L'objectif de cette thèse est de réaliser un système radio-sur-fibre bidirectionnel fonctionnant dans la bande des fréquences millimétriques autour de 60 GHz. La solution proposée est basée sur l'utilisation d'une photodiode PIN en tant que mélangeur optoélectronique. Une étude théorique associée à une caractérisation non-linéaire et large bande de la photodiode a permis de modéliser le comportement mélangeur de la photodiode. Le modèle de photodiode obtenu a ensuite été utilisé pour optimiser les performances du mélangeur optoélectronique puis du système radio-sur-fibre complet. Des mesures expérimentales ont permis de vérifier la compatibilité du système proposé avec les spécifications du standard ECMA 387 proposé pour régir la création de réseaux locaux aux fréquences de 60 GHz, pour au moins les deux premiers débits proposés (394 Mb/s et 794 Mb/s).

Image sensors play a vital role in many image sensing and capture applications. Among the various types of image sensors, complementary metal oxide semiconductor (CMOS) based active pixel sensors (APS), which are characterized by reduced pixel size, give fast readouts and reduced noise. APS are used in many applications such as mobile cameras, digital cameras, Webcams, and many consumer, commercial and scientific applications. With these developments and applications, CMOS APS designs are challenging the old and mature technology of charged couple device (CCD) sensors. With the continuous improvements of APS architecture, pixel designs, along with the development of nanometer CMOS fabrications technologies, APS are optimized for optical sensing. In addition, APS offers very low-power and low-voltage operations and is suitable for monolithic integration, thus allowing manufacturers to integrate more functionality on the array and building low-cost camera-on-a-chip. In this thesis, I explore the current state-of-the-art of CMOS APS by examining various types of APS. I show design and simulation results of one of the most commonly used APS in consumer applications, i.e. photodiode based APS. We also present an approach for technology scaling of the devices in photodiode APS to present CMOS technologies. Finally, I present the most modern CMOS APS technologies by reviewing different design models. The design of the photodiode APS is implemented using commercial CAD tools.

This master's thesis deals with the design of a differential high-gain transimpedance amplifier in TSMC's 0.18 um mixed signal process that utilizes a DC photodiode current cancellation loop and a switching automatic gain control (AGC) with a bilinear gain curve. The amplifier is designed to satisfy the demands of Optical Coherence Tomography applications where the receiver is expected to measure the envelope power of an amplitude modulated sinusoidal optical signal that incorporates a large DC component. Methods of increasing dynamic range and gain linearity through the use of DC photodiode current cancellation and bilinear gain are explored. Effects of changing DC photodiode current on the overall system response is also demonstrated.

Le détecteur ATLAS conçu pour étudier la physique des particules, sera mis en service à partir de 2007 sur le Grand Collisionneur de Hadrons (LHC). Il sera dédié à la recherche du boson de HIGGS et à des études dans le cadre du modèle standard ou en dehors. Le calorimètre à tuiles scintillantes est un sous-ensemble du détecteur ATLAS. Les 10000 voies de lecture, composant ce calorimètre, sont constituées de photomultiplicateurs qui transforment la lumière en signal électrique. La reconstruction du passage des particules et l'énergie déposée dans le détecteur doivent être connues avec précision. Pour cela, chaque sous-ensemble dispose de plusieurs systèmes d'étalonnage. Le système utilisé par le calorimètre à tuiles scintillantes pour calibrer les photomultiplicateurs et l'électronique associée est un laser. Le système laser possède son propre système de calibration afin de connaître avec précision l'impulsion lumineuse transmise aux photomultiplicateurs du calorimètre, soit :<br> · quatre photodiodes qui reçoivent une fraction du faisceau laser,<br> · une source radioactive, passant devant les photodiodes dont l'énergie des particules alpha émises est monoénergétique,<br> · une injection de charge pour connaître la linéarité des préamplificateurs des photodiodes.<br> <br><br> Pour commander ce système laser, le prototype d'une carte électronique SLAMA a été développé et réalisé. Cette carte, qui s'insère dans un châssis VME, se compose de trois parties : la première est l'interface avec le logiciel via le bus VME, la deuxième met en forme les signaux analogiques provenant des photomultiplicateurs et des photodiodes et la troisième doit prendre en compte le temps de réponse du laser. Les signaux électroniques issus des entrées analogiques sont mis en forme par des discriminateurs à fraction constante. Ils ont pour particularité d'avoir une gigue sur le temps de réponse peu dépendante de l'amplitude du signal d'entrée. Le temps de réponse du laser est dépendant de l'amplitude de l'impulsion lumineuse. La carte SLAMA intègre une fonction dédiée à ce calcul, pour optimiser les calibrations pendant l'absence d'événements physiques. Elle est dotée de fonctions diverses réalisées à l'aide de composants numériques programmables FPGA et de circuits spécifiques :<br> · une interface avec le bus VME,<br> · un convertisseur temps-numérique TDC, ASIC développé au CERN,<br> · l'unité de calculs et d'ajustements du retard de déclenchement du laser,<br> · une logique de fonctionnement autonome. <br><br> Les tests préliminaires avant l'intégration complète dans le système ont été effectués en laboratoire. Ils permettent de confirmer la faisabilité de la fonction commande et contrôle du laser. Ils montrent également une grande souplesse de la carte, grâce à la possibilité de reconfiguration in-situ.

Transport Properties of Wide Band Gap Semiconductors Louis Tirino III 155 pages Directed by Dr. Kevin F. Brennan The objective of this research has been the study of the transport properties and breakdown characteristics of wide band gap semiconductor materials and their implications on device performance. Though the wide band gap semiconductors have great potential for a host of device applications, many gaps remain in the collective understanding about their properties, frustrating the evaluation of devices made from these materials. The model chosen for this study is based on semiclassical transport theory as described by the Boltzmann Transport Equation. The calculations are performed using an ensemble Monte Carlo simulation method. The simulator includes realistic, numerical energy band structures derived from an empirical pseudo-potential method. The carrier-phonon scattering rates and impact ionization transition rates are numerically evaluated from the electronic band structure. Several materials systems are discussed and compared. The temperature-dependent, high-field transport properties of electrons in gallium arsenide, zincblende gallium nitride, and cubic-phase silicon carbide are compared. Since hole transport is important in certain devices, the simulator is designed to simulate electrons and holes simultaneously. The bipolar simulator is demonstrated in the study of the multiplication region of gallium nitride avalanche photodiodes.

Par le passé, la collaboration entre le Centre d'Imagerie Médicale de Sherbrooke (CIMS) et le Groupe de Recherche en Appareillage Médicale de Sherbrooke (GRAMS) a permis de développer le scanner LabPET. Celui-ci fut le premier scanner de Tomographie d'Émission par Positrons (TEP) commercial utilisant des photodiodes à effet avalanche (PDA) comme détecteur. Depuis, cette collaboration a permis de faire évoluer le scanner afin d'améliorer cette modalité d'imagerie et d'y ajouter la tomodensitométrie (TDM). Les attentes pour la prochaine génération du scanner sont donc grandes. Cette nouvelle génération du scanner, le LabPET II, verra les deux modalités nativement intégrées et elles utiliseront la même chaine de détection. Ce scanner se verra doté de nouveaux détecteurs organisés en matrices de 64 cristaux de 1,1 par 1,1 mm². Cette nouvelle matrice, associée à ses deux matrices de 32 PDA, a prouvé sa capacité à fournir une résolution spatiale inférieure au millimètre. L'utilisation de ce nouveau module de détection pourra donc permettre au LabPET II d'être le premier scanner bimodal (TEP/TDM) commercial atteignant une résolution submillimétrique. Ce scanner permettra de s'approcher un peu plus de la résolution spatiale ultime en TEP tout en permettant une bonne localisation anatomique grâce à l'ajout d'une imagerie TDM rudimentaire. Pour atteindre ces objectifs, une intégration complète de l'électronique frontale a été nécessaire. Dans les versions précédentes, seuls les préamplificateurs de charge et les filtres de mise en forme étaient intégrés; dans cette nouvelle version, toute l'électronique analogique ainsi que la numérisation et les liens de communications devront être intégrés. Pour ce faire, la technique de temps de survol au-dessus d'un seuil (ou ToT pour «Time-over-Threshold») a été préférée à la solution utilisée par le LabPET I qui nécessitait un convertisseur analogique-numérique par canal. La contrepartie de cette solution est l'obligation de maintenir la tension de base à une valeur fixe et commune à tous les canaux. Le circuit de polarisation des PDA a aussi dû être intégré dans l'ASIC, car il occupait énormément de place sur la carte d'électronique frontale du LabPET 1. Dans ce mémoire seront décrits la conception, l'intégration et les tests de ces deux circuits du système. Ils ont démontré leur efficacité tout en n'occupant que très peu de place dans le circuit intégré spécialisé (ASIC) du «module de détection». Au vu des sources bibliographiques recensées, le module de détection du LabPET II devrait être l'un de ceux ayant la plus forte densité de canaux (environ 45 par centimètre carré) et le seul combinant électronique analogique faible bruit, numérique et haute tension (~450 V). La réalisation de cette nouvelle génération devrait permettre au partenariat CIMS/GRAMS de réaffirmer leur position de leader dans le domaine en améliorant les outils d'imagerie à la disposition des chercheurs en médecine préclinique.

La médecine moderne fait usage de divers appareils pour faciliter le diagnostic et le traitement des maladies. Parmi ceux-ci, l’imagerie par tomographie d’émission par positrons (TEP) se démarque par sa capacité d’imager des processus biologiques spécifiques comme le métabolisme du glucose. Cette caractéristique permet de mettre en évidence des signes distinctifs des maladies comme le cancer à l’aide de radiotraceurs capables de cibler certaines cellules. Dans le but de favoriser de meilleurs diagnostics et de mener des recherches de pointe dans le domaine médical, la qualité des images produites par les appareils TEP doit être améliorée. Les avancées des dernières années ont permis d’améliorer la résolution spatiale des images jusqu’à pratiquement atteindre la limite théorique imposée par le déplacement du positron lors du processus de désintégration. Depuis, les travaux s’orientent plutôt vers l’amélioration du contraste de l’image en intégrant la mesure du temps de vol (TdV) dans l’algorithme de reconstruction. Le défi dans cette mesure réside dans la conception d’un photodétecteur avec une résolution temporelle suffisante pour localiser le lieu d’émission du radiotraceur entre deux détecteurs coïncidents. La plupart des photodétecteurs actuels utilisent un seuil sur le nombre de photons de scintillation observé pour déterminer le temps d’arrivée des photons d’annihilation dans le scintillateur. Cependant, plusieurs travaux ont démontré qu’une meilleure résolution temporelle est atteignable en pondérant adéquatement l’information temporelle numérisée de plusieurs photons de scintillation à la place de n’en considérer qu’un seul. Dans le but d’améliorer la résolution temporelle des photodétecteurs, l’utilisation d’un estimateur statistique combinant l’information de plusieurs photons de scintillation se révèle une méthode prometteuse en considérant les résultats théoriques. Cependant, une implémentation matérielle pouvant être intégrée à un appareil TEP reste à être démontrée. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur l’intégration d’un tel estimateur statistique à un photodétecteur pour la TEP. Ces travaux ont mené au développement d’une chaine d’acquisition qui comporte 1) un circuit de lecture, 2) une trieuse, 3) un filtre de bruit thermique et 4) un estimateur statistique du temps d’interaction basé sur le Best Linear Unbiased Estimator (BLUE). L’intégration de cette chaine à même le circuit intégré du photodétecteur de 1 x 1 mm2 en CMOS 65 nm permet de réduire la bande passante de 250 Mbit/s à 0,5 Mbit/s et le temps mort de 68,6 μs à 1024 ns. Des simulations démontrent l’atteinte d’une résolution temporelle qui s’approche de la limite inférieure théorique (appelée borne de Cramér-Rao) quant à la résolution temporelle atteignable par ce photodétecteur.

The aim of the study was focused on problem of electrograms recording from alive tissue. Study of electrograms recording was extended with noise analysis and its elimination. Elimination of noise and disturption was made in program Matlab; lowpass filtration and wavelet transformation was used. Application for electrograms analysis was developed in latter part of this work.

The objective of Master’s Thesis is to research the utilization of line optical sensors for object location´s and speed measurement in cooperation with PROTOTYPA company. At the beginning of the Thesis there is an explanation of CCD sensor components and photodiods working principals. Further are discussed particular methods of object sensing. There are schematics of different sensor locations and flying object. The other step deals with introduction to the question of ray impact on sensor in the way of using different light sources and optical systems. In the other part of the Thesis are presented two sensors, which have been chosen by PROTOTYPA company workers. Final part of the Thesis deals with description of executed experimental measurement with LCCD 2048S-14 type of sensor. Experiments are aimed for statical and dynamical processes. In statical part was checked displaying of fixed objects on CCD sensor in internal spaces on the assumption that changing of object-lens focalization, object´s high and shape. For the evaluation was used of MATLAB program. Dynamical part of measurement is aimed for moving objects.

This thesis deals with method of measuring optical beam intensity, searching for communication system beam using stepper motor movement of the optical head and processing measured signal for displaying on PC. The basic theory of optoelectronics is shown here concerning the problem. There is elaborated main principles of photodetector and stepper motor mainly, which are main part of device. The second part of work is theoretical design of data recorder. All parts are described individually-their characteristics and conditions for correct usage. In the last part setup of device is explained, with the references to blocks of written programs. In the last part, main funcrions of system, its hardware managing and communication are described. At the very end of thesis, examples of measured data are presented.