Thesis--Auburn University, 2008. / Abstract. Vita. Includes bibliographical references (p. 77-79).

In this thesis, we write explicitly the open book decompositions of links of quotient surface singularities that support the corresponding unique Milnor fillable contact structures. The page-genus of these Milnor open books are minimal among all Milnor open books supporting the corresponding unique Milnor fillable contact structures. That minimal page-genus is called Milnor genus. In this thesis we also investigate whether the Milnor genus is equal to the support genus for links of quotient surface singularities. We show that for many types of the quotient surface singularities the Milnor genus is equal to the support genus of the corresponding contact structure. For the remaining we are able to find an upper bound for the support genus which would be a step forward in understanding these contact structures.

No / Following aberroscopy, aspheric front surface soft contact lenses (SCLs) were custom-made to correct spherical refractive error and ocular spherical aberration (SA) of 18 myopic and five hypermetropic subjects (age, 20.5 . 5 yr). On-eye residual aberrations, logMAR visual acuity, and contrast sensitivity were compared with the best-correcting spectacle lens, an equally powered standard SCL, and an SCL designed to be aberration free in air. Custom-made and spherical SCLs reduced SA ( p . 0.001; p . 0.05) but did not change total root-meansquare (rms) wave-front aberration (WFA). Aberration-free SCLs increased SA ( p . 0.05), coma ( p . 0.05), and total rms WFA. Visual acuity remained unchanged with any of the SCL types compared with the spectacle lens correction. Contrast sensitivity at 6 cycles/degree improved with the custom-made SCLs ( p . 0.05). Increased coma with aspheric lens designs and uncorrected astigmatism limit the small possible visual benefit from correcting ocular SA with SCLs.

L'étude des empilements de grains est importante pour la compréhension des propriétés des milieux granulaires. En particulier, la connaissance des aires de contact entre grains est utile pour décrire la cinétique d'une réaction solide-solide. Nous avons mis au point une méthode d'étude originale des caractéristiques d'un empilement de grains, fondée sur l'analyse d'images de sections de l'empilement enrobe dans une résine. A l'aide de cette méthode, nous avons développé deux protocoles d'analyse spécifiques. Le premier permet de définir complètement l'état d'homogénéité d'un mélange, en évaluant à la fois l'intensité et l'échelle de ségrégation. Le second permet d'estimer les nombres de contacts et les aires élémentaires de contact entre grains dans un mélange. La méthode a été appliquée à l'étude de mélanges de grains de WO₃ et de NiO. L'analyse de l'homogénéité a montré que l'agitation à l'aide d'un mélangeur " Turbula " conduisait a des mélanges peu homogènes. Nous avons pu atteindre un degré d'homogénéité plus avance d'une part en appliquant un mouvement d'agitation moins régulier, d'autre part en utilisant un ajout de liquide. Cependant, le mélangeage par agitation présente toujours une tendance à la démixtion, caractérisée par l'observation d'une ségrégation à large échelle après quelques heures d'agitation. L'analyse des contacts nous a permis de comparer les valeurs expérimentales des nombres de contacts dans nos mélanges avec des valeurs théoriques données pour des empilements de sphères. Certains écarts au modèle ont pu être expliques par les caractéristiques particulières du système granulaire utilise. Enfin, l'analyse de l'influence du mode de construction sur les caractéristiques de l'empilement a été effectuée, et comparée aux résultats d'une simulation numérique. Nous avons ainsi pu montrer les effets d'un mode de construction collectif sur les caractéristiques de l'empilement.

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Les pneus sont un organe déterminant dans la tenue de route des véhicules. Cette thèse porte sur la modélisation du contact entre la bande de roulement d'un pneumatique et une route sèche, afin de comprendre les différents phénomènes physiques mis en jeu ainsi que leurs rôles relatifs dans le frottement. La rugosité multi échelle des sols routiers les rendent difficiles à modéliser avec une simulation par élements finis standard. En utilisant l'hypothèse que la gomme de la bande de roulement est très grande devant la taille des rugosités, elle peut être considérée comme un massif semi-infini. Il est alors possible de résoudre efficacement le problème de contact en ne discrétisant que la surface du massif de gomme. Cette résolution est faite à l'aide d'un algorithme de Gradient Conjugué, au cours duquel les calculs matriciels sont effectués par Transformée de Fourier Rapide (FFT). La viscoélasticité de la gomme est prise en compte en régime transitoire. Les interactions à l'interface entre la gomme et le sol sont modélisés par une loi de frottement ainsi que par une énergie d'adhésion. Les résultats montrent le rôle primordial de la viscoélasticité qui, couplée à la rugosité multi-échelle du sol, modifie la surface du contact au cours des différents étapes de mise en glissement d'un pneumatique, faisant ainsi varier le frottement. / Tires are a key component for the handling and safety of personal vehicles. In this thesis a model of the contact between the tire tread and a dry road is described. It aims at understanding the different physical phenomena taking place in such a contact and their relative role in tire friction. Modeling the multiple scales of road roughness is difficult using a standard Finite Element Method. The hypothesis that the rubber of the tire tread is very large compared to the largest scale of surface roughness is made, so that it can be considered as a semi-infinite half-space. This way, the contact problem can be solved by discretizing the rubber surface only. The solver is a specific Conjugate Gradient iterative method, in which the matrix-vector products are performed with Fast Fourier Transforms. Transient viscoelasticity is accounted for with a step-by-step approach. The algorithm is able to model surface interactions such as Coulomb friction and adhesion. Results show the crucial role played by viscoelasticity. Coupled with the road roughness, it changes the contact surface during the different steps of tire sliding, which in turns impacts friction.

La connectique utilisée en automobile est soumise à des sollicitations vibratoires provoquant des micro-glissements répétitifs à l'origine d'importants endommagements électriques et mécaniques. Les travaux réalisés dans cette thèse ont permis de mieux comprendre les phénomènes mis en jeu lorsqu'un contact est soumis à des vibrations et ont contribué à l'évolution des connaissances et à la résolution de problèmes de connectique dans des cas spécifiques. En effet, le phénomène appelé fretting-corrosion engendre des défauts complexes dans la connectique automobile. Dans la connectique bas niveaux, il provoque une transmission erronée ou l'absence d'un signal entre les différents organes (ex : capteurs, calculateurs, etc.), tandis que dans la connectique de puissance, ce phénomène engendre des échauffements qui sont dus à l'effet Joule mais aussi à des apparitions intermittentes d'arcs électriques (> 6000 K) lors des vibrations. Ces échauffements excessifs engendrent un ramollissement des matériaux, constituant le housing (logement du connecteur). Cela peut impliquer une modification de la force de contact appliquée à ce dernier sans oublier l'accélération de l'usure mécanique entre deux parties en contact dynamique. De plus, une analyse des paramètres (courant, revêtements du substrat, épaisseurs des revêtements) qui influent sur ce phénomène a été entreprise lors de cette étude. / Electrical connections used in automobiles are subject to vibration forces causing repetitive micro-sliding which is at the origin of significant electrical and mechanical damage. The thesis research performed has allowed us to better understand the phenomena in play when a contact is subject to vibrations and has contributed to the development of knowledge and to the resolution of connection problems in specific cases. In fact, the phenomenon called fretting-corrosion leads to complex faults in automotive connections. In low power level connections, it causes erroneous transmission errors or the absence of signal between different components (e.g. sensors, computers, etc.) while in power connections, this phenomenon produces heating due to the Joule Effect but also the intermittent appearance of electrical arcs (> 6000 K) during vibrations. This excessive heating causes the materials constituting the connector housing to soften. This could lead to the modification of the applied contact force of the latter and in addition, the acceleration of mechanical wear between the two parts in dynamical contact. In addition, the analysis of parameters (current, coatings of the substrate, thicknesses of coatings) which influence this phenomenon, were performed during this research.

Les pieds d’aubes de soufflantes de turboréacteurs étant soumis à des sollicitations de type fretting, l’introduction de matériaux composites dans la nouvelle génération de moteur d’avion a rendu nécessaire le développement d’outils permettant de modéliser le contact entre des matériaux hétérogènes. En particulier, le comportement tribologique et l’endommagement de ces matériaux est encore mal compris. La mise en place de méthodes numériques capable de prédire les endommagements dans le contact permettrait de mieux prédire la durée de vie des pièces en service et de garantir la sécurité des passagers. Cette thèse porte sur le développement de méthodes semi-analytiques pour la modélisation de l’endommagement dans des conditions de fretting et de roulement. / The blade/disk interface in turbofan is subject to fretting loading. Fan blade of the new generation of aircraft engines are made of woven composite materials. The introduction of these new kind of materials create the need for a new numerical tool able to simulate the contact between heterogeneous materials. The tribological behavior and the damage mechanism associated with these kind of material are still not well understood. The developpment of new numerical tool able to model the damage in the contact area would allow to predict the life of engines parts and to guarantee the security of passengers. This PhD is about the developpment of semi-analytical methods for modeling the damage in fretting and rolling contact conditions with some applications to heterogeneous materials.

In multi-level Co/low-k based interconnect systems of ultralarge-scale integrated electronic devices the removal of plasma etch residues by common plasma cleaning processes has been shown to alter material properties like k-value and leakage current of the low-k dielectric. Besides the development of less damaging plasma processes their substitution by wet cleaning steps is in the focus of research and development. With further decreasing feature dimensions the development of wet cleaning processes has to include wetting issues like the non-wetting of small features due to the surface energy of the liquid or pattern collapse effects of low-k dielectric trenches due to high capillary forces This work at first focuses on the determination of the surface energetic character of common cleaning solutions for PERR and differently etched or ashed low-k dielectric surfaces by contact angle analysis, to outline which combinations of solid and liquid will be critical regarding their wetting behavior. Besides the determination of the wetting behavior the contact angle analysis turned out to be a fast and sensible analytic tool to understand the surface modifications introduced by different plasma processes and can help to understand the mechanisms of plasma damage of low-k dielectric surfaces. The analysis showed that especially polymerizing plasma etch processes produce a low-energetic low-k dielectric surface with a negligible polar energy contributions, which inhibits their wetting by high energetic water based cleaning solutions, which actually are favored by semiconductor manufacturers. The strategy to overcome these wetting issues followed in the present work is the reduction of the surface energy of the cleaning liquids by the application of surfactants. Several types of surfactants have been applied to the cleaning liquids and the compatibility of the surfactant solutions to BEOL materials like low-k dielectrics, copper and diffusion barriers as well as their dynamic behavior has been studied. The analysis showed that choosing the appropriate rinsing solution after the cleaning process is essential to ensure its compatibility to porous low-k dielectrics. Optical, electrical and structural data indicated that DIW rinse in most of the cases was not able to remove residual surfactant species within the material, while for an IPA rinse most of the residual surfactants have been removed. Considering the data received for compatibility to low-k materials, copper and barriers, the dynamic behavior of the surfactant solutions as well as influences of increased bath temperature and long term stability a general advice about surfactant selection and processing of surfactant aided solutions within BEOL is given. / In mehrlagigen Kupfer/low-k basierten Metallisierungssystemen hochintegrierter elektronischer Bauelemente kann die Entfernung von Residuen nach der Plasmastrukturierung des Dielektrikums mittels herkömmlicher Plasmareinigungsprozesse zur Schädigung der Isolatorschicht und damit zum Ansteigen der relativen Dielektrizitätszahl sowie der Leckströme führen. Neben der Entwicklung schädigungsarmer Plasmaprozesse stellt der Ersatz dieser Prozesse durch Nassreinigungsschritte zur Ätzresiduenentfernung eine vielversprechende Alternative dar. Mit stetig abnehmenden Strukturabmaßen ist bei der Entwicklung dieser Nassreinigungsprozesse neben der Materialkompatibilität auch das Benetzungsverhalten der Reinigungsflüssigkeit von entscheidender Bedeutung, da die Oberflächenenergie der Reinigungslösung das Eindringen dieser in kleinste Strukturen verhindern und es durch hohe Kapillarkräfte zum Kollaps von Grabenstrukturen im Dielektrikum kommen kann. In der vorliegenden Arbeit wurde zunächst mittels Kontaktwinkelanalyse die Oberflächenenergie verschieden prozessierter low-k Dielektrikaschichten sowie herkömmlicher Lösungen zur Entfernung von Ätzresiduen untersucht, um hinsichtlich ihres Benetzungsverhaltens besonders kritische Materialkombinationen aufzuzeigen. Neben der Bestimmung des Benetzungsverhaltens hat sich die Kontaktwinkelanalyse zur Oberflächenenergieberechnung als schnelle und empfindliche Methode zur Analyse der Auswirkung von Plasmaprozessen auf die Oberfläche von low-k Dielektrika erwiesen. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass besonders polymerisierende Plasmaprozesse eine niederenergetische Oberfläche erzeugen, welche von den derzeit in der Halbleiterfertigung bevorzugten hochenergetischen wasserbasierten Reinigungslösungen nur schlecht benetzt wird. Um diesem Effekt entgegenzuwirken wurde in der vorliegenden Arbeit die Senkung der Oberflächenenergie der Reinigungslösungen durch Zugabe von Tensiden untersucht. Es wurden mehrere Tenside unterschiedlichen Typs den Reinigungsflüssigkeiten zugemischt und die Kompatibilität dieser Lösungen mit low-k Dielektrika, Kupferschichten und Diffusionsbarrieren untersucht sowie ihr dynamisches Verhalten analysiert. Dabei hat sich gezeigt, dass die Auswahl der geeigneten Spüllösung nach dem eigentlichen Reinigungsprozess von entscheidender Bedeutung ist. Optische, elektrische sowie strukturelle Daten deuten darauf hin, dass bei Verwendung einer Spülung mit deionisiertem Wasser in den meisten Fällen Tensidrückstände im porösen Dielektrikum verbleiben. Eine Spülung mit Isopropanol war hingegen in der Lage, einen Großteil dieser Tensidrückstände zu entfernen. Unter Einbeziehung der Daten zur Materialkompatibilität und dem dynamischen Verhalten der Tensidlösungen bei Raumtemperatur und erhöhter Badtemperatur sowie ihrer Langzeitstabilität konnte schließlich eine Prozessempfehlung für die Verwendung der benetzungsoptimierten Reinigungslösungen in der BEOL-Prozessierung gefunden werden.