Ce travail de thèse porte sur la réalisation d’une diode Schottky de puissance sur GaN épitaxié sur substrat saphir.La majeure partie du travail a été consacrée au développement du contact ohmique. Différentes conditions de fabrication ont été étudiées autour d’un contact basé sur l’empilement titane-aluminium. De bonnes résistances spécifiques de contact ont été obtenues sur du GaN de type n+ dopé in-situ (autour de 1x10-5 Ω.cm-2) ainsi que sur du matériau implanté silicium et sur des couches dopées in-situ mises à jour après gravure sèche. Nous avons également étudié le contact Schottky, au travers d’une structure simple : « Schottky To Schottky ».Les résultats issus de ces études sur les contacts nous ont permis de réaliser des diodes Schottky latérales et pseudo-verticales. Des hauteurs de barrière de plus de 1eV et des facteurs d’idéalité de 1,05 ont pu être mesurés sur les diodes pseudo-verticales avec, pour certaines, une tension de claquage de 600V. / This work deals with Schottky power diodes achievement mostly on GaN on sapphire substrate.A major part of this work has been dedicated to ohmic contact development. Many process parameters have been studied for a TiAl stack. Good results have been obtained on in-situ highly doped n-type GaN (around 1x10-5 Ω.cm-2) and also on silicon ion implanted GaN layer and on dry-etched in-situ doped GaN layers. Then we have studied Schottky contacts through a simple structure: “Schottky To Schottky”.Combining previous results, we have carried out planar and mesa Schottky diodes. Barrier heights above 1eV and ideality factors of 1.05 have been found on mesa structures with, for some of them, a breakdown voltage of 600V.

Ce travail consiste en l’étude de la faisabilité de l’application du chauffage ohmique aux opérations de fermentation et de cuisson de la pâte à pain, dans l’objectif d’une production de pain de mie sans croûte. Les caractéristiques de la pâte ont été étudiées, et principalement l’évolution de sa conductivité électrique – moteur de la génération de chaleur en chauffage ohmique. La conductivité électrique est très fortement dépendante des teneurs en sel et en eau de la pâte. Elle augmente également avec la température, mais diminue avec la porosité de la pâte et lors de la gélatinisation de l’amidon. Des équations simples ont pu être déterminées pour son calcul. Un premier modèle thermique a été développé afin de mieux comprendre la formation de gradients de température au sein du produit.Un prototype de four ohmique a été construit, permettant de réaliser à la fois la fermentation et la cuisson de pain de mie sans croûte. L’utilisation du chauffage ohmique permet une réduction significative de la phase de latence et donc du temps de fermentation. Une analyse d’images par tomographie rayons X a montré une porosité plusdéveloppée dans le produit fini, de même qu’une croissance des pores plus importante dans la partie supérieure du pain, contrairement à une cuisson conventionnelle.L’utilisation du chauffage ohmique en panification peut mener à des gains énergétiques potentiels d’un facteur 10. Les rendements énergétiques du procédé ont été évaluéssur gel de tylose, et sont comparables aux valeurs observées par de précédents auteurs. Enfin, un modèle numérique simplifié de transfert de chaleur et de matière a été développé, dans le but d’être employé comme outil prédictif lors d’une cuisson de pain par chauffage ohmique. / This work aims at studying the feasibility of applying ohmic heating to the proofing and baking steps of bread dough, for an objective of crustless bread production. The characteristics of the dough were studied, and mainly the evolution of its electrical conductivity – keyvariable of the heat generation in ohmic heating. The electrical conductivity is highly dependent on the salt and water contents of the dough. It also increases with the temperature, but decreases with the porosity of the dough and during the starch gelatinization step. Simple equations were used to calculate its evolution. A first thermal model was developed to understand better the formation of temperature gradients in the product.An ohmic oven prototype was built in order to realize proofing and baking of crustless bread in the same apparatus. The use of ohmic heating leads to a significant decrease of the lag time and therefore of the proofing time. An X-ray tomography image analysis showed a higher development of the porosity in the final product when using ohmic heating, as well as a more developed network in the upper part of the bread, contrary to a conventional baking.The use of ohmic heating may lead to potential energy savings of a factor of 10. The energy rates of the process were calculated using a gel of tylose, and were in the range of what could be observed by previous authors. Finally, a simplified numerical model of heat and mass transfer was developed, to be used as a predictive tool during the baking of bread by ohmic heating

Ce travail a été réalisé au Centre de Recherche en Nanofabrication et Nanocaractérisation (CRN[indice supérieur 2]) de l'Université de Sherbrooke. Il porte sur l'étude, la réalisation et la caractérisation de structures métal - isolant - semiconducteur (MIS) sur nitrure de gallium. Le nitrure de gallium (GaN) est un matériau semiconducteur de la famille III-V à large bande interdite directe, ayant des propriétés électriques, physiques et mécaniques très intéressantes. Il a été découvert depuis plus de quatre décennies. Les difficultés de son élaboration, les problèmes d'inefficacités du dopage p et les densités élevées des défauts cristallins dans les couches épitaxiées, ont constitué pendant longtemps des obstacles majeurs au développement de la technologie GaN [I. Akasaki, 2002]. Il a fallu attendre jusqu'au début des années 1990 pour voir apparaître des couches de meilleure qualité et pour améliorer l'efficacité du dopage p [J.Y. Duboz, 1999]. Cet événement a été l'étape majeure qui a révolutionné la technologie à base de GaN et a permis d'amorcer son intégration dans le milieu industriel. Depuis, la technologie à base de ce matériau ne cesse de progresser à un rythme exponentiel. Il se présente aujourd'hui comme un matériau de choix pour la réalisation de dispositifs électroniques de puissances et de hautes fréquences pouvant fonctionner dans des milieux hostiles. Grâce à sa bande interdite directe et son pouvoir d'émission à faible longueur d'onde, il est aussi très convoité pour la réalisation de dispositifs optoélectroniques de hautes performances en émission ou en détection, tels que les DELs, Lasers ou les photodétecteurs. Malgré l'avancé rapide qu'a connu le GaN, certains aspects de ce matériau restent encore mal maîtrisés, tels que la réalisation de contacts ohmiques de bonne qualité ou encore le contrôle des interfaces métal/GaN et isolant/GaN. Les hétérostructures isolant/GaN sont caractérisées par une forte densité d'états de surface (D[indice inférieur it]). Ce phénomène, aussi rapporté sur GaAs et sur la plupart des matériaux III-V, induit l'ancrage du niveau de fermi au centre de la bande interdite. Il constitue l'un des freins majeurs au développement d'une technologie MIS (MOS) fiable sur GaN. À travers ce document, nous rapportons les résultats des travaux entrepris pour la réalisation de capacités MIS, de contacts ohmiques et de diodes Schottky sur les deux types de substrat GaN et p-GaN. Le diélectrique utilisé comme couche isolante pour les structures MIS est le Nitrure de Silicium (Si[indice inférieur x]N[indice inférieur y]) déposé par PECVD. Ces travaux constituent une introduction aux procédés de microfabrication sur nitrure de gallium, aux difficultés liées aux effets de surface dans le GaN et aux étapes de préparation chimique en vue de minimiser la densité de charges d'état à l'interface métal/GaN et diélectrique/GaN. La première partie du document est dédiée à la caractérisation optique et électrique des substrats GaN utilisés par étude de spectroscopie de photoluminescence (PL) et par étude Schottky.

Les microcommutateurs MEMS ohmiques comportent un contact électrique sous très faible force, très sensible à des paramètres difficiles à maîtriser. Ce contact a été l'objet d'une méthode de modélisation développée précédemment au LAAS-CNRS, dont le principe consiste à effectuer une simulation par éléments finis du contact mécanique avec les données AFM puis évaluer analytiquement la résistance électrique. Cette thèse a pour objectif d'évaluer les possibilités d'extension de cette méthode à des simulations multiphysiques.La thèse comporte une partie dédiée à la validation de la simulation mécanique par éléments finis par rapport à des résultats expérimentaux obtenus précédemment.Des simulations multiphysiques sont alors réalisées et les résultats en termes de résistance électrique sont comparés avec des résultats expérimentaux. On observe une très forte sous estimationde la résistance électrique, et donc des élévations de température. Ce constat est attribué à la présence de films isolants en surface d'une au moins des surfaces de contact.Enfin, des modèles qui incluent un film isolant sont développés avec une géométrie simplifiée d'aspérité. Les modèles les plus intéressants incluent des "nanospots": le film isolant est parsemé de zones conductrices, de très faibles dimensions. Les résultats permettent de cerner les caractéristiques typiques possibles de la géométrie dans cette configuration.

Cette thèse portait sur la caractérisation électrique et optique de nouveaux matériaux à base d'alliages III-N pour l’optoélectronique et la mise en œuvre de procédés de réalisation des contacts ohmiques et Schottky sur ces alliages. Le premier volet de cette thèse de concernait la maîtrise des contacts métalliques, particulièrement délicate dans le cas de ces matériaux à large bande interdite où il faut optimiser les prétraitements de surface, la métallisation multicouches et les procédés de recuit. Nous avons développé des procédés à relativement basse température (entre 200°C et 500°C) et étudié l'influence du prétraitement chimique et des paramètres du recuit et on a pu trouver des conditions permettant d'obtenir des contacts Ti/Al avec une excellente ohmicité et des contacts Schottky Au et Pt avec des paramètres de conduction permettant de réaliser des dispositifs fonctionnels. Le second volet de cette thèse concernait l'étude des propriétés électroniques et structurales de l'alliage BGaN, nouveau matériau élaboré au laboratoire par MOVPE. La caractérisation électrique a montré pour la première fois une augmentation drastique de la résistivité associée à une diminution de la concentration des porteurs libres lorsqu'on augmente la composition de bore dans BGaN. Grâce à des mesures de la résistivité du BGaN en fonction de la température et en utilisant un modèle qui prend en compte l'ensemble des interactions, cette augmentation de la résistivité a été discutée et interprétée en terme de compensation des dopants résiduels. En outre une très intéressante corrélation a pu être effectuée avec les résultats de la spectroscopie Raman via le couplage phonon-plasmon / This thesis work concerns the electrical and optical characterization of new III-N nitride alloys for optoelectronics and the optimization of ohmic and Schottky contacts on these materials. The first part of this thesis was related to the realization of metallic contacts, particularly difficult for these high bandgap materials, by the optimization of the surface treatment, multi-layer metallization and thermal annealing. We developed annealing processes at relatively low temperature (between 200°C and 500°C) and studied the effect of the chemical treatment and annealing in order to find the optimal conditions for ohmic contacts. We obtained for instance Ti/Al contacts with an excellent ohmicity and used Pt to process Schottky functional diodes. The second part of this thesis was related to the study of the electronic and structural properties of the new BGaN alloy grown by MOVPE in our laboratory. The electric characterization showed for the first time a dramatic increase in the resistivity associated to the decrease of the free carriers’ concentration when the composition of boron in BGaN increases. The variation of the resistivity in BGaN with respect to the temperature was analyzed by using a theoretical model which takes into account the free carriers’ interaction with impurities and phonons and the variation of resistivity with boron in BGaN was discussed in this framework and linked to a compensation phenomenon of the residual dopants. On the other hand a very interesting correlation was carried out between Raman and electrical results through the phonon-plasmon coupling

La contamination des vins par des microorganismes non désirés peut entraîner une dégradation importante du produit. Pour lutter contre ces problèmes, le dioxyde de souffre (SO2) est l’additif le plus utilisé actuellement pour ses propriétés antiseptiques et antioxydantes. Cependant, la limitation des intrants chimiques dans les vins est une des préoccupations majeures des consommateurs et producteurs. Les procédés de stabilisation physiques existants (flash pasteurisation, filtration tangentielle) présentent quant à eux des inconvénients, tels que leur cout énergétique ou leur maintenance complexe. Deux procédés innovants permettant d’assurer la stabilisation microbiologique des vins en alternative aux procédés classiques sont étudiés : le rayonnement ultraviolet (UV-C) et le chauffage ohmique. Les rayonnements UV-C (100 à 280 nm) sont connus pour leur effet germicide et déjà appliqués dans le traitement de l’eau et des surfaces. Cependant les liquides absorbants, tels que le vin, limitent fortement la profondeur de pénétration du rayonnement et donc l’efficacité du procédé. Un réacteur UV-C hélicoïdal a été développé, basé sur les propriétés hydrodynamiques des vortex de Dean, pour améliorer l’efficacité et l’homogénéité du traitement. Les performances de stabilisation ont été validées pour la première fois en alternative au mutage par SO2 de mouts liquoreux et avant la mise en bouteille de vins finis. De plus, les analyses chimiques et sensorielles menées sur les vins traités ne montrent aucun impact sur la qualité des vins. Le chauffage ohmique est ici utilisé comme procédé de stabilisation thermique des mouts et des vins. Lors du passage d’un courant à travers un matériau ayant une résistance électrique, l’énergie électrique est transformée en énergie thermique. La chaleur est alors générée à l’intérieur même de la matière à traiter. Les résultats des travaux ont montré pour la première fois que la rapidité et l’homogénéité de chauffe permettent une stabilisation efficace des vins et des mouts sans préjudices sur leur qualité. / Contamination of wines by undesired microorganisms may lead to significant deterioration of the final product. To combat these problems, sulfur dioxide (SO2) is the most widely used additive for its antiseptic and antioxidant properties. However, the limitation of chemical inputs in wines is one of the major concerns of consumers and producers. Existing physical stabilization processes (flash pasteurization, tangential filtration) have disadvantages, such as their energy cost or their complex maintenance. Two innovative processes to ensure the microbiological stabilization of wines as an alternative to conventional processes are studied: ultraviolet radiation (UV-C) and ohmic heating. UV-C radiation (100 to 280 nm) is known for its germicidal effect and already applied in the treatment of water and surfaces. However, absorbent liquids, such as wine, strongly limit the penetration depth of the radiation and hence the efficiency of the process. A helical UV-C reactor was developed, based on the hydrodynamic properties of Dean vortices, to improve the efficiency and homogeneity of the treatment. The stabilization performance was validated for the first time as an alternative to the SO2 mutage of sweet wines and before the bottling of finished wines. Moreover, the chemical and sensory analyzes carried out on the treated wines showed no impact on the quality of wines. Ohmic heating is used in this study as a method of thermal stabilization of musts and wines. During the passage of a current through a material having an electrical resistance, the electrical energy is transformed into thermal energy. The heat is then generated inside the material to be treated. The results of this work showed for the first time that heating rate and homogeneity of ohmic heating allow an effective stabilization of musts and wines without affecting their quality.

Les microcommutateurs MEMS ohmiques comportent un contact électrique sous très faible force, très sensible à des paramètres difficiles à maîtriser. Ce contact a été l'objet d'une méthode de modélisation développée précédemment au LAAS-CNRS, dont le principe consiste à effectuer une simulation par éléments finis du contact mécanique avec les données AFM puis évaluer analytiquement la résistance électrique. Cette thèse a pour objectif d'évaluer les possibilités d'extension de cette méthode à des simulations multiphysiques.La thèse comporte une partie dédiée à la validation de la simulation mécanique par éléments finis par rapport à des résultats expérimentaux obtenus précédemment.Des simulations multiphysiques sont alors réalisées et les résultats en termes de résistance électrique sont comparés avec des résultats expérimentaux. On observe une très forte sous estimationde la résistance électrique, et donc des élévations de température. Ce constat est attribué à la présence de films isolants en surface d'une au moins des surfaces de contact.Enfin, des modèles qui incluent un film isolant sont développés avec une géométrie simplifiée d'aspérité. Les modèles les plus intéressants incluent des "nanospots": le film isolant est parsemé de zones conductrices, de très faibles dimensions. Les résultats permettent de cerner les caractéristiques typiques possibles de la géométrie dans cette configuration. / MEMS ohmic microswitches include very low force electrical contacts. These are very sensitive to parameters which reveal difficult to control. A previously developed modelization method consists in computing mechanical contact using finite elements, then estimating electrical resistance using analytical expressions. Here we focus on the possibilities of multiphysical finite element computations instead.Validation of the contact mechanical computation is first attempted, based on experimental results of previous works. Multiphysical contact computations are carried out. Resulting electrical contact resistance isfound to be much lower than experimental results. The presence of insulating surface films is supposedly the cause for that. Eventually, a simplified geometry for asperities is used to build models with insulating films.The most relevant models feature “nanospots”: some very small conductive areas are scattered on the contact area. The results allow us to determine some possible geometry configurations that could lead to contact resistance values such as those measured on real devices.

Cette thèse est un des premiers travaux sur les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH)de la filière InP ayant une base en GaAsSb. Une méthode de mesure précise des offsets des<br />hétérojonctions de type II par électroluminescence, associée aux mesures électriques a permis de clarifier les conditions du transport électronique dans le système InP/GaAsSb et d'initier l'utilisation d'un émetteur en InGaAlAs. Deux briques technologiques spécifiques ont été développées : la gravure chimique sélective de InGaAlAs par rapport à GaAsSb et la réalisation de contacts ohmiques très faiblement résistifs sur p-GaAsSb. Ceci a permis l'assemblage d'un procédé de fabrication de TBH ultra-rapides dans cette filière. La faisabilité de ce procédé a été démontrée par la réalisation de TBH submicroniques ayant des fréquences ( fT ; fmax) de (155 ; 162) GHz. Son optimisation, protégée par deux brevets, montre des perspectives pour atteindre des fréquences ( fT ; fmax) de (380 ; 420) GHz.

Les diodes réalisées avec le diamant comme semi-conducteur comportent de nombreuses potentialités dues à sa bande interdite de 5.45 eV. Parmi les principales, il y a le fonctionnement à des températures très supérieures à celles supportées par les autres semi-conducteurs, ainsi qu'une tension de claquage de plusieurs kV. Le but de ce travail est de réaliser des couches de diamant homoépitaxié faiblement dopées bore et préparées avec ajout d'oxygène, adaptées à ces diodes. Des méthodes de caractérisation telles que la spectroscopie Raman et la cathodoluminescence fournissent des informations sur la qualité cristalline des couches et la nature des défauts présents. Une étude de l'optimisation de la gravure par plasma O2 a permis de réaliser des contacts ohmiques sur la couche p+ et des structures mesa. Les caractéristiques de contacts ohmiques Au/Ti et Si/Al/Si et de contacts Schottky Ag/Ti et Ni/Er sont étudiées. La génération et la passivation des défauts révélés ainsi que leur interaction avec la compensation des accepteurs introduits par le bore sont déterminées par des mesures électriques et transitoires.

Les cavités micro-ondes quasi-2D constituent des systèmes expérimentaux modèles du chaos ondulatoire. À température ambiante, ces cavités présentent une dissipation ohmique entraînant des pertes que l'on retrouve, avec des origines physiques diverses, dans tous les systèmes ondulatoires. Notre étude se concentre sur l'impact des pertes sur les propriétés de ces systèmes. Après une brève introduction au chaos ondulatoire, nous décrivons en détails l'ensemble du dispositif expérimental. Nous développons ensuite le calcul complet de la matrice de diffusion et aboutissons à une description en termes de résonances discrètes. Les paramètres caractéristiques de chaque résonance sont extraits de nos mesures par une procédure d'ajustement originale. L'analyse de ces paramètres nous permet de vérifier la validité de notre description et de mettre en évidence, pour la première fois, une relation entre les largeurs des résonances dues aux pertes et la partie imaginaire de la fonction d'onde.