. This research project takes the hypothesis that: (1) research strategy of autonomy through participation favoured the creation and deepening of MERCOSUR during its early years, and (2) the rise of Brazil and the resulting strategy of autonomy through diversification reduced the importance of the MERCOSUR for Brazil and also undermined the deepening of the institution’s economic integration. To do this, we will analyze in parallel the quest of autonomy through participation as well as the quest of autonomy through diversification and the evolution of the MERCOSUR. We will use Gross domestic product as the main economic indicator to witness the rise of power of Brazil during the 1990-2012 period.

La tendance actuelle dans le domaine du transport ferroviaire est d'intégrer des modules de puissance de plus en plus puissants dans des volumes de plus en plus réduits. Cela pose des problèmes, notamment en termes de fiabilité, car lors de leurs cycles de fonctionnement, les interrupteurs à semi-conducteurs et leur environnement immédiat sont soumis à des contraintes électro-thermo-mécaniques plus sévères. Cela peut entraine leur destruction et donc la défaillance de la fonction de conversion d'énergie. L'objectif principal de cette thèse est de décrire des modèles et des outils de simulation multi-physiques afin de caractériser ces contraintes. Nous avons choisi comme cas d'étude les fils de connexion dits «wire bonding». Ces fils sont, en effet, considérés comme l'un des points faibles en ce qui concerne la durée de vie des modules de puissance, utilisés dans les systèmes embarqués notamment dans le ferroviaire. Dans ce contexte multi-physique, nous avons développé des modèles, numériques, éléments finis, analytiques, 3D ou 1D, afin de déterminer les contraintes thermomécaniques lors du passage du courant dans ces fils. A travers les modèles décrits et les résultats de simulation présentés, nous caractérisons le comportement des fils d'un point de vue électrique, thermique, magnétique ou mécanique. Plus précisément les interactions électromagnétiques, électrothermiques, électromécaniques ou thermomécaniques entre modèles et entre outils de simulation sont discutées. Les résultats sont confrontés aux mesures thermiques et de déplacement. Ces dernières sont réalisées par le biais de prototypes expérimentaux. Le mode de sollicitation utilisé est dit actif. Un régime de courant, continu ou alternatif, est appliqué au système. La réponse thermique et mécanique du système est alors obtenue. Les conclusions de cette étude permettent d'une part de mieux caractériser le comportement électro thermomécanique des fils de bonding et de mieux comprendre l'origine des modes de défaillance de cette technologie d'interconnexion. D'autre part, une démarche d'utilisation des modèles et outils logiciels multi physiques pour une simulation électro thermomécanique est présentée / The trend in the field of railway transport is to integrate increasingly powerful power modules in smaller volumes. This is problematic, especially in terms of reliability: during their cycles of operation, the semiconductor switches and their immediate environment are subject to tougher electro-thermo-mechanical stresses. This can lead to their destruction and then, to the failure of the energy conversion function. The main goal of this work is to describe the models and multi-physics simulation tools to characterize these stresses. We chose as a case study the connection wire called “wire bonding”. These wires are, indeed, considered one of the weaknesses of the life time of the power module used in embedded systems, particularly in railway applications. In this multi-physics context, we have developed numerical, finite elements, analytical, 3D or 1D models to determine the thermo-mechanical stresses during the current flow through the wires. Thanks to the models described and the simulation results presented, we characterize the behavior of the wire for an electrical, thermal, magnetic or mechanical point of view. More precisely, the electro-magnetic, electro-thermal, electro-mechanical or thermo-mechanical interactions between models and between simulation tools are discussed. The results are compared to thermal and displacement measurements. They are realized thanks to experimental prototypes. The type of solicitation is called active. A system of direct or alternating current is applied to the system. The thermal and mechanical response of the system is obtained. The conclusions of this study allow, on the one hand, characterizing the electro thermo-mechanical behavior of wires bonding and understanding the origin of the failure modes of this technology. On the other hand, a way of using models and multi-physics software tools for an electro thermo-mechanical simulation is presented

Ces travaux de thèse se concentrent sur la conception d'amplificateur de puissance MMIC large-bande haut rendement en technologie GaN pour des applications militaires de type radar et guerre électronique. Les objectifs principaux sont de proposer des structures innovantes de combinaison de puissance notamment pour réduire la taille des amplificateurs actuels tout en essayant d'améliorer leur rendement dans le même temps. Pour cela, une partie importante de ces travaux consiste au développement de combineurs de puissance ultra compactes et faibles pertes. Une fois ces combineurs réalisés et mesurés, ils sont intégrés dans des amplificateurs de puissance afin de prouver leur fonctionnalité et les avantages qu'ils apportent. Différents types d'amplificateur tant au niveau de l'architecture que desperformances sont réalisés au cours de ces travaux. / This work focus on the design of wideband and high efficiency GaN MMIC high power amplifiers for military applications such as radar and electronic warfare. The main objectives consist in finding innovative power combining structures in order to decrease the overall size of amplifiers and increasing their efficiency at the same time. For these matters, an important part of this work consisted in the design and realization of ultra compact and low loss power combiners. Once the combiners realized and measured, they are integrated into power amplifiers to prove their functionality and the advantages they bring. Several kind of amplifiers have been realized whether regrind their architecture or their performances.

Face à la complexité grandissante des convertisseurs statiques présents dans tout système électrique, les ingénieurs de conception ont besoin d'outils de modélisation électromagnétique de plus en plus performants, notamment en ce qui concerne la Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM). L'objectif de ce travail est de prendre en compte, sous la forme de capacités parasites, les couplages électriques en haute fréquence dans la modélisation CEM de dispositifs d'électronique de puissance. Plusieurs formulations intégrales basées sur la Méthode des Moments, ainsi que l'Adaptive Multi-Level Fast Multipole Method ont été développées et validées pour l'extraction de ces capacités équivalentes. Cette dernière méthode, qui permet d'accélérer les temps de calcul tout en limitant la place mémoire nécessaire (pas de stockage de matrice pleine), a été adaptée au problème pour garantir une meilleure précision des résultats en fonction du maillage. Un prototype de cet algorithme de calcul a été intégré dans le logiciel InCa3D, basée sur la méthode PEEC, permettant ainsi de construire un schéma électrique équivalent à constantes localisées où les effets capacitifs sont couplés au modèle résistif et inductif de la structure. Plusieurs cas tests, issus de la littérature ou d'applications industrielles, ont été simulés par le biais de ces schémas équivalents, soit dans un solveur circuit soit dans InCa3D, afin d'évaluer leurs performances CEM conduites et rayonnées. Enfin, les comparaisons réalisées avec des mesures ont donné de bons résultats et valident ainsi l'approche proposée. Une telle stratégie peut aisément faire partie de toute modélisation de type système, car elle permet de traiter des dispositifs de complexité industrielle sur une large bande de fréquences avec un modèle léger.

Dans le cadre de cette thèse on s'est intéressé à l'étude, par simulation, du fonctionnement des systèmes électriques en régime non-sinusoïdal, ainsi qu'aux effets de la pollution harmonique sur les éléments du système. Nous avons tout d'abord révisé les principaux paramètres du régime non-sinusoïdal (en proposant en complément les facteurs de distorsion intégratifs et dérivatifs) et la théorie de la puissance. Ensuite nous avons étudié la modélisation des principaux types de sources d'harmoniques, en adaptant des modèles existants ou en développant de nouveaux (pour les convertisseurs et les TCRs). Nous avons continué avec les éléments linéaires en choisissant parmi leurs modèles ceux appropriés à l'étude du régime non-sinusoïdal ou en proposant des modèles personnels, comme pour les transformateurs de puissance. On a toujours mis en évidence la caractéristique fréquentielle des paramètres des modèles. Après avoir évalué les principes potentiellement utilisables pour la modélisation du fonctionnement du système en régime non-sinusoïdal, nous avons choisi l'analyse harmonique itérative pour des études localisées, dont nous avons amélioré la convergence. Pour les études portant sur l'ensemble du système, nous avons développé un logiciel reposant sur la méthode dichotomique et la représentation hybride (temporelle et fréquentielle) des éléments non-linéaires. Les résultats des simulations réalisées dans le réseau IEEE 14 noeuds modifié, ont été utilisés dans l'analyse des interactions entre les sources harmoniques (principalement à l'aide de la puissance harmonique active totale). Dans la dernière partie, nous avons étudié les principaux types d'effets de la pollution harmonique et nous les avons détaillé pour différentes composantes du système.

Aujourd'hui l'outil le plus utilisé par les spécialistes d'électronique de puissance est l'oscilloscope numérique. Tant que ces appareils sont utilisés pour vérifier le fonctionnement de circuits, leur précision est, généralement, suffisante. En revanche lorsqu'ils sont utilisés pour caractériser des interrupteurs de puissance, la précision nécessaire ne peut pas être atteinte directement. Les modes opératoires doivent être optimisés et les mesures doivent être corrigées pour obtenir une précision satisfaisante. La mise en place de ces corrections demande du temps et nécessite, souvent, l'utilisation d'un ordinateur. Il est bon, avant de les développer, de s'assurer de leur opportunité. Une première partie de ce travail est consacrée à l'étude des causes d'erreurs et à leur influence sur les résultats de mesure. Nous partons de mesures effectuées, avec les plus grands soins, sur un I.G.B.T. et nous simulons, une à une, les sources d'erreur. Cette étude permet de tirer des critères de choix de matériel de mesure et de juger de la nécessité de certaines corrections. Dans une deuxième partie, nous nous intéressons à la modélisation de l'I.G.B.T. et, plus généralement, des quadripôles électrostatiques non-linéaires. Par comparaison avec les mesures effectuées sur l'I.G.B.T. nous montrons l'influence de la modélisation des capacités non-linéaires de l'I.G.B.T. sur les résultats de simulation.

Dans le domaine de l’électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d’énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d’applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l’interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d’onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation. / In the field of power of electronics, silicon carbide (SiC) devices are well suited to operate in environments at high temperature, high power, high voltage and high radiation. The silicon carbide belongs to the class of wide band gap semiconductor material. Indeed, this material has higher values than the silicon ones for the temperature breakdown and a high electric field breakdown. These characteristics enable significant improvements in wide varieties of applications and systems. Among the existing switches, SiC JFET is the most advanced one in its technological development because it is at the stage of pre-marketing. The study realized during this thesis was to electrically characterize SiC JFETs from SiCED versus the temperature (25°C-300°C). The characteristic are based on static measurements (currentvoltage), capacitive measurements (capacitive-voltage) and switching measurements in an R-L (resistor-inductor) load circuit and an inverter leg. A multi-physical model of the VJFET with a lateral channel is presented. The model was developed and validated in MAST language both in static and dynamic modes using the SABER simulator. The model includes an asymmetric representation of the lateral channel and the junction capacitances of the structure. The validation of the model shows a good agreement between measurements and simulation.

Ce mémoire analyse la stratégie d’affirmation de puissance mise en oeuvre par la Chine dans le contexte post-Guerre froide, caractérisé par la seule superpuissance des États-Unis, en utilisant le cadre théorique du réalisme offensif. Challenger désigné des États-Unis, la Chine a basculé dans le 21ème siècle avec un défi important à relever. La prépondérance américaine continue d’être une donnée essentielle dans le système politique mondial. Les États-Unis produisent plus du quart du total de l’économie mondiale et comptent pour près de la moitié des dépenses militaires. La Chine, de son côté, avec ses 1.3 milliards d’habitants, une croissance économique quasiexponentielle, dotée d’un arsenal nucléaire conventionnel, est la principale puissance émergente, avec le potentiel de rivaliser avec les États-Unis dans les affaires mondiales. Mais, vu l’énorme écart qui les sépare, pour la Chine la question de l’hégémonie américaine se pose sous la forme d’une équation dont la seule variable connue est le potentiel de l’adversaire à affronter. Le principal problème auquel la Chine est confrontée est dès lors sa capacité de penser une stratégie sans toutefois courir le risque de provoquer la seule superpuissance du globe. Par conséquent, cette étude analyse les politiques et actions stratégiques développées par la Chine à la lumière des contraintes que lui impose un environnement international peu favorable. Elle s’intéresse en particulier à la manière dont Beijing a su exploiter avec maestria une des armes les plus redoutables de l’ère post-Guerre froide, sa puissance économique, afin de consolider son ascension au rang de grande puissance. Elle soutient que, tenant compte d’un retard considérable à combler, la Chine a entrepris de balancer la superpuissance américaine d’une manière pragmatique. A cet effet, elle a conçu une stratégie qui comprend deux grands piliers : sur le plan interne, des réformes économiques et militaires ; sur le plan externe, une diplomatie agressive et efficace en adéquation avec ses ambitions de puissance. Nous concluons qu’une telle stratégie vise à éviter à la Chine pour le moment tout risque de confrontation directe qui aurait pour principal effet de nuire à son ascension. Cependant, à mesure que sa puissance s’accroît, elle pourrait afficher une posture plus agressive, quitte à engager également, avec la seule superpuissance du monde, des compétitions de nature sécuritaire en Asie et au-delà de cette région. / This research analyzes the power strategy implemented by China in the post-cold war context characterized by an only superpower, the United States, by using offensive realism as a theoretical framework. Designated challenger of the United States, China tilted into the 21st century with an important challenge to confront. The American ascendancy continues to be an essential fact in the world political system. The United States produces more than one fourth of the total of the world economy and counts for nearly half of the military expenditures. China, for its part, with 1.3 billion inhabitants, a quasi-exponential economic growth, endowed with a conventional nuclear arsenal, is the main emerging power, with the potential to compete with the United States in world affairs. But, considering the enormous gap separating them, for China the question of the American hegemony arises under the shape of an equation, the only known variable of which is the potential of its adversary. The main problem China then faces is its ability to think of a strategy without however running a risk of provoking the only superpower of the globe. Consequently, this work analyzes the policies and the strategic actions developed by China in light of the constraints imposed by a less favorable international environment. Its main focus is how Beijing exploited with great panache one of the most redoubtable weapons of the post-cold war era, its economic power, to strengthen its ascent to the rank of major power. It contends that, taking into account a considerable delay to catch up, China began to balance the American superpower in a pragmatic way. To that purpose, it conceived a strategy which includes two main pillars: internally, economic and military reforms; externally, an aggressive and effective diplomacy in adequacy with its power ambitions. This analysis concludes that the aim of china’s strategy is to avoid for the moment every risk of direct confrontation which would have for main effect to damage its rise. However, as its power increases, it might tend to show a more aggressive posture, even if it means also engaging, with the only superpower of the world, in competitions of a security nature in Asia and beyond this region.

Ces travaux s’inscrivent dans le cadre du projet EDIT(Efficient Distribution Truck, FUI19), piloté par le groupe Volvo Trucks, dont l’objectif de réduction de consommation pour 2020 est fixé à 13% par rapport à un véhicule actuel EURO-6. Le projet EDIT porte sur cinq axes techniques d’amélioration dont un consiste en l’obtention d’un système optimisé de transmission par courroie poly-V au regard des pertes de puissance. Actuellement les faces avant de moteur sont perfectionnées sur le plan mécanique ; cela signifie que la durée de vie de ses composants est optimisée, et que les nuisances vibratoires sont réduites. Par contre, des améliorations peuvent être apportées sur le plan énergétique. Cette thèse, qui a pour objectif d’investiguer les possibilités de réduction et d’optimisation des pertes de puissance sur les façades accessoires, se décline en trois parties : une caractérisation par l’analyse mécanique dynamique des matériaux viscoélastiques des courroies poly-V et des composantes de façade ; une modélisation, une optimisation et une implémentation logicielle des modèles de pertes de puissance ; validées par une dernière partie expérimentale sur banc d’essais. Les pertes de puissances dans une face avant moteur sont de plusieurs types : des pertes internes à la courroie poly-V (hystérésis du caoutchouc), des pertes externes à la courroie (glissement poulie/courroie) et des pertes internes aux composants (frottement dans les roulements). Ces pertes peuvent désormais être quantifiées et optimisées grâce aux modèles développés durant cette thèse. Ces modèles ont été validés et implémentés dans un outil de simulation (PLFead, Power Loss Front engine accessory drive), qui a été développé pour optimiser les pertes de puissance en tenant compte des paramètres de design et de fonctionnement des faces avant moteur. / This work is a part of the Efficient Distribution Truck (EDIT, FUI 19) project, led by Volvo Trucks, whose objective is to reduce distribution vehicles’ fuel consumption for 2020 by 13% when compared with the current production vehicle EURO-6. The EDIT project targets five areas of research and technical solutions, one of which consists of obtaining an optimized poly-V belt transmission concerning the power losses. In terms of lifetime of the mechanical components, reduction of noise and vibrations, the Front Engine Accessory Drives (FEADs) are currently one of the most technologically sophisticated systems. However, further improvements can be made to make the vehicles more energy efficient. This thesis, which aims at investigating possibilities for reducing and optimizing the power losses in the FEADs, is composed of three main parts: the characterization of the viscoelastic materials of the poly-V belts via Dynamic Mechanical Analysis (DMA) and the FEAD components; the modeling, the optimization and the implementation of the power loss models in a simulation tool; and their experimental validation through a test bench. The power losses occurring in a FEAD are of several types: poly-V internal losses (hysteresis of the belt-rubber), poly-V external losses (belt/pulley slip) and losses from the accessory drives (friction inside the bearings). These power losses can be quantified and optimized thanks to the models developed throughout this thesis. These models have been validated and implemented in a simulation tool (PLFead, Power Loss Front engine accessory drive), which has been developed to optimize the power losses taking into consideration the design parameters and operating conditions of the FEAD.