De par leurs performances et leur fiabilité, la technologie Flash constitue, à l'heure actuelle, la référence en matière de mémoire non volatile. Cependant, ces mémoires étant en passe d'atteindre leurs limites de miniaturisation, plusieurs dispositifs alternatifs sont actuellement envisagés par les industriels du secteur, de manière à anticiper les demandes du marché ces prochaines années.Depuis 2003, des études ont été menées sur le remplacement de la grille flottante en silicium polycristallin des mémoires Flash par des nanocristaux. La modication du flot de procédés d'une mémoire à nanocristaux permet une réduction des coûts de fabrication, une amélioration de la fiabilité et une miniaturisation des dispositifs. L'intégration des nanocristaux dans une cellule mémoire de type Flash constitue donc un challenge pour l'industrie afin de repousser les limites de miniaturisation de cette architecture mémoire basée sur le transistor MOS, dispositif historique de l'industrie des semiconducteurs.Ce manuscrit présente les résultats de ma thèse qui porte sur les procédés de croissance de nanocristaux de silicium et leur caractérisation morphologique en vue d'une intégration dans des mémoires non volatiles.Les objectifs de la thèse sont :- Le transfert du procédé de fabrication des nanocristaux de silicium du CEA LETI vers l'usine de STMicroelectronics à Rousset ;- L'intégration des nanocristaux dans une cellule mémoire non-volatile ;- L'optimisation des procédés de fabrication en vue d'une industrialisation ;- Le développement d'outils de caractérisation de la chaîne de procédés ;- L'étude physique et physico-chimique avancée des nanocristaux de silicium. / By their performance and reliability, Flash technology is, today, the reference in nonvolatile memory . However, these memories being on track to reach their miniaturization limits , several alternative devices are currently being considered by the industrial sector, to anticipate market demands in the coming years .Since 2003, studies have been conducted on the replacement of the polysilicon floating gate by silicon nanocrystals in flash memory with nanocrystals to sustain this memory technology memory. Process flow modifications for nanocrystal integration allows a reduction of manufacturing costs, improving of reliability and miniaturization of devices . Integration of nanocrystals in a flash-like memory cell is therefore a challenge for the industry to extend the limits of miniaturization of the memory architecture based on the MOS transistor, historical device of the semiconductor industry.This manuscript presents the results of my thesis on the silicon nanocrystals growth process and morphological characterization for integration in a nonvolatile memory. The objectives of the thesis are :- Transfer of the manufacturing process of the silicon nanocrystals growth from CEA LETI plant to STMicroelectronics Rousset ;- Integration of nanocrystals in a non-volatile memory cell;- Optimization of manufacturing processes for industrialization ;- Development of tools to characterize the process chain ;- Physical and physico-chemical study of advanced silicon nanocrystals . and morphological characterization for integration in a nonvolatile memory.

Les toitures végétalisées ont des répercussions très positives sur la performance énergétique des bâtiments. L’objectif est d’évaluer l’incidence des toitures végétalisées sur la performance énergétique des bâtiments à travers des moyens numériques et expérimentaux. La modélisation du comportement thermo-hydrique des toitures végétalisées permet de quantifier ces effets et contribue à promouvoir cette technique.Cette thématique requiert en premier lieu des compétences en énergétique du bâtiment et de modélisation thermique dynamique, si l’on souhaite établir un modèle représentatif du comportement thermo-hydrique d’un composant de toiture végétalisée. Afin de développer ces différents aspects, un travail préliminaire qui consiste en une étude bibliographique approfondie portant sur les modèles proposés dans la littérature a été entrepris. Sur la base de cette étude bibliographique, un modèle couplé de transfert de chaleur et d’humidité a été développé. Ce modèle est basé sur l’établissement des équations de bilan énergétique sur la surface du feuillage et la surface du sol. Afin d’affiner le modèle développé et d’obtenir de meilleurs résultats numériques, diverses caractérisations expérimentales des matériaux qui entrent dans la composition de la toiture végétalisée ont été effectuées. Une plateforme expérimentale (Climabat, échelle 1/10) a été conçue sur le site de l’Université de La Rochelle dans le but de mesurer l’incidence des toitures végétalisées sur les bâtiments et fournir des données permettant de calibrer et de vérifier le modèle développé. Des comparaisons ont été entreprises entre toiture végétalisée et toiture classique, une différence de température de surface extérieure de 30°C a été notée pendant la période d’été. Les résultats des simulations montrent aussi que la végétalisation des toitures de bâtiment améliore non seulement les conditions de son confort thermique mais aussi sa performance énergétique. Des campagnes de mesures ont été également effectuées sur des bâtiments réels équipés avec des toitures végétalisées. La validation expérimentale du modèle développé a été ensuite entreprise à deux échelles, l’une à échelle réduite (maquette échelle 1:10) sur des bancs d’essais sur le site de l’Université de La Rochelle et une à échelle réelle, sur des pavillons BBC existants où différentes typologies de toitures végétalisées ont été instrumentées. Une fois le modèle développé et sa pertinence vérifiée par comparaison à des mesures expérimentales, il a été couplé à un code de simulation thermique dynamique des bâtiments (TRNSYS). Cela a permis de prédire la performance énergétique et le calcul des besoins de chauffage et de climatisation des bâtiments équipés d'une toiture végétalisée. Les résultats de simulations ont montré que la présence d'une toiture végétalisée permet une réduction des besoins des bâtiments et protège la membrane d’étanchéité de la toiture des températures extrêmes et des grandes fluctuations de température. De plus, il a été constaté que l'effet des toitures végétalisées sur la réduction de la température de l'air intérieur est plus important en été. Aussi, il a été constaté que les besoins de climatisation et de chauffage dépendent fortement du niveau d'isolation de la toiture. Enfin, les simulations réalisées pour différents climats ont montré que la toiture végétalisée est bénéfique pour le climat des pays européens. / Green roofs have a positive effect on the energy performance of buildings, providing a cooling effect in summer, along with a more efficient harnessing of the solar radiation, due to the reflective properties of the foliage. To assess these effects, a thermodynamic model was developed as well as the thermo-physical properties of the green roof components were characterized.The proposed model is based on energy balance equations expressed for foliage and soil media. The influence of the mass transfer on the thermal properties, and evapotranspiration were taken into account. Then, the water balance equation was added into the developed model and numerical simulations were performed. In order to evaluate the temperatures evolution at foliage and soil ground levels.Three of the main physical properties of green roofs were experimentally investigated to determine some of the green roofs’ modeling key parameters. First, the thermo-physical properties of green roofs were characterized by correlating the thermal conductivity of the substrate with the water content for different substrates and maximum water capacities. Next, the moisture storage was characterized using the dynamic vapor sorption technique. Third, themicro-structural properties of green roof substrate were characterized using mercury intrusion porosimetry. In addition to these characterizations, the evapotranspiration term, which is very important in the water balance, was measured.The model was experimentally validated according to a green roof platform (scale 1:10) constructed on the site of the University of La Rochelle. Measurements have also been conducted in a full scale building equipped with green roofs. Once the proposed model validated, it has been coupled to a building thermal code (TRNSYS) to evaluate the impact of green roofs on the energy performance of buildings.The results show that the effect of mass transfer in the subtract was very effective in reducing the model errors. Comparisons were undertaken with a roof slab concrete model; a significant difference in temperature (up to 30 °C) between the outer surfaces of the two roofs was noticed in summer. The heat flux through the roof was also evaluated. The roof passive cooling effect was three times more efficient with the green roof. In the winter, the green roof reduced roof heat losses during cold days; however, it increased these losses during sunny days. With a green roof, the summer indoor air temperature was decreased by 2 °C, and the annual energy demand was reduced by 6% for an oceanic climate such as that of La Rochelle. Finally, the simulations performed for different climates suggest that green roofs are thermally beneficial for hot, temperate, and cold European climates.

Les pompes sèches primaires dédiées aux procédés de fabrication en microélectronique sont soumises à des environnements très corrosifs de plus en plus oxydants et halogénés (Cl2, F2 et O2). Or pour des raisons mécaniques et économiques, les parties fonctionnelles des pompes sont usinées dans la fonte à graphite sphéroïdale EN-GJS-500-7. La fonte est alors protégée par un dépôt de nickel-phosphore (NiP) chimique. Cette thèse, reprend des études classiques sur la cinétique et le mécanisme de nickelage d'une part, et sur l'optimisation des propriétés mécaniques et la résistance à la corrosion des couches de NiP d'autre part. Cependant, le caractère innovant de ce travail repose sur la réalisation de couches NiP sur un substrat en fonte à graphite sphéroïdale.L'étude de la cinétique de nickelage et la caractérisation morphologique des revêtements en fonction du temps de dépôt a montré l'influence de la nature chimique du substrat. Les sphères de graphite affleurantes à la surface du substrat n'étant pas catalyseur du nickel chimique, provoque des défauts dans le revêtement, dommageables pour la conformité du dépôt. Il a été montré qu'une polarisation cathodique de la surface du substrat pouvait, dans les premiers instants du dépôt, amorcer le nickelage à l'aplomb des sphères de graphite.Une relation entre la microstructure des dépôts en fonction des traitements thermiques subis et des propriétés mécaniques des couches de NiP a été mise une évidence. Les dépôts NiP amorphes présentent une faible dureté et un comportement ductile tandis que les dépôts cristallisés possèdent une dureté élevée et un comportement fragile. Ces dépôts ont une bonne tenue à la corrosion en milieux halogéné lorsqu'ils sont intacts. Actuellement, au niveau industriel, les dépôts les plus fragiles sont choisis, bien qu'ils présentent une résistance à la corrosion plus faible : en effet, la durée de vie des pompes est alors supérieure car les effets de grippage sont atténués.Mots-clés : nickel chimique, résistance à la corrosion, fonte à graphite sphéroïdale, caractérisation physico-chimique, couches minces, durabilité mécanique / Primary dry pumps dedicated to manufacturing processes in microelectronics are subjected to highly corrosive environments that are increasingly oxidizing and halogenous (Cl2, F2 and O2). However, for mechanical and economic reasons, the functional parts of the pumps are machined in EN-GJS-500-7 spheroidal graphite cast iron. The cast iron is consequently protected by a nickel-phosphorus chemical deposit. This thesis is based on classical studies on the kinetics and the nickel-plating mechanism on the one hand, and on the optimization of the mechanical properties and corrosion resistance of the NiP layers on the other hand. The innovative nature of this work is based on the production of NiP layers on a spheroidal graphite cast iron substrate.The study of the kinetics of nickel-plating as well as the morphological characterization of coatings as a function of the deposit time showed the influence of the chemical nature of the substrate. The flush graphite spheres on the surface of the substrate being not a catalyst for the chemical nickel, they can cause defects in the coating and a loss of compliance. It has been shown that a cathodic polarization of the surface of the substrate, in the first moments of the deposit, could initiate the nickel-plating right on the graphite spheres.A relationship exists between the microstructure of the deposits as a function of the thermal treatments undergone and the mechanical properties of the NiP layers. The amorphous NiP deposits have a low hardness and a ductile behavior while crystallized deposits have a high hardness and a brittle behavior. These deposits have a good resistance to corrosion in halogenated environments when they are intact. Actually, at the industrial level, the most brittle deposits are chosen, although they have a lower corrosion résistance: indeed, the service life of the pumps is higher because the seizing effect are minimized.Keywords: electroless nickel, resistance to corrosion, spheroidal graphite cast iron, physicochemical characterization, thin layers, mechanical durability

In an era in which the amount of produced and stored data continues to exponentially grow, standard memory concepts start showing size, power consumption and costs limitation which make the search for alternative device concepts essential. Within a context where new technologies such as DRAM, magnetic RAM, resistive RAM, phase change memories and eFlash are explored and optimized, ferroelectric memory devices like FeRAM seem to showcase a whole range of properties which could satisfy market needs, offering the possibility of creating a non-volatile RAM. In fact, hafnia and zirconia-based ferroelectric materials opened up a new scenario in the memory technology scene, overcoming the dimension scaling limitations and the integration difficulties presented by their predecessors perovskite ferroelectrics. In particular, HfₓZr₁₋ₓO₂ stands out because of high processing flexibility and ease of integration in the standard semiconductor industry process flows for CMOS fabrication. Nonetheless, further understanding is necessary in order tocorrelate device performance and reliability to the establishment of ferroelectricity itself. The aim of this work is to investigate how the composition of the ferroelectric oxide, together with the one of the electrode materials influence the behavior of a ferroelectric RAM. With this goal, different process parameters and reliability properties are considered and an analysis of the polarization reversal is performed. Starting from undoped hafnia and zirconia and subsequently examining their intermixed system, it is shown how surface/volume energy contributions, mechanical stress and oxygen-related defects all concur in the formation of the ferroelectric phase. Based on the process optimization of an HfₓZr₁₋ₓO₂-based capacitor performed within these pages, a 64 kbit 1T1C FeRAM array is demonstrated by Sony Semiconductor Solutions Corporation which shows write voltage and latency as low as 2.0 V and 16 ns, respectively. Outstanding retention and endurance performances are also predicted, which make the addressed device an extremely strong competitor in the semiconductor scene.

Ce travail de thèse s’inscrit dans la continuité des activités de recherche du laboratoire GREAH sur les problématiques de la gestion d’énergie électrique et de l’amélioration de la qualité énergétique des systèmes de production aux énergies renouvelables. En effet, le couplage de plusieurs sources de natures différentes entraîne des problématiques de dimensionnement, de qualité d’énergie et de la durée de vie des éléments interconnectés. La démarche scientifique repose sur la caractérisation de l'évolution des résistances et des capacités des cellules de batteries LFP/supercondensateurs en fonction des contraintes électriques et thermiques, suivi de la modélisation du vieillissement accéléré des cellules. Nous proposons dans ce mémoire de thèse des améliorations de la réponse dynamique d’un bateau fluvial à propulsion électrique par l’hybridation des batteries LFP et des supercondensateurs. Nous proposons également une approche électrothermique pour la caractérisation et la modélisation multi-physique du vieillissement des batteries et supercondensateurs en utilisant des contraintes combinées de la température et de la fréquence des ondulations du courant de charge/décharge des cellules. Les données expérimentales collectées ont permis d'établir des modèles des supercondensateurs et des batteries dédiés aux systèmes multi-sources incluant des sources d’énergie renouvelable (éoliens et hydroliens). Les modèles développés se révèlent très précis par rapport aux résultats expérimentaux. Ils permettent une bonne description du phénomène de vieillissement des batteries LFP/supercondensateurs dû aux opérations de charge/décharge avec un courant continu fluctuant combiné à une température variable. / This thesis work is a continuation of the research activities of the GREAH laboratory on the issues of the management of electrical energy and improving the energy quality of production systems for renewable energy. Indeed, the coupling of several different nature sources entails the problems of dimension, quality of energy and the lifetime of the interconnected elements. The scientific approach is based on the characterization of the evolution of the resistances and capacitances of the batteries/supercapacitors cells according to the electrical and thermal constraints, followed by the modeling of accelerated cells aging. In this thesis, we propose improvements to the dynamic response of an electric propulsion fluvial boat by using the hybrid system of lithium-batteries and supercapacitors. We also propose an electrothermal approach for the multi-physical characterization and modeling of the batteries and supercapacitors aging, using combined constraints of the temperature and frequency of the DC current ripples. The experimental data has been collected to establish models of batteries and supercapacitors dedicated to multi-source systems including renewable energy sources (wind and tidal turbines). The results of the developed models shown high accuracy compared with experimental results. These models illustrated a good description of the aging phenomenon of batteries/ supercapacitors due to charging/discharging operations with a fluctuating continuous current combined with a variable temperature.

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