O objetivo principal deste trabalho é o estudo de transistores UTBOX SOI não auto-alinhados operando como célula de memória de apenas um transistor aproveitando-se do efeito de corpo flutuante (1T-FBRAM single Transistor Floating Body Random Access Memory). A caracterização elétrica dos dispositivos se deu a partir de medidas experimentais estáticas e dinâmicas e ainda, simulações numéricas bidimensionais foram implementadas para confirmar os resultados obtidos. Diferentes métodos de escrita e leitura do dado 1 que também são chamados de métodos de programação do dado 1 são encontrados na literatura, mas com intuito de se melhorar os parâmetros dinâmicos das memórias como o tempo de retenção e a margem de sensibilidade e ainda, permitir um maior escalamento dos dispositivos totalmente depletados, o método de programação utilizado neste trabalho será o BJT (Bipolar Junction Transistor). Uma das maiores preocupações para a aplicação de células 1T-DRAMs nas gerações tecnológicas futuras é o tempo de retenção que diminui juntamente com a redução do comprimento de canal do transistor. Com o intuito de solucionar este problema ou ao menos retardá-lo, é apresentando pela primeira vez um estudo sobre a dependência do tempo de retenção e da margem de sensibilidade em função do comprimento de canal, onde se observou que esses parâmetros dinâmicos podem ser otimizados através da polarização do substrato e mantidos constantes para comprimentos de canal maiores que 50 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 80 nos dispositivos de referência. Entretanto, observou-se também que existe um comprimento de canal mínimo que é dependente do tipo de junção (30 no caso dos dispositivos não auto-alinhados e 50 nos dispositivos de referência) de modo que para comprimentos de canal abaixo desses valores críticos não há mais espaço para otimização dos parâmetros, degradando assim o desempenho da célula de memória. O mecanismo de degradação dos parâmetros dinâmicos de memória foi identificado e atribuído à amplificação da corrente de GIDL (Gate Induced Drain Leakage) pelo transistor bipolar parasitário de base estreita durante a leitura e o tempo de repouso do dado 0. A presença desse efeito foi confirmada através de simulações numéricas bidimensionais dos transistores quando uma alta taxa de geração de portadores surgiu bem próxima das junções de fonte e dreno somente quando o modelo de tunelamento banda-a-banda (bbt.kane) foi considerado. Comparando o comportamento dos dispositivos não auto-alinhados com os dispositivos de referência tanto nos principais parâmetros elétricos (tensão de limiar, inclinação de sublimiar, ganho intrínseco de tensão) como em aplicações de memória (tempo de retenção, margem de sensibilidade, janela de leitura), constatou-se que a estrutura não auto-alinhada apresenta melhor desempenho, uma vez que alcança maior velocidade de chaveamento devido a menor inclinação de sublimiar; menor influência das linhas de campo elétrico nas cargas do canal, menor variação da tensão de limiar, até mesmo com a variação da temperatura. Além disso, constatou-se que os dispositivos não auto-alinhados são mais escaláveis do que os dispositivos de referência, pois são menos susceptíveis à corrente de GIDL, apresentando menor campo elétrico e taxa de geração próximos das junções de fonte e dreno que os dispositivos de referência, alcançando então um tempo de retenção de aproximadamente 6 e margem de sensibilidade de aproximadamente 71 A/m. Segundo as especificações da International Technology Roadmap for Semicondutor de 2011, o valor do tempo de retenção para as memórias DRAM convencionais existentes no mercado de semicondutores é de aproximadamente 64. Com o intuito de aumentar o tempo de retenção das 1T-DRAMs a valores próximos à 64 recomenda-se então o uso da tecnologia não auto-alinhada e também a substituição do silício por materiais com maior banda proibida (band-gap), como exemplo o arseneto de gálio e o silício-carbono, dificultando assim o tunelamento dos elétrons e, consequentemente, diminuindo o GIDL. / The main topic of this work is the study of extensionless UTBOX SOI transistors, also called underlapped devices, applied as a single transistor floating body RAM (1T-FBRAM single transistor floating body access memory). The electrical characterization of the devices was performed through static and dynamic experimental data and two dimensional simulations were implemented to confirm the obtained results. In the literature, different methods to write and read the data 1 can be found but in order to improve the dynamic parameters of the memories, as retention time and sense margin and still allows the scaling of fully depleted devices, the BJT (Bipolar Junction Transistor) method is used in this work. One of the biggest issues to meet the specifications for future generations of 1T-DRAM cells is the retention time that scales together with the channel length. In order to overcome this issue or at least slow it down, in this work, we present for the first time, a study about the retention time and sense margin dependence of the channel length where it was possible to observe that these dynamic parameters can be optimized through the back gate bias and kept constant for channel lengths higher than 50 nm for extensionless devices and 80 nm for standard ones. However, it was also observed that there is a minimal channel length which depends of the source/drain junctions, i.e. 30 nm for extensionless and 50 nm for standard devices in the sense that for shorter channel lengths than these ones, there is no room for optimization degrading the performance of the memory cell. The mechanism behind the dynamic parameters degradation was identified and attributed to the GIDL current amplification by the lateral bipolar transistor with narrow base. Simulations confirmed this effect where higher generation rates near the junctions were presented only when the band-toband- tunneling adjustment was considered (bbt.kane model). Comparing the performance of standard and extensionless devices in both digital and analog electrical parameters and also in memory applications, it was found that extensionless devices present better performance since they reach faster switching which means lower subthreshold slope; less influence of the electrical field in the channel charges; less variation of the threshold voltage even increasing the temperature. Furthermore, it was seen that the gate length can be further scaled using underlap junctions since these devices are less susceptible to the GIDL current, presenting less electric field and generation rate near the source/drain junctions and reach a retention time of around 4 ms and sense margin of 71A/m. According to the International Technology Roadmap for Semiconductor of 2011, the retention time for the existing DRAM is around 64 ms. In order to increase the retention time of the 1T-DRAMs to values close to 64 ms it is recommended the use of extensionless devices and also the substitution of silicon by materials with higher band gap, i.e., gallium arsenide and siliconcarbon, which makes difficult the electron tunneling therefore, decreasing the GIDL.

Nous proposons, dans le cadre de cette thèse, de définir une poétique du récit de soi en résistance face à l’expérience de répression nazie, dans un contexte historique élargi. Notre étude couvre une période qui s’étend des premières manifestations antifascistes en France, dès les années trente, avec, en particulier, la création en 1934 du Comité de Vigilance des Intellectuels Antifascistes jusqu’à la fin des années cinquante, marquées par la sortie du film Nuit et Brouillard d’Alain Resnais, en 1956. Afin d’appréhender la notion de récit de soi, nous partons des conclusions que Michel Foucault propose dans son cours au Collège de France en 1982, sur « L’Herméneutique du sujet », et nous considérons donc le récit de soi dans la perspective d’un renouvellement des pratiques du souci de soi. C’est à partir d’une sélection de douze textes, choisis dans un corpus de récits de soi français ou francophones, que nous analysons l’écriture personnelle de la résistance. Notre sélection rassemble des récits de soi choisis pour leur diversité générique - journal, témoignage, poésie, correspondance, livre de raison, essai – ainsi que pour les différentes situations de résistance qu’ils présentent. Il s’agit donc de revisiter l’idée de résistance personnelle perçue comme une attitude de « refusance » telle que Philippe Breton l’a décrite, et de définir, dans le cadre de l’écriture du récit de soi, comment le sujet entre en résistance et dans quelle mesure cette résistance personnelle peut être assimilée à un acte : d’une position foucaldienne de résistance en puissance, émanant de la pratique du souci de soi, le récit de soi devient un acte de résistance face à l’expérience nazie. / Our study analyses the issue of resisting against Nazism through a self-narrative corpus, in a historical context expanding beyond the limitations of the Second World War. It spreads across a period that begins with the creation of the “Comité de Vigilance des Intellectuels Antifascistes » (Committee of Antifascist Intellectual Vigilance) in 1934, until the end of the fifties with the release of the movie Nuit et Brouillard (Night and Fog) directed by Alain Resnais, in 1956. The fundamental idea of self-narrative is to be understood trough Michel Foucault lecture, at the College de France, in 1982, about “L’Herméneutique du Sujet” (The Hermeneutics of the subject). From this point of view, we can establish a parallel between the resisting self-narrative and the self-care practices that he studied from texts written in the Greek and Latin Antiquity. With a selection of twelve texts chosen among a corpus of french or french-speaking self-narratives, we propose to have a new spin on the personal writing of resistance and to define a poetics of these resistant self-narratives. This group of texts gathers different types: diaries, testimonies, poetry, letters and essays. We think that the idea of personal resistance is to be set out with the attitude of “refusance” from Philippe Breton. Thus, we will try to conjure up a notion of how the subject gets on to resistance through writing, and why this personal resisting can be considered as a deed: from a potential resistance drawn by the self-narrative, as Foucault showed it, the self-narrative turns out, in our historical context, to be a resisting act against Nazi experience.

A rápida e crescente demanda por tecnologias que permitam a redução das dimensões dos transistores planares de porta única leva a uma nova era de dispositivos tensionados mecanicamente. Os transistores de múltiplas portas (MuGFET) com canal de silício e o MOSFET planar convencional com canal de germânio são alguns destes promissores dispositivos avançados a receberem o tensionamento mecânico para aumento da mobilidade dos portadores. O tensionamento mecânico uniaxial, biaxial e ambos combinados são analisados através de simulação numérica de processos e dispositivos e medidas experimentais em três técnicas de tensionamento diferentes, além da análise de medidas obtidas de dispositivos experimentais para análise do aumento da mobilidade dos portadores através da transcondutância máxima. A linha de corte 1D de cada componente do tensionamento simulado é estudado de acordo com a sua dependência com a largura, altura, comprimento do canal e materiais utilizados, assim como a influência que as componentes de tensionamento exercem sobre os parâmetros elétricos analógicos, como transcondutância, ganho intrínseco de tensão e frequência de ganho de tensão unitário. A operação dos dispositivos de silício sobre isolante (SOI Silicon On Insulator) MuGFETs de porta tripla com variações no formato da secção transversal do canal do transistor e variações no comprimento e largura da aleta é estudada em casos selecionados. Um completo estudo da distribuição do tensionamento mecânico gerado por tensionamento global e por tensionamento local é realizado em estruturas com aleta retangular e trapezoidal, juntamente com o impacto destas na mobilidade e nos parâmetros analógicos são realizados. Estruturas nMuGFET SOI com comprimento de canal mais curto alcançaram aumentos maiores de mobilidade utilizando-se o tensionamento uniaxial, enquanto que as estruturas com comprimento de canal mais longo retornaram maior mobilidade com o tensionamento biaxial, resultado da diferente efetividade de cada técnica de tensionamento em cada estrutura. Estruturas MOSFETs convencionais planares com tensionadores embutidos na fonte e dreno em canal de germânio para incremento da mobilidade também são analisadas. Simulações numéricas do processo de fabricação são realizadas e calibradas com dispositivos experimentais em transistores tipo n e tipo p, possibilitando o estudo futuro de estruturas MuGFET de germânio. / The fast and growing demand for technologies that enable the reduction of dimensions of planar single gate transistors leads to a new era of mechanically stressed devices. Multiple gate transistors (MuGFET) with silicon channel and planar bulk MOSFET with germanium channel are some of these promising advanced devices to receive the mechanical stress to increase carriers mobility. The uniaxial stress, biaxial stress and both of them combined are analyzed by process and device numerical simulations in three different strain techniques and also the analysis of experimental measurements for analysis of carriers mobility increase through maximum transconductance. The 1D cut line of each simulated stress component is studied according to their dependence on the width, height and length of the channel and the materials used, as well as the influence that stress components causes on analog electrical parameters, such as transconductance, intrinsic voltage gain and unity gain frequency. The operation of silicon-on-insulator (SOI) triple gate MuGFETs with variations in the shape of the cross section of the transistor channel and variations in the length and width of the fin is studied in selected cases. A complete study in the distribution of the mechanical stress generated by the local and global stress is performed in rectangular and trapezoidal fins and also the impact of these on mobility and analog parameters are studied. SOI nMuGFET structures with shorter channel length achieved higher mobility increases using the uniaxial stress, while structures with longer channel lengths returned higher mobility using the biaxial stress, result of the different effectiveness in each stress technique for each structure. Conventional MOSFET structures with embedded stressors in the source and drain regions with germanium channel are also analyzed. Numerical process simulations are realized and calibrated with experimental devices in both n and p type transistors, making possible the future study of MuGFET structures with germanium.

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La réalisation d'objets intelligents de la taille du millimètre capables d'être sensibles à leur environnement, de réaliser des calculs pour traiter les données et de communiquer de façon autonome constitue une opportunité unique pour repenser l'interaction entre l'homme et son milieu environnant. Les systèmes émergeants de « Smart Dust» sont réalisés en associant massivement en réseaux distribués des centaines d'objets miniatures intelligents intégrant un système d'alimentation autonome, un ou plusieurs capteurs (lumière, température, vibration, acoustique, pression, champ magnétique, ...), des circuits analogiques et numériques pour réaliser des traitements de données et un système pour recevoir et transmettre des données. Pour faciliter la conception des systèmes radiofréquence RF ou millimétriques, l'intégration des dispositifs de système sur une même puce reste la solution souhaitée. <br /> Dans ce contexte, la première partie de ce manuscrit propose un état de l'art des différents composants d'un émetteur récepteur RF opérant à des fréquences millimétriques et intégré sur différentes technologies, ainsi l'étude de la faisabilité de la technologie CMOS SOI en réalisant un bilan de liaison à 60 GHz. Une étude sur les actifs et passifs de la technologie CMOS SOI montre les avantages du SOI et aussi les phénomènes spécifiques qu'il faut prendre en compte dans la phase de conception. La deuxième partie est consacrée à l'étude des structures d'interconnexion de la technologie SOI, notamment les lignes et les rubans coplanaires. Ainsi nous présentons les méthodes utilisées pour déterminer la permittivité effective et l'impédance caractéristique de ces lignes et un modèle analytique de la permittivité effective de l'antenne. <br /> La troisième partie traite le cas d'une antenne canonique de type dipôle intégré sur SOI et fonctionnant dans la bande millimétrique. Cette étude est basée sur les différents paramètres de la technologie SOI comme la permittivité, la résistivité et l'épaisseur de silicium. Ensuite, une étude de problématique de rayonnement des antennes intégrées en technologie SOI est présentée. Finalement un modèle des îlots métalliques « dummies » de la technologie SOI, basé sur le modèle dynamique de Tretyakov, est proposé. <br /> La dernière partie est consacrée à la conception, la réalisation, le test et la mesure de antennes intégrées sur SOI et fonctionnant dans la bande de 60 GHz. Quatre types d'antennes sont présentés notamment une antenne dipôle interdigitée, une antenne IFA, une antenne double fente et finalement une antenne spirale. Les paramètres électriques des antennes dipôles, IFA, et fente sont mesurés et sont conformes aux paramètres simulés. En plus, Nous avons présenté un dispositif de test pour mesurer le digramme de gain de ses antennes. La procédure de caractérisation a permis la validation expérimentale de ce dispositif et la récupération des diagrammes de gain des antennes au niveau de substrat SOI. Dans une optique de démonstrateur intégré, une conception conjointe d'un amplificateur faible bruit intégrée sur SOI avec une antenne intégrée, les deux fonctionnant à 60 GHz, permettant de s'affranchir de la contrainte 50 Ohms est conduite.

In dieser Arbeit wird eine neue Methode und ein neuartiges FET -Sensorelement zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen vorgestellt, das zudem bei Bedarf auch als Chemo- oder Biosensor fungieren kann. Das Einsatzspektrum von FET-basierten Sensoren in Lab on a Chip-Systemen wird dadurch entscheidend erweitert. Bei dem entwickelten FET-Sensor Bauelement handelt es sich um einen normally-on n-leitenden Dünnschichtfeldeffekttransistor mit Ti-Au-Kontakten, basierend auf Silicon-on-Insulator- Substraten, wobei das natürliche Oxid des Siliziumfilms als Schnittstelle zum Elektrolyten bzw. zur Flüssigkeit verwendet wird. Der mit 10exp16 Bor Atomen pro cm³ p-dotierte Siliziumdünnfilm hat eine Dicke von nur 55 nm und ist durch eine 95 nm dicke Siliziumdioxidschicht vom darunterliegenden Siliziumsubstrat von 600 µm Dicke elektrisch isoliert. Aufgrund der geringen Schichtdicke durchdringt die feldempfindliche Raumladungs- bzw. Verarmungszone die gesamte Dünnschicht, so dass durch Anlegen einer Backgatespannung am Substrat der spezifische Widerstand und die Empfindlichkeit des Bauelements eingestellt werden können. Grundlegende ISFET-Funktionalitäten wie die Empfindlichkeit auf Änderungen der Ionenstärke und des pH-Wertes werden nachgewiesen und ein ENFET-Glukosesensor realisiert. Zudem wird im Hinblick auf die Separation von Emulsionen der Nachweis erbracht, dass die Benetzung mit Hexan und Toluol eine Änderung der spezifischen Leitfähigkeit bewirkt, und die Empfindlichkeit des Bauelements nach Beschichtung mit einem hydrophoben Methacrylatcopolymerfilm erhalten bleibt. Hinsichtlich der Verwendung des FET-Sensor Bauelements zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen wird zunächst ein theoretisches Modell entwickelt, dessen Kernaussage ist, dass sich in einem rechteckigen Kanal der relative Bedeckungsgrad mit Flüssigkeit direkt proportional zum Drainstrom des FET-Sensors verhält. Basierend auf diesem theoretischen Modell, welches experimentell belegt wird, können mittels eines einzelnen FET-Sensors Füllstand und Füllgeschwindigkeit bzw. bei bekannter Füllgeschwindigkeit Kapillarvolumen und Kapillargeometrie bestimmt werden. Abweichungen von der direkten Proportionalität erlauben zudem, Rückschlüsse auf die Benetzungseigenschaften der Kapillaren und die Dynamik an der Halbleitergrenzfläche zu ziehen. Ist ein Sensorelement vollständig mit Flüssigkeit bedeckt, wird mittels Lösungsmitteltropfen als Markerobjekten die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt. Ändert sich die Ionenkonzentration im Elektrolyten als Funktion der Strömungsgeschwindigkeit, so kann die Strömungsgeschwindigkeit durch Messung der Ionenkonzentration mittels FET-Sensor ebenfalls ermittelt werden. Als wichtigster Demonstrator für die Verwendung des FET-Sensors wird ein komplexes Lab on a Chip-System zur Separation von Emulsionen auf chemisch strukturierten Oberflächen entwickelt, bei dem der Separationsvorgang mittels FET-Sensorarray verfolgt werden kann. Zur einfachen Herstellung chemisch modifizierter Oberflächen für die Separationsexperimente werden die Abscheidung von nanoskaligen hydrophoben Methacrylatcopolymerfilmen und die selektive Fluorsilanisierung von Oberflächen sowie deren Lösungsmittelbeständigkeit in Wasser, Toluol und Aceton untersucht. Dabei zeigt sich, dass die Hydrophobie nach Lösungsmittelbehandlung weitestgehend erhalten bleibt, Wasserrückstände im Methacrylatfilm aber zu einer reversiblen Schichtdegradation führen können. Als Modellsystem werden Hexan-Wasser- bzw. Toluol-Wasser-Emulsionen verwendet, die auf Oberflächen getrennt werden, deren eine Seite hydrophil, und deren andere Seite hydrophob ist (Stufengradient). Der Separationsprozess beruht auf der großen Affinität des Wassers hin zu polaren Oberflächen, wobei das wenig selektive Lösungsmittel zur unpolaren Seite gedrängt wird. Zur Erlangung eines tieferen Verständnisses des Prozesses werden die Tropfenkoaleszenz und der Einfluss geometrischer Beschränkungen untersucht. Die Versuche werden sowohl auf offenen Oberflächen als auch im Spalt, unter Verwendung von hydrophilen und hydrophoben Oberflächen, durchgeführt. Es zeigt sich, dass sich die Dynamik der Tropfenkoaleszenz im Spalt umgekehrt zur Dynamik auf offenen Oberflächen verhält. Dies wird mittels eines hierzu entwickelten theoretischen Modells erklärt, welches die Minimierung der Oberflächenenergie und Hystereseeffekte einbezieht. Das Lab on a Chip-System schließlich besteht aus einem mit Siliziumnitrid beschichteten FET-Sensorchip, auf den eine Separationszelle aufgeklebt ist. Neben dem Einlass für die Emulsion ist ein weiterer Einlass vorhanden, durch den Salzsäure für eine pH-Reaktion zugegeben werden kann. Der gesamte Separationsprozess sowie die anschließende pH-Reaktion, lassen sich bequem am PC anhand der Änderung der Stromstärke der einzelnen Sensoren verfolgen und analysieren. Wichtige Ergebnisse hier sind: 1) Mittels eines quasi 1-dimensionalen Sensorarrays kann der Verlauf einer Flüssigkeitsfront in einem 2-dimensionalen Areal überwacht bzw. dargestellt werden. 2) Anhand der Signatur des Signalverlaufs bei pH-Änderung und Flüssigkeitsbewegung, können beide Prozesse unterschieden werden. Der Sensor kann also zum Nachweis von Flüssigkeitsbewegungen und zugleich als Chemosensor eingesetzt werden. Es wurde also nicht nur ein neuartiges, äußerst robustes, chemikalienbeständiges und biokompatibles Multifunktionssensorelement mit Abmessungen im Mikrometer- bis Millimeterbereich entwickelt, sondern auch eine neue Methode entwickelt, mit der es möglich ist, sowohl (bio-)chemische Reaktionen als auch die Bewegung von Flüssigkeiten in Lab on a Chip-Systemen nachzuweisen.

Die vorliegende Arbeit beschreibt die Berechnung und Optimierung von Silicon-On-Insulator-Metal-Oxide-Semiconductor-Field-Effect-Transistors, einschließlich noch nicht in Massenproduktion hergestellter neuartiger Transistorarchitekturen für die nächsten Technologiegenerationen der hochleistungsfähigen Logik-MOSFETs mit Hilfe der Prozess- und Bauelementesimulation. Die neuartigen Transistorarchitekturen umfassen dabei vollständig verarmte SOI-MOSFETs, Doppel-Gate-Transistoren und FinFETs. Die statische und dynamische Leistungsfähigkeit der neuartigen Transistoren wird durch Simulation bestimmt und miteinander verglichen. Der mit weiterer Skalierung steigende Einfluss von statistischen Variationen wird anhand der Oberflächenrauheit sowie der Polykantenrauheit untersucht. Zu diesem Zweck wurden Modelle für die Generierung der Rauheit erarbeitet und in das Programmsystem SIMBA implementiert. Die mikroskopische Rauheit wird mit der makroskopischen Bauelementesimulation kombiniert und deren Auswirkungen auf die Standardtransistoren und skalierte Bauelemente aufgezeigt. Zudem erfolgt eine ausführliche Diskussion der Modellierung mechanischer Verspannung und deren Anwendung zur Steigerung der Leistungsfähigkeit von MOSFETs. Die in SIMBA implementierten Modelle zur verspannungs-abhängigen Änderung der Ladungsträgerbeweglichkeit und Lage der Bandkanten werden ausführlich dargestellt und deren Einfluss auf die elektrischen Parameter von MOSFETs untersucht. Weiterhin wird die Verspannungsverteilung für verschiedene Herstellungsvarianten mittels der Prozess-simulation berechnet und die Wirkung auf die elektrischen Parameter dargestellt. Exponential- und Gaußverteilungsfunktionen bilden die Grundlage, um die mechanische Verspannung in der Bauelementesimulation nachzubilden, ohne die Verspannungsprofile aus der Prozesssimulation zu übernehmen. Darüber hinaus werden die Grenzfrequenzen der Logiktransistoren in Bezug auf die parasitären Kapazitäten und Widerstände und zur erweiterten MOSFET-Charakterisierung dargestellt.

Ο Δείκτης της Νότιας Κύμανσης (Southern Oscillation Index, SOI) περιγράφει την ατμοσφαιρική κυκλοφορία στον τροπικό Α. Ειρηνικό Ωκεανό σε σχέση με το παγκόσμιας κλιματικής σημασίας φαινόμενο ΕΝSO (El Niño-Southern Oscillation). Μετά τα τέλη της δεκαετίας του 1970, βρέθηκε ότι η ισχυρότερη αρνητική φάση του Δείκτη της Νότιας Κύμανσης των τελευταίων 150 ετών συμπίπτει με την ισχυρότερη θετική φάση του Δείκτη της Βορειοατλαντικής Κύμανσης (North Atlantic Oscillation Index, ΝΑΟΙ) των τελευταίων 180 ετών. Μάλιστα, η ανάλυση της συσχέτισης μεταξύ των Δεικτών της Νότιας και της Βορειοατλαντικής Κύμανσης την περίοδο 1950-2007 εμφάνισε, αλλά μόνο μετά το 1978, μια στατιστικά σημαντική σχέση ανάμεσα στις 20 ισχυρότερες αρνητικές φάσεις των τριμήνων Σεπτεμβρίου-Νοεμβρίου του Δείκτη της Νότιας Κύμανσης και των χειμερινών (Δεκεμβρίου-Φεβρουαρίου) φάσεων του Δείκτη της Βορειοατλαντικής Κύμανσης που χρονικά ακολούθησαν. Παρόμοια, οι 20 ισχυρότερες θετικές φάσεις των τριμήνων Οκτωβρίου-Δεκεμβρίου και Νοεμβρίου-Ιανουαρίου του Δείκτη της Νότιας Κύμανσης την περίοδο 1950-2007 παρουσίασαν, μετά τα τέλη της δεκαετίας του 1970, μια στατιστικά σημαντική συσχέτιση με τις χειμερινές (Δεκεμβρίου-Φεβρουαρίου) φάσεις του Δείκτη της Βορειοατλαντικής Κύμανσης που ακολούθησαν. Οι σχέσεις αυτές συνέπεσαν με μειωμένη χειμερινή βροχόπτωση στην Α. Μεσόγειο. Εάν οι σχέσεις μεταξύ των Δεικτών της Νότιας και της Βορειοατλαντικής Κύμανσης διατηρηθούν και στο μέλλον, επιτρέπουν, με βάση τη φθινοπωρινή φάση του Δείκτη της Νότιας Κύμανσης, τη δυνατότητα πρόγνωσης της χειμερινής βροχόπτωσης στις περιοχές που επηρεάζονται από τη Βορειοατλαντική Κύμανση (ΝΑΟ) (για περιοχές της Ελλάδας ακόμη και με πιθανότητα 90%). Αναλύθηκε η ετήσια κατά πάχος προσαύξηση του βλαστού σε δένδρα χαλεπίου (Pinus halepensis subsp. halepensis) και τραχείας (Pinus halepensis subsp. brutia) πεύκης από τη θερμο-μεσογειακή ζώνη βλάστησης των νήσων Ζακύνθου, Σκύρου, Σάμου και Κρήτης (Ιεράπετρα). Το πλάτος των αυξητικών δακτυλίων τους βρέθηκε πολύ ευαίσθητο στις μεταβολές της βροχόπτωσης και εμφάνισε στατιστικά σημαντική συσχέτιση με το μέσο όρο της μέσης ετήσιας βροχόπτωσης 37 μετεωρολογικών σταθμών της Α. Μεσογείου. Οι αυξητικοί δακτύλιοι κατέδειξαν, επίσης, ότι η ετήσια βροχόπτωση στην Α. Μεσόγειο μετά το 1970 εμφάνισε τη σημαντικότερη μείωση τουλάχιστον των τελευταίων 200 ετών. Η μείωση της αύξησης των δένδρων συμπίπτει χρονικά με την πρόσφατη αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Συμφωνεί, δε, με την πρόβλεψη, μέσω των κλιματικών μοντέλων, της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Kλιματική Aλλαγή (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC, 2007) ότι στη Μεσόγειο αναμένεται σημαντική μείωση των βροχοπτώσεων λόγω περαιτέρω αύξησης της θερμοκρασίας του πλανήτη, πράγμα που παρατηρήθηκε στο πρόσφατο παρελθόν. Τίθεται, επίσης, το ερώτημα εάν οι πρόσφατες διασυνδέσεις μεταξύ των Δεικτών της Νότιας και της Βορειοατλαντικής Κύμανσης (που σχετίζονται με την πρόσφατη μείωση της βροχόπτωσης στην Α. Μεσόγειο) συνδέονται και με την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη. Κατά τις υγρές περιόδους του 20ου αιώνα (620-760 mm μέση ετήσια βροχόπτωση) η ετήσια αύξηση των δένδρων στις περιοχές μελέτης καθορίστηκε σε μεγάλο βαθμό από βροχοπτώσεις που σημειώθηκαν εντός λίγων εβδομάδων ή μηνών πριν ή και κατά την έναρξη της αυξητικής περιόδου. Όμως, κατά την ξηρότερη περίοδο που καταγράφηκε (1990-96, 480 mm μέση ετήσια βροχόπτωση) η αύξηση εξαρτήθηκε από βροχόπτωση 3-4 ετών πριν, συμπεριλαμβανομένου του έτους σχηματισμού του δακτυλίου. Αυτό δείχνει ότι το νερό από βαθύτερα στρώματα του εδάφους, συσσωρευμένο από βροχοπτώσεις προηγούμενων ετών, κατέστη ιδιαιτέρως σημαντικό καθώς η ξηρασία εντάθηκε. Αυτή η διαδικασία πρέπει να σχετίζεται με το βαθύ ριζικό σύστημα των πεύκων. Όμως, μια σειρά ξηρών ετών μπορεί να εξαντλήσει τα υπόγεια «αποθέματα υγρασίας». Στην περίπτωση αυτή τα πεύκα μπορεί να φτάσουν πολύ κοντά στα όρια της επιβίωσης τους, ακόμη και να ξεραθούν. Τέτοια περιστατικά καταγράφηκαν στη νήσο Σάμο και στην Αχαΐα (Πελοπόννησο), όπου ακόμη και 80-χρονα πεύκα ξεράθηκαν στο τέλος των καλοκαιριών του 2000 και 2007. Με βάση το σενάριο Α1B-SRES (IPCC 2007), η μέση ετήσια βροχόπτωση στην περιοχή μελέτης προβλέπεται να μειωθεί την περίοδο 2090-2099 ακόμη και κατά 30% σε σχέση με τα επίπεδα του 1980-1999, φτάνοντας τα 390 mm. Τα επίπεδα αυτά βροχόπτωσης είναι πολύ χαμηλότερα από την οριακή τιμή των 480 mm που προσδιορίστηκε ως κρίσιμη για τους μελετηθέντες πληθυσμούς πεύκων (Pinus) στο να επιβιώσουν υπό ξηρασία στηριζόμενοι σε βαθύτερα αποθέματα υγρασίας. Συνεπώς, εάν τέτοιες συνθήκες επικρατήσουν κατά τον 21ο αιώνα, θα αυξηθεί σημαντικά ο κίνδυνος καταστροφής των δασών της θερμο-μεσογειακής ζώνης βλάστησης. Επίσης, με τη συνδυασμένη επίδραση αυξημένων θερινών θερμοκρασιών και πυρκαγιών θα μεγαλώσει και ο κίνδυνος ερημοποίησης. / The Southern Oscillation Index (SOI) describes atmospheric circulation in the eastern tropical pacific related to ENSO (El Niño-Southern Oscillation), a phenomenon of global climatic significance. After the late 1970s, SOI’s strongest negative phase in 150 year was found to coincide with the strongest positive phase of the North Atlantic Oscillation Index (NAOI) in 180 years. Correlation analysis between SOI and NAOI during 1950-2007 revealed a statistically significant connection between the 20 strongest negative phases of the Sept.-Nov. SOI and the following winter’s (Dec.-Feb.) NAOI phases only after 1978. Similarly, the 20 strongest positive phases of the Oct.-Dec. and Nov.-Jan. SOI of 1950-2007 produced a statistically significant correlation with the following winter’s (Dec.-Feb.) NAOI phases after the late 1970s. Such relationships coincided with reduced winter precipitation in the eastern Mediterranean. If these SOI-NAOI connections hold, the possibility exists to forecast winter precipitation conditions in regions effected by NAO from the previous autumn’s SOI state (with even a 90% accuracy for regions of Greece). Annual radial stem increment was analysed in Pinus halepensis subsp. halepensis and Pinus halepensis subsp. brutia trees for Thermo-Mediterranean vegetation zones of the Greek islands of Zakinthos, Skiros, Samos and Crete (Ierapetra). Tree-ring width was found to be very sensitive to precipitation and produced a statistically significant correlation with annual rainfall from mean of 37 meteorological stations of the eastern Mediterranean. Tree-rings also indicated that annual rainfall reached its lowest values in nearly 200 years after the 1970s. This reduction in growth coincides with recent global warming. Thus, it is in line with IPCC (2007) climate model projections’ that the Mediterranean will experience a significant decline in precipitation as global warming progresses, as was the case in the recent past. It also raises the question whether recent SOI-NAOI links (involved in the recent decline in precipitation in the eastern Mediterranean) are also connected to global warming. During moist periods of the 20th century (ca. 620-720 mm average annual precipitation) annual tree growth in the regions under investigation was largely controlled by rainfall during a few weeks or months before or during the beginning of the growing season. In contrast, during the driest period on record (1990-1996; 480 mm average annual precipitation) growth depended on rainfall of 3-4 years before, including the year of tree ring formation. This suggests that water from deeper ground, accumulated during rainfall of previous years and became increasingly important as drought intensified. Deep rooting must be involved in such a process. However, a series of dry years may exhaust deeper ground “moisture reserves”. In this case pines may be pushed very close to their survival limits and can even be desiccated. Such incidents were recorded in Samos and Achaia (Peloponnesus) of Greece where pines died in late summer 2000 and 2007, including some 80-year-old trees. Mean annual precipitation for the studied area in 2090-2099 is projected to decrease by even 30% compared to 1980-99 levels, based on Α1B-SRES (IPCC 2007), reaching 390 mm. These levels of rainfall are far bellow the threshold of 480 mm determined as critical for the investigated populations of Pinus to survive drought by relying on deeper moisture reserves. Thus, if such conditions persist during the 21st century they will contribute to the risk of devastation for Thermo-Mediterranean zone forests. Combined with higher summer temperatures and fire outbreaks the risk of desertification will also increase.

Le substrat SOI (Silicon-On-Insulator) constitue aujourd’hui le support de choix pour la fabrication de fonctions optiques compactes. Cette plateforme commune avec la micro-électronique favorise l’intégration de circuits photoniques avec des circuits CMOS. Néanmoins, si le silicium peut être utilisé de manière très avantageuse pour la fabrication de composants optiques passifs, il présente l’inconvénient d’être un très mauvais émetteur de lumière. Ceci constitue un obstacle majeur au développement de sources d’émission laser, briques de constructions indispensables à la fabrication d’un circuit photonique. La solution exploitée dans le cadre de cette thèse consiste à reporter sur SOI des épitaxies laser III-V par collage direct SiO2-SiO2. L’objectif est de réaliser sur SOI des sources lasers à cavité horizontale permettant d’injecter au moins 1mW de puissance dans un guide d’onde silicium inclus dans le SOI. Notre démarche est de transférer un maximum des fonctions du laser vers le silicium, dont les procédés sont familiers au monde de la micro-électronique. Dans l’idéal, le III-V ne devrait être utilisé que comme matériau à gain ; la cavité laser pouvant être fabriquée dans le silicium. Mais cette ligne de conduite n’est pas forcément aisée à mettre en œuvre. En effet, les photons sont produits dans le III-V mais doivent être injectés dans un guide silicium placé sous l’épitaxie. La difficulté est que les deux matériaux sont séparés par plus d’une centaine de nanomètres d’oxyde de collage faisant obstacle au transfert de photons. Le développement de lasers III-V couplés à un guide d’onde SOI demande alors de nouvelles conceptions du système laser dans son ensemble. Notre travail a donc consisté à concevoir un laser hybride III-IV / silicium se pliant aux contraintes technologiques du collage. En s’appuyant sur la théorie des modes couplés et les concepts des cristaux photoniques, nous avons imaginé, réalisé, puis caractérisé un laser à contre-réaction distribuée hybride (en anglais : « distributed feedback laser », laser DFB). Son fonctionnement optique original, permet à la fois un maximum de gain et d’efficacité de couplage grâce à une circulation en boucle des photons du guide III-V au guide SOI. Sur ces dispositifs, nous montrons une émission laser monomode (SMSR de 35 dB) à température ambiante en pompage optique et électrique pulsé. Comme attendu, la longueur d’onde d’émission est dépendante du pas de réseau DFB. Les lasers fonctionnent avec une épaisseur de collage de silice de 200 nm, ce qui offre une grande souplesse quant au procédé d’intégration. Tous les lasers fonctionnent jusqu’à des longueurs de 150 μm (la plus petite longueur prévue sur le masque). Malgré les faibles niveaux de puissances récoltés dans la fibre lors des caractérisations, la prise en compte des pertes optiques induites pas les coupleurs fibres nous indique que la puissance réellement injectée dans le guide silicium dépasse le milliwatt. Notre objectif de ce point de vue est donc rempli. Malheureusement le fonctionnement des lasers en injection électrique continue n’a pas pu être obtenu dans les délais impartis. Cependant, les faibles densités de courant de seuil mesurées en injection pulsée (300A / cm2 à température ambiante sur les lasers de 550 μm de long) laissent présager un fonctionnement prochain en courant continu. / Silicon-On-Insulator (SOI) is today the utmost platform for the fabrication of compact optical functions. This common platform with microelectronics favors the integration of photonic circuits with CMOS circuits. Nevertheless, if silicon allows for the fabrication of compact passive photonic functions, its poor light emission properties constitute a major obstacle to the development of an integrated laser source. The solution used within the framework of this thesis consists in integrating III-IV laser stacks on 200 mm SOI wafers by the mean of SiO2-SiO2 direct bonding. The aim of this work is to demonstrate a III-V on SOI laser that couples at least 1mW to a silicon waveguide. Our approach is to transfer a maximum of the laser complexity to the silicon, which processes are familiar to microelectronics. Ideally, III-V should be just used as a gain material ; the laser cavity being made out of silicon. However, this approach is not so easy to put into practice. Indeed, photons are generated by the III-V waveguide but have to be transferred into the silicon waveguide located under the stack. The difficulty is that both waveguides are separated by a low index bonding layer, which thickness ranges from one hundred to several hundreds of nanometres. The development of a III-V on SOI laser then requires a new thinking of the whole laser system. Therefore, our work has consisted in designing a III-V on silicon hybrid laser that takes into consideration the specific constraints of the integration technology. Based on the coupled mode theory and on the photonic crystals concepts, we have designed, fabricated and characterized an hybrid Distributed Feedback Laser (DFB). Its original work principle allows for both a high amount of gain and coupling efficiency, thanks to a continuous circulation of photons from the III-V to the SOI waveguide. On these devices, we show a monomode laser emission at room temperature (with a side mode suppression ratio of 35dB) under pulsed optical and electrical pumping. As expected, the lasing wavelength is function of the DFB grating pitch. The lasers work with a bonding layer as thick as 200nm, that greatly relaxes the constraints of the bonding technology. Lasers work down to a minimum length of 150 μm, which is the shortest laser lenght of the mask. Despite the low power levels collected by the fibre during the characterizations, accounting for the high optical losses due to the fiber couplers, the optical power effectively injected to the silicon waveguide should be in the miliwatt range. Unfortunately, the low threshold current densities measured under pulsed operation (300 A / cm2 at room temperature) suggest that the continuous-wave regime should be reached in a very near future.

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