Ce travail vise la modélisation au niveau système, en langage SystemC-AMS, et la simulation d'un émetteur-récepteur au standard Bluetooth Low Energy (BLE). L'objectif est d'analyser la relation entre les performances, en termes de BER et la consommation d'énergie du transceiver. Le temps de simulation d’un tel système, à partir de cas d’étude (use case) réaliste, est un facteur clé pour le développement d’une telle plateforme. De plus, afin d’obtenir des résultats de simulation le plus précis possible, les modèles « haut niveau » doivent être raffinés à partir de modèles plus bas niveau où de mesure. L'approche dite Meet-in-the-Middle, associée à la méthode de modélisation équivalente en Bande Base (BBE, BaseBand Equivalent), a été choisie pour atteindre les deux conditions requises, à savoir temps de simulation « faible » et précision des résultats. Une simulation globale d'un système de BLE est obtenue en intégrant le modèle de l'émetteur-récepteur dans une plateforme existante développée en SystemC-TLM. La simulation est basée sur un système de communication de deux dispositifs BLE, en utilisant différents scénarios (différents cas d'utilisation de BLE). Dans un premier temps nous avons modélisé et validé chaque bloc d’un transceiver BT. Devant le temps de simulation prohibitif, les blocs RF sont réécrits en utilisant la méthodologie BB, puis raffinés afin de prendre en compte les non-linéarités qui vont impacter le couple consommation, BER. Chaque circuit (chaque modèle) est vérifié séparément, puis une première simulation système (point à point entre un émetteur et un récepteur) est effectuée / This work aims at system-level modelling a defined transceiver for Bluetooth Low energy (BLE) system using SystemC-AMS. The goal is to analyze the relationship between the transceiver performance and the accurate energy consumption. This requires the transceiver model contains system-level simulation speed and the low-level design block power consumption and other RF specifications. The Meet-in-the-Middle approach and the Baseband Equivalent method are chosen to achieve the two requirements above. A global simulation of a complete BLE system is achieved by integrating the transceiver model into a SystemC-TLM described BLE system model which contains the higher-than-PHY levels. The simulation is based on a two BLE devices communication system and is run with different BLE use cases. The transceiver Bit-Error-Rate and the energy estimation are obtained at the end of the simulation. First, we modelled and validated each block of a BT transceiver. In front of the prohibitive simulation time, the RF blocks are rewritten by using the BBE methodology, and then refined in order to take into account the non-linearities, which are going to impact the couple consumption, BER. Each circuit (each model) is separately verified, and then a first BLE system simulation (point-to-point between a transmitter and a receiver) has been executed. Finally, the BER is finally estimated. This platform fulfills our expectations, the simulation time is suitable and the results have been validated with the circuit measurement offered by Riviera Waves Company. Finally, two versions of the same transceiver architecture are modelled, simulated and compared

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la modélisation, la spécification et la vérification des modèlesdes Systèmes sur Puce (SoCs) au niveau d’abstraction transactionnel et à un niveau d’abstraction plus élevé.Les SoCs sont hétérogènes: ils comprennent des composants matériels et des processeurs pour réaliser le logicielincorporé, qui est en lien direct avec du matériel. La modélisation transactionnelle (TLM) basée sur SystemCa été très fructueuse à fournir des modèles exécutables des SoCs à un haut niveau d’abstraction, aussi appelésprototypes virtuels (VPs). Ces modèles peuvent être utilisés plus tôt dans le cycle de développement des logiciels,et la validation des matériels réels. La vérification basée sur assertions (ABV) permet de vérifier les propriétés tôtdans le cycle de conception de façon à trouver les défauts et faire gagner du temps et de l’effort nécessaires pourla correction de ces défauts. Les modèles TL peuvent être sur-contraints, c’est-à-dire qu’ils ne presentent pastous les comportements du matériel. Ainsi, ceci ne permet pas la détection de tous les défauts de la conception.Nos contributions consistent en deux parties orthogonales et complémentaires: D’une part, nous identifions lessources des sur-contraintes dans les modèles TLM, qui apparaissent à cause de l’ordre d’interaction entre lescomposants. Nous proposons une notion d’ordre mou qui permet la suppression de ces sur-contraintes. D’autrepart, nous présentons un mécanisme généralisé de stubbing qui permet la simulation précoce avec des prototypesvirtuels SystemC/TLM.Nous offrons un jeu de patrons pour capturer les propriétés d’ordre mou et définissons une transformationdirecte de ces patrons en moniteurs SystemC. Notre mécanisme généralisé du stubbing permet la simulationprécoce avec les prototypes virtuels SystemC/TLM, dans lesquels certains composants ne sont pas entièrementdéterminés sur les valeurs des données échangées, l’ordre d’interaction et/ou le timing. Ces composants nepossèdent qu’une spécification abstraite, sous forme de contraintes entre les entrées et les sorties. Nous montronsque les problèmes essentielles de la synchronisation entre les composants peuvent être capturés à l’aide de notresimulation avec les stubs. Le mécanisme est générique; nous mettons l’accent uniquement sur les concepts-clés,les principes et les règles qui rendent le mécanisme de stubbing implémentable et applicable aux études de casindustriels. N’importe quel language de spécification satisfaisant nos exigences (par ex. le langage des ordresmou) peut être utilisé pour spécifier les composants, c’est-à-dire il peut être branché au framework de stubbing.Nous fournissons une preuve de concept pour démontrer l’intérêt d’utiliser la simulation avec stubs pour ladétection anticipée et la localisation des défauts de synchronisation du modèle. / The work presented in this thesis deals with modeling, specification and testing of models of Systems-on-a-Chip (SoCs) at the transaction abstraction level and higher. SoCs are heterogeneous: they comprise bothhardware components and processors to execute embedded software, which closely interacts with hardware.SystemC-based Transaction Level Modeling (TLM) has been very successful in providing high-level executablecomponent-based models for SoCs, also called virtual prototypes (VPs). These models can be used early in thedesign flow for the development of the software and the validation of the actual hardware. For SystemC/TLMvirtual prototypes, Assertion-Based Verification (ABV) allows property checking early in the design cycle,helping to find bugs early in the model and to save time and effort that are needed for their fixing. TL modelscan be over-constrained, which means that they do not represent all the behaviors of the hardware, and thus,do not allow detection of some malfunctions of the prototype. Our contributions consist of two orthogonal andcomplementary parts: On the one hand, we identify sources of over-constraints in TL models appearing due tothe order of interactions between components, and propose a notion of loose-ordering which allows to removethese over-constraints. On the other hand, we propose a generalized stubbing mechanism which allows the veryearly simulation with SystemC/TLM virtual prototypes.We propose a set of patterns to capture loose-ordering properties, and define a direct translation of thesepatterns into SystemC monitors. Our generalized stubbing mechanism enables the early simulation with Sys-temC/TLM virtual prototypes, in which some components are not entirely determined on the values of theexchanged data, the order of the interactions and/or the timing. Those components have very abstract speci-fications only, in the form of constraints between inputs and outputs. We show that essential synchronizationproblems between components can be captured using our simulation with stubs. The mechanism is generic;we focus only on key concepts, principles and rules which make the stubbing mechanism implementable andapplicable for real, industrial case studies. Any specification language satisfying our requirements (e.g., loose-orderings) can be used to specify the components, i.e., it can be plugged in the stubbing framework. We providea proof of concept to demonstrate the interest of using the simulation with stubs for very early detection andlocalization of synchronization bugs of the design.

Les performances des outils numériques de simulation électromagnétique de structures complexes, i.e., échelles multiples, sont souvent limitées par les ressources informatiques disponibles. De nombreux méso-centres, fermes et grilles de calcul, se créent actuellement sur les campus universitaires. Utilisant ces ressources informatiques mutualisées, ce travail de thèse s'attache à évaluer les potentialités du concept de grille de calcul (Grid Computing) pour la simulation électromagnétique de structures multi-échelles. Les outils numériques de simulation électromagnétique n'étant pas conçus pour être utilisés dans un environnement distribué, la première étape consistait donc à les modifier afin de les déployer sur une grille de calcul. Une analyse approfondie a ensuite été menée pour évaluer les performances des outils de simulation ainsi déployés sur l'infrastructure informatique. Des nouvelles approches pour le calcul électromagnétique distribué avec ces outils sont présentées et validées. En particulier, ces approches permettent la réalisation de simulation électromagnétique de structures à échelles multiples en un temps record et avec une souplesse d'utilisation. / The numerical electromagnetic tools for complex structures simulation, i.e. multi-scale, are often limited by available computation resources. Nowadays, Grid computing has emerged as an important new field, based on shared distributed computing resources of Universities and laboratories. Using these shared resources, this study is focusing on grid computing potential for electromagnetic simulation of multi-scale structure. Since the numerical simulations tools codes are not initially written for distributed environment, the first step consists to adapt and deploy them in Grid computing environment. A performance study is then realized in order to evaluate the efficiency of execution on the test-bed infrastructure. New approaches for distributing the electromagnetic computations on the grid are presented and validated. These approaches allow a very remarkable simulation time reduction for multi-scale structures and friendly-user interfaces

Les systèmes sur puces actuels mettent à profit des architectures multiprocesseurs (MPSoC) afin de répondre aux exigences en termes de performances et de consommation. Cette dominance du logiciel nous contraint à débuter la validation et l'intégration avec le matériel dès les premières étapes des flots de conception. Les principales contributions de cette thèse sont (1) la proposition d'une méthodologie de conception de plateformes de simulation basée sur l'exécution native du logiciel, (2) une technique d'instrumentation permettant l'annotation du logiciel s'exécutant sur cette plateforme de simulation. Les plateformes de simulation ainsi développées permettent l'exécution de la quasi totalité du logiciel final (y compris le système d'exploitation) sur des modèles réalistes de l'architecture matérielle du système. Associées à la technique d'instrumentation, ces plateformes permettent de prendre en compte de manière précise des grandeurs physiques telles que le temps liées à l'exécution du logiciel.

Cette étude contribue à la recherche de formes originales et non intuitives d'antennes miniatures. Il s'agit du développement et de l'application d'un code de calcul associant la simulation électromagnétique TLM (Transmission Line Matrix) à un Algorithme Génétique (AG). La partie théorique présente d'une part la méthode TLM et d'autre part les algorithmes génétiques. La méthode TLM, sur calculateur parallèle, permet d'analyser en 3 dimensions des antennes miniatures de formes arbitraires. Ses évolutions successives sont présentées avec l'objectif d'un couplage avec les algorithmes génétiques. Ceux-ci s'inspirent d'une technique d'optimisation stochastique basée sur la sélection naturelle et l'evolution des espèces. Une présentation définissant les grandeurs fondamentales à nos développements est effectuée. Dans la partie suivante, le couplage AG/TLM est décrit. La conception d'antennes, de formes intuitives ou non, est proposée pour deux types d'antennes bien connues, large bande et bi-bande. Il est ensuite propose un micro-algorithme génétique et son couplage avec la TLM (mAG/TLM) permettant d'atteindre une convergence plus rapide vers la solution optimale et d'éviter des convergences prématurées. Le code mAG/TLM a été appliqué à la recherche d'antennes imprimées, pour les normes WLAN2450 et HIPERLAN5250. Plusieurs antennes obtenues, chaque configuration dépend des conditions imposées sur les conditions initiales et sur la définition de la fonction ''objectif'', portant sur l'adaptation. Une étude expérimentale et de comparaisons systématique avec des logiciels commerciaux a été également développée. Enfin, dans la dernière partie, on s'est attache a l'optimisation d'antennes de type PIFA permettant de couvrir plusieurs standards, GSM, DCS, PCS, UMTS ou WLAN. Des résultats originaux sont proposes. En dernier lieu, des antennes filsplaques mono-polaires répondant aux standards WLAN/HIPERLAN2 et UMTS/HIPARLAN2 ont été obtenus.

Cette étude a pour trame de fond la modélisation des structures antennaires VLF/LF (Very Low frequency/Low Frequency). Ces antennes mettent en évidence la difficulté que rencontrent la plupart des logiciels lorsqu'il s'agit de simuler des systèmes de taille importante (plusieurs centaines de mètres) mais dont les câbles rayonnants ont un rayon ne dépassant pas la dizaine de centimètres. Un état de l'art mettant l'accent sur les principales méthodes employées pour la conception des antennes VLF et les principaux outils de simulation valide dans un premier temps le choix de la méthode TLM (Transmission Line Matrix) comme méthode de calcul. La seconde partie présente le développement de deux modèles de fils minces, nécessaire pour mener à bien l'étude de ces antennes. Le premier modèle ne prend en compte que les fils orientés selon les axes cartésiens tandis que le second, plus général, est étendu au cas des fils orientés de manière arbitraire dans une cellule. Ces modèles sont validés par comparaison avec des résultats de mesures et avec ceux fournis par la méthode FDTD (Finite Difference in Time Domain). Certaines antennes VLF/LF parmi les plus employées sont alors modélisées en basant notre raisonnement sur l'étude de l'impédance d'entrée. La modélisation de l'antenne en T nous permet de valider notre modèle. La simulation d'une antenne parapluie permet de juger de l'influence des bras orientés sur le comportement de l'impédance d'entrée. Enfin, l'influence du sol a pu être prise en compte dans le cas de l'étude d'une antenne fouet.

La problématique de cette thèse est l'amélioration de la fiabilité des systèmes électroniques encapsulés, concernant l'herméticité et les perturbations causées par les infiltrations d'humidité. Le travail consiste en l'étude d'un capteur pour mesurer in situ le taux d'humidité dans les cavités des systèmes encapsulés. Comparativement aux actuelles techniques d'évaluation de l'herméticité, l'intérêt du dispositif réside dans la généralisation du test à chaque cavité, le contrôle de l'atmosphère de la cavité sur une longue période d'utilisation, et la correction automatique de la dérive occasionnée (packaging intelligent).<br />Deux structures en Si poreux (SP) ont été étudiées pour réaliser des capteurs, et ont d'abord été caractérisées d'un point de vue morphologique. Les deux couches ont la même porosité de 45 %. Les mesures de sorption d'azote appliquées aux théories BET et BJH ont montré que SP1 et SP2 présentaient respectivement des surfaces spécifiques de 330 et 223 m²/g, et des diamètres poreux moyens de 4,3 et 5.5 nm. Une nouvelle méthode de caractérisation basée sur le traitement d'image de surface de Si poreux est présentée. La méthode permet d'estimer les distributions de taille de pore, porosité, surface spécifique et fraction volumique d'oxyde. Elle est validée par la cohérence des résultats obtenus, comparés à ceux donnés par les théories de sorption. Outre le caractère complet de l'analyse, les avantages de cette méthode sont sa simplicité de mise en œuvre, sa non restriction à une gamme de taille de pores, et l'absence d'hypothèse mathématique sur l'estimation de la DTP.<br />Les tests électriques ont montré que SP1 présentait une résistance supérieure à SP2 et que le capteur basé sur SP1 présentait une plus grande sensibilité vis-à-vis de la prise d'humidité : -90 % entre 0 et 80 % d'humidité relative. La spécificité du transport électrique dans les structures étudiées a été mise en évidence expérimentalement, conduisant à l'hypothèse d'une barrière de potentiels à l'interface Si - Si poreux. La plus grande résistance présentée par SP1 a été explicitée par sa plus grande fraction volumique d'oxyde, ainsi que les effets plus prononcés de confinement quantique et de déplétion de surface.<br />L'utilité d'un capteur d'humidité in situ en Si poreux pour l'herméticité des systems in package a été démontrée par les résultats expérimentaux d'un prototype.

Cette thèse est un des premiers travaux sur les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH)de la filière InP ayant une base en GaAsSb. Une méthode de mesure précise des offsets des<br />hétérojonctions de type II par électroluminescence, associée aux mesures électriques a permis de clarifier les conditions du transport électronique dans le système InP/GaAsSb et d'initier l'utilisation d'un émetteur en InGaAlAs. Deux briques technologiques spécifiques ont été développées : la gravure chimique sélective de InGaAlAs par rapport à GaAsSb et la réalisation de contacts ohmiques très faiblement résistifs sur p-GaAsSb. Ceci a permis l'assemblage d'un procédé de fabrication de TBH ultra-rapides dans cette filière. La faisabilité de ce procédé a été démontrée par la réalisation de TBH submicroniques ayant des fréquences ( fT ; fmax) de (155 ; 162) GHz. Son optimisation, protégée par deux brevets, montre des perspectives pour atteindre des fréquences ( fT ; fmax) de (380 ; 420) GHz.

Les télécommunications très basses fréquences (Very Low Frequency/Low Frequency) sont utilisées pour les communications militaires à couverture mondiale avec des sous-marins en plongée. La simulation de ces antennes nécessite l'utilisation de méthodes numériques bien souvent en limite de leur domaine de validité. L'objectif de la thèse est de développer un outil de modélisation globale des structures antennaires VLF/LF [3-300 kHz] prenant en compte l'environnement proche tels que les isolateurs, les structures de soutien, le plan de sol, les bâtiments annexes, ... Une première partie est consacrée à la caractérisation des isolateurs. Le comportement de ces dispositifs soumis à de très hautes tensions est en effet peu connu dans la bande de fréquences VLF/LF. Une seconde partie est consacrée à l'élaboration et au développement d'un modèle de "Fil Mince" arbitrairement orienté intégrant des composants localisés. Trois méthodes sont présentées puis validées par comparaison à des résultats théoriques. Enfin l'étude de l'influence de la structure de soutien sur le fonctionnement des antennes VLF/LF est présentée.

Silicon carbide is a promising wide bandgap semiconductormaterial for high-temperature, high-power, and high-frequencydevice applications. However, there are still a number offactors that are limiting the device performance. Among them,one of the most important and critical factors is the formationof low resistivity Ohmic contacts and high-temperature stableSchottky diodes on silicon carbide. In this thesis, different metals (TiW, Ti, TiC, Al, and Ni)and different deposition techniques (sputtering andevaporation) were suggested and investigated for this purpose.Both electrical and material characterizations were performedusing various techniques, such as I-V, C-V, RBS, XRD, XPS,LEED, SEM, AFM, and SIMS. For the Schottky contacts to n- and p-type 4H-SiC, sputteredTiW Schottky contacts had excellent rectifying behavior afterannealing at 500 ºC in vacuum with a thermally stableideality factor of 1.06 and 1.08 for n- and p-type,respectively. It was also observed that the SBH for p-type SiC(ΦBp) strongly depends on the choice the metal with alinear relationship ΦBp= 4.51 - 0.58Φm, indicating no strong Fermi-level pinning.Finally, the behavior of Schottky diodes was investigated byincorporation of size-selected Au nano-particles in Ti Schottkycontacts on silicon carbide. The reduction of the SBH isexplained by using a simple dipole layer approach, withenhanced electric field at the interface due to the small sizeof the circular patch (Au nano-particles) and large differenceof the barrier height between two metals (Ti and Au) on both n-and p-SiC. For the Ohmic contacts, titanium carbide (TiC) was used ascontacts to both n- and p-type 4H-SiC epilayers as well as onAl implanted layers. The TiC contacts were epitaxiallydeposited using a co-evaporation method with an e-beam Tisource and a Knudsen cell for C60, in a UHV system at low substrate temperature(500 ºC). In addition, we extensively investigatedsputtered TiW (weight ratio 30:70) as well as evaporated NiOhmic contacts on both n- and p-type epilayers of SiC. The bestOhmic contacts to n-type SiC are annealed Ni (&gt;950ºC)with the specific contact resistance of ≈ 8× 10-6Ω cm2with doping concentration of 1.1 × 10-19cm-3while annealed TiW and TiC contacts are thepreferred contacts to p-type SiC. From long-term reliabilitytests at high temperature (500 ºC or 600 ºC) invacuum and oxidizing (20% O2/N2) ambient, TiW contacts with a platinum cappinglayer (Pt/Ti/TiW) had stable specific contact resistances for&gt;300 hours. <b>Keywords</b>: silicon carbide, Ohmic and Schottky contacts,co-evaporation, current-voltage, capacitance-voltagemeasurement, power devices, nano-particles, Schottky barrierheight lowering, and TLM structures.