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Engineers know well from an early point in their training the trials and tribulations of having to make design tradeoffs in order to optimize one performance parameter for another. Discovering tradeoff conditions that result in the elimination of a loss associated with the enhancement of some other parameter (an improvement over a typical tradeoff), therefore, ushers in a new paradigm of design in which the constraints which are typical of the task at hand are alleviated. We call such a design paradigm “tuning” as opposed to “trading off”, and this is the central theme of this work. We investigate two types of microwave electronic devices, namely GaN-based heterostructure field effect transistors (HFETs) and tunable ferroelectric-ferrite-based microwave phase shifters. The “tuning” associated with these types of devices arises from the notion of an optimal 2DEG density, capable of achieving higher performance in terms of electron velocity and enhanced reliability in the case of the HFET, and the coupling of ferroelectric and ferrite materials in tunable microwave phase shifters, capable of achieving high differential phase shifts while at the same time mitigating the losses associated with impedance mismatching which typically arise when the phase is tuned. Promises and problems associated with HFET devices based on the intriguing InAlN/GaN material system will be described. We focus on the fundamental problem associated with the induction of the large density of carriers at the interface, namely the disintegration of an excess of longitudinal optical phonons (hot phonons) in the channel. We use microwave measurements in conjunction with stress tests to evidence the existence of an optimal 2DEG density wherein the hot phonon effect can be “tuned,” which allows for enhanced high frequency performance as well as device reliability. Next, we focus on the design, fabrication, and measurement of tunable phase shifters consisting of thin films of BaxSr1-xTiO3 (BST), which has the advantage of having high dielectric tunability as well as relatively low microwave loss. We discuss the design, fabrication, and measurement of a simple coplanar waveguide (CPW) type of phase shifter as well as a more complicated “hybrid” phase shifter consisting of a ferrite (YIG) in addition to BST. The use of such a bilayer allows one to “tune” the impedance of the phase shifters independently of the phase velocity through careful selection of the DC biasing magnetic fields, or alternatively through the use of an additional piezoelectric layer, bonded to YIG whose permeability can then be tuned through magnetostriction.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

<p>U disertacije je sprovedeno teorijsko istraživanje mikroskopskih i makroskopskih (termodinamičkih) osobina tankoslojnih i niskodimenzionih kristalnih struktura u okviru modela fonona akustičkog tipa. Upoređivanjem fononskih spektara i termodinamičkih svojstava u neograničenim i posmatranim nanostrukturama ustanovljeno je da se oni znatno razlikuju usled postojanja granica kod niskodimenzionih sistema. Takođe je primećeno da u fononskim spektrima niskodimenzionih struktura postoji energijski procep, &scaron;to znači da je energija pobuđivanja fonona u niskodimenzionim kristalnim strukturama veća od one u balku. Ovo uzrokuje da toplotna kapacitivnost u niskotemperaturskoj oblasti ima i znatno niže vrednosti u ograničenim strukturama nego u masovnim uzorcima.</p> / <p>In ths work, a theoretical study of microscopic and thermodynamic properties of thin-layered and low-dimensional crystalline structures &nbsp;of the model type of acoustic phonons was carried out. Comparison of the phonon spectra and &nbsp;thermodynamic properties of the infinite with the observed &nbsp;nanostructures revealed that they differ greatly because of the existence of borders in the low-dimensional systems. It is also noted that in the phonon spectra of nanostructures an energy gap exists, which means that the energy od excitation of phonons in the nanostructured crystal systems is higher than those of the bulk. This indicates that the heat capacitance in the low-temperature range ha a significantly lower values in bounded structures than in massive samples.</p>

Thesis (Ph.D.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Physics, 1979. / MICROFICHE COPY AVAILABLE IN ARCHIVES AND SCIENCE. / Includes bibliographical references. / by Robert B. Laughlin. / Ph.D.

Dans cette étude la céramique Ti2AlC a pu être brasée avec succès sur un substrat de Ni dans une gamme de température allant de 1000°C à 1100°C et pour des temps de maintien de 10 à 60 mn. Les mécanismes mis en œuvre pendant la brasure ont été mis en lumière en étudiant la microstructure du joint Ti2AlC/Ni. On montre ainsi que le nickel provenant du métal d’apport BNi-2 diffuse dans Ti2AlC, majoritairement le long des joints de grains et parfois aussi dans certains grains d’orientation favorable. Le phénomène d’interaction induit des variations de fluidité du métal d’apport liquide. En conséquence, l’épaisseur des joints réalisé sont fonction des différents paramètres de brasage. La résistance maximale au cisaillement est obtenue à 1100°C après un temps de maintien de 30 min. Dans un second temps, l’interaction entre les principaux éléments contenus dans le métal d’apport (c.-à-d. Ni, Cr et Si) et le substrat Ti2AlC a été expliqué à l’aide de modélisations DFT. Il est montré que ces trois éléments ont chacun leur site de substitution spécifique. Les atomes de Si se placent plutôt sur le site Al, le Cr sur le site Ti et les atomes de Si sur le site de l’aluminium. Deux voies de décomposition de Ti2AlC en présence de défauts ont également été identifiées soit en raison de modes de vibrations instables, soit en raison de la compétition avec d’autres phases. / In the present work, the brazing experiments of Ti2AlC ceramics to Ni substrate have been successfully performed in the temperature range between 1000°C and 1100°C, with the holding time varying from 15 min to 60 min. The corresponding mechanisms have been disclosed by studying the microstructure of the Ti2AlC/Ni joint. It is found that the Ni element originating from the BNi-2 filler can diffuse into the Ti2AlC substrate during the brazing process, mainly along the grain boundary, or in some grains with special orientations. The interaction process induces some differences in the fluidity of the liquid filler; consequently, the thickness of the Ti2AlC/Ni joints achieved finally is different at different brazing parameters. The maximum shear strength is measured to be 193 MPa, achieved at 1100°C holding for 30 min. Afterwards, the interaction behavior between the filler elements (including Ni, Cr and Si) and the Ti2AlC substrate, has been explained by DFT simulation. It is found that the three kinds of filler elements have their own preferred substitution sites: Ni atoms are most likely to be found at Al site, Cr atoms at Ti site, and Si atoms at Al site. Then, the decomposition mechanisms of the defective Ti2AlC model have been illustrated as well, which might occur in two possible means: unstable vibrational behaviors, and lower Gibbs energy of competing phases.

Thesis (Ph. D.)--Ohio State University, 2007. / Title from first page of PDF file. Includes bibliographical references (p. 167-177).

Cette habilitation traite des transferts de chaleur et de quantité de mouvement aux courtes échelles d'espace et de temps. Une première partie du travail s'interesse au propriétés du rayonnement thermique en champ proche. Il est montré qu'en présence de matériaux supportant des ondes de surface, le champ électromagnétique d'origine thermique peut voir ses propriétés de cohérence changées entre le champ proche et le champ lointain, en particulier lorsque les matériaux mis en jeu supportent des ondes de surface. Nous montrans que le transfert radiatif en champ proche peut être augmenté de plusieurs ordreds de grandeur en champ proche en présence d'ondes de surface. Les propriétés de cohérence du champ thermique en champ proche peuvent être exploitées pour fabriquer des sources thermiques cohérentes en champ lointain. Ce type de source s'obtient en gravant un réseau à la surface de matériaux.<br />Dans une seconde partie nous avons montré que la force de Casimir qui est un transfert de moment pouvait s'interpéter comme un transfert s'effectuant à certaines longueurs d'ondes correspondant aux modes propres du systèmes. Dans ces deux parties, les calculs ont été effectuées en utilisant une méthode basé sur le théorème de fluctuation dissipation.<br />Dans une troisième partie, nous traitons le problème de la conduction thermique aux courtes échelles de temps et d'espace. Nous montrons que la loi de Fourier cesse d'être valable et nous résolvons pour traiter ces problèmes l'équation de Boltzmann pour les phonons.