Les technologies photovoltaïques représentent un grand espoir dans le domaine de l’énergie. Nous en sommes actuellement à la troisième génération de cellules solaires, composées de dispositifs nano structurés. A ces échelles, les performances mesurées par des techniques usuelles sont globales. Pour accéder aux grandeurs physiques locales, des outils de caractérisation avancés sont nécessaires. L’objectif de cette thèse est la mesure de travail de sortie et de temps de vie de porteurs par microscopie à force atomique et spectroscopie électronique. Après un rappel historique sur les technologies permettant de récolter l’énergie lumineuse, puis une explication détaillée du principe de fonctionnement des techniques de caractérisation employées, nous présenterons trois études :1) Une mesure de travail de sortie sur hétérostructures de silicium-germanium par XPEEM et KFM, pour démontrer la complémentarité des deux techniques. Nous verrons qu’elles sont capables d’imager des variations de travaux de sorties de l’ordre de 10 meV, et qu’elles ont permis de révéler un effet d’inversion de contraste dû à un état de surface. 2) Une mesure de travail de sortie par KFM sur matériaux III-V. Nous verrons que la résolution spatiale maximale est dépendante d’un effet de recouvrement de courbure de bandes, mis en évidence grâce à une simulation auto-cohérente du potentiel de surface. 3) Une technique permettant de reconstruire une cartographie de temps de vie de porteurs, grâce à l’acquisition de plusieurs images KFM sous illumination modulée en fonction de la fréquence. Cette technique a été appliquée avec succès sur une cellule solaire organique de type PBTFB-PCBM. / Photovoltaic technologies represent a great hope for actual energetic issues. We are now working with the third generation of solar cells, composed of nano structured devices. At these levels, the performances measured by conventional techniques are averaged. In order to access local physical quantities, advanced characterization technics have to be developed. The goal of this thesis is the local measurement of work function and carrier lifetime by atomic force microscopy and electron spectroscopy. After a historical overview on photovoltaic technologies and a detailed explanation of the operating principle of the characterization techniques, we present three studies:1) A work function measurement on silicon-germanium heterostructures by XPEEM and KFM, to demonstrate the complementarity of these techniques. We saw that both are able of imaging small (10 meV) work function variations, and have revealed a contrast inversion effect due to a surface state.2) A work function measurement by KFM on III-V materials. We saw that the maximum spatial resolution is dependent on a bend bending covering effect, highlighted with a self-consistent simulation of the surface potential.3) A technique giving access to carrier lifetime mappings, through the acquisition of several KFM images as a function of frequency modulated illumination. This technique has been successfully applied to an PBTFB-PCBM organic solar cell.

Sous réserve d’une énergie cinétique suffisamment faible, un neutron libre peut être piégé matériellement ou magnétiquement de sorte à garantir son confinement au sein d’un volume défini. Cette caractéristique permet l’étude de plusieurs paramètres, notamment de son temps de vie moyen. L’expérience HOPE, piège magnétique de neutrons ultra-froids mis en œuvre à l’Institut Laue Langevin à Grenoble, vise à fournir une valeur précise de ce temps de vie au travers de différentes méthodes. L’une d’entre elles consiste à observer les électrons émis par la décroissance bêta du neutron. Le détecteur SECOND a été spécifiquement conçu pour permettre le comptage de ces électrons au sein de l’expérience HOPE. La grande difficulté de ce projet réside dans le faible taux de comptage des électrons attendu, qui nécessite la discrimination des rayonnements parasites. Dans ce but, SECOND est constitué de deux étages de détection, dont le principal, un phoswich de scintillateurs plastiques, a donné des résultats probants lors de premiers tests fonctionnels à basse température ; la différenciation des événements induits par des muons cosmiques est efficace dans 98 % des cas, et tout porte à croire qu’elle sera considérablement améliorée par l’utilisation d’un système d’acquisition adapté à l’application souhaitée. / Considering a low enough kinetic energy, a free neutron can be materially or magnetically trapped in a defined volume. This trapping allows experimenters to study the neutron and its characteristics, and in this case, to measure its mean lifetime. The HOPE experiment commissioned at Laue Langevin Institute in Grenoble is aimed at providing a 1 %- accuracy value. One way to measure lifetime is to record every single neutron beta decay occurring in the trap by counting the emitted electrons. The detector SECOND has been specifically designed to fulfill this goal within HOPE but also to discriminate other types of particles that induce false events. The latter argument is the reason for the two detection stages SECOND is composed of. The plastic scintillators phoswich constitutes the main part of the detector and has been successfully operated during preliminary tests at low temperature. The rejection rate of cosmic muons events is about 98 %, and this value can be drastically enhanced using a more suitable data acquisition system.

L’étude de la spectroscopie et de la structure des noyaux exotiques a permis ces dernières années de nombreuses découvertes par rapport à ce qu’on connaissait sur les noyaux stables : les noyaux peuvent être déformés et certains nombres magiques ne sont pas persistants lorsque l’on s’approche des drip line. Autour du 68Ni, qui présente des signes de fermeture de sous couche à N=40 (énergie d’excitation du 2+1 élevée et B(E2 ;2+->0+) faible), les noyaux exotiques tels les isotopes de Cr, Fe, Zn et Ge, présentent des déformations et les expériences récemment menées indiquent un développement rapide de la collectivité. L’expérience menée au LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro) sur les isotopes 70,72,74Zn a conclu à la mesure d’une durée de vie étonnamment longue pour l’état 4+ du 74Zn, menant à un rapport entre B(E2; 4+ -> 2 +) et B(E2; 2+ -> 0+) très faible, non expliqué par les calculs au-delà du champ moyen ou de modèle en couche. Cette expérience a été l’une des premières de la campagne du démonstrateur AGATA.Deux types de réactions directes sont utilisées pour extraire les facteurs spectroscopiques, quantités reliées au nombre d’occupation des couches. Les valeurs trouvées expérimentalement ne sont pas consistantes entre elles dans le cas d’arrachage d’un nucléon très lié au noyau. Cette différence entre les deux mesures expérimentales pourrait provenir du fait qu’on ne modélise pas correctement le mécanisme de réaction des réactions d’arrachage d’un nucléon. Des calculs basés sur une approche d’une cascade intra-nucléaire suivie d’une phase d’évaporation tendent à montrer les insuffisances dans la modélisation actuelle des réactions. / The study of exotic nuclei spectroscopy and structure allowed, in the last years, numerous discoveries in respect to what is known from stable nuclei: nuclei can be deformed and the magic numbers are not persistent when moving toward the drip lines. Around 68Ni, which presents signs of shell closures at N=40 (high excitation energy of the 2+1 and low B(E2)), exotic nuclei, like Cr, Fr, Zn and Ge, present deformation and recent experiments point to rapid development of collectivity. The experiment done at LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro) on 70,72,74Zn isotopes concluded a surprisingly long life time for the 4+ states of 74Zn, leading to a ratio of B(E2; 4+ -> 2 +) to B(E2; 2+ -> 0+) very low, not explicated by calculations beyond ,mean field or shell models. This experiment was one of the first of the AGATA demonstrator. Two types of direct reactions are used to extract spectroscopic factors, quantity linked to the shell occupation number. The experimental values are not consistent between the cases for the removal of one deeply bound nucleon in the nuclei. This difference between the two experimental measures could come from an incorrect modelization of the reaction mechanism or nucleon removal. Calculations based on intra-nuclear cascade followed by an evaporation phase show shortcomings in the current reaction models.

L'étude de la spectroscopie et de la structure des noyaux exotiques a permis ces dernières années de nombreuses découvertes par rapport à ce qu'on connaissait sur les noyaux stables : les noyaux peuvent être déformés et certains nombres magiques ne sont pas persistants lorsque l'on s'approche des drip line. Autour du 68Ni, qui présente des signes de fermeture de sous couche à N=40 (énergie d'excitation du 2+1 élevée et B(E2 ;2+->0+) faible), les noyaux exotiques tels les isotopes de Cr, Fe, Zn et Ge, présentent des déformations et les expériences récemment menées indiquent un développement rapide de la collectivité. L'expérience menée au LNL (Laboratori Nazionali di Legnaro) sur les isotopes 70,72,74Zn a conclu à la mesure d'une durée de vie étonnamment longue pour l'état 4+ du 74Zn, menant à un rapport entre B(E2; 4+ -> 2 +) et B(E2; 2+ -> 0+) très faible, non expliqué par les calculs au-delà du champ moyen ou de modèle en couche. Cette expérience a été l'une des premières de la campagne du démonstrateur AGATA.Deux types de réactions directes sont utilisées pour extraire les facteurs spectroscopiques, quantités reliées au nombre d'occupation des couches. Les valeurs trouvées expérimentalement ne sont pas consistantes entre elles dans le cas d'arrachage d'un nucléon très lié au noyau. Cette différence entre les deux mesures expérimentales pourrait provenir du fait qu'on ne modélise pas correctement le mécanisme de réaction des réactions d'arrachage d'un nucléon. Des calculs basés sur une approche d'une cascade intra-nucléaire suivie d'une phase d'évaporation tendent à montrer les insuffisances dans la modélisation actuelle des réactions.

Les thèmes abordés et développés dans ce manuscrit ont pour objectif de proposer une nouvelle voie pour tester, d'une manière directe, la symétrie de renversement du temps (T) : voie offerte par le LHC grâce à la production copieuse de baryons beaux, spécialement le Λb dont les canaux de désintégration en ΛV(1-) révèleraient l'existence de nouvelles observables impaires par T. L'accent est mis sur l'importance de la polarisation initiale du Λb produit dans les collisions p-p et, surtout, sur celles des résonances intermédiaires issues du Λb. Nous présentons en premier lieu le cadre théorique du travail effectué et en second lieu les différentes voies concernant la recherche directe de la violation de T. Un modèle phénoménologique étudiant la désintégration Λb → Λ J/Ψ a été développé à partir duquel les distributions angulaires ont été calculées. Une étude approfondie de la reconstruction et de la sélection du canal Λb → Λ J/Ψ est exposée ainsi que celle du canal Bd0→ J/Ψ Ks0 ; canal utilisé pour valider la méthode d'extraction du temps de vie du Λb. Sur un autre plan et grâce au démarrage du LHC, une analyse préliminaire des premières données enregistrées par le LHCb a été effectuée ainsi qu'une première mesure prometteuse de la polarisation de l'hypéron Λ. / The topics discussed and developed in this dissertation aim to propose a new way to test, in a direct manner, the symmetry of time reversal (T): an opportunity is offered by the LHC through the copious production of beauty baryons, especially the Λb whose decay channels in ΛV (1-) would reveal the existence of new odd observables under T. The Emphasis is put on the importance of the Λb initial polarization produced in p-p collisions, and especially those of intermediate resonances coming from Λb. We first present the theoretical framework of this work and secondly the different procedures concerning the direct search of T violation. A phenomenological model considering the decay Λb → Λ J/Ψ has been developed, from which angular distributions are computed. A detailed study of the reconstruction and selection of the channel Λb → Λ J/Ψ is exposed as well as that of the channel Bd0 → J/Ψ Ks0 ; channel used to validate the extraction of the Λb lifetime. On another side and due to the start of the LHC, a preliminary analysis of data recorded by the LHCb has been made. A promising first measure of the hyperon Λ polarization was also performed.

La forme d’un noyau, ou la déviation de la distribution en masse par rapport à une forme sphérique, est une des propriétés fondamentales du noyau. Elle est gouvernée à la fois par des effets macroscopiques et microscopiques, tels que l'énergie de liaison donnée par le modèle de la goutte liquide ou la structure en couche du noyau, respectivement. L’étude de la forme des noyaux exotiques par spectrométrie gamma permet de tester finement différents modèles théoriques initialement développés pour les noyaux stables. L’objectif de cette thèse est l’étude de l’évolution de la forme des noyaux exotiques riches en neutrons dans les chaînes isotopiques allant du Zr (Z=40) au Pd (Z=46). Le plus souvent, la forme des noyaux évolue lentement de la forme sphérique, près des fermetures de couche ou des noyaux magiques (ou doublement magiques), à des formes allongées (prolate), pour des noyaux avec de nombreux nucléons de valence. Cependant, Les noyaux auxquels nous nous intéressons ont tendance à avoir des états excités qui évoluent rapidement en fonction du nombre de neutrons, ce qui peut être interprété comme des variations rapides de la forme du noyau. Ceci inclue dans de rares cas l'observation d'états de forme aplatie (oblate) et triaxiale. Jusqu'à présent, les propriétés connues de ces noyaux se limitent (principalement) aux énergies d'excitation. Les informations sur le degré de collectivité nucléaire (que l'on peut déduire de la durée de vie des états excités) sont rares, tandis que les informations directes de forme sont pratiquement inexistantes. L'estimation la plus simple de la déformation nucléaire dans les noyaux pairs peut être obtenue à partir de l'énergie du premier état 2⁺. Pour les isotopes du Sr (Z = 38) et du Zr (Z = 40), il a été observé que cette énergie diminue considérablement à N = 60, alors que son évolution est beaucoup plus progressive pour les isotopes du Mo (Z = 42). Des mesures précises de durée de vie constituent un élément clé de l'étude systématique de l'évolution de la déformation nucléaire et du degré de collectivité dans cette région. Des noyaux riches en neutrons dans la région de masse A = 100-120 ont été peuplés par la réaction de fusion-fission d'un faisceau de ²³⁸U à 6,2 MeV/u sur une cible ⁹Be. Le noyau composé ²⁴⁷Cm était produit à une énergie d'excitation de ∼45 MeV avant de fissionner. Le dispositif expérimental utilisé pour cette étude comprenait le spectromètre de masse de haute résolution VAMOS pour l'identification les noyaux en Z et A, le réseau de 35 détecteurs au germanium AGATA (Advanced γ-ray Tracking Array) AGATA, pour la spectroscopie de rayons γ, ainsi qu'un mécanisme de "plunger" pour mesurer la durée de vie jusqu'à quelques ps par la méthode RDDS (Recoil Distance Doppler Shift). De plus, la cible était entourée de 24 détecteurs LaBr₃ (Bromure de lanthane) pour mesurer des durées de vie plus de 100 ps avec la méthode du "fast-timing". La combinaison de spectromètres sophistiqués utilisée dans cette expérience a permis de mesurer des durées de vie d'états nucléaires allant de 100 picosecondes à quelques picosecondes. Dans cette thèse, nous exposerons de nouveaux résultats pour les états à courte durée de vie dans les noyaux riches en neutrons A∼100, en mettant l'accent sur les chaînes des Zr, Mo et Ru. Nous discuterons des techniques expérimentales utilisées pour évaluer les durées de vie ainsi que l'interprétation de celles-ci à l'aide de modèles de structures nucléaires récents. / The shape of an atomic nucleus, ie. the deviation of its mass distribution from sphericity, is a fundamental property and governed by a delicate interplay of macroscopic and microscopic effects, such as the liquid-drop like binding energy and the nuclear shell structure, respectively. Studying nuclear shape properties using gamma ray spectroscopic methods allows detailed tests of different nuclear models, which were originally developed for stable nuclei. We proposed a project to study the evolution of nuclear shapes in exotic nuclei, far from the valley of stability, specifically in neutron-rich nuclei in the isotopic chains from Zr (Z=40) to Pd (Z=46). Usually, nuclear shapes are slowly evolving from spherical shapes around closed-shell or (doubly-) magic nuclei to elongated (prolate) shapes in nuclei with many valence nucleons. The nuclei of interest, however, show rapidly evolving patterns of excited states, which can be interpreted as rapid variations of the nuclear shape, including the rare observation of oblate (disk-like) and triaxial shapes. So far the known properties for these nuclei are (mainly) limited to excitation energies. Information on the nuclear collectivity, which can be deduced from the lifetime of the excited states, are sparse, while direct information of the shape is practically non existing. The simplest estimate of nuclear deformation in even-even nuclei can be obtained from the energy of the first 2⁺ state. For Sr (Z = 38) and Zr (Z = 40) isotopes this energy is observed to decrease dramatically at N = 60, while its evolution is much more gradual in Mo nuclei (Z = 42). Precise lifetime measurements provide a key ingredient in the systematic study of the evolution of nuclear deformation and the degree of collectivity in this region. Neutron-rich nuclei in the mass region of A = 100-120 were populated through the fusion-fission reaction of a ²³⁸U beam at 6.2 MeV/u on a ⁹Be target. The compound nucleus ²⁴⁷Cm was produced at an excitation energy of around 45 MeV before undergoing fission. The setup used for this study comprised the high-resolution mass spectrometer VAMOS in order to identify the nuclei in Z and A, the Advanced gamma ray Tracking Array AGATA of 35 germanium detectors to perform gamma ray spectroscopy, as well as a plunger mechanism to measure lifetimes down to a few ps using the Recoil Distance Doppler Shift method (RDDS). In addition, the target was surrounded by 24 Lanthanum Bromide (LaBr₃) detectors for a fast-timing measurement of lifetimes longer than 100 ps. The sophisticated set of spectrometers used in this experiment allowed measurement of nuclear lifetimes in a range from 100’s of picoseconds down to a few picoseconds. In this thesis, we will report on new lifetime results for short-lived states in neutron-rich (A ~ 100) nuclei, with an emphasis on the Zr, Mo and Ru chains. We will discuss the experimental techniques used to evaluate the lifetimes as well as their interpretation in terms of state-of-the-art nuclear structure models.

A re-examination of our Monte-Carlo modeling of the high-temperature radiolysis of liquid water by low-linear energy transfer (LET~0.3 keV/[micro]m) radiation has been undertaken in an attempt to reconcile our computed g-values (primary yields) of the various radiolytic products (e[superscript -][subscript aq], ¨OH, H¨, H[subscript 2], and H[subscript 2]O[subscript 2]) with recently reevaluated experimental data over the range from 25 up to 350 [degrees]C. The temperature dependence of the rate constant for the self-reaction of the hydrated electron (e[superscript -][subscript aq]) measured under alkaline conditions, and in particular the abrupt drop observed above 150 [degrees]C, was assumed, in contrast to previous study, to be valid also in near-neutral pH water. To best reproduce the currently available temperature-dependent g-values, we found it necessary to introduce a discontinuity in the temperature dependence at 150 [degrees]C of certain parameters that intervene in the physicochemical stage of the radiolysis, including the thermalization distance (r[subscript]th) and the dissociative attachment (DEA) of subexcitation electrons, and the dissociative decay of electronically and vibrationally excited water molecules. With the exception of g(H[subscript 2]) above 200 [degrees]C, all calculated g-values were consistent with the general observation that when the temperature is increased, the yields of free radicals g(e[superscript]-[subscript]aq), g(¨OH), and g(H¨) increase while the molecular yield g(H[subscript 2]O[subscript 2]) decreases.Although H[subscript 2] is a molecular product, g(H[subscript 2]) was observed to continue to increase with temperature for a reason that has been a matter of controversy recently. Our simulations show that the reaction of H¨ atoms with water previously proposed by Swiatla-Wojcik and Buxton can indeed account for the anomalous increase in g(H[subscript 2]) at high temperature if we use for the rate constant of this reaction the value of 10[superscript 4] M[superscript 1] s[superscript -1] at 300 [degrees]C. Finally, as a direct application of the Fricke (ferrous sulfate) dosimeter, we have calculated the spur lifetime ([tau]s) and its temperature dependence. The results show that our calculated [tau]s value is decreasing from 4.2×10[superscript -7] to 5.7×10[superscript -8] s over the temperature range 25-350 [degrees]C.

Des films minces de silice enrichies en nano-grains de silicium (ng-Si) dopées aux ions Nd3+ ont été déposées par pulvérisation magnétron réactive. Leurs propriétés de photoluminescence ont été étudiées en fonction de la composition. La formation d'agglomérats de Nd2O3 aux fortes concentrations en Nd3+ diminue la PL. l'influence de la temperature et de la composition sur les chronogrammes de temps de vie des ions Nd3+ a ete etudiee. On a démontre l'existence de deux temps de vie. La composante rapide a été attribuée aux agglomérats de Nd2O3 et la composante lente aux ions Nd3+ libres.

Avec l'émergence d'applications millimétriques telles que le radar automobile ou le WHDMI, la fiabilité est devenue un enjeu extrêmement important pour l'industrie. Dans un émetteur/récepteur radio, les problèmes de fiabilité concernent principalement les transistors MOS intégrés dans les amplificateurs de puissance, compte-tenu des niveaux relativement élevé des puissances. Ces composants sont susceptibles de se détériorer fortement par le phénomène de l'injection de porteurs chauds impactant lourdement les performances des amplificateurs. Ce travail de thèse concerne la conception et l'étude de la fiabilité des amplificateurs de puissance fonctionnant aux fréquences millimétriques en technologies CMOS avancées. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Les deux premiers chapitres concernent l'étude, la conception, la modélisation et la caractérisation des éléments actifs et passifs intégrés sur silicium et utilisés pour réaliser des amplificateurs de puissance aux fréquences millimétriques. Le troisième chapitre décrit les trois amplificateurs de puissance conçus et réalisés pour les tests de fiabilité. Enfin, le dernier chapitre propose une étude complète de la fiabilité de ces circuits jusqu'au calcul de leur temps de vie.

Cette thèse explore la physique des baryons beaux dans le cadre de l'expérience LHCb. L'axe de recherche considéré porte sur les désintégrations Lambda0_b –> Lambda0 V avec V un méson vecteur tel que J/Psi(mu+mu-), phi(K+K-), omega(pi+pi-pi0) ou encore le mélange rho0-omega0(pi+pi-). Ces processus offrent la possibilité de tester la symétrie CP, dans un secteur (celui des baryons) où aucune violation n'a été observée, et la symétrie T, dont les preuves de sa violation sont limitées. Parmi les autres perspectives envisageables, une mesure précise du temps de vie du Lambda0_b pourrait contribuer à la résolution du puzzle théorico-expérimental aujourd'hui observé. Un modèle phénoménologique des désintégrations Lambda0_b –> Lambda0 V a été développé, à partir duquel les rapports d'embranchement et les distributions angulaires ont été estimés. Une étude approfondie de la reconstruction et de la sélection de ces réactions par le détecteur LHCb montre que le canal Lambda0_b –> Lambda0 J/Psi est le canal phare sur le plan statistique et pureté du signal. La mesure du temps de vie du Lambda0_b est le résultat le plus rapidement accessible ; les contraintes sur les asymétries dues à la violation de CP et la violation de T nécessitent plusieurs années de prise de données, avant d'obtenir un résultat significatif. En outre, un travail instrumental a été mené sur l'électronique de lecture, dite Front-End, des canaux du détecteur de pied de gerbe de l'expérience. Cette contribution comprend la validation des cartes électroniques prototypes et la mise en place des outils requis pour la qualification des 100 cartes de production.