Cette recherche doctorale s'intitule « Analyse du cheminement de personnes enseignantes au plan de la compétence émotionnelle et de sa prise en compte, dans le contexte de l'insertion professionnelle et d'une démarche d'accompagnement dans une perspective socioconstructiviste ». L'accompagnement dans une perspective socioconstructiviste vise à susciter des interactions dans une démarche réflexive pour faciliter l'établissement de liens théorie-pratique, la construction de connaissances et le développement de compétences. La compétence émotionnelle chez des personnes enseignantes en insertion professionnelle peut être comprise comme étant la mobilisation de connaissances, d'habiletés et de capacités associées aux émotions, leurs causes, leurs effets et aux stratégies de contrôle et de gestion des émotions et leur expression, qui permettent de penser et d'agir de manière efficace, efficiente, appropriée et en cohérence avec des aspects de soi en contexte scolaire et d'insertion professionnelle. Les défis de l'insertion professionnelle sont susceptibles de faire émerger des émotions désagréables chez les personnes enseignantes. Plusieurs écrits scientifiques portant sur l'insertion professionnelle les décrivent. Des émotions désagréables intenses peuvent susciter des actions inadéquates et inefficaces dans ses interactions avec les autres. La compétence émotionnelle a été abordée par différents auteurs en éducation et dans d'autres domaines, mais sans avoir été étudiée dans le contexte précis de l'accompagnement de personnes enseignantes en insertion professionnelle, dans une perspective socioconstructiviste. C'est pour mieux connaître le développement et la prise en compte de la compétence émotionnelle de personnes enseignantes, en contexte d'insertion professionnelle et d'accompagnement dans une perspective socioconstructiviste, que cette recherche a été effectuée. Elle propose: 1) d'analyser la prise en compte de la compétence émotionnelle, à partir de ses huit composantes, chez des personnes enseignantes en insertion professionnelle lorsque celles-ci partagent, échangent, discutent ou réfléchissent à propos de situations de leur pratique enseignante dans lesquelles émergent des émotions, avant, pendant et après une démarche d'accompagnement, dans une perspective socioconstructiviste intégrant des éléments de formation relativement à la compétence émotionnelle et à sa prise en compte; et 2) d'étudier les changements exprimés par des personnes enseignantes en insertion professionnelle quant à la compétence émotionnelle et à sa prise en compte, au terme d'une démarche d'accompagnement dans une perspective socioconstructiviste intégrant des éléments de formation relativement à la compétence émotionnelle et à sa prise en compte, cinq à six mois plus tard. La démarche méthodologique adoptée se fonde sur les principes de la recherche qualitative/interprétative et son contexte s'inspire du modèle d'accompagnement de Lafortune (2008a). Un groupe de 11 personnes enseignantes en insertion professionnelle ont participé à cette recherche. Pour répondre au premier objectif de la recherche, la collecte de données s'est effectuée en trois étapes: avant, pendant et après la démarche d'accompagnement. Pour répondre au deuxième objectif de la recherche, elle s'est prolongée après la démarche d'accompagnement. Plusieurs instruments ont permis de recueillir des données de nature qualitative, auprès des sujets participants, tout au long de la recherche. Les instruments utilisés consistent en des entretiens d'accompagnement de groupe, un entretien semi-dirigé de groupe et des entretiens semi-dirigés individuels, des entretiens téléphoniques individuels, des cahiers d'observations-réflexions et deux types de fiches réflexives. Les résultats révèlent qu'au point de départ, avant l'intégration d'éléments de formation relatifs à la compétence émotionnelle et à sa prise en compte dans la démarche d'accompagnement, les personnes participantes tiennent peu compte de leurs émotions et de leurs effets ainsi que de leur gestion émotionnelle dans diverses situations de leur pratique enseignantes. Toutefois, lorsqu'elles sont guidées dans cette prise en compte, elles montrent qu'elles ont la capacité de le faire. Elles ont généralement développé des connaissances, des habiletés et des capacités de base de la compétence émotionnelle. Cependant, étant donné leur peu d'expérience, il s'avère difficile pour certaines d'entre elles de mobiliser leurs ressources de manière à faire face efficacement et de manière appropriée aux situations interpersonnelles, lorsque des émotions désagréables et plutôt intenses émergent. Cependant, l'expérience de groupe de pairs en insertion professionnelle, dans une dynamique interactive et réflexive, permettant des partages d'expérience en situation scolaire et axée sur la prise en compte de la compétence émotionnelle, semble avoir favorisé le développement de composantes de la compétence émotionnelle et la prise en compte des émotions chez les personnes participantes. Les résultats indiquent un certain cheminement déclaré quant à: 1) la conscience de ses émotions et à l'habileté à les mettre en mots; 2) la capacité d'empathie; 3) la conscience de ses émotions, le contrôle de l'expression d'émotions et l'utilisation de stratégies de gestion des émotions, dans les relations interpersonnelles et 4) la capacité d'autoefficacité. Les résultats montrent aussi une plus grande prise en compte des émotions et de leurs effets ainsi que de la manière de les gérer. Enfin, des nouvelles connaissances ont été construites par les sujets participants: 1) la connaissance de soi sur le plan émotionnel; 2) les émotions et la gestion émotionnelle, en tant qu'objets de connaissance; 3) la communication d'émotions dans la relation pédagogique; 4) des bénéfices associés à l'accueil et à l'acceptation de ses expériences émotionnelles en situation professionnelle, en contexte scolaire. De plus, chez certaines personnes, les partages, échanges et discussions entre pairs en insertion professionnelle semblent avoir permis de renforcer leur confiance en soi, un sentiment de compétence ainsi que le « goût » de leur profession. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : compétence émotionnelle, émotion, accompagnement, perspective socioconstructiviste, insertion professionnelle, enseignant, enseignante.

Cette thèse de doctorat s'inscrit dans l'examen des processus du développement et du maintien de l'estime de soi à l'adolescence. Récemment, certains chercheurs s'intéressant au développement de l'estime de soi ont proposé qu'il vaudrait mieux, plutôt de s'attarder au contenu des évaluations de soi et à l'estime de soi globale des jeunes, examiner la dépendance de leur estime de soi aux événements survenant dans différents domaines de leur vie, ce que nous avons appelé dans cette thèse les conditions de l’estime de soi. La présente thèse s'intéresse ainsi à l'importance qu'ont pour l'estime de soi de jeunes à l'adolescence divers événements positifs et négatifs survenant dans différentes sphères de leur fonctionnement. La visée première de cette thèse était de préciser le rôle qu'exercent les conditions de l'estime de soi des adolescents dans la présence de symptômes dépressifs et de voir si le soutien parental et celui des pairs sont de nature à modifier cette association. Pour ce faire, cette recherche doctorale comporte deux volets. Les études réalisées dans chacun ont en commun une perspective développementale et multidimensionnelle de l'estime de soi. Un devis transversal a été utilisé couvrant cinq années de développement des adolescents de sorte que les divers échantillons étaient composés d'élèves de la première à la cinquième année du secondaire de la Rive Sud de Montréal. Les données ont été recueillies par questionnaires et les mesures ont été complétées par les élèves. Cette thèse comprend deux articles (volets 1 et 2). Le premier porte sur le développement et la validation d'une échelle de mesure en langue française des conditions de l'estime de soi à l'adolescence. Destinée à des jeunes du début à la fin de l'adolescence, l'échelle a pour but de mesurer à quel point les jeunes assujettissent leur estime de soi aux événements positifs et négatifs reliés à leur acceptation sociale, leur apparence physique, leur compétence sportive et athlétique, leur poids corporel et leur réussite scolaire. Cet article comprend trois études conduites sur des échantillons différents. La première a examiné la structure factorielle et la validité interne d'un questionnaire de conditions de l'estime de soi à l'adolescence de façon à confirmer que l'instrument permet de distinguer clairement les cinq domaines de fonctionnement (n = 431). La distinction entre les événements positifs et les événements négatifs pour chacun des domaines de fonctionnement dans l'estime de soi a également été examinée, de même que la consistance interne et la stabilité temporelle de l'instrument. L'analyse factorielle confirmatoire faite sur les données de la deuxième étude (n = 1523) a permis de valider la structure factorielle observée dans la première étude. Enfin, la troisième étude a permis de montrer la validité de convergence de l'instrument (n = 344). Les résultats des trois études conduites auprès de plus de 2000 jeunes montrent que l'échelle est un instrument d'évaluation des conditions de l'estime de soi à l'adolescence ayant des propriétés robustes. L'hypothèse voulant que les événements de vie positifs et négatifs associés a ces domaines de vie se distinguent chez les jeunes à l'adolescence est partiellement confirmée. Le modèle à cinq facteurs des conditions de l'estime de soi des jeunes observé dans la première étude est retrouvé dans la seconde, et s'avère semblable chez les filles et les garçons. Trois des facteurs portent sur un domaine de vie propre et regroupent autant les événements positifs que négatifs. Ces domaines sont la réussite scolaire, le poids corporel et la compétence sportive et athlétique. Les deux autres facteurs combinent les domaines de l'apparence physique et de l'acceptation sociale selon la valence des événements, positifs pour un des facteurs, et négatifs pour l'autre. Le second article porte sur l'influence de la perception par les jeunes du soutien social des parents et des pairs sur les liens entre les conditions de l'estime de soi et la présence de symptômes dépressifs à l'adolescence. Le premier objectif était d'évaluer un modèle des liens directs entre les conditions de l'estime de soi et les symptômes dépressifs (modèles de base) chez les garçons et les filles (n = 1641). Le deuxième objectif était d'examiner l'effet médiateur du soutien social perçu par les jeunes sur ces relations en évaluant les indices d'adéquation de trois différents modèles : celui ne comprenant que le soutien par les pairs, celui ne comprenant que le soutien des parents et celui incluant les deux sources de soutien simultanément. Des analyses de modélisation par équations structurelles selon la méthode de vraisemblance maximale ont permis de répondre aux objectifs. Les résultats montrent que si les structures diffèrent selon le genre, dans les deux cas, le modèle combinant le soutien de deux sources est nettement supérieur à chacun des deux autres. Chez les garçons, le modèle combiné explique 32 % de la variance observée dans les symptômes dépressifs, alors qu'il en explique 39 % chez les filles. Les résultats indiquent des effets à la fois négatifs et positifs du soutien perçu par les pairs et les parents sur les relations entre les conditions de l'estime de soi et les symptômes de dépression chez les adolescents. Enfin, la discussion soulève les thèmes importants de la thèse en intégrant les résultats issus de ces deux articles. Le premier concerne l'opérationnalisation des conditions de l'estime de soi à l'adolescence et les contributions théoriques originales y étant associées. Le deuxième thème concerne les différences de genre dans la direction de liens observés entre les conditions de l'estime de soi, les symptômes dépressifs et les perceptions du soutien social des parents et des pairs. Les implications théoriques et pratiques sont abordées par la suite, suivies des limites et pistes de recherches futures en découlant de la recherche réalisée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : conditions de l'estime de soi, adolescence, échelle de mesure, propriétés psychométriques, modèle, perception du soutien social, symptômes dépressifs

As optical fiber systems evolve to higher data rates, the importance of polarization control and manipulation steadily increases. Polarization manipulating devices, such as polarization splitters and converters, can be realized by introducing material anisotropy or geometric asymmetry. Compared to active devices, passive polarization converters are more simply fabricated and controlled; therefore they have attracted increasing attention during the past two decades. However, materials employed in previous polarization rotating waveguides are mainly limited to low index-contrast III-V semiconductors such as InP and GaAs. Such III-V devices possess large radiation loss, large curvature loss, and low coupling efficiency to single-mode fibers; in addition, due to the weak optical confinement, the device spacing has to be large, which prevents high-density and large-scale integration in optoelectronic integrated circuits (OEIC) and planar lightwave circuits (PLC). <br /><br /> In this dissertation, the silicon-on-insulator (SOI) technology is introduced to the design and fabrication of passive polarization rotators (PR). Efficient and accurate full-vectorial finite-element eigenmode solvers as well as propagation schemes for characterizing novel SOI PRs are developed because commercial software packages based on finite-difference techniques are inefficient in dealing with arbitrary waveguide geometries. <br /><br /> A set of general design procedures are accordingly developed to design a series of slanted-angle polarization converters, regardless of the material system (SOI or III-V), outer-slab layer configuration (symmetric or asymmetric), and longitudinal loading (single- or multi-section). In particular, our normalized design charts and simple empirical formula for SOI polarization converters are applicable to a wide range of silicon-guiding-film thickness, e. g. , from 1 to 30 &mu;m, enabling fast and accurate polarization rotator design on most commercial SOI wafers. With these procedures, in principle 100% polarization conversion efficiency can be achieved by optimizing waveguide geometric parameters. <br /><br /> A novel configuration with asymmetric external waveguiding layers is proposed, which is advantageous for fabrication procedure, manufacturing tolerance, single-mode region, and conversion efficiency. By etching along the crystallographic plane, the angled-facet can be perfectly fabricated. Completely removing external waveguiding layer beside the sloped sidewall not only simplifies production procedures but also enhances fabrication tolerances. <br /><br /> To accurately and efficiently characterize asymmetric slanted-angle SOI polarization converters, adaptive mesh generation procedures are incorporated into our finite-element method (FEM) analysis. In addition, anisotropic perfectly-matched-layer (PML) boundary condition (BC) is employed in the beam propagation method (BPM) in order to effectively suppress reflections from the edges of the computation window. For the BPM algorithm, the power conservation is strictly monitored, the non-unitarity is thoroughly analyzed, and the inherent numerical dissipation is reduced by adopting the quasi-Crank-Nicholson scheme and adaptive complex reference index. <br /><br /> Advantages of SOI polarization rotators over III-V counterparts are studied through comprehensive research on power exchange, single-mode condition, fabrication tolerance, wavelength stability, bending characteristics, loss and coupling properties. The performance of SOI PRs is stable for wavelengths in the ITU-T <em>C</em>-band and <em>L</em>-band, making such devices quite suitable for DWDM applications. Due to the flexible cross-section of SOI polarization converters, the coupling loss to laser diodes and single mode fibers (SMF) can be designed to be very small and can be further reduced by a tapered waveguide with cross-sections always satisfying the single-mode criteria. Slanted-angle SOI polarization rotators display asymmetric bending characteristics and permit extremely small curvatures with negligible radiation loss when the angled-facet is located at the outer bend radius. Moreover, SOI polarization rotators can be manufactured with low-price processing techniques that are fully compatible with CMOS integrated circuits (IC) technology, and thus can be integrated on both photonic and electronic chips. <br /><br /> Experimental verifications have shown good agreement with theoretical analysis and have confirmed the promising characteristics of our novel asymmetric SOI polarization converters. Similar asymmetric-outer-slab geometry has recently been employed by peer researchers to fabricate high performance III-V polarization rotators. We therefore believe that results in this dissertation will contribute much to related research fields.

In this thesis, we propose a novel vertical MOSFET device with middle partial insulator (MPI) or VMPI for capacitorless one transistor dynamic random access memory (1T-DRAM) application. In TCAD simulations, we compare the device performances of the planar MPI, conventional silicon-on-insulator SOI, and our proposed VMPI. Based on numerical simulation, we find out that the VMPI device has a large kink phenomenon for improving the programming window. As far as the data retention time is concerned, the hole carriers leaking into the source region are reduced due to the presence of a large pseudo neutral region and an effective blocking oxide layer. The retention time can thus be improved about 5 times when compared with conventional SOI counterpart. Furthermore, it should be noted that the gate-all-around (GAA) VMPI device structure not only increases the body pseudo-neutral region, but also enhances the 1T-DRAM performances, suggesting that the proposed VMPI can become a candidate for 1T-DRAM application.

A novel CMOS inverter has been proposed. We utilize gated N-I-P transistor to replace the conventional PMOSFET for solving the problem of width compensation. Also, we carefully investigate and analyze the non-conventional CMOS characteristics with NTFET and/or UTB JL MOSFET as driver and gated N-I-P transistor as a load. According to the results, our proposed novel CMOS inverter has correct logic behavior and its delay time is reduced about 87.2 % when compared with the CTFET. Also, our proposed CMOS still can get a 43.2 % reduction in delay time when compared with JL CMOS. In addition, because of the N-type output drain node and the SOI structure, our proposed CMOS does not need any physical isolation technique, thereby improving the packing density. Our proposed CMOS indeed obtain a 54.1 % reduction of the total area compared with the conventional CMOS. Our proposed CMOS also can achieve a 40.1 % reduction in the total area when compared with the SOI-based CMOS. More importantly, due to the reduced process steps, the cost reduction can be achieved. We therefore believe that a high packing density novel CMOS inverter with reduced process steps can become one of the contenders for future CMOS scaling.

In this thesis, we carefully investigate the electrical characteristics of junctionless vertical MOSFET (JLVMOS) compared with the junctionless planar MOSFET (JLPMOS) and conversional junction vertical MOSFET (JVMOS). Also, we examine the advantages of the double-gate structure and the short-channel behavior of the junctionless transistors. According to the 2D simulation studies, the proposed JLVMOS can achieve better short-channel characteristics (JLVMOS: 62.04 mV/dec S.S., 23.96 mV/V DIBL; JLPMOS: 77.67 mV/dec S.S., 146.07 mV/V DIBL) as compared with the planar transistor, chiefly owing to the double-gate scheme. This proves that only the double-gate device has better gate controllability over the channel region to reduce the short-channel effect. More importantly is that the JLVMOS has a bulk Si starting material, in which the SOI-induced self-heating effects and the fabrication cost can be well suppressed and reduced, respectively. In comparison with the JVMOS, our proposed JLVMOS exhibits better S.S. and reduced DIBL. Furthermore, although the analog/RF properties of the JLVMOS are somewhat degraded, due to its simple fabrication process, our proposed JLVMOS can become one of the mainstream technology for future CMOS applications.

Silicon-on-Insulator (SOI) micro-ring resonators (MRRs) are versatile elements in high-density integrated optics telecommunication systems. However, small inaccuracies in the fabrication process intensely deteriorate the response of SOI MRRs. By utilizing the racetrack resonator structures with strong coupling abilities, one can improve the fabrication tolerance. For the SOI racetrack resonators, the FSR is usually large. By introducing gratings into SOI racetrack resonators, the mutual mode coupling between the clockwise and counterclockwise modes can be induced and result in the resonance splitting. The grating-assisted SOI racetrack resonators can increase the operation wavelength and open up the possibility to overcome this limitation. In this thesis, we first use the 2-D FDTD method with the effective index method (EIM) to obtain the transmission spectra of the SOI racetrack resonators. The transmission spectra are then fitted by using the time-domain coupled mode theory (CMT) to obtain the quality factor and optical parameters of the SOI racetrack resonators. Next, we demonstrate the characteristics of mode splitting resulted from the mutual mode coupling between the clockwise and counterclockwise modes in the grating-assisted racetrack resonators by utilizing both the CMT and the 2-D FDTD method with the EIM. By tuning the grating configurations, such as the length or the structure of sidewall gratings, one can obtain the desired transmission spectrum of the grating-assisted racetrack resonators. Finally, we numerically investigate the temperature-dependent spectral characterics of the grating-assisted SOI racetrack resonator by taking the thermal-optic responce of the SOI materials into account. The thermal sensitivity of this device is 95.38 pm/¢XC, and the calculted properties can help the further designs based on the grating-assisted SOI racetrack resonators.

Abstract In this thesis, a Multi-gate PD SOI Device is realized. The inverse narrow channel effect of the device is also studied. In the Multi-gate PD SOI structure, it has three-surface gate on the silicon MESA Island, which can promote the device performance. However, for eliminating the abnormal corner leakage current in the MESA Island, the process of rounded corner is used. In order to overcome the floating body effect, we use the Schottky body contact. According to the 3-D DAVINCI device simulation and the measurement results, the Multi-gate PD SOI device presents the excellent characteristics: low threshold voltage, low subthreshold factor and high breakdown voltage. In addition, comparing the Multi-gate device with that of the conventional one, the excess drain current gain is observed. In order to understand the behavior of INCE in Multi-gate PD SOI Device in depth, we use the concept of overlap depletion region to derive the expressions of threshold voltage shift. Owing to the device has rounded corner, we also study the rounded corner effect in the model formulation. Comparing calculation with that of the experiment one, the calculation shows agreement with the experiments.

This thesis addresses the manufacturing of complex three-dimensional structures using planar nano-fabrication techniques and a stress-driven self-assembly process in group IV semiconductors. In the state of the art, the method called nanostructured origami, advocated here, has been used to achieve controlled fabrication of rolled-up, wrinkled and folded structures in different material systems. At the same time a new field of silicon technology based on transferable and engineered nanomembranes has developed with the realization of the fact that excellent properties of bulk Si are preserved in nm-thin layers released from the substrate surface. Furthermore, strained Si and SiGe membranes have received much attention as efficient templates to improve Si based device performance. This work focuses on finely tuning the inherent strain in Si-based membranes in order to reliably fold them into rolled-up and wrinkled structures. The topics include manufacturing, in depth characterization and potential applications of the fabricated objects. All samples investigated here have a multilayered structure comprising a sacrificial layer and an all semiconductor or hybrid functional layer. A selective underetching procedure is used to release the nanomembranes from their substrates. The strain profile in the growth direction of the functional layer is one of the key parameters to define the 3D objects forming during the release of the membranes from the substrate. Rolled-up tubes are achieved, for instance, by defining a bilayer strip in the region where bending is to take place. The upper layer of these areas is intentionally deposited with as much residual stress as possible. This intrinsic stress causes the defined slab to curl in a predictable fashion when released from the substrate by selective etching of the sacrificial film. Wrinkled structures are achieved by release of films with a uniform compressive strain from the substrate surface. Three different multilayer stacks are used here, i.e., Si:B/SiGe:B, SiGe and Si functional layers on a Si, SiO₂, and Ge sacrificial layer, respectively. Major contributions of this thesis are the fabrication of integrated microtube resistors based on Si:B/SiGe:B tubes; the use of the Ge condensation technique to tailor the strain distribution in SiGe films on insulator; the manufacturing of fully scalable and CMOS compatible all-semiconductor and hybrid tubes ; the development of the REBOLA (RElease and BOndback of LAyers) technology for the fabrication of linear and circular networks formed by interconnected wrinkled structures; the experimental demonstration of light emission from Ge and Si nanoparticles integrated in a tube wall; the observation and investigation of the waveguiding effect along the axis of SiO_x/Si tubes. For manufacturing of integrated microtube resistors, two-dimensional strained templates are created by MBE growth of Si:B/SiGe:B bilayers on an intrinsic Si sacrificial layer. Conventional patterning techniques are used to define a mesa for a rolled-up tube bridged between two electrodes on the strained film. The pattern is designed taking into account the anisotropic nature of Si etching by the used solution, and a preferential rolling of the film in the <010> direction of the Si crystal. After definition of the electrical contacts in the dedicated areas, rolled-up tubes bridged between two large terminal areas are fabricated by selective etching of the Si sacrificial layer. Linear I-V curves are recorded both for unreleased and rolled-up films, and an increase of the bilayer resistance after release from the substrate is observed. Scalability of the electrical resistance of tubes is achieved by tuning the rolled-up bilayer thickness and the tube diameter. SGOI substrates with various thicknesses and Ge composition profiles are fabricated by using the Ge condensation technique. For this purpose a SiGe layer with low Ge content is epitaxially grown on an ultra-thin SOI wafer and the obtained heterostructure undergoes dry thermal oxidation. Upon exposure to oxygen gas, Si in the SiGe layer is selectively oxidized, and the Ge piles up in the semiconductor layer at the receding SiO₂/SiGe interface. The growing and the buried oxides act as barriers for the Ge out-diffusion, leading to the simultaneous thinning and Ge enrichment of the semiconductor film. Different Ge distribution profiles are created in the SiGe films by tuning the duration and/or the temperature of the oxidation process. An in-situ post-annealing step in nitrogen atmosphere is also used to tailor the composition profile in the film. Rolled-up microtubes and interconnected wrinkled structures are fabricated by releasing SiGe films graded and homogeneous in composition, respectively, by selective etching of the buried SiO₂ layer. Hybrid metal/semiconductor tubes are fabricated by using Si and SiGe films on insulator as templates. A patterned Cr film is thermally evaporated on the SOI and SGOI substrates and a starting edge for the rolling process is defined by photolithography and RIE (reactive ion etching). The inherent tensile strain in the Cr layer creates a strain gradient sufficient to drive the upward bending of the Cr/Si or Cr/SiGe bilayer once the film is released from the substrate. The third part of the thesis focuses on functionalization of rolled-up tubes as optical devices. SiO_x/Si and SiGe tubes undergo high temperature annealing treatment to induce the formation of Si and Ge nanostructures in the tube wall. Intense photoluminescence in the visible spectrum range is acquired at room temperature from these structures. A detailed investigation of light emission and propagation in SiO_x/Si tube is performed. Finally the rolled-up microtubes are shown to work as optical ring-resonators and waveguides. These results conclusively demonstrate the ability to pattern Si-based membranes with nanoscale features and controllably fold them into a predetermined 3D configuration by finely tuning the strain distribution in the membranes by well-estabilished deposition and growth processes i.e., molecular beam epitaxy, physical vapor deposition, and thermal oxidation. Future work may involve the use of selective epitaxy, local oxidation and strained metal or insulator film deposition to locally engineer the strain distribution on the same template. Selecting an appropriate geometry of starting etching windows allows in that case a batch production of different kinds of interconnected structures (tubes, coils and channel networks) by selective etching of a sacrificial buffer layer. This is a promising step to implement various functionalities, i.e, electron devices (SiGe/Si tubes as rolled-up resistors, or metal/semiconductor tubes as inductors), fluidic devices (interconnected wrinkled structures as nanofluidic channel networks), or optical devices (Si-based tubes with integrated emitters as ring-resonators or waveguides) on the same substrate and eventually on a transferable membrane. / Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Herstellung von komplexen dreidimensionalen Strukturen unter der Verwendung planarer Nano-Fabrikationsmethoden und Verspannungsgetriebener Selbstordnungsprozesse. Die hier vorgestellte Methode, das sogenannte nanostrukturierte Origami, wird benutzt, um gezielt gerollte und gefaltete Strukturen verschiedener Materialklassen herzustellen. Gleichzeitig hat sich ein neues Feld der Siliziumtechnologie etabliert, welches darauf beruht, dass in ultradünnen, von der Substratoberfläche losgelösten Schichten die sehr guten Eigenschaften des Siliziumfestkörpers erhalten bleiben. Des Weiteren wurde Si und SiGe Membranen vermehrt Aufmerksamkeit als Ausgangsmaterial für Si-basierte Bauelemente zuteil. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Feineinstellung der Verspannung in Si-basierten Membranen zur reproduzierbaren Herstellung von aufgerollten und gefalteten Strukturen. Die Aufgabenstellung schließt die Fertigung, die weitgehende Charakterisierung und potentielle Verwendung der Strukturen ein. Alle in dieser Arbeit verwendeten Proben bestehen aus Multilagen, die sowohl eine Opferschicht als auch eine funktionelle Halbleiter- oder Hybridlage enthalten. Durch einen selektiven Prozess werden die Nanomembranen von ihrem Substrat abgelöst. Das Verspannungsprofil in Wachstumsrichtung der funktionellen Schicht ist einer der Schlüsselparameter, um die Art der 3D Objekte vorherzubestimmen, die sich während des Ablösens vom Substrat bilden. Die obere Lage wird dazu absichtlich mit einer maximalen Verspannung aufgebracht. Diese intrinsische Verspannung bewirkt, dass sich das zuvor festgelegte Gebiet in vorhersagbarer Weise aufrollt, wenn es durch selektives Ätzen vom Substrat abgelöst wird. Gefaltete Strukturen erhält man, wenn Lagen mit einer gleichmäßigen kompressiven Verspannung vom Substrat abgelöst werden. Drei verschiedene Multilagen werden in dieser Arbeit verwendet: Si:B/SiGe:B, SiGe und Si-basierte funktionale Schichten, die auf Si-, SiO₂- oder Ge-Opferschichten aufgebracht werden. Die Schwerpunkte dieser Arbeit sind: die Herstellung von integrierten Mikroröhren- Transistoren auf der Basis von Si:B/SiGe:B-Röhren; die Ausnutzung von Ge-Kondensation um die Verspannung von SiGe auf Isolator-Substraten einzustellen; die Herstellung von skalierbaren und CMOS-kompatiblen Halbleiter- und Hybridröhren; die Entwicklung der REBOLA-Technik (RElease and BOnd-back of LAyers) zur Herstellung von linearen und kreisförmigen Netzwerken, die durch gefaltete und verbundene Strukturen gebildet werden; die experimentelle Demonstration der Emission von in den Tubewänden integrierten Si und Ge Nanopartikeln; sowie die Beobachtung und Untersuchung von Wellenleitung entlang der Achse von SiO_x/Si Röhren. Für den Bau von integrierten Mikroröhren-Widerständen werden verspannte zweidimensionale Vorlagen mittels MBE-Wachstum aus Si:B/SiGe:B-Doppelschichten auf intrinsischen Si-Opferschichten verwendet. Klassische Strukturierungsmethoden werden verwendet, um Stege zu definieren, die zwei Elektroden mittels einer aufgerollten Mikroröhre verbinden. Die Strukturierungsmasken werden entsprechend ausgelegt, um sowohl das anisotrope selektive Ätzverhalten der verwendeten Ätzflüssigkeit, als auch die bevorzugte Rollrichtung der Doppelschicht in die <010>-Richtung des Si-Kristalls zu berücksichtigen. Nach der Abscheidung der beiden Elektroden werden deren Anschlussgegenden durch eine Röhre miteinander verbunden, die beim selektiven entfernen der Opferschicht entsteht. Lineare I-V Kennlinien werden sowohl für den flachen, als auch den aufgerollten Film gemessen, wobei ein erhöhter Widerstand für die aufgerollte Doppelschicht beobachtet wird. Eine Skalierbarkeit des Widerstandes der Röhren wurde durch Einstellen der Wandstärke und des Röhrendurchmessers erreicht. SGOI-Substrate verschiedener Dicken und Ge-Konzentrationsprofilen werden mittels der Ge-Kondensationsmethode hergestellt. Für diesen Zweck werden dünne SiGe-Schichten mit geringer Ge-Konzentration epitaktisch auf ultra-dünnen SOI-Wafer eptiaktisch aufgewachsen und anschließend einer trockenen, thermischen Oxidation unterworfen. Wenn diese Schicht dem Sauerstoff ausgesetzt wird, oxidiert Silizium an der Oberfläche und Ge sammelt sich in der Halbleiterschicht unter der SiO_x/SiGe Grenzfläche an. Sowohl das aufwachsende als auch das vergrabene SiO₂ wirken als Diffusionsbarrieren für das Ge, was zu einem simultanen Ansteigen der Ge-Konzentration und dem Abdünnen der verbleibenden Halbleiterschicht führt. Verschiedene Ge-Verteilungsprofile wurden durch gezielte Variation der Dauer und/oder der Temperatur während des Oxidationsprozesses hergestellt. Ein in-situ Nachtempern in einer Stickstoffatmosphäre wird ebenfalls benutzt, um das Verteilungsprofil im Film anzupassen. Sowohl aufgerollte Mikroröhren als auch verbundene gefaltete Netzwerkstrukturen werden durch gezieltes Ablösen von gradierten oder homogenen SiGe Schichten mittels selektiven Ätzens des SiO₂ hergestellt. Hybride Metall/Halbleitende Röhren wurden fabriziert, wobei Si- und SiGe-Schichten auf Isolator als Template dienten. Dafür wurde eine strukturierte Cr-Schicht thermisch auf ein SOI- oder SGOI-Substrat aufgedampft und Startkanten für den Aufrollprozess mittels Fotolithographie und RIE-Ätzen definiert. Die inhärent dehnungsverspannten Cr-Schichten erzeugen einen Verspannungsgradienten, der beim Ablösen der Cr/Si- oder Cr/SiGe-Doppelschichten ein Aufwärtsrollen sicherstellt. Der dritte Teil der Arbeit fokussiert sich auf die Funktionalisierung von aufgerollten Röhren als optische Bauelemente. SiO_x/Si-Röhren werden hohen Temperaturen ausgesetzt, um Si- und Ge-Nanostrukturen in der Röhrenwand zu bilden. Bei Raumtemperatur wird eine intensive Fotolumineszenz der Strukturen beobachtet. Eine detaillierte Untersuchung der Lichtemission und der Lichtausbreitung in den SiO_x /Si-Röhren wurde durchgeführt. Dabei wird nachgewiesen, dass aufgerollte Mikroröhren als optische Ringresonatoren und Wellenleiter genutzt werden können. Die Ergebnisse zeigen klar, dass es unter der Benutzung von wohl etablierten Abscheidungsmethoden wie Molekularstrahlepitaxie, physikalischer Gasphasenabscheidung oder thermischer Oxidation möglich ist, Si-basierte Membranen mit nanometergroßen Strukturen herzustellen und in vorherbestimmte 3D-Konfigurationen zu überführen. Um die Verspannung auf dem benutzten Film-Template lokal einzustellen, könnten zukünftige Arbeiten von selektiver Epitaxie, lokaler Oxidation, sowie von verspannten Metallen, als auch von Isolatorschichten Gebrauch machen. Durch Auswahl einer entsprechenden Geometrie der Startfenster würde in diesem Fall die Herstellung verschiedener miteinander verbundener Strukturen (Röhren, Spulen und Kannalnetzwerken) möglich werden. Dies stellt einen vielversprechenden Ansatz dar, verschiedene funktionelle elektrische Bauelemente (SiGe/Si-Röhren als Widerstände oder Metall/Halbleiterspulen), Flüssigkeitsbauelemente (verbundene, gefaltete Netzwerkstrukturen als Nanokanäle) oder optische Bauelemente (Si-basierte Röhren mit integrierten Emittern als Ringresonatoren oder Wellenleiter) auf dem gleichen Substrat oder eventuell auf einer transferierbaren Membran unterzubringen.

Habilitationsschrift : Philosophie : Tübingen, Eberhard-Karls-Universität : 1998. / Bibliographie : p. 325-335.