Alors que la miniaturisation des transistors suivant la loi de Moore semble ralentir dû à des limites physique, technologique et économique, il devient essentiel de trouver des alternatives afin de répondre à la demande croissante en électronique : informatique et télécommunication, objets intelligents et interconnectés, domaine médical et biologique… En cela, l’utilisation de la troisième dimension, par opposition à la fabrication planaire de composants électrique, semble être une option prometteuse. L’intégration 3D permet en effet d’incorporer plus de composants sur une même surface en les empilant à un coût technologique et économique plus faibles que celui de la miniaturisation. En particulier, l’intégration séquentielle ou CoolCubeTM au CEA-Leti permet de profiter pleinement de la troisième dimension en fabriquant successivement les uns sur les autres chaque étage d’une puce, permettant un alignement optimal des transistors unitaires à chaque niveau. Néanmoins, plusieurs verrous technologiques particuliers à l’intégration 3D Séquentielle doivent alors être levés.Dans ce manuscrit, nous nous intéresserons à la réduction du budget thermique pour la fabrication des transistors supérieurs, nécessaire afin de ne pas endommager les étages inférieurs lors de la réalisation des composants sus-jacents. Nous commencerons par définir le budget thermique maximal afin de ne pas dégrader les couches inférieures avant d’identifier les briques technologiques impactées lors de la fabrication d’un transistor. Nous verrons alors dans ce manuscrit qu’il sera non seulement nécessaire d’étudier de nouveaux matériaux, mais aussi de nouveaux procédés voire de nouvelles techniques de recuit. Plus particulièrement, nous évaluerons tout d’abord l’utilisation des diélectriques low-k comme espaceurs de grille permettant notamment d’améliorer les performances dynamiques des composants. Ensuite, nous présenterons différentes stratégies de préparation de surface et de croissance épitaxiale à basse température pour la réalisation des sources et drains surélevés. Enfin, nous étudierons l’impact d’un budget thermique faible ainsi que de nouvelles techniques de recuits micro-onde et laser sur les propriétés de l’empilement de grille. Nous verrons en particulier que la difficulté principale d’une intégration à bas budget thermique est l’obtention d’une bonne fiabilité des transistors. Toute cette étude nous permettra alors de proposer des solutions à l’intégration d’un transistor à un bas budget thermique compatible avec l’intégration 3D Séquentielle. / As the scaling of transistors following Moore’s law seems to slow down due to physical, technological and economical barriers, it becomes mandatory to find alternatives to cope with the increasing demand in electronics: computing and telecommunication, smart and interconnected objects, medical and biological fields… To that end, the use of the third dimension, in opposition to the planar processing of electronical devices, appears to be a promising option. Indeed, 3D integration allows incorporating more devices per area by stacking them at a lower technological and economical cost than scaling. More specifically, 3D sequential or CoolCubeTM at CEA-Leti allows benefiting fully from the third dimension by processing successively one on top of each other each level of a die, allowing an optimal alignment of single transistors at each layer. However, several technological barriers specific to 3D Sequential Integration need then to be alleviated.In this work, we will study the reduction of thermal budget for the transistors fabrication, which is required to not damage bottom levels during the processing of top devices. First, we will define the maximal thermal budget in order not to degrade bottom layers prior to identifying the technological modules impacted during the fabrication of a transistor. We will then see in this work that not only new materials need to be studied, but also new processes and new annealing techniques. Specifically, we will first evaluate the use of low-k dielectrics as gate offset spacers, allowing the improvement of devices dynamic performance. Then we will present different strategies of surface preparation and epitaxial growth at low temperature for the formation of raised sources and drains. Finally, we will study the impact of a low thermal budget process flow along with novel microwaves and laser annealing techniques on the gate stack properties. In particular, we will see that the biggest challenge in a low thermal budget integration is to get a good reliability of transistors. This study leads to a proposed low thermal budget process flow for transistor fabrication compatible with 3D Sequential Integration.

La précipitation est largement utilisée dans la chimie, l’hydrométallurgie, l’industrie pharmaceutique, le nucléaire ou de nombreuses autres activités industrielles. Les réactions de précipitation sont très sensibles à de nombreux paramètres de fonctionnement, tels que les concentrations de réactifs, la température, la sursaturation, l’hydrodynamique ou l'intensité du mélange. Ces paramètres jouent un rôle majeur pour contrôler la qualité physique du précipité. Dans l'industrie nucléaire, la précipitation est une opération très répandue, que ce soient dans l'extraction de l'uranium à partir de minerais d'uranium, dans le retraitement du combustible nucléaire irradié ou pour la gestion des effluents radioactifs. Dans cette étude, nous nous sommes intéressés à la précipitation de l'oxalate d’uranium IV. Seules quelques références bibliographiques liées à la précipitation de l'oxalate d'uranium tétravalent sont disponibles dans la littérature, elles concernent les fortes sursaturations (jusqu’à 2000). La présente étude a permis de proposer un modèle thermodynamique et des lois des cinétiques de précipitation à basse sursaturation à partir d’acquisitions expérimentales. De nouvelles mesures de solubilité de l’oxalate d’uranium à différentes acidités et différents excès oxaliques ont conduit à l’identification des constantes de complexation et du produit de solubilité. Les sursaturations sont calculées à partir des concentrations des ions libres. La comparaison avec l’approche basée sur les ions constitutifs montre que les deux concepts conduisent à des valeurs de sursaturations équivalentes. En ce qui concerne l’identification des cinétiques, de nombreux essais de précipitation de l’oxalate d’uranium IV en continu ont permis d’analyser l’influence des paramètres opératoires à la fois sur le rendement et les distributions de taille de particules. Les paramètres cinétiques sont obtenus par résolution du bilan de population selon la méthode des moments. Les lois de nucléation et d’agglomération sont exprimées à partir de la croissance cristalline. Le mécanisme de nucléation est de type secondaire et dépend de la puissance dissipée ainsi que de la concentration des cristaux. Quant au noyau d’agglomération, il a été identifié de type orthocinétique / Precipitation is widely used in many other industrial activities. Precipitation reactions are very sensitive to many operating parameters that play a major role in controlling the precipitate quality. In the nuclear industry, precipitation is a common operation, either in uranium extraction from uranium ore, nuclear fuel reprocessing or radioactive waste management. In this study we are interested in uranium IV oxalate precipitation. This study proposes a thermodynamic model and precipitation kinetics at low supersaturations on the basis of experimental acquisitions. New measures of uranium IV oxalate solubility at different acidities and oxalic excess led to the identification of the complexation constants and the solubility product. The supersaturation is calculated from free ions concentrations. The comparison with a constituent ions approach shows that the two concepts lead to equivalent supersaturation values. Regarding the identification of kinetics, many uranium IV oxalate precipitation continuous tests allowed the analysis of the influence of the operating parameters on efficiency and particle size distribution. Kinetic parameters are obtained by solving the population balance equation by the method of moments. Nucleation kinetics and agglomeration kernel are expressed from crystal growth kinetics. The nucleation mechanism corresponds to a secondary type and depends on the power dissipation and crystal concentration. As for the agglomeration kernel, it is identified of orthokinetic type

Dans cette thèse, les propriétés électriques de transistors à nanofils de silicium liées à l'interface oxyde de grille/canal ont été étudiées par le biais de mesures de bruit basse fréquence (bruit 1/f) et de transport dans le canal. Ces transistors nanofils dont les dimensions ont été réduites jusqu'à quelques nanomètres pour la section, représentent une alternative sérieuse pour les futurs nœuds technologiques CMOS. Cependant, la qualité de l'interface oxyde de grille/canal pose question pour transistors dont l'architecture s'étend dans les 3 dimensions, en raison du fort rapport surface/volume inhérent à ces transistors, des différentes orientations cristallographiques de ces interfaces, ou encore des matériaux contraints utilisés pour améliorer les performances électriques. La compréhension des liens entre les propriétés de transport des porteurs dans le canal, qui garantissent en grande partie les performances électriques des transistors, et la qualité de l'interface avec l'oxyde de grille est fond primordiale pour optimiser les transistors nanofils. Les mesures de bruit, associées à l'étude du transport dans le canal, sont un outil puissant et adapté à ces dispositifs tridimensionnels, sans être limité par la taille ultra-réduite des transistors nanofils. Les transistors nanofils étudiés ont été fabriqués à partir de substrats minces SOI, et intègrent un empilement de grille HfSiON/TiN, qui permet de réduire les dimensions tout en conservant les mêmes propriétés électrostatiques. Pour gagner en performances, des contraintes mécaniques ont été introduites dans le canal en silicium : en tension pour les NMOS, par le biais de substrat contraint (sSOI), et en compression pour les PMOS. Un canal en compression uni-axiale peut être obtenu par l'intégration de source/drain en SiGe et/ou par l'utilisation de couches contraintes de type CESL. Des transistors à canal SiGe sur isolant en compression ont également été fabriqués et étudiés. Les caractéristiques électriques des divers transistors nanofils (courbes Id-Vg, compromis Ion-Ioff, mobilité des porteurs) démontrent l'excellent contrôle électrostatique dû à l'architecture 3D, ainsi que l'efficacité de l'ingénierie de contraintes dans les nanofils jusqu'à de faibles longueurs de grilles (~17nm). Des mesures de bruit basse fréquence ont été réalisées sur ces mêmes dispositifs et analysées en fonction des paramètres géométriques de l'architecture nanofils (largeur W, forme de la section, longueur de grille L), et des diverses variantes technologiques. Nous avons démontré que le bruit 1/f dans les transistors nanofils peut être décrit par le modèle de fluctuations du nombre de porteurs (CNF) corrélées aux fluctuations de mobilité (CMF). Le bruit associé aux régions S/D a pu également être intégré dans ce modèle en ajoutant une contribution, en particulier pour les PMOS. Alors que les différentes variantes technologiques ont peu d'effet sur le bruit 1/f, les variations de géométrie en L et W changent la composante de bruit liée aux fluctuations du nombre de porteurs (CNF) de manière inversement proportionnelle à la surface totale (~1/WL). Cette augmentation du bruit est le reflet du transport qui se produit à proximité des interfaces avec l'oxyde. Les différentes orientations des interfaces supérieures et latérales (110) ou (100) présentent la même quantité de pièges d'interface (extrait à partir des mesures de bruit 1/f, en séparant les contributions des différentes faces du nanofil) bien qu'ayant une rugosité différente essentiellement liée au process. En revanche la composante CMF n'est pas altérée par la réduction des dimensions contrairement à la mobilité des porteurs qui décroit fortement avec L. Finalement, les mesures de bruit 1/f ont été comparées aux spécifications ITRS 2013 pour les transistors multi-grilles en vue des futurs nœuds technologiques de la logique CMOS, et démontrent que nos transistors nanofils satisfont les exigences en la matière. / In this thesis, electrical properties of gate oxide/channel interface in ultra-scaled nanowire (NW) MOSFETs were experimentally investigated by carrier transport and low-frequency noise (LFN) characterizations. NW FETs, which have aggressively downscaled cross-section of the body, are strong candidates for near future CMOS node. However, the interface quality could be a critical issue due to the large surface/volume ratio, the multiple surface orientations, and additional strain technology to enhance the performance. Understanding of carrier transport and channel interface quality in NW FETs with advanced high-k/metal gate is thus particularly important. LFN provides deep insights into the interface properties of MOSFET without lower limit of required channel size. LFN measurement thus can be a powerful technique for ultra-scaled NW FETs. Also, fitting mobility (such as low-field mobility) extraction by Y-function method is an efficient method. Omega-gate NW FETs were fabricated from FD-SOI substrates, and with Hf-based high-k/metal gate (HfSiON/TiN), reducing detrimental effects by device downscaling. In addition, strain technologies to the channel were additively processed. Tensile strained-SOI substrate was used for NMOS, whereas compressive stressors were used for PMOS devices. Strained Si channel for PMOS was processed by raised SiGe S/D and CESL formations. Strained SiGe channel (SGOI) was also fabricated for further high-performance PMOS FETs. Firstly, the most common Id-Vg was characterized in single-channel NW FETs as the basic performance. Reference SOI NWs provided the excellent static control down to short channel of 17nm. Stressors dramatically enhanced on-current owing to a modification of channel energy-band structure. Then, extracted low-field mobility in NWs also showed large improvement of the performance by stressors. The mobility extraction effectively evaluated FET performance even for ultra-scaled NWs. Next, LFN investigated for various technological and architectural parameters. Carrier number fluctuations with correlated mobility fluctuations (CNF+CMF) model described 1/f noise in all our FETs down to the shortest NWs. Drain current noise behavior was basically similar in both N- and PMOS FETs regardless of technological splits. Larger 1/f noise stemming from S/D regions in PMOS FETs was perfectly interpreted by the CNF+CMF model completed with Rsd fluctuations. This observation highlighted an advantage of SGOI NW with the lowest level of S/D region noise. Geometrical variations altered the CNF component with simple impact of device scaling (reciprocal to both Wtot and Lg). No large impact of surface orientation difference between the channel (100) top and (110) side-walls in [110]-oriented NWs was observed. Scaling regularity with both Wtot and Lg, without much quantum effect, could be attributed to the use of HfSiON/TiN gate and carrier transport occurring mostly near top and side-wall surfaces even in NW geometry. Meanwhile, the CMF factor was not altered by decreasing dimensions, while the mobility strongly depends on the impact. Extracted oxide trap density was roughly steady with scaling, structure, and technological parameter impacts. Simple separation method of the contributions between channel top surface and side-walls was demonstrated in order to evaluate the difference. It revealed that oxide quality on (100) top and (110) side-walls was roughly comparable in all the [110]-devices. The density values lie in similar order as the recent reports. An excellent quality of the interface with HfSiON/TiN gate was thus sustained for all our technological and geometrical splits. Finally, our NWs fulfilled 1/f LFN requirements stated in the ITRS 2013 for future MG CMOS logic node. Consequently, we concluded that appropriate strain technologies powerfully improve both carrier transport and LFN property for future CMOS circuits consisting of NW FETs, without any large concern about the interface quality.

L'essor rencontré par les différentes technologies dédiées aux réseaux de capteurs (WSN), a conduit au développement de plateformes capables d'opérer dans deux technologies différentes, adaptatives aux contextes de transmission. De telles plateformes ouvrent la porte à la conception de réseaux multitechnologies, que nous proposons d'exploiter dans le but de réduire la consommation d'énergie globale. Dans le but d'exploiter ces réseaux multitechnologies, nous décrivons les principales technologies de l'Internet des Objets (IoT), en les comparant sur un pied d'égalité grâce à l'analyseur que nous avons développé, puis les classifions en fonction des mécanismes MAC qu'elles exploitent. Nous analysons ensuite le lien entre le contexte applicatif (latence et fréquence de la génération de données) et le mécanisme MAC consommant le moins d'énergie pour ce contexte applicatif.Nous remarquons alors que les technologies exploitants un mécanisme MAC synchrone sont les plus adaptées aux trafics applicatifs périodiques dont les intervalles entre les générations de données sont courts. En effet, pour ces trafics, la dérive d'horloge entraine un coût de maintien de la synchronisation active trop élevé dans le cas de trafics périodiques rares. De plus, nous remarquons que la gestion des trafics applicatifs rares contraints en latence repose, dans les solutions existantes, sur l'utilisation d'une plateforme constamment active en mode de réception. Nous proposons alors d'exploiter les plateformes multitechnologies pour constituer un réseau synchrone dans lequel chaque nœud répartit son activité dans le temps pour globalement économiser de l'énergie pour remplacer le rôle du dispositif constamment disponible utilisé pour acheminer des trafics asynchrones contraints en latence. Nous remarquons que lors de la procédure d'attache au réseau synchrone, la situation du nœud qui tente de rejoindre un réseau synchrone dans le but d'y acheminer des données est similaire à la situation d'un nœud asynchrone qui souhaite acheminer des données au sein d'un réseau synchrone.Ainsi, nous proposons d'exploiter la phase d'attache au réseau pour acheminer des trafics émanants de noeuds asynchrones, contraints en latence, au sein d'un réseau synchrone.Cependant, les procédures actuellement standardisées d'attache au réseau sont naïves et très coûteuse en énergie, ce qui décourage l'utilisation d'un mode de communication asynchrone, reposant sur une succession d'associations/désassociations du réseau : nous proposons deux approches pour réduire le coût de cette procédure d'attache à un réseau TSCH. La première repose sur l'exploitation de séquences mathématiques dont la propriété est d'étaler les périodes d'activités dans le temps, tout en minimisant l'impact sur la latence de la procédure, pour diminuer le coût énergétique global de la procédure d'attache. La deuxième méthode proposée exploite les trames d'acquittement (ACK) des communications TSCH pour y ajouter des éléments d'informations : la date d'envoi de la prochaine trame de synchronisation sur le même canal physique que celui utilisé pour l'envoi de la trame d'ACK. Grâce au développement d'un simulateur des performances de la phase d'attache à un réseau TSCH, nous montrons que les protocole d'attaches proposés obtiennent de meilleures performances, soit en termes de latence, soit en termes de consommation d'énergie globale, que les protocoles d'attache classiquement utilisés dans les réseaux de capteurs.Enfin, nous proposons d'exploiter les mécanismes de la deuxième proposition d'attache au réseau pour l'envoi de trames de sollicitation à destination d'un nœud fonctionnant avec une technologie asynchrone, permettant ainsi d'acheminer un trafic asynchrone au sein d'un réseau synchrone en une latence bornée. Nous montrons la faisabilité et prouvons l'intérêt d'une telle proposition. / The growth of various technologies dedicated to sensor networks (WSN) has led to the development of platforms capable of operating in two different technologies, adaptive to transmission contexts. Such platforms open the door to the design of multi-technology networks, which we propose to exploit to reduce overall energy consumption. In order to exploit these multi-technology networks, we describe the main Internet of Things (IoT) technologies, comparing them on an equal footing thanks to the analyzer we developed, and classify them according to the MAC mechanisms they use. We then analyze the link between the application context (latency and frequency of data generation) and the MAC mechanism that consumes the least energy for this application context.We note that the technologies operating with a synchronous MAC mechanism are the most suitable for periodic application traffic with short intervals between data generation. For these traffic patterns, clock drift leads to extensive traffic overhead because of the need to actively maintain synchronization for sparse periodic traffic.Moreover, we notice that, in the existing solutions, the management of sparce application traffic management is based on the use of an always-on platform (in reception mode). We thus propose to exploit the multi-technology platforms to build a synchronous network in which each node distributes its activity over time to globally save energy by replacing the role of the always-on platform, while guaranteeing the delivery of the latency-constrained asynchronous traffic.We notice that during the synchronous network joining phase, the situation of the node attempting to join a synchronous network is similar to the situation of an asynchronous node wanting to deliver data through a synchronous network.Thus, we propose to exploit the synchronous network joining phase to route latency-constrained traffic originating from asynchronous nodes through the synchronous network.However, the currently standardised network attachment procedures are naïve and energy-greedy, which discourages the use of an asynchronous communication mode, based on a succession of network associations/dissociations: we thus propose two approaches to reduce the cost of the TSCH network attachment procedure.The first is based on the use of mathematical sequences wich distribute the periods of activity over time, while minimizing the impact on the latency of the procedure, in order to reduce the overall energy cost of the attachment procedure. The second proposed method exploits the acknowledgement frames (ACK) of TSCH data communications to embed the date of the next synchronization frame transmission on the same physical channel as the ACK frame. Thanks to the development of a simulator of the TSCH joining phase, we show that the proposed protocols achieve better performance, either in terms of joining latency, or in terms of overall energy consumption, than the standard joining protocols used in WSN.Finally, we propose to exploit the mechanisms of the second proposal for sending request frames to a node operating with an asynchronous technology, thus enabling asynchronous traffic to be routed through a synchronous network in bounded latency. We demonstrate the value and feasibility of such a proposal.

Le développement de cette étude part de l’observation des données de différentes sources au sujet de la fécondité des adolescentes de Basse-Californie (Mexique), qui a atteint un des plus hauts niveaux parmi les entités fédérées. Cet état est caractérisé par le fait que pratiquement la totalité de sa population se situe dans un territoire avec un contact quotidien potentiel avec la Californie aux Etats-Unis. D’autre part, il s’agit d’un état avec une forte immigration interne de population en provenance de plusieurs entités du pays. Un autre aspect qui caractérise à l’entité se réfère au comportement conservateur de ses autorités. La Basse-Californie est l’un des états qui a présenté des normes parmi les plus restrictives dans l’application des lois ainsi qu’un faible intérêt dans l’élaboration de stratégies qui cherchent à résoudre ce problème à partir des caractéristiques de l’entité. Dans ce contexte de forte immigration interne, d’influence potentielle des Etats-Unis et de gouvernements très conservateurs, la question centrale posée par cette étude renvoie aux niveaux de fécondité, aux variables qui dans une grande mesure la détermine en Basse-Californie, et aux causes potentielles de cette association en partant des théories qu’ont apportées différents auteurs. La méthodologie utilisée dans cette étude fut celle de l’enquête de probabilité au sein de ménages comprenant des femmes de 18 à 29 ans. L’enquête de Basse-Californie provient d’un projet dont l’initiative a surgi du Collège de la Frontière Nord en réponse à un appel d’offre de CONACYT, sous la direction de l’auteure du travail présenté ici. / This study was developed from the observation of data related to fertility of adolescents in Baja California, Mexico. This state presents high levels for this indicator compared to the rest of Mexico; most of its population lives close to the border with the United States and the state receives large numbers of immigrants from Southern Mexico. Governmental officials in Baja California hold conservative beliefs, therefore, regulations related to this topic are restrictive and there has been a low interest in designing strategies based on the characteristics of the state that could solve and prevent the high adolescent fertility. Within this context, high internal immigration, U.S. influence, conservative governments, the main question of this study deals with estimating the levels of fertility, which variables are determining it and finding out the relation between the fertility and its variables. The methodology used in this study was based on a probabilistic survey of women between 18 and 29 years old. This Baja California survey was the result of a project carried out at El Colegio de la Frontera Norte and financed by CONACYT, under my leadership.

L’utilisation industrielle ou militaire des explosifs est largement répandue. La sécurité est devenue un axe majeur avec notamment l’ignition involontaire des explosifs composés de HMX lors des impacts à basse vitesse. L’objectif de cette thèse est de contribuer à la compréhension des mécanismes dissipatifs à l’origine des échauffements locaux dans le matériau. Le développement d’un essai aux barres d’Hopkinson a permis de coupler de grandes vitesses de déformations à des pressions élevées pour compléter les données expérimentales. Cet essai a montré un angle de frottement quasiment identique à celui obtenu en quasistatique mais une contrainte de cohésion supérieure d’environ 25 MPa. Ensuite, pour observer les mécanismes pouvant être sources d’échauffement, un essai de compression dans la tranche a été développé avec des observations en temps réel. Celles-ci ont permis de conclure qu’il y a très peu de frottements entre les gros grains et la matrice (l’ensemble des petits grains, du liant et de la porosité). De la plasticité des grains de HMX a pu être observée mais surtout beaucoup d’endommagement dans certaines zones y compris dans la matrice. Une microfissuration très intense de certains grains a été observée. Parallèlement, une représentation numérique biphasique (gros grains de HMX et matrice) de toute la microstructure du matériau a été considérée. Une confrontation entre les observations expérimentales et les simulations a permis de déterminer le seuil de plasticité du HMX. Le comportement de la matrice a été identifié pour prendre en compte l’effet de vitesse et l’endommagement observé. Enfin, les confrontations entre les essais et les simulations de ceux-ci ont montré que les échauffements devraient plutôt se localiser dans la matrice que dans les gros grains de HMX et que le mécanisme le plus probable est le frottement de lèvres de microfissures. / Safety of industrial or military explosives is a major focus to prevent inadvertent ignition due to accidental loading as, for example, low-velocity impact. Our aim is to understand the dissipative mechanisms at work which could heat a pressed HMX-based PBX. A test based on the Split Hopkinson Pressure Bars system is proposed to carry out a dynamic triaxial compression test. This test simultaneously associates a high strain rate and a high pressure. Data have shown almost the same friction angle as during quasi-static experiments, but a higher cohesive stress. Then, A reversed edge-on impact test has been developed. This experiment enables the real-time observation of the deformation mechanisms at the microstructural scale. No relative displacement is observed between the biggest HMX grains and the matrix made of the smallest grains, the binder and the porosity. Plasticity has been observed into some HMX grains as well as damage by microcracking. Meanwhile, a biphasic (HMX grains and matrix) numerical representation of the material microstructure has been considered. A comparison between experimental observations and simulations is used to determine the yield stress of HMX. The behavior of the matrix has been determined to account for the influence of the strain rate and of the damage. Lastly, a comparison between tests and simulations has highlighted (1) that heating should rather be located in the matrix than in the biggest HMX grains and (2) that the most likely heating mechanism is the friction of microcracks lips.

Les technologies SOI partiellement désertées (PD-SOI), permettent de gagner en performances ou en consommation dynamique, par rapport à leur équivalent sur substrat massif (BULK). Leur inconvénient principal est la consommation statique qui est bien supérieure, en raison principalement de l'effet de body flottant de ses transistors. Ce travail propose une technique de réduction de la consommation statique, pour la technologie PD-SOI, basée sur le principe des interrupteurs de puissance. Un nouveau facteur de mérite recherchant le meilleur compromis entre vitesse, courant de fuite et surface est introduit pour la sélection du meilleur interrupteur de puissance. L'interrupteur de puissance proposé apporte par rapport à une solution de référence, et pour le même courant de fuite en mode éteint, une réduction de la résistance équivalente en mode passant de 20%. Les tests comparatifs sur Silicium de blocs LDPC incluant ces montages montrent, entre PD-SOI et BULK, un gain de 20% en vitesse pour la même tension d'alimentation, une réduction de 30% de la consommation dynamique pour la même vitesse et une division par 2 de la consommation statique. Enfin, une bascule de rétention, élément à associer aux interrupteurs de puissance, optimisée pour le PD-SOI, est proposée. Cette bascule est conçue de manière robuste et peu fuyante. / Partially depleted SOI technologies (PD-SOI), offer advantages in terms of speed and dynamic power consumption compared to bulk technologies. The main drawback of the PD-SOI technology is its static power consumption, which is higher than bulk one. It is due to the floating body of its transistors. This work presents a new static power consumption design technique based on power switches. A new factor of merit is introduced selecting the power switch with the best trade-off in terms of leakage current, speed and area. A new power switch brings, in comparison to a reference solution, a reduction of 20% of the ON mode equivalent resistance for the same OFF mode leakage current PD-SOI Silicon validation test chips include LDPC bloc supplied by the proposed solution. Comparing to the bulk technology, a speed gain of 20% is measured for the same voltage supply and a dynamic power consumption reduction of 30% at same speed is achieved. This solution allows reducing by 2 the static power consumption. Finally, a retention flip-flop associated to the implementation of power switches and optimized in PD-SOI is proposed. This flip-flop is designed to be robust with a low leakage current.

Cette thèse comprend une analyse d'un système de N bosons de masse m, à une dimension (1D). Vue des efforts expérimentaux récents et de la perspective d'étudier plusieurs effets quantiques intéressants, nous choisissons une géométrie circulaire avec une circonférence L. Un potentiel extérieur dépendant du temps nous permet d'introduire un mécanisme qui change l'état du moment angulaire des bosons. Ce potentiel est de la forme d'une fonction delta de Dirac qui se déplace le long de l'anneau à une vitesse v et la force de ce potentiel vaut U_0. Il peut être vu comme une barrière qui met les bosons en rotation. Les interactions entre les bosons sont des interactions de contact, décrites dans le modèle de Lieb et Liniger. Puisque le potentiel extérieur ne garde pas la symétrie de translation de L'Hamiltonien du système l'équation de Schrödinger n'est pas résoluble de manière exacte en utilisant un Ansatz de Bethe. Cependant, dans les limites des bosons libres et des bosons impénétrables de Tonks et Girardeau des méthodes alternatives existent pour trouver une solution exacte. Le but de cette thèse est de résoudre l'équation de Schrödinger dans ces cas limites. La solution nous permet d'accéder aux observables intéressantes concernant les propriétés superfluides des bosons libres et du gaz de Tonks. Nous effectuons une analyse du courant des particules, de ses fluctuations et de la force de traînée. Nous trouvons un comportement superfluide en-dessous d'une vitesse critique v_c=ħπ/(mL) de la barrière. Une oscillation du courant et la force de traînée est observée pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, avec n un entier naturel. De plus, nous étudions la nature de l'état quantique du gaz de Tonks. Dans les analyses de la distribution des impulsions, de la fonction de Wigner et des images ``temps de vol'' pour une vitesse de la barrière v=n*v_c, on trouve que l'état du système est une superposition macroscopique de deux sphères de Fermi, l'une centrée autour de l'impulsion égale à zéro et l'autre autour de l'impulsion égale à 2q, avec q=mv/ħ. Cet état est un état fortement corrélé, non-classique car la fonction de Wigner atteint des valeurs négatives. / Recent experimental activities of boson trapping on a ring geometry open the way to explore a novel topology. We focus on a tight ring trap with strong transverse confinement leading to an effectively one-dimensional motion along its circumference. We consider a strongly interacting bose gas on the ring subjected to a localized barrier potential which is suddenly set into motion. The Bose-Fermi mapping allows to obtain an exact solution for the many-body wavefunction in the impenetrable-boson (Tonks-Girardeau) limit of infinitely strong interactions between the particles with arbitrary external potential, not treatable with the Bethe Ansatz. Using the time-dependent extension to BF mapping an exact solution for the dynamical evolution of the many-body wavefunction is obtained. The exact solution allows to calculate the particle current, the particle current fluctuations and the drag force acting on the barrier. In the weak barrier limit the stirring drives the system into a state with net zero current and vanishingly small current fluctuations for velocities smaller than v_c=ħπ/(mL), with m the atomic mass and L the ring circumference. The existence of a velocity threshold for current generation indicates superfluid-like behavior of the mesoscopic Tonks-Girardeau gas, different from the non-superfluid behavior predicted for the TG gas in an infinite tube. At velocities approaching integer multiples of v_c angular momentum can be transferred to the fluid and a nonzero drag force arises. At these velocities we predict the formation of a macroscopic superposition of a rotating and a nonrotating Fermi sphere of the mapped Fermi gas. We calculate the momentum distribution, time of flight images and the Wigner function of the Bose gas, the latter allowing to identify quantum interferences in the superposition. We find that the barrier velocity should be larger than the sound velocity for a better discrimination of the two components of the superposition.

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cadre du projet ANR FIABILITE qui porte sur la fiabilité des logiciels de simulation thermique dynamique et plus particulièrement sur les sources potentielles de biais et d'incertitude dans le domaine de la modélisation thermique et énergétique des bâtiments basse consommation. Les sollicitations telles que les occupants, la météo ou encore les scénarios de consommation des usages font partie des entrées les plus incertaines et potentiellement les plus influentes sur les performances d'un bâtiment basse consommation. Il est nécessaire pour pouvoir garantir des performances de déterminer les dispersions de sortie associées à la variabilité des entrées temporelles et d'en déterminer les variables responsables pour mieux réduire leur variabilité ou encore concevoir le bâtiment de manière robuste. Pour répondre à cette problématique, on se base sur les indices de sensibilité de Sobol adaptés aux modèles complexes à grandes dimensions tels que les modèles de bâtiment pour la simulation thermique dynamique. La gestion des entrées fonctionnelles étant un verrou scientifique pour les méthodes d'analyse de sensibilité standard, une méthodologie originale a été développée dans le cadre de cette thèse afin de générer des échantillons compatibles avec l'estimation de la sensibilité. Bien que la méthode soit générique aux entrées fonctionnelles, elle a été validée dans ce travail de thèse pour le cas des données météorologiques et tout particulièrement à partir des fichiers météo moyens (TMY) utilisés en simulation thermique dynamique. Les deux aspects principaux de ce travail de développement résident dans la caractérisation de la variabilité des données météorologiques et dans la génération des échantillons permettant l'estimation de la sensibilité de chaque variable météorologique sur la dispersion des performances d'un bâtiment. A travers différents cas d'application dérivés du modèle thermique d'une maison basse consommation, la dispersion et les paramètres influents relatifs à la variabilité météorologique sont estimés. Les résultats révèlent un intervalle d'incertitude sur les besoins énergétiques de l'ordre de 20% à 95% de niveau de confiance, dominé par la température extérieure et le rayonnement direct. / This thesis is part of the ANR project FIABILITE dealing with the reliability of dynamic thermal simulation softwares and particularly with the potential sources of bias and uncertainties in the field of thermal and energy modeling of low consumption buildings. The solicitations such as the occupancy schedules, the weather data or the usage scenarios are among the most uncertain and potentially most influential inputs on the performance of a low energy building. To ensure the efficiency of such buildings, we need to determine the outputs dispersion associated with the uncertainty of the temporal inputs as well as to emphasize the variables responsible for the dispersion of the output in order to design the building in a robust manner. To address this problem, we have used the sensitivity indices of Sobol adapted to complex models with high dimensions, such as building models for dynamic thermal simulations. The management of the functional inputs being a lock for the scientific methods of standard sensitivity analysis, an innovative methodology was developed in the framework of this thesis in order to generate consistent samples with the estimate of the sensitivity. Although the method can incorporate generic functional inputs, it has been validated in this thesis using meteorological data and especially the typical meteorological year (TMY files) used in dynamic thermal simulations. The two main aspects of this development work lie in the characterization of the variability of meteorological data and the generation of samples to estimate the sensitivity of each weather variable dispersion on the thermal and energy performances of a building. Through various case studies derived from the thermal model of a low-energy house, the dispersion and influential parameters for meteorological variability are estimated. Results show a large range of uncertainties in the energy requirements from about 20 % at a confidence level of 95%.

Comprendre la supraconductivité des pnictures et séléniures de fer nécessite de bien connaître leurs propriétés électroniques et magnétiques. Dans ce cadre, j'ai aidé à réaliser et j'ai automatisé un dispositif cryogénique capable d'étudier ces propriétés, à basse température (jusqu'à ~1 K) et sous application d'un champ magnétique statique (jusqu'à 2 T) ou oscillant. Les techniques implémentées sont la spectroscopie de pointe et la microscopie à sonde de Hall, et le dispositif est conçu de sorte qu'il soit possible de basculer de l'une à l'autre sans manipuler l'échantillon.J'ai ensuite utilisé ce dispositif pour étudier par spectroscopie de pointe les gaps supraconducteurs du pnicture Ba(Fe,Ni)2As2, puis rechercher la signature du couplage de ses électrons de conduction à des modes bosoniques. Ce faisant, il a été observé dans la conductance différentielle de jonctions métal-supraconducteur un signal oscillant dont la période varie en température comme le gap supraconducteur de l'échantillon. Ce signal dépend de la résistance de contact de la jonction d'une façon qui prouve clairement qu'il est issu d'effets hors équilibre.J'ai modélisé ce signal en étudiant théoriquement la physique de jonctions métal-métal-supraconducteur, dont la seconde région métallique serait formée par transition locale du supraconducteur vers l'état normal. Le modèle que j'ai ainsi construit permet de prédire la conductance différentielle d'une telle jonction, moyennant une connaissance préalable de la loi L(V) reliant la taille de la seconde région métallique à la tension aux bornes de la jonction. J'ai ensuite proposé plusieurs modèles pour cette loi.Après comparaison avec l'expérience, il semble possible que la région métallique se forme par dépassement local de la densité de courant critique Jd du supraconducteur associée à la brisure de paires de Cooper, ou "courant de depairing". Mais il serait aussi vraisemblable que l'injection d'électrons perturbe localement la distribution électronique f(E) de l'échantillon, au point de déstabiliser l'état supraconducteur. Cette dernière interprétation suppose une forte dépendance en température du couplage électron-boson à basse énergie.Enfin, je présente en annexe les fonctionnalités de microscopie magnétique du dispositif réalisé, ainsi que les premiers résultats scientifiques qu'elles ont permis d'obtenir : la mise en évidence du rôle joué par le fluage quantique dans la relaxation des vortex piégés au sein de Fe(Se,Te). / Reaching a good understanding of the superconductivity of iron pnictides and selenides requires an accurate knowledge of their electronic and magnetic properties. To this end, I helped building and I automated a cryogenic device that is suitable for the study of these properties, at low temperatures (down to ~1 K) and under the application of a magnetic field, either static (up to 2 T) or oscillating. The device implements the experimental techniques of point contact spectroscopy and scanning hall probe microscopy, and it allows switching between them without requiring sample manipulations.I subsequently used this device to study the superconducting gaps of Ba(Fe,Ni)2As2 by point contact spectroscopy, before I began looking for signatures of the coupling of conduction electrons to bosonic modes. However, in this process, the differential conductance of metal-superconductor junctions turned out to exhibit oscillating features, whose period evolves in temperature like the superconducting gap of the sample. This signal also depends on a junction's contact resistance in such a manner that it appears unmistakably out-of-equilibrium in nature.I derived a model of this signal by undertaking a theoretical study of metal-metal-superconductor junctions. In these junctions, the second metallic region would emerge from a local transition of the superconductor to the normal state. The resulting model is able to predict the differential conductance of such a junction, given prior knowledge of the L(V) law linking the size of the second metallic region to the voltage being applied across the junction. I subsequently derived several models for this law.Comparing these models to experimental data, it appears that the observed phenomenology could emerge from a local increase of current density above the "depairing current" Jd associated to Cooper pair breaking in the superconductor. Alternatively, electron injection could also locally alter the electron energy distribution f(E) of the sample to the point of destabilizing the superconducting state. This last explanation requires a strong temperature dependence of the electron-boson coupling at low energies.Finally, in an appendix, I describe the magnetic microscopy capabilities of the experimental device. Those capabilities enabled us to understand the role played by quantum creep in the relaxation of trapped vortices within Fe(Se,Te).