L'évolution de la technologie CMOS autorise la réduction des dimensions transverses du pixel d'imageur qui atteignent aujourd'hui 1.75μm. Son épaisseur, en revanche, ne peut être réduite sans modifier le principe de filtrage existant, assuré par des résines colorées absorbantes dont l'épaisseur fixe le profil spectral en transmission. Ces résines ont, de plus, une faible tenue en température et doivent être positionnées au sommet de l'empilement métallo-diélectrique que constitue le pixel. Ces deux facteurs contribuent à la dégradation de la résolution optique du capteur. Dans ce mémoire, nous discutons des possibilités de les remplacer par des structures diffractives métalliques bi-périodiques, moins épaisses et plus résistantes aux traitements thermiques. Pour cela, une nouvelle formulation de la Méthode des Eléments Finis a été introduite. Cette technique, très générale, de résolution d'équations aux dérivées partielles est adaptée, de par sa flexibilité, à la richesse géométrique du pixel CMOS et à la complexité des structures diffractives pressenties. Dans un premier temps, cette méthode a été validée numériquement dans le cas scalaire, puis expérimentalement grâce à des photodiodes de test munies de réseaux mono-dimensionnels. Dans un second temps, la formulation a été généralisée au cas vectoriel de la diffraction d'une onde plane d'incidence et de polarisation arbitraires par un réseau bi-dimensionnel quelconque. Enfin, ce modèle est exploité pour dégager un jeu de paramètres opto-géométriques de réseaux croisés permettant de filtrer la lumière dans ses composantes Rouge, Verte et Bleue.

L'objectif de cette thèse était d'identifier certains processus liés au fonctionnement des nourriceries de la<br />sole Solea solea (L.) dans les pertuis Charentais, bassin ostréicole de 1er rang européen et nourriceries majeures<br />pour la sole du golfe de Gascogne. Les juvéniles de la sole dépendent d'habitats côtiers et estuariens, ce qui<br />implique (i) une capacité d'adaptation à la variabilité environnementale de ces milieux et (ii), l'accès à l'intégralité<br />d'un habitat essentiel au cycle biologique de l'espèce. La nourricerie réalisée rend compte des ajustements que le<br />poisson doit opérer entre les contraintes liées à l'habitat et sa capacité à gérer ces contraintes, à travers la<br />sélection des aires de nourrissage, de repos et de refuge. Couplant travaux de terrains et expériences en<br />mésocosme, des méthodes basées sur des estimateurs intégratifs ont été retenues, taux de croissance, indice de<br />condition de Fulton et statut endocrine de ces poissons. Ces résultats ont été confrontés à une approche<br />comportementale visant à déterminer comment les soles utilisent l'espace (pistage par télémétrie acoustique) et<br />accèdent à la nourriture (régime alimentaire et estimation de la ration en équivalent carbone) dans un habitat sous<br />influence conchylicole.<br />La croissance des juvéniles du pertuis Breton, sub-maximale durant la période de croissance rapide, tend<br />vers un plateau autour de l'équinoxe d'automne. Une expérience en mésocosme confirme que la température in<br />situ ne peut entraîner ce ralentissement de la croissance. Or en même temps, ces juvéniles présentent une<br />condition médiocre, les niveaux d'hormones thyroïdiennes circulantes les plus faibles et l'activité alimentaire la plus<br />basse de l'année. Cet état suggère des contraintes propres à la mer des Pertuis, système de baies semi-fermées<br />sous influence modérée de panaches estuariens. Il semble qu'un environnement marin moins favorable en fin d'été<br />et/ou des effets en cascade sur le réseau trophique ne permettent pas à l'intégralité de la classe d'âge 0 d'y grandir<br />en fonction des potentialités de l'espèce. Dans le contexte climatique actuel néanmoins, une partie d'entre eux est<br />capable d'hiverner dans ces nourriceries où ils recouvrent des niveaux hormonaux élevés et restaurent leur activité<br />alimentaire. Les contraintes environnementales des pertuis Charentais, si elles sont d'ordre à moduler la<br />croissance des soles, ne semblent pas altérer leur comportement. Nous avons pu montrer par une expérience en<br />mésoscosme que ni l'effet des structures d'élevage, ni celui des modifications d'habitat liées à la biodéposition ne<br />restreignent l'accès aux zones placées sous emprises ostréicoles. Vérifier ces résultats en mer sera nécessaire<br />avant de conclure que les juvéniles accèdent à l'intégralité des nourriceries dans les pertuis Charentais. Toutefois,<br />deux cycles d'alimentation de 30 h dans le pertuis d'Antioche démontrent la capacité de très jeunes soles à ajuster<br />leurs rythmes d'activité et l'intensité de la prise alimentaire selon, vraisemblablement, le contexte hydrodynamique,<br />qu'il soit imposé par le cycle des marées de quinzaine ou par le vent. Cela a également permis une première<br />estimation de la ration journalière des jeunes soles en carbone organique, ce qui permettra de compléter les<br />modèles de réseau trophique actuellement développés. Enfin, l'infestation importante des soles des pertuis par les<br />métacercaires d'un Bucephalidae, enkystées dans différents organes sensibles, révèle des interactions biotiques<br />inattendues. Les cercaires de ce parasite étant propagées par les élevages de moules, cette parasitose donne un<br />nouvel éclairage aux interactions existant entre la fonction de nourricerie des habitats côtiers et la conchyliculture.

Cette thèse présente des mesures de transport électronique dans des systèmes bi-dimensionels et uni-dimensionels à base de graphène sous champ magnétique pulsé (60T). L'objectif de ces travaux consiste à sonder la dynamique des porteurs de charge en modifiant la densité d'états du système par l'application d'un champ magnétique. Une première partie est consacrée à l'étude de l'influence des îlots électrons-trous sur les propriétés de transport du graphène au voisinage du point de neutralité de charge. Nous avons constaté l'apparition de fluctuations de la magnéto-résistance liée à la transition progressive des îlots de taille finie dans le régime quantique lorsque le champ magnétique augmente. Nous avons aussi montré que la variation de l'énergie de Fermi, liée à l'augmentation de la dégénérescence orbitale des niveaux de Landau, est directement responsable d'une modification du ratio entre électrons et trous. Dans une deuxième partie consacrée à l'étude des nanorubans de graphène, nous avons exploré deux gammes de largeur différentes. Dans les rubans larges (W>60nm), la quantification de la résistance a été observée révélant ainsi une signature évidente de la quantification du spectre énergétique en niveaux de Landau. Le confinement magnétique des porteurs de charge sur les bords des nano rubans a permis de mettre en évidence, pour la première fois, la levée de dégénérescence de vallée liée à la configuration " armchair " du ruban. Pour des rubans plus étroits (W<30nm), en présence de défauts de bord et d'impuretés chargées, la formation progressive des états de bords chiraux donne lieu à une magnéto-conductance positive quelque soit la densité de porteurs. Enfin, la dernière partie traite du magnéto-transport dans le graphene multi feuillet. En particulier, nous avons observé l'effet Hall quantique dans les systèmes tri-couches de graphène. Une étude comparative des résultats expérimentaux avec des simulations numériques a permis de déterminer l'empilement rhomboédrique des trois couches de graphène constituant l'échantillon.

The hydraulic and removal efficiencies of a Horizontal Flow Treatment Wetlands (HF TW) were investigated through an internal three dimensional grid of sampling ports. Tracer tests and regular monitoring of water quality parameters were performed. Results demonstrated that the HF TW has generally good hydraulic and volumetric efficiencies, with relatively low dead zones. The application of models developed by chemical engineering provided the number of tanks in series and the calculated detention times which were input as parameters in the multi flow with dispersion hydraulic model. This second model identified that water fluxes were not homogeneous with depth inside the TW and 60% of the flow was along the bottom layer of the bed. It also indicated the water flow velocities, which were faster on the bottom of the bed, and the axial dispersion, which was higher where flow velocity was lower. The reviewed inflow rate distribution allowed review for all layers of the nominal detention time and of the hydraulic indexes, which are developed by the chemical engineering theory, and based on the incorrect assumption of homogeneous systems. The P-k-C* degradation model was applied in order to define degradation k-rate values of BOD and COD and the frequency distribution profiles were developed. The degradation rate coefficients for BOD ranked from less than 10 m/yr to more than 300 m/yr. Significant higher degradation rates were observed for all the bottom layers and for the closest sampling line from the inlet. The results of COD were similar to those observed for BOD. Finally, the specific pollutants of nitrogen and phosphorus were analysed for total nitrogen (TN) and total phosphorus (TP). The global trend of the TN degradation coefficient values was a slow and regular decrease over length, having systematically higher degradation coefficients for the bottom layers. The saturation of the media sites for sorption capacity of TP was demonstrated being in progress. Les efficacités hydraulique et épuratoire du filtre planté à écoulement horizontal ont été mesurées grâce à un dispositif de prélèvement tridimensionnel dans un filtre en fonctionnement. Des essais de traçage ont été réalisés ainsi que des analyses régulières de la qualité de leau en tous les points déchantillonnage. Les résultats ont démontré que le filtre présente des efficacités hydraulique et volumétrique généralement bonnes, avec relativement peu de zones mortes. Lapplication des modèles mathématiques issus du génie chimique ont permis la détermination du nombre N de réservoirs en série et de calculer les temps de séjour ; ceux-ci ont ensuite été introduit dans le modèle hydraulique de dispersion multi-couches. Ce second modèle a identifié que les flux en eau nétaient pas homogènes avec la profondeur à lintérieur du système et que 60 % de lécoulement se concentraient dans la couche de fond du filtre. Il a également fournit les vitesses découlement par couche, qui se présentent comme plus rapides dans le fond du filtre, et la dispersion axiale, dont la valeur augmente en corrélation avec une diminution de la vitesse. La distribution du débit par horizon a pu être revue comme non homogène avec la profondeur et a permis de recalculer les index hydrauliques et les temps de séjour par horizon en évitant lhypothèse erronée des modèles du génie chimique de lhomogénéité du système. Le modèle de dégradation des polluants P-k-C* a été appliqué pour définir les valeurs des coefficients de dégradation de la DBO, la DCO et lazote total. Les profils de distribution de fréquence ont été dressés. Les différences de coefficients de dégradation de la DBO sont très hautement significatives avec la profondeur et la longueur, en ayant des valeurs plus importantes pour la couche de fond et pour la première ligne de prélèvement la plus proche de la zone de distribution de leffluent dans le filtre. Les résultats obtenus pour la DCO ont été semblables. Les coefficients de dégradation de lazote total ont montré une décroissance lente et régulière avec la longueur, et des valeurs systématiquement plus importantes avec la profondeur. Finalement, il a été démontré que les sites dadsorption du phosphore total sont en cours de saturation.

Silicon nanowire based multiple gate metal oxide field effect transistors(MG-MOSFET) appear as replacements for conventional bulk transistors in post 45nm technology nodes. In such transistors the short channel effect(SCE) is controlled by the device geometry, and hence an undoped (or, lightly doped) ultra-thin body silicon nanowire is used to sustain the channel. The use of undoped body also solves several issues in bulk MOSFETs e.g., random dopant fluctuations, mobility degradation and compatibility with midgap metal gates. The electrostatic integrity of such devices increases with the scaling down of the body thickness. Since the quantization of electron energy cannot be ignored in such ultra-thin body devices, it is extremely important to consider quantum effects in their threshold voltage models. Most of the models reported so far are valid for long channel double gate devices. Only Munteanu et al. [Journal of non-crystalline solids vol 351 pp 1911-1918 2005] have reported threshold voltage model for short channel symmetric double gate MOSFET, however it involves unphysical fitting parameters. Only Munteanu et al.[Molecular simulation vol 31 pp 839-845 2005] reported threshold voltage model for quad gate transistor which is implicit in nature. On the other hand no modeling work has been reported for other types of MG-MOSFETs (e.g., tri gate, cylindrical body)apart from numerical simulation results. In this work we report physically based closed form quantum threshold voltage models for short channel symmetric double gate, quad gate and cylindrical body gate-all-around MOSFETs. In these devices quantum effects aries mainly due to the structural confinement of electron energy. Proposed models are based on the analytical solution of two or three-dimensional Poisson equation and one or two-dimensional Schrodinger equation depending on the device geometries. Judicial approximations have been taken to simplify the models in order to make them closed form and efficient for large scale circuit simulation. Effort has also been put to model the quantum threshold voltage of tri gate MOSFET. However it is found that the energy quantization in tri gate devices are mainly due to electronic confinement and hence it is very difficult to develop closed form analytical equations for the threshold voltage. Thus in this work the modeling of tri gate devices have been limited to long channel cases. All the models are validated against the professional numerical simulator.

The goal of this work was to synthesize complex macromolecular architectures such as dendrimers and dendronized polymers, and evaluate the effect from the dendrons on the optical and material properties. The work presented in this doctoral thesis, Dendrimers and Dendronized Polymers - Synthesis and Characterization, is divided into one minor and one major part. The first part deals with the synthesis and characterization of two sets of dendritic porphyrins based on 2,2-bis(methylol)propionic acid (bis-MPA). The second part deals with the synthesis and characterization of dendronized poly(hydroxyl ethyl methacylate), dendronized poly(norbornene), and dendronized triblock copolymers, were the pendant dendrons are based on bis-MPA. Both free-base and zinc containing dendritic porphyrins was synthesized up to the fifth generation by employing iterative ester coupling utilizing the acetonide protected anhydride of bis-MPA as generic building block. First and second generation dendron bearing methacrylates based on 2-hydroxyethyl methacrylate were also synthesized by utilizing the acetonide protected anhydride of bis-MPA, and subsequently polymerized by atom transfer radical polymerization. By adopting a divergent “graft-to” approach starting from the first generation dendronized poly(hydroxyl ethyl methacrylate), well-defined dendronized polymers with acetonide, hydroxyl, acetate and hexadecyl surface functionality were obtained. By utilizing the same divergent iterative esterfication, first to fourth generation dendron functionalized norbornenes were synthesized. These monomers were polymerized by ring-opening metathesis polymerization, utilizing either Grubbs´ first or second generation catalyst. Acrylate functional first to fourth generation monomers were synthesized by the copper(I) catalyzed “click” coupling of azido functional dendrons and propargyl acrylate. The monomers were polymerized to dendronized triblock copolymers by reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization, utilizing a difunctional poly(methyl methacrylate) as macro chain transfer agent. The bulk properties of the dendronized poly(hydroxyl ethyl methacrylate) and poly(norbornene) were investigated by dynamic rheological measurements and differential scanning calorimetry. It was found that all the acetonide functional bis-MPA based dendronized polymers had glass transitions temperatures in a similar range. The rheological behaviour showed that for the dendronized polymers having the same backbone length the complex viscosity as a function of functionality was independent of the surface functionality of the polymer. The generation number of the polymer had a profound influence on the complex viscosity, changing form a Newtonian behaviour to a shear thinning behaviour when the generation of the dendrons was increased from two to four. The dendronized poly(norbornene) had increasingly shorter backbone lengths for each generational increase, and for the materials set with comparably lower degree of polymerization, the G’ part of the complex modulus was mostly affected by attaching larger dendrons. In the case of the sample set of higher degree of polymerization, the second, third, and fourth generation samples had similar slopes of the G’ and G” curves, indicating a similar relaxation behaviour. / QC 20100914

Poor skeletal health results from aging and metabolic diseases such as obesity and diabetes and involves impaired homeostatic balance between marrow osteogenesis and adipogenesis. Tissue engineering provides researchers with the ability to generate improved, highly controlled and tailorable in vitro model systems to better understand mechanisms of homeostasis, disease, and healing and regeneration. Model systems that allow assembly of modules of MSCs, osteoblasts, and adipocytes in a number of configurations to engage in signaling crosstalk offer the potential to study integrative physiological aspects and complex interactions in the face of changes in local and systemic microenvironments. Thus, the overall goal of this dissertation was to examine integrative physiological aspects between MSCs, osteoblasts, and adipocytes that exist within the marrow microenvironment. To investigate the effects of intercellular signaling in different microenvironmental contexts, methods were developed to photolithographically pattern and assemble cell-laden PEG-based hydrogels with high spatial fidelity and tissue-scale thickness for long-term 3D co-culture of multiple cell types. This platform was applied to study effects of crosstalk between MSCs, osteoblasts and adipocytes on markers of differentiation in each cell type. Additionally, responses of MSCs to systemic perturbations in glucose concentration were modulated by mono-, co-, and tri-culture with these cell types in a model of diabetes-induced skeletal disease. Together, these studies provided valuable insight into unique and differential effects of intercellular signaling within the niche environment of MSCs and their terminally differentiated progeny during homeostatic and pathological states, and offer opportunities further study of integrative physiological interactions between mesenchymal lineage cells.

Cardiac tissue engineering promises to create therapeutic tissue replacements for repair of diseased native myocardium. The main goals of this thesis were four-fold: 1) to evaluate cardiac tissues engineered using multiple cell types including endothelial cells (EC), fibroblasts (FB), and cardiomyocytes (CM); 2) to spatiotemporally track cells in organoids and optimize their seeding percentages for improved function; 3) to enhance vascular cord formation through sequential versus simultaneous seeding of ECs and FBs; and 4) to perform mechanistic studies to elucidate the role of soluble factors in cell-cell communication. Microscale templates fabricated from photocrosslinkable poly(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA) were used for all studies for rapid screening. When ECs and FBs were precultured for two days prior to seeding enriched CMs, cells self-assembled into three-dimensional, beating organoids, compared to simultaneously tricultured EC/ FB / CM which formed non-contractile clusters. Fluorescent dyes were used to label and track each cell type for up to 4 days, demonstrating an even distribution of cells within precultured organoids versus EC clustering in simultaneous triculture. When ECs were seeded first, followed by FBs 24 hours later and CMs 48 hours later, vascular-like cords formed that persisted with time in a seeding density-dependent manner. Vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling was quantified, showing higher endogenous VEGF secretion rates in sequential preculture (16.6 ng/mL/hr) compared to undetectable VEGF secretion in simultaneous triculture. Blocking of endogenous VEGF signaling through addition of VEGF antibody / VEGFR2 inhibitor resulted in a significant decrease in mRNA and protein expression of the key cardiac gap junctional marker connexin-43. These findings provide a foundation for future work into the mechanisms governing functional cardiac tissue engineering performance and may aid in the development of novel therapies for heart failure based on growth factor signaling and engineering of vascularized, clinically relevant cardiac tissue patches.

Cardiac tissue engineering promises to create therapeutic tissue replacements for repair of diseased native myocardium. The main goals of this thesis were four-fold: 1) to evaluate cardiac tissues engineered using multiple cell types including endothelial cells (EC), fibroblasts (FB), and cardiomyocytes (CM); 2) to spatiotemporally track cells in organoids and optimize their seeding percentages for improved function; 3) to enhance vascular cord formation through sequential versus simultaneous seeding of ECs and FBs; and 4) to perform mechanistic studies to elucidate the role of soluble factors in cell-cell communication. Microscale templates fabricated from photocrosslinkable poly(ethylene glycol) diacrylate (PEG-DA) were used for all studies for rapid screening. When ECs and FBs were precultured for two days prior to seeding enriched CMs, cells self-assembled into three-dimensional, beating organoids, compared to simultaneously tricultured EC/ FB / CM which formed non-contractile clusters. Fluorescent dyes were used to label and track each cell type for up to 4 days, demonstrating an even distribution of cells within precultured organoids versus EC clustering in simultaneous triculture. When ECs were seeded first, followed by FBs 24 hours later and CMs 48 hours later, vascular-like cords formed that persisted with time in a seeding density-dependent manner. Vascular endothelial growth factor (VEGF) signaling was quantified, showing higher endogenous VEGF secretion rates in sequential preculture (16.6 ng/mL/hr) compared to undetectable VEGF secretion in simultaneous triculture. Blocking of endogenous VEGF signaling through addition of VEGF antibody / VEGFR2 inhibitor resulted in a significant decrease in mRNA and protein expression of the key cardiac gap junctional marker connexin-43. These findings provide a foundation for future work into the mechanisms governing functional cardiac tissue engineering performance and may aid in the development of novel therapies for heart failure based on growth factor signaling and engineering of vascularized, clinically relevant cardiac tissue patches.

<p> As a possible alternative for growing seed layers required for electrochemical Cu deposition of metallization systems in ULSI circuits, the atomic layer deposition (ALD) of Cu is under consideration. To avoid drawbacks related to plasma-enhanced ALD (PEALD), thermal growth of Cu has been proposed by two-step processes forming copper oxide films by ALD which are subsequently reduced. </p> <p> This talk, given at the 8th International Conference on Atomic Layer Deposition (ALD 2008), held in Bruges, Belgium from 29 June to 2 July 2008, summarizes the results of thermal ALD experiments from [(^<i>n</i>Bu₃P)₂Cu(acac)] precursor and wet O₂. The precursor is of particular interest as it is a liquid at room temperature and thus easier to handle than frequently utilized solids such as Cu(acac)₂, Cu(hfac)₂ or Cu(thd)₂. Furthermore the substance is non-fluorinated, which helps avoiding a major source of adhesion issues repeatedly observed in Cu CVD. </p> <p> As result of the ALD experiments, we obtained composites of metallic and oxidized Cu on Ta and TaN, which was determined by angle-resolved XPS analyses. While smooth, adherent films were grown on TaN in an ALD window up to about 130°C, cluster-formation due to self-decomposition of the precursor was observed on Ta. We also recognized a considerable dependency of the growth on the degree of nitridation of the TaN. In contrast, smooth films could be grown up to 130°C on SiO₂ and Ru, although in the latter case the ALD window only extends to about 120°C. To apply the ALD films as seed layers in subsequent electroplating processes, several reduction processes are under investigation. Thermal and plasma-assisted hydrogen treatments are studied, as well as thermal treatments in vapors of isopropanol, formic acid, and aldehydes. So far these attempts were most promising using formic acid at temperatures between 100 and 120°C, also offering the benefit of avoiding agglomeration of the very thin ALD films on Ta and TaN. In this respect, the process sequence shows potential for depositing ultra-thin, smooth Cu films at temperatures below 150°C. </p>