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Au cours des dernières années, l'électronique à base d’oxydes métalliques a attiré de plus en plus d'attention au sein de la recherche, principalement grâce à leur potentiel en termes de réduction de coûts ainsi que la possibilité de développer une électronique transparente. Il existe plusieurs applications potentielles concernant les oxydes métalliques : le photovoltaïque, les transistors à couche mince et la photo-électrochimie. Il existe plusieurs oxydes métalliques de type n avec d'excellentes propriétés électroniques, telles que l'oxyde de zinc dopé à Al. Mais la mise au point de dispositifs entièrement à base d’oxydes métalliques est largement entravée par les mauvaises propriétés électroniques des oxydes de type p jusqu'à présent étudiés. Par conséquent, il est nécessaire de développer des matériaux semi-conducteurs d'oxyde métallique de type p présentant de meilleures propriétés électriques.Dans cette thèse, l'optimisation du dépôt de films minces de Cu2O a été effectuée par MOCVD assisté par aérosol (AA-MOCVD). Par conséquent, des films de Cu2O homogènes et de très forte cristallinité ont été déposés à basse température (environ 335 °C) sans contamination détectable de carbone. De plus, grâce à l'incorporation de l'humidité durant les dépôts, la taille des grains et l'orientation des films Cu2O peuvent être modulées, ainsi des films de Cu2O avec une texturation (111) et une taille de grains > 300 nm ont été obtenus. Pour les films Cu2O optimisés, la mobilité peut atteindre un maximum de 15 cm2 / V.s avec une concentration de porteur de l'ordre de 1015 cm-3. Enfin, un excellent comportement diode a été observé en combinant les films de Cu2O optimisés avec du ZnO, obtenant un rapport on/off supérieur à 104.En raison de l'incompatibilité entre la fenêtre de stabilité thermique associée à AgCuO2 et les températures nécessaires pour déposer des composés Ag et Cu par CVD avec les précurseurs utilisés, le dépôt direct d'AgCuO2 n'a pas pu être obtenu. Ainsi, des techniques de revêtement couche mince à base de solution ont été adoptées pour le dépôt de film AgCuO2. En particulier, la méthode SILAR a permis le dépôt de films minces d’AgCuO2. Grâce à une couche d’amorce sur substrat de verre appropriée, des couches d'AgCuO2 denses et continues ont été revêtues, avec une valeur RMS minimale de 8 nm. Les films d’AgCuO2 déposés avaient une phase presque pure. Les propriétés optiques et de transport des films minces AgCuO2 ont donc été analysées pour la première fois. Les mesures de transmittance ont confirmé la faible largeur de bande interdite prédite d’AgCuO2 (1,2 eV), tandis que grâce à l’utilisation de la formule de Tauc, nous avons constaté que ce matériau est plus susceptible d'avoir une bande interdite directe, en accord avec les calculs DFT publiés. Grâce aux mesures de l'effet Hall, les films AgCuO2 déposés ont été confirmés comme étant de type p. La plus faible résistivité atteinte est de 0,2 Ω.cm. En outre, ces films avaient une densité de porteurs de charge de l'ordre de 1017 cm-3 et la meilleure mobilité atteinte était de 24 cm2 / V.s. En comparaison avec les composés de type p de delafossite précédemment rapportés (M, Al, Cr, Ga, etc.), ce matériau présente la plus petite largeur de bande interdite (intéressant notamment pour l'application photovoltaïque) et une conductivité assez élevée. La caractéristique la plus intéressante est que le problème général de la faible mobilité des transporteurs dans ces composés delafossite a été résolu dans cet AgCuO2, grâce à sa structure électronique mixte et à la délocalisation des charges. Ainsi, ces résultats de caractérisation sans précédent ouvrent la voie à l'utilisation de films AgCuO2 dans des dispositifs fonctionnels. / In recent years, metal oxide electronics has attracted more and more attention in research, mainly thanks to their potential lower cost and the possibility they offer to develop transparent electronics. There are several potential applications concerned with metal oxides including photovoltaics, thin film transistors and photo-electrochemistry. There are several n-type metal oxides with excellent electronic properties being well developed, such as Al doped zinc oxide. But the fabrication of devices fully made with metal oxides is largely impeded by the poor electronic properties of the p-type oxides so far studied. Therefore, there is the need for developing p-type metal oxide semiconducting materials with better electrical properties.In this thesis, the optimization of pure Cu2O thin film deposition was conducted using Aerosol Assisted MOCVD (AA-MOCVD). As a result, homogenous Cu2O films were deposited at low temperature (about 335 °C) without detectable amount of carbon contamination with high crystallinity. In addition, by incorporation of humidity during the deposition, particle size and the orientation of the Cu2O films could be tuned, thus Cu2O films with (111) textured large grain sizes (> 300 nm) were achieved. For optimized Cu2O films, the mobility can reach a maximum of 15 cm2/V.s with carrier concentration in the order of 1015 cm-3. Lastly, an excellent diode behaviour was observed by combining the optimized Cu2O films with ZnO, obtaining an on-off ratio exceeding 104.Besides the Cu2O optimization, the deposition of AgCuO2 by MOCVD was also tackled. In order to do so, the deposition of silver and silver oxide thin films was previously optimized. For that, two new silver precursors, namely, Ag(hfac)phenanthroline and Ag(hfac)triglyme were synthesized and fully characterized. High quality Ag coatings could be obtained with both precursors. Silver oxide films were obtained through electrochemical oxidation and oxygen plasma treatment of pre-deposited Ag coatings.Due to the incompatibility between the thermal AgCuO2 stability window and the temperatures needed to deposit Ag and Cu compounds by CVD with the precursors used, the direct deposition of AgCuO2 could not be obtained. Thus, solution based thin film coating techniques were adopted for AgCuO2 film deposition. In particular, Successive Ionic Layer Adsorption and Reaction (SILAR) allowed the deposition of AgCuO2 thin films. Using a proper seed layer on glass, dense and continuous AgCuO2 films were coated, with minimum RMS value of 8 nm. The deposited AgCuO2 films had almost pure phase. The optical and transport properties of AgCuO2 thin films were thus carried out for the first time. Transmittance measurements confirmed the predicted low bandgap of AgCuO2 (1.2 eV), while by using the Tauc formula, we found that this material is more likely to have a direct bandgap, in agreement with published DFT calculations. Thanks to Hall Effect measurements, the deposited AgCuO2 films were confirmed to be p-type. The lowest resistivity achieved was 0.2 Ω.cm. In addition, those films had carrier density in the order of 1017 cm-3 and the best mobility achieved was 24 cm2/V.s. Comparing with the previously reported CuMO2 (M= Al, Cr, Ga etc) delafossite p-type compounds, this material has shown the lowest bandgap (appropriate for photovoltaic application) and rather high conductivity. The most interesting characteristic is that the general problem of low carrier mobility in those delafossite compounds has been solved in this AgCuO2, thanks to its mixed-valence electronic structure and charges delocalization. Thus, those unprecedented characterization results pave the way for using AgCuO2 films in functional devices.

LIDAR es un acrónimo de LIght Detection And Ranging. En la presente tesis, se usan técnicas basadas en lidar elástico para monitorizar la atmósfera remotamente y derivar información cuantitativa acerca de sus parámetros ópticos. Esta tesis doctoral comprende el diseño y operación de una estación lidar elástica basada en un láser pulsado de Nd:YAG operando a las longitudes de onda de 1064 y 532 nm, en lo que se refiere a los sistemas de recepción, control y diseño de algoritmos de inversión. Básicamente, puede dividirse en tres partes bien diferenciadas: La primera (Caps. 1, 2 y 3) comprende el estudio de la dispersión elástica (Rayleigh y Mie) en la atmósfera, orientada al cálculo del balance de enlace, e intenta vislumbrar la interrelación entre variables físicas tales como la temperatura, la presión y la humedad, y el fenómeno de dispersión, dejando de lado su posible extrapolación a modelos meteorologicos. Partiendo de esta base, se estiman valores de extinción y retrodispersión para diferentes condiciones atmosféricas y, como resultado, se presenta un balance de enlace para el sistema. El mismo incluye el estudio del alcance lidar, la estimación de la relación señal a ruido, y la evaluación de fotodiodos para diferentes librerías del usuario. Esta primera parte se cierra con las especificaciones globales del sistema. La segunda parte de este trabajo (Caps. 4, 5 y 6) atiende al diseño e implemen-tación del receptor, sistemas de sincronización y control. El receptor optoelectrónico se basa en amplificadores realimentados en corriente y cuenta con un excelente producto ganancia ancho de banda. Por lo que respecta al subsistema de sincronismo, se presentan dos unidades distintas con vistas a un futuro sistema lidar de escaneo, lo cuál ofrece la posibilidad de realizar scans entrelazados. Para terminar, el sistema de control diseñado se basa en el software de control LabView, que ofrece una filosofía de control distribuido. Con este propósito, se han especificado e implementado protocolos de bus lidar y su señalización para la presente estación lidar. Finalmente, la tercera parte comprende el diseño de algoritmos de inversión con y sin memoria (Caps. 7 y 8). Los algortimos sin memoria para atmósferas homogéneas se basan en procedimientos de ajuste por regresión como son el método de la pendiente y el de mínimos cuadrados y, en el caso de atmósferas inhomogéneas, se basan en el método de Klett y calibraciones adecuadas. Los algortimos con memoria se basan en diferentes modelos estocásticos para la atmósfera y filtrado de Kalman no lineal. Además de los algortimos de inversión, también se calculan y discuten las curvas del error de inversión. El Cap. 9 describe las medidas llevadas a cabo con el sistema que este trabajo ha permitido construir así como el resultado de aplicar los algoritmos de inversión presentados en los capítulos precedentes. La inversión de escenas reales comprende estudios de la estructura de polución, estudios de nubes (ceilometría, básicamente desplazamiento y estructura de las nubes) y señala posibles fuentes de error en el factor de solapamiento. / LIDAR is an acronym of LIght Detection And Ranging. In the present case, the elastic lidar techniques are used to remotely sense the atmosphere and to derive quantitative information about its optical parameters.This thesis comprises the design and operation of an elastic lidar station based on a pulsed Nd:YAG laser operating at the 1064- and 532-nm wavelengths, in the parts concerning receiver, control systems, and inversion algorithms.Basically, it can be divided in three different parts: The first one (Chaps. 1, 2, and 3) encompasses the study of the elastic scattering (Rayleigh and Mie) in the atmosphere for link-budget purposes and gives some insight into the interweaving between physical variables such as temperature, pressure and humidity, and the scattering phenomena, letting apart any possible extrapolation to meteorological models. From this basis, extinction and backscatter figures for different atmospheric conditions can readily be assessed and, as result, a system link budget is presented. This includes lidar range study, signal-to-noise ratio assessment, and photodiode evaluation from custom-made libraries. At the end of the first part, the system specification is made. The second part of this work (Chaps. 4, 5, and 6) is concerned with the design and implemen-tation of receiver, synchronization, and control systems. The optoelectronic receiver is based on current-feedback amplifiers and features a very large gain-bandwidth product. As for the synchronization subsystem, two different units are presented with a view to a future scanning lidar system, which makes room for interspersed scans. Eventually, the control system designed is LabView based and features a distributed control philosophy. For that purpose, lidar bus protocols and signals are specified and built for the actual lidar station. Finally, the third part encircles the design of inversion algorithms with and without memory (Chaps. 7 and 8). Non-memory algorithms for homogeneous atmospheres are based on regression curve-fitting procedures, such as the slope-method and the least squares while in instances of inhomogeneous atmospheres they are based on Klett's method and appropriate calibrations. Memory algorithms are based on different stochastic models for the atmosphere and on non-linear Kalman filtering. In addition to these inversion procedures, error assessment plots are also derived and discussed. Chap. 9 describes the measurements carried out with the system this work has contributed to build and the results of applying to them the inversion algorithms discussed in the preceding chapters.The inversion of live-scenes involves pollution structure studies, cloud studies (ceilometry, cloud motion and wave clouds, basically), and hints overlap factor error sources.

Le contrôle de la différence de fréquence entre deux lasers est un défi transversal à de nombreux domaines de la photonique, que ce soit dans un but de génération hétérodyne d'un battement micro-onde de grande pureté, ou pour des expériences de métrologie ou de télécommunication. L'avancée des connaissances sur la dynamique de lasers soumis à divers couplages a permis le développement de méthodes de stabilisation basées sur l'injection optique. Nous étudions ici théoriquement et expérimentalement un mécanisme appelé réinjection décalée en fréquence (RDF), qui permet dans des situations variées de contrôler précisément la différence de fréquence entre deux lasers. Dans un premier temps, la méthode RDF est appliquée à un laser à état solide bi-polarisation bi-fréquence Nd:YAG afin de verrouiller en phase ses deux modes de polarisation orthogonaux. Le développement d'un modèle type «rate equations» en bonne adéquation avec les expériences a aussi permis de mettre en lumière un certain nombre de régimes de synchronisation partielle dits de phase bornée. De plus, nous montrons que cet état peut subsister en présence d'oscillations chaotiques de l'intensité et de la phase. Le comportement du laser sous RDF est étudié pour différentes valeurs du désaccord de fréquence, du taux d'injection, du retard éventuel, et du couplage inter-modes. Enfin, la nécessité d'inclure un couplage phase-amplitude (facteur de Henry non-nul) dans le modèle a mené au développement d'une méthode pour mesurer ce coefficient habituellement négligé dans les lasers solides. Le mécanisme de stabilisation par RDF est ensuite appliqué à un composant semiconducteur original contenant deux lasers DFB sur InP. Malgré une plus grand complexité du schéma de couplage, et la présence de retards effectifs importants, il reste possible de synchroniser en phase ces lasers. Des bandes d'accrochages liées au retard sont observées, et reproduites à l'aide d'un modèle numérique. Ce dernier permet aussi de déterminer les conditions de fonctionnement minimisant l'influence de paramètres expérimentaux non maîtrisés. Enfin, ce système, permettant de contrôler une phase micro-onde sur porteuse optique, peut être intégré dans une boucle résonante de type oscillateur opto-électronique (OEO) qui ne nécessite pas de référence externe. On réalise un oscillateur micro-onde sur porteuse optique auto-référencé, à bande latérale unique, ayant des performances encourageantes. Dans ce cadre, il semble que la plupart des techniques développées pour les OEO puissent être réinvesties. / The control of the frequency difference between two lasers is a cross-cutting challenge in many fields of photonics, either for the generation of high-purity heterodyne microwave beatnotes, or in metrology and telecommunication experiments. The advances of the comprehension of laser dynamics under various couplings has allowed to develop stabilization methods based on optical injection. We study here theoretically and experimentally a mechanism called frequency-shifted feedback (FSF), which allows to precisely control the frequency difference between two lasers in several situations.First, the FSF method is applied to a dual-frequency dual-polarization solid-state Nd:YAG laser, in order to lock the phases of its two orthogonal polarization modes. A model of rate equations is used to precisely describe the experiment, and allows to highlight partial "bounded phase" synchronization regimes. Furthermore, we show that in some cases this synchronization can subsist even with chaotic oscillations of the intensity and phase. The behavior of the laser under FSF is studied for varying values of the frequency detuning, injection rate, possible injection delay, and mode coupling in the active medium. Finally, we find that the inclusion of a phase-amplitude coupling (non-zero linewidth enhancement factor) is needed in the model to account for experimental observation. This leads to the development of an ad-hoc technique to measure the low value of this usually neglected factor in solid-laser lasers.The FSF stabilization mechanism is then applied to a custom semiconductor component embedding two DFB lasers overs InP. In spite of a more complex coupling scheme and the large effective delays into play, phase locking of the two lasers is possible. Due to the delay, locking bands appear when the detuning changes, and this behavior can be replicated using a numerical model. This model also permit to determine working conditions minimizing the influence of uncontrolled experimental optical feedback phases. Finally, as this system allows to control a microwave phase over an optical carrier, it can be integrated in a resonant loop not unlike an opto-electronic oscillator (OEO). We realized an oscillator generating a self-referenced, single sideband microwave signal over an optical carrier, with encouraging phase noise performances. In this case, it seems that most of the techniques that exist for standard OEO can be reused.

Two-dimensional conjugated metal–organic frameworks (2D c-MOFs), possessing extended π–d conjugated planar structure, are emerging as a unique class of electronic materials due to their intrinsic electrical conductivities. Taking advantage of the large-area flat surface, 2D c-MOF thin films allow facile device integration with sufficient electrode contact, high device stability, and high charge transport, thereby emerging as appealing active layers for a broad range of electronic applications. Synthesis and device investigation of thin films are of great importance for their further development, which are systematically summarized in the current review. Here, the authors firstly introduce the molecular structures of representative 2D c-MOFs and present the fundamental understanding on structure–property relationships. After that, the state-of-art synthetic methodologies toward high-quality 2D c-MOF thin films are summarized, including exfoliation and reassembly (ERA), liquid-interface-assisted synthesis (LIAS), and chemical vapor deposition (CVD). By considering the advantages of 2D c-MOF films in device integration, remarkable progress in (opto-)electronic device applications are discussed, such as field-effect transistors (FETs), chemiresistive sensors, photodetectors, superconductors, and thermoelectrics. In the end, the remained challenges about the development of 2D c-MOF films for (opto-)electronics are highlighted and possible future directions are proposed to address these challenges.