Ce travail de thèse a été consacré à la photostructuration d'une matrice polymère de type acrylate contenant des points quantiques CdSe/ZnS (QDs) par l'enregistrement de réseaux. La diffusion photoinduite des nanocristaux semi-conducteurs a tout d'abord été mise en évidence par l'utilisation d'un montage permettant d'irradier sur une seule ligne, et par l'émission de fluorescence des QDs utilisée ici comme sonde de déplacement. Ensuite, pour comprendre l'augmentation de la modulation d'indice de réfraction, et par conséquent du rendement de diffraction des réseaux enregistrés dans ces matériaux composites, nous avons mis en place une approche physico-chimique. Celle-ci nous a permis de corréler les modifications chimiques et les propriétés physiques du réseau. En effet, nous avons montré que l'ajout de points quantiques influence la cinétique de polymérisation ; la vitesse de consommation du photosensibilisateur et de conversion des monomères diminuent. Cette diminution permet une meilleure diffusion des espèces au sein de la matrice. Donc, le ralentissement de la cinétique de photopolymérisation et la répartition spatiale des QDs contribuent à un accroissement de la modulation d'indice de réfraction des réseaux enregistrés.

Grace à leurs propriétés d’auto-réparation et d’auto-organisation, les matériaux pi-conjugués liquide-cristallins (LCs) présentent un grand intérêt pour l’élaboration de matériaux semi-conducteurs à hautes performances. Ils peuvent être utilisés pour différents types d’applications en électronique organique telles que les cellules solaires (OPV), les diodes électroluminescentes (OLED) et les transistors à effet de champs (OFET). Dans ce travail, nous avons conçu et préparé une nouvelle famille de LCs combinant des entités pi-conjuguées de type calamitique et discotique au sein d’une architecture moléculaire unique. Plus particulièrement, nous avons imaginé trois différentes architectures telles que des dyades et triades linéaires et des triades ramifiées, incluant des dérivés discotiques de pérylène ou de triphénylène et des dérivés calamitiques de terthiophène, de benzothienobenzothiophène ou encore de pyromellitique. L’objectif était d’étudier leurs comportements liquide-cristallins et leurs propriétés d’auto-organisation et de transport de charges.Les résultats obtenus ont montré que ces matériaux donnent des auto-assemblages complexes formant des arrangements multi-lamellaires de bicouches, dans lesquelles les entités calamitiques et discotiques présentent une organisation dans le plan. De plus, en choisissant judicieusement les entités pi-conjuguées calamitiques et discotiques (type-p ou type-n), nous avons démontré que ce type de matériaux auto-organisés peut présenter des propriétés de transport de charge ambipolaire en formant des chemins distincts pour chaque type de charge (trou et électron) par nano-ségrégation de ces entités de type p et de type n. / Due to their self-healing ability and their self-organization property, pi-conjugated liquid crystals (LCs) are materials of great interest to prepare high performance semiconducting materials. They can be used in different types of organic electronic applications such as solar cells (OPV), Organic Light-Emitting Diodes (OLED) and Organic Field-Effect Transistors (OFET). In this work, we were interested in designing and preparing a novel family of LCs combining π-conjugated discotic and calamitic moieties in a unique molecular architecture. More particularly, we designed three different molecular architectures based on a linear dyad, triad and a branched triad, which include discotic triphenylene or perylene and calamitic terthiophene, benzothienobenzothiophene or pyromellitic moieties. The objective was to study their liquid crystalline behaviors and their self-organization and charge transport properties.Based on our results, we demonstrated that these materials can form complex self-assemblies in the bulk such as multi-lamellar arrangements presenting bilayered lamellar phases with in-layer organization of both calamitic and discotic species. In addition, based on the appropriate choice of the disk- and rod-like π-conjugated cores (p-type or n-type), we showed that this kind of self-organized materials could exhibit ambipolar charge transport properties, presenting a spontaneous nanosegregation of p-type and n-type entities in bulk, and leading to well-defined distinct conductive channels for each type of charge carriers (hole and electron).

Ces travaux de thèse portent sur l'intégration hétérogène des fonctions de commande pour des transistors de puissance verticaux à grille isolée. Ce travail a consisté en la conception des fonctions de commande pour un transistor de type MOSFET en technologie CMOS planar, puis en la conception du composant de puissance lui-même, incluant des fonctions spécifiques pour l'auto-alimentation de sa commande. Le deuxième aspect de ce travail est l'étude et la réalisation technologique de métallisations épaisses en surface de puces silicium pour l'hybridation en chip on chip de la partie commande et de la partie puissance. Ce mémoire de thèse comporte trois chapitres équivalents : études théoriques et présentation des concepts, conception et validation expérimentale de la partie commande puis conception de la partie puissance et développements technologiques. Les champs d'application de ces travaux sont variés car ils couvrent un large domaine de l'électronique de puissance (convertisseurs hybrides).

Les capteurs de gaz à oxydes semi-conducteurs actuels reposent souvent sur des structures peu stables dans le temps et présentent toujours une faible sélectivité aux gaz. Ainsi ce travail détaille le développement de microcapteurs de gaz dits de "nouvelle génération". Les différents éléments qui composent ce type de dispositif ont été étudiés et améliorés. En particulier, une nouvelle plateforme chauffante à résistance en platine a été développée en s'appuyant sur une simulation numérique basée sur la méthode des éléments finis. Le bon contrôle des procédés technologiques a permis la mise au point d'une filière technologique multi-capteur associant quatre cellules sur une puce. Une couche sensible de WO3 a pu être intégrée à ce dispositif et les caractérisations électriques et thermographiques ont permis de valider le fonctionnement et la très bonne stabilité de ces structures. Des tests préliminaires en ambiance gazeuse contrôlée ont permis de montrer de bonnes performances globales en termes de sensibilité et de sélectivité. Ce travail constitue une première étape encourageante pour la réalisation d'un nez électronique intégré.

A mesure que les demandes dans le domaine de l'électronique de puissance tendent vers des conditions de plus en plus extrêmes (forte densité de puissance, haute fréquence, haute température,…), l'évolution des systèmes de traitement de l'énergie électrique se heurte aux limites physiques du silicium. Une nouvelle approche basée sur l'utilisation des matériaux semi-conducteurs grand gap permettra de lever ces limites. Parmi ces matériaux, le diamant possède les propriétés les plus intéressantes pour l'électronique de puissance: champ de rupture et conductivité thermique exceptionnels, grandes mobilités des porteurs électriques, possibilité de fonctionnement à haute température… Les récents progrès dans la synthèse du diamant par des méthodes de dépôt en phase vapeur (CVD) permettent d'obtenir des substrats de caractéristiques cristallographiques compatibles avec l'exploitation de ces propriétés en électronique de puissance. Cependant, l'utilisation du diamant en tant que matériau électronique reste toutefois délicate à ce jour du fait de la grande difficulté de trouver des dopants convenables (en particulier les donneurs) dans le diamant. En outre, certaines propriétés du diamant telles que sa dureté extrême et son inertie chimique, faisant de lui un matériau unique, posent aussi des difficultés dans son utilisation technologique. L'objectif de ces travaux de thèse a été dans un premier temps d'évaluer les bénéfices que pourrait apporter le diamant en électronique de puissance ainsi que l'état de l'art de sa synthèse par dépôt en phase vapeur. Ensuite, différentes étapes technologiques nécessaires à la fabrication de composants sur diamant ont été étudiées: Gravure RIE, dépôt de contacts électriques. Enfin, ces travaux ont été illustrés par la réalisation et la caractérisation de diodes Schottky, dispositifs élémentaires de l'électronique de puissance. Les résultats obtenus permettent d'établir un bilan des verrous scientifiques et technologiques qu'il reste à relever pour une exploitation industrielle de la filière diamant. / As applications in the field of power electronics tend toward more extreme conditions (high power density, high frequency, high temperature ...), evolution of electric power treatment systems comes up against physical limits of silicon, the main semiconductor material used in electronic industry for over 50 years. A new approach based on the use of wide bandgap semiconductor materials will permit to overcome those limits. Among these materials, diamond is a very attractive material for power electronics switch devices due to its exceptional properties: high electric breakdown field, high carriers mobilities, exceptional thermal conductivity, high temperature operating possibility... However, the use of diamond as an electronic material is still very problematic due to the difficulty in the synthesis of high electronic grade CVD diamond and to find suitable dopants (in particular donors) in diamond. Besides, some of the unique properties of diamond, such as its extreme hardness and chemical inertness that make it an attractive material also cause difficulties in its application. Nevertheless, recent progress in the field of chemical vapor deposition (CVD) synthesis of diamond allow the study of the technological steps (RIE etching, ohmic and Schottky contacts, passivation,...) necessary for future diamond power devices processing. This is the aim of this thesis. In a first section, the uniqueness of diamond, the promise it bears as a potential material for specific electronic devices and the difficulties related to its application were reviewed. Then, the different technological steps required for power switching devices processing were studied: RIE etching, Ohmic and Schottky contacts. Finally, these works were illustrated by carrying out and electrical characterizations of Schottky Barrier Diodes. The achieved results allow us to make a summary of scientific and technological locks that remain for an industrial exploitation of diamond in power electronic switch devices field.

L'objectif de cette thèse est le développement d'une méthodologie pour la détection de défauts appliquée aux équipements de production de semi-conducteurs. L'approche proposée repose sur l'Analyse en Composantes Principales (ACP) pour construire un modèle représentatif du fonctionnement nominal d'un équipement. Pour cela, notre méthodologie consiste à exploiter l'ensemble des mesures disponibles, collectées via les capteurs internes et externes au cours desopérations de fabrication pour chaque plaque manufacturée. Nous avons développé un module de pré-traitement permettant de transformer les mesures collectées en données interprétables par l'ACP, tout en filtrant l'information considérée comme non-désirable induite par la présence de valeurs aberrantes et perturbant la construction du modèle. Nous avons combiné des extensions de l'ACP linéaire et notamment l'ACP multiway, l'ACP filtrée ainsi que l'ACP récursive, de façon à adapter la modélisation aux caractéristiques des systèmes. L'utilisation d'un filtre par moyenne mobile exponentielle nous permet de considéré la dynamique du système au cours de la réalisation d'une opération. L'ACP récursive est employée pour adapter le modèle aux changements de comportement du système après certains événements (maintenance, redémarrage, etc.).Les différentes méthodes sont illustrées à l'aide de données réelles, collectées sur un équipement actuellement exploité par STMicroelectronics Rousset. Nous proposons également une application plus générale de la méthode pour différents types d'équipement et sur une période plus importante, de façon à montrer l'intérêt industriel et la performance de cette approche. / This thesis focus on developping a fault detection methodology for semiconductor manufacturing equipment. The proposed approach is based on Principal Components Analysis (PCA) to build a representative model of equipment in adequat operating conditions. Our method exploits collected measurements from equipement sensors, for each processed wafer. However, regarding the industrial context and processes, we have to consider additional problems: collected signals from sensors exhibit different length, or durations. This is a limitation considering PCA. We have also to consider synchronization and alignment problems; semiconductor manufacturing equipment are almost dynamic, with strong temporal correlations between sensor measurements all along processes. To solve the first point, we developped a data preprocessing module to transform raw data from sensors into a convenient dataset for PCA application. The interest is to identify outliers data and products, that can affect PCA modelling. This step is based on expert knowledge, statistical analysis, and Dynamic Time Warping, a well-known algorithm from signal processing. To solve the second point, we propose a combination multiway PCA with the use of an EWMA filter to consider process dynamic. A recursive approach is employed to adapt our PCA model to specific events that can occur on equipment, e.g. maintenance, restart, etc.All the steps of our methodology are illustrated with data from a chemical vapor deposition tool exploited in STMicroelectroics Rousset fab. Finally, the efficiency and industrial interest of the proposed methodologies are verified by considering multiple equipment types on longer operating periods.

La biomédecine et la biophotonique sont des champs de recherches en plein expansion qui grandissent à vive allure, constituant un secteur entier d'activités novatrices. Ce secteur, vraiment interdisciplinaire, comprend le développement de nouveaux nanomatériaux, de sources lumineuses et l'élaboration de nouveaux concepts, de dispositifs/équipements pour quantifier la conversion de photons et leurs interactions. L'importance décisive du diagnostic précoce et du traitement individuel des patients exige des thérapies soigneusement ciblées et la capacité de provoquer sélectivement la mort cellulaire des cellules malades. Malgré les progrès spectaculaires réalisés en utilisant les points quantiques ou des molécules biologiques organiques pour l'imagerie biologique et la libération ciblée de médicaments, plusieurs problèmes restent à résoudre : obtenir une sélectivité accrue pour une accumulation spécifique dans les tumeurs et une amélioration de l'efficacité des traitements. D'autres problèmes incluent la cytotoxicité et la génotoxicité, l'élimination lente et la stabilité chimique imparfaite. Des espérances nouvelles sont portées par de nouvelles classes de matériaux inorganiques comme les nanoparticules à base de silicium ou à base de carbone, qui pourraient faire preuves de caractéristiques de stabilité plus prometteuses tant pour le diagnostic médical que pour la thérapie. Pour cette raison, la découverte de nouveaux agents de marquage et de transport de médicaments représente un champ important de la recherche avec un potentiel de croissance renforcé / Biomedicine and biophotonics related businesses are currently growing at a breathtaking pace, thereby comprising one of the fastest growing sectors of innovative economy. This sector is truly interdisciplinary, including, very prominently, the development of novel nanomaterials, light sources, or novel device/equipment concepts to carry out photon conversion or interaction. The great importance of disease diagnosis at a very early stage and of the individual treatment of patients requires a carefully targeted therapy and the ability to induce cell death selectively in diseased cells. Despite the tremendous progress achieved by using quantum dots or organic molecules for bio-imaging and drug delivery, some problems still remain to be solved: increased selectivity for tumor accumulation, and enhancement of treatment efficiency. Other potential problems include cyto- and genotoxicity, slow clearance and low chemical stability. Significant expectations are now related to novel classes of inorganic materials, such as silicon-based or carbon-based nanoparticles, which could exhibit more stable and promising characteristics for both medical diagnostics and therapy. For this reason, new labeling and drug delivery agents for medical application is an important field of research with strongly-growing potential.The 5 types of group IV nanoparticles had been synthesized by various methods. First one is the porous silicon, produced by the electrochemical etching of bulk silicon wafer. That well-known technique gives the material with remarkably bright photoluminescence and the complicated porous structure. The porous silicon particles are the agglomerates of the small silicon crystallites with 3nm size. Second type is 20 nm crystalline silicon particles, produced by the laser ablation of the bulk silicon in water. Those particles have lack of PL under UV excitation, but they can luminesce under 2photon excitation conditions. 3rd type of the particles is the 8 nm nanodiamonds

Compte tenu de la multiplication des standards dans le domaine des télécommunications,l’accordabilité au sein des systèmes est devenue une priorité en termes d’intégration et de coût.Un seul circuit accordable doit ainsi permettre d’adresser plusieurs normes. Dans la gamme deshyperfréquences, en technologie planaire, la fonction accordable (filtre ou antenne) estactuellement un dispositif passif distribué sur lequel sont reportés un ou plusieurs élémentsd’accords. Il est ainsi possible de faire varier au moins une des caractéristiques du dispositif(fréquence centrale et/ou bande passante pour les filtres et fréquence de résonance, diagrammede rayonnement ou mode de polarisation pour les antennes). Le circuit passif étant distribué, pourassurer la propagation de l’onde, un matériau diélectrique faible pertes est généralement utilisé.Cependant, l’ajout d’éléments d’accord engendre des pertes et des perturbations liées au report ducomposant (éléments parasites au niveau de l’interconnexion et des discontinuités composantd’accord-dispositif passif, et de la mise en boitier du composant reporté). Enfin, cette manière deréaliser des fonctions accordables rend peu flexible la conception (dimensions et localisation ducomposant d’accord) et la fabrication (perçage et métallisation pour les vias).Dans ce contexte, nous proposons de co-concevoir des fonctions hyperfréquences accordablessur un substrat semi-conducteur sur lequel il est à la fois possible de réaliser le composantd’accord et le dispositif passif distribué. Cette co-conception du circuit passif et de son élémentd’accord permet d’éliminer toutes les contraintes liées au report de composant, au perçage de viamétallique et apporte une grande flexibilité au niveau du dimensionnement de la zone dopée. Eneffet, elles peuvent être soit localisées soit distribuées. Toutefois, ce concept nécessite que lesupport semi-conducteur soit à la fois compatible à la propagation de l’onde et à la réalisation del’élément d’accord. Ces travaux de thèse ont permis de lever ce verrou en proposant descompromis permettant la réalisation de composants accordables validés par des démonstrateurssur technologie silicium.Au cours de ces travaux, une ligne de transmission micro-ruban et un composant d’accord de typeswitch ont été co-conçus. De très bonnes performances, validées par la mesure, ont été obtenues.De plus, une démarche de co-simulation a été proposée pour prendre en compte les effets semiconducteursdans la simulation électromagnétique.Le concept ayant été validé, il a été ensuite appliqué à des dispositifs accordables relativementsimples afin de montrer le potentiel de cette démarche (en termes de performances et de flexibilitéde conception), tels que des filtres accordables, des guides d’ondes de type SIW (SubstrateIntegrated Waveguide) reconfigurables ou encore des antennes accordables en fréquence. Cestravaux font également apparaître de nombreuses perspectives pour la réalisation de nouvellestopologies de filtres accordables (filtres SIW, interdigités…), d’antennes accordables (enfréquence, en diagramme de rayonnement…) ou de déphaseurs. Enfin, un potentiel a été identifiépour de nouvelles topologies de fonctions accordables en continu à base de jonction de typediodes varactors (composants à capacités variables). / Given the proliferation of standards in telecommunication systems, tunability is becoming a priorityboth in terms of integration and cost. A single tunable circuit needs to be able to work according toseveral different standards. Nowadays, a tunable function (filter or antenna) in planar technology isa passive distributed device to which some active tuning elements are soldered. At least onecharacteristic of the device can therefore be varied (the central frequency and/or the bandwidth inthe case of a filter; or the resonant frequency, radiating pattern or polarization mode in the case ofan antenna). Because passive devices are distributed in order to propagate the electromagneticwave, they are often designed on a dielectric substrate to minimize losses. However, the additionof tuning elements causes some additional losses and disturbances (some parasitic effects canarise due to the packaging or the interconnection and discontinuities between active and passiveparts). Finally, these tunable functions reduce the flexibility of the design (due to the size andlocalization of the active tuning elements) and manufacturing (due to drilling and via metallization).In this context, we propose to co-design tunable microwave functions on a semiconductorsubstrate on which it is possible to build both the tunable element and the passive distributedcomponent. This co-design between the passive and active parts removes the constraints relatedto the tuning elements and drilling of via holes. The concept offers a greater flexibility with regard tothe size of doped areas, allowing them to be either localized or distributed. However, this approachrequires the substrate to be compatible with the propagation of the electromagnetic field and withthe design of the tunable element. The work of this thesis makes it possible to overcome suchobstacles by proposing some tradeoffs allowing the design and the manufacture of tunablemicrowave components in silicon technology, which have been validated by demonstrator circuits.During this work, a microstrip transmission line and a switch were co-designed. Goodperformances were obtained both in simulations and measurements. Moreover, a co-simulationapproach is proposed to take into account the semiconductor effects in electromagneticsimulations.Once validated, this concept was applied to other relatively simple tunable devices to show thepotential of this approach (in terms of performances and design flexibility). Applications includedtunable filters, reconfigurable waveguides (such as SIW: Substrate Integrated Waveguides) andfrequency-tunable antennas. This study showed promising results for the design of new tunablefilter topologies (SIW filters, coupled-line filters), tunable antennas (in resonant frequency orradiation pattern) and phase shifters. Finally, the approach shows potential for continuous tunablefunctions based on varactor diodes (with capacitance variation).

Ce travail porte sur l'étude des propriétés opto- et magnéto-électroniques des oxydes et fluorures de zinc. Dans une première partie, nous avons étudié les propriétés d'absorption/réflexion dans le proche-IR de poudres d'oxyde de zinc dopées de manière aliovalente par l'aluminium ou le gallium. Une grande partie du travail a consisté en la détermination précise du taux de dopant introduit pour les différentes conditions expérimentale utilisées. Les taux de dopant déterminés ont ensuite été corrélés aux propriétés optiques mesurées par spectrométrie de réflexion diffuse. Nous avons voulu réaliser le même travail sur le fluorure de zinc mais nous avons été confrontés à la difficulté de doper ce composé par l'aluminium à cause de la grande stabilité chimique du fluorure AlF3. En revance, une étude structurale approfondie a été réalisée sur un hydroxyfluorure de zinc ZnOHF, précurseur pouvant être dopé de manières aliovalente. Dans la dernière du manuscrit, nous avons utilisé nos compétences relatives au suivi du dopage pour étudier l'effet des porteurs libres sur les propriétés magnétiques des oxydes de zinc dopés au cobalt. D'un point de vue expérimental, aucun effet des porteurs n'a été recensé, seul un comportement paramagnétique ayant été observé.

Ce travail de thèse concerne le développement de la synthèse de différents types de nanocristaux (NCs) fluorescents de semi-conducteurs II-VI et III-V en vue de leur production à plus grande échelle. Les principaux intérêts de ces NCs pour de nombreuses applications (marquage biologique, diodes électroluminescentes, etc.) sont la possibilité d'ajuster leur couleur d'émission avec leur taille, leur rendement quantique de fluorescence élevé et leur stabilité. Nos études ont d'abord porté sur le système le plus connu, le CdSe, puis sur d'autres semi-conducteurs II-VI (CdS, Cd1-xZnxSe) et un composé III-V (InP). Le système réactionnel choisi est basé sur la méthode d'injection rapide des précurseurs dans un solvant organique à température élevée. Dans le but de l'augmentation de l'échelle de synthèse, les précurseurs et solvants ont été sélectionnés selon les critères de faible coût, disponibilité commerciale et facilité de manipulation (stabilité à l'air, toxicité). Nous avons effectué un plan d'expériences avec la méthode de Taguchi afin de déterminer l'influence de différents facteurs (concentration en réactifs, nature du ligand, température, ...) sur la taille et la dispersion en taille des NCs avec un minimum d'expériences. Pour l'utilisation de quantités plus importantes un montage permettant une injection automatisée des précurseurs dans un réacteur de 2 litres a été développé. Ceci a permis la synthèse de NCs de CdSe avec une augmentation de l'échelle d'un facteur 20. Nous avons ainsi obtenu des lots de plusieurs grammes de trois tailles distinctes de NCs de CdSe monodisperses. Dans le but d'améliorer le rendement quantique de fluorescence des NCs et d'augmenter leur stabilité, nous avons fait croître une coquille d'un semi-conducteur à gap plus grand à leur surface. Afin d'éviter l'utilisation de réactifs pyrophoriques pour la croissance de coquille, nous avons développé de nouveaux précurseurs pour les coquilles de CdS et ZnS, l'éthylxanthate de cadmium et l'éthylxanthate de zinc. Ces précurseurs monomoléculaires sont stables à l'air, faciles à synthétiser, peu chers et se décomposent à des températures adaptées pour la croissance de coquilles. Les NCs obtenus à base de CdSe, de CdS, de Cd1-xZnxSe et d'InP présentaient des rendements quantiques de fluorescence entre 40 et 70%. Un mélange dans certaines proportions des NCs émettant dans le bleu, le vert et le rouge a permis de générer de la lumière blanche stable dans le temps.