Ce travail s'inscrit dans une problématique locale de teneur élevée en arsenic naturel dans le but d'améliorer la surveillance et la gestion de la qualité de la ressource en eau dans l'arrière-pays niçois. L'existence de grandes disparités géographiques des teneurs en arsenic font de la géologie la cause principale de cette contamination. L'intérêt de ce travail est d'appréhender les interactions solide/solution entre l'arsenic total dissous et les particules solides (matières en suspensions, sédiment de lit de rivière, solides naturels). Pour décrypter le comportement géochimique de l'arsenic, les trois objectifs principaux sont : de déterminer son état de conservativité dans le milieu naturel ; puis d'étudier les phénomènes d'adsorption en laboratoire sur des solides naturels (illite, oxydes de fer) ou de référence (kaolinite) ; puis enfin d'apporter une application directe au piégeage de l'arsenic par la création d'un pilote de traitement destiné à dépolluer une source d'eau destiné à la consommation humaine. La concentration en particule est le facteur influençant la conservativité de l'arsenic dans le système de confluence Tinée/Var selon les données des compartiments dissous et particulaire. La fraction colloïdale semble avoir une implication de premier ordre lors de la période de crue étudiée. Le piégeage de l'arsenic est favorisé par les oxyhydroxydes de fer, les argiles puis en moindre quantité par les solides acido-solubles.

Ce travail constitue une contribution à l'étude de la synergie entre le vieillissement accéléré et l'évolution de la robustesse aux évènements singuliers pour les technologies MOS avancées. Ce manuscrit expose le travail fait autour de la Caractérisations des mécanismes de dégradation NBTI, HCI, TDDB et Electromigration sur les structures de tests conçues dans le véhicule de test NANOSPACE en technologie CMOS LP 65 nm. Il décrit aussi l'évaluation de la robustesse face aux évènements singuliers après un vieillissement de type NBTI sur les chaines de portes logiques (inverseurs, NOR, bascules D). Cette dernière partie nous a permis de démontrer que le vieillissement de type NBTI améliore la robustesse face aux SET dans ce cas d'étude.

Les semi-conducteurs nitrures (AlN, GaN, InN) focalisent une activité de recherche intense en raison de nombreuses applications comme les diodes électroluminescentes, les composants de puissance ou hyperfréquence. Dans cette recherche, nous avons abordé le travail sous deux angles: a) la conduction électrique dans les couches d'InN produites par croissance épitaxiale aux jets moléculaires assistée par plasma (PAMBE) et une recherche sur l'origine de la forte émission bleue dans les puits de quantiques d'InGaN/GaN. L'accumulation d'électron en surface dans les couches d'InN constitue une limitation importante pour la fabrication de composants. Au cours de ce travail, nous avons exploré l'utilisation des mesures de bruit de basse fréquence sur les couches d'InN et pu accéder à leur conductivité électrique en volume. L'étude des puits quantiques d'InGaN/GaN, obtenue par croissance épitaxiale aux jets moléculaires (MBE) ou épitaxie en phase vapeurs aux organométalliques (MOVPE) , a été effectuée par analyses de la microstructure par microscopie électronique en transmission (MET, HRTEM et STEM) en corrélation avec les propriétés optiques d'un grand nombre d'échantillons provenant de conditions de croissance différentes. Ce travail nous a permis d'acquérir une vision plus critique du rôle des conditions de fabrication et des paramètres comme la morphologie, les fluctuations de composition et la présence des défauts en V sur les explications actuellement avancées pour la forte efficacité d'émission dans les puits quantiques d' InGaN/GaN.

Pour faire face à la forte augmentation de la consommation en climatisation et la consommation électrique associée, il est nécessaire de développer des systèmes de rafraîchissement basse consommation de bâtiment. Ce travail propose un nouveau système de rafraîchissement qui se veut économe en énergie, peu coûteux et simple à installer. Il associe les techniques de dissipation de chaleur par évaporation, rayonnement vers le ciel et géothermie. Ce système est constitué d'un réservoir poreux installé en extérieur et d'un réservoir de stockage placé dans le vide sanitaire. Lorsque le bâtiment a besoin de rafraîchissement, une pompe puise de l'eau fraîche dans le stockage, la fait passer dans le plancher rafraîchissant pour absorber la chaleur excédentaire du bâtiment puis stocke l'eau dans le réservoir poreux placé à l'extérieur. Le réservoir poreux refroidit l'eau qu'il contient par évaporation, rayonnement vers le ciel puis se vide dans le stockage. Le réservoir de stockage installé dans le vide sanitaire se refroidit aussi en continu grâce au contact direct avec le sol. Les propriétés poreuses et la géométrie du réservoir poreux influent fortement sur ses performances de refroidissement. Une étude paramétrique menée avec un modèle numérique simulant les transferts hydriques et thermique permet de choisir un réservoir adéquat pour cette application. Un réservoir poreux donnant de bonnes performances (70 W/m2 de puissance évaporative) a été identifié. Le système de rafraîchissement a été installé et testé expérimentalement sur une maison à échelle réelle à Bordeaux. Mis en service durant l'été 2015, le système a fonctionné de façon autonome durant 44 jours. L'utilisation de ce système a permis de maintenir durant la période de test un très bon confort thermique à l'intérieur d'un bâtiment expérimental bien isolé, non ventilé, avec des apports solaires, tout en ayant une consommation électrique faible (le COP moyen du système est de 20.8). Un modèle numérique du système complet a été développé sous Modelica, calibré sur les mesures expérimentales puis couplé à un modèle de bâtiment. Les résultats de simulation montrent que l'installation de ce système améliore nettement le confort intérieur du bâtiment sur l'ensemble de l'été pour toutes les configurations testées (climat, gestion des voletsdots). Un système aux dimensions optimisées (avec un stockage de 2.2 m3 et un réservoir poreux de 0.215 m3), installé sur une maison individuelle type RT2012 de 100 m2 à Bordeaux, fonctionne avec un COP moyen de 24 et permet de maintenir un bon niveau de confort à l'intérieur du bâtiment tout l'été. / To face the dramatic increase of energy consumption due to air conditioning use in buildings, new low energy consumption systems need to be developed. This work proposes a new cooling system which aims to be energy efficient, cheap and easy to install. This system takes advantage of evaporation cooling, ground earth cooling and sky radiative cooling techniques. The two main components of this new system are a porous tank set outside and a storage tank set in the basement of the building. When the inside house temperature exceeds the comfort temperature, cool water passes from the storage tank through the cooling floor, removes heat from the building and is then send to the porous tank. The water contained in the porous tank is cooled down due to evaporation and radiative effects and then flows back to the storage. The storage tank installed in the basement enables further cooling of the water thanks to direct contact with the ground. Porous properties and geometry of the tank have a great influence on the cooling performances of the tank. A heat and mass transfer model has been developed to simulate the thermal and hydric behavior of the tank. This model has been used to choose an appropriate tank. A tank giving good performances (70 W/m2 of evaporative power) is identified. The complete cooling system has been installed on a house in Bordeaux and tested at real scale during an experimental campaign. The system worked for 44 days during summer 2015 and allowed to maintain a very good thermal comfort level in the experimental building (insulated, with solar load and without ventilation). Its very low electricity needs brings the average coefficient of performance of the system to 20.8. A numerical model of the system has been developed, calibrated with experimental data and coupled with a building model. Simulation results show that for all tested configurations (climate, shading…), the system clearly improves the thermal comfort in the building. Optimized sizing, keepinp reasonnable tank sizes (storage and evaporator volumes of 2.2 m3 and 0.215 m3 respectively), shows that this system works with an average COP of 24 and maintains a good comfort level in an individual house of 100 m2 located in Bordeaux.

La consommation d'énergie augmente d'année en année en raison de la croissance de la population et des conditions économiques. Afin de répondre aux besoins de la population et de la société d'utiliser l'électricité, le Gouvernement Cambodgien a mis en place la politique de promotion et d'encouragement du développement de l’électrification ; tous les villages auront de l'électricité d'ici 2020 et au moins 70% des domiciles auront accès à la bonne qualité du réseau électrique d'ici 2030. Pour réussir ces objectifs, l'étude et le développement de la méthodologie du réseau de distribution basse tension (BT) sont étudiés. Cette thèse étudie la planification du réseau de distribution BT avec intégration de Photovoltaïque (PV) et de stockage d’énergie de batterie (BES). La première partie est développée la méthode de planification à long terme pour tacler le défi de l'incertitude sur la charge en zone urbaine ;le nouvel algorithme a été développé pour rechercher l'architecture optimale de minimisation du coût d’investissement (CAPEX) et d’exploitation (OPEX) qui respecte l'ensemble de contraintes topologies et électriques (courant et tension) grâce à la programmation linéaire mixte en nombres entiers à contraintes quadratiques (PLMNECQ), le plus court chemin , first-fit bin-packing, et la méthode de Monte-Carlo. La deuxième partie est traité de l'extension de la zone de couverture de l'électricité avec deux solutions possibles, sont le renforcement du réseau et l'intégration de PV-BES pour le village rural ; l'algorithme génétique (GA) et la technique itérative ont été codés pour rechercher l’emplacement et la capacité. La dernière partie du travail est concentrée sur la planification du réseau de distribution résidentielle BT pour les zones non électrifiées aux rural et urbain grâce à l'architecture optimale et l'intégration de PV-BES sur l'horizon de planification. / The energy consumption is increasing year by year due to the growth of population and the economic conditions. In order to meet the need of population and society to use electricity, the Cambodian government has established the policy to promote and encourage the development of electrification; all the villages will have electricity by the year 2020, and at least 70% of households will have access to grid quality by the year 2030. To achieve these goals, the study and development of methodology on the Low-Voltage (LV) distribution system are investigated. This thesis studies the planning of LV distribution system with integration of Photovoltaic (PV) and Battery Energy Storage (BES). The first part is developed the long-term planning method to tackle the challenge of load demand uncertainty in urban area; the novel algorithm was developed to search for the optimal architecture of minimizing the capital expenditure (CAPEX) and the operation expenditure (OPEX) which respects to the set of topology and electrical (current and voltage) thank to mixed integer quadratically constrained programming (MIQCP), shortest-path, first-fit bin-packing, and Monte-Carlo method. The second part is dealt with the extension of electricity coverage area with two possible solutions which are grid reinforcement and integration of PV-BES for rural village; the Genetic algorithm (GA) and iterative technique were coded to search for location and sizing. The last part is concentrated on the planning of residential low-voltage distribution system in both rural and urban for non-electrified area thanks to the optimal architecture and PV-BES integration over the planning horizon.

La spectroscopie du proton issu de la décroissance du neutron donne un accès complémentaire à lambda (rapport des constantes de couplage faibles gA/gV) et permet la recherche de physique au-delà du Modèle Standard. Au sein des expériences, les protons de basse-énergie (E<751.4 eV) sont guidés et sélectionnés grâce à des champs électromagnétiques. La connaissance précise du potentiel électrostatique est primordiale car celui-ci peut biaiser la sélection des protons. Il faut une précision de quelques mV dans les expériences de spectroscopie du proton aSPECT et PERC pour leur permettre d’atteindre la précision de mesure désirée. Comme les conditions expérimentales impactent le champ (effets de température sur la position des électrodes et leur fonction de travail, condition de surface, pièges qui se chargent etc.), il est nécessaire de pouvoir effectuer la mesure du champ électrostatique in-situ. D’autres effets systématiques sont reliés à la détection de protons: résolution du détecteur, homogénéité, probabilité de rétrodiffusion etc. in-situ.Les objectifs de ce projet sont de créer des sources de calibration pour des mesures électrostatiques in-situ et la caractérisation de détecteurs de protons et de construire une chambre d’essai dédiée à la caractérisation et l’optimisation des sources.Pour les mesures électrostatiques, la modération des positrons a été identifiée comme prometteuse. Ce processus crée un faisceau de particules chargées positivement avec une largeur spectrale très faible (FWHM de quelques dizaines de meV) et avec une distribution angulaire bien définie. Un tel faisceau pourrait permettre de comparer, au sein du spectromètre, les différences de potentiels entre des électrodes.Pour la caractérisation des détecteurs, les sources de protons disponibles sur le marché sont difficiles à coupler aux forts champs magnétiques et induisent souvent une détérioration de la qualité du vide dans les expériences, rendant ardue l’utilisation d’un détecteur sous haute tension (entre -15 et -30 kV). La Désorption Stimulée par Electrons (ESD) de l’hydrogène adsorbé sur la surface d’un cristal s’avère posséder les qualités requises: une distribution en énergie piquée et bien définie et une compatibilité avec l’ultravide.Le spectromètre aSPECTino a été créé en tant que système de test. C’est un filtre MAC-E qui utilise des champs EM pour guider et sélectionner les particules chargées de basse énergie avant de les détecter à l’aide d’un détecteur sous haute tension pour accélérer les particules sélectionnées. Dans le spectromètre règne un champ magnétique entre 3.5 et 16 mT qui est suffisant pour confiner les positrons de basse-énergie. Les protons de basse-énergie avec un faible moment radial peuvent aussi être guidés vers le détecteur.CALIPSO, qui signifie CALIbration Positron/proton SOurce, est une source de calibration deux en un : elle peut fournir indépendamment des positrons et des protons et est basée autour d’un cristal de tungstène (110). Pour la source de positrons ce cristal est couplé à une source de positron 22Na. Il sert alors de modérateur et réémet une fraction des positrons primaires issus de la source 22Na avec une faible énergie et une distribution angulaire et spectrale étroite. Dans la configuration proton le même cristal est utilisé en tant que substrat pour l’adsortion d’hydrogène. L’ESD est induit par les électrons émis par une source thermoionique et frappants le cristal de tungstène.Cette thèse présente les processus physiques utilisés pour créer les faisceaux de positrons et de protons de basse-énergie de CALIPSO ainsi que la conception et le développement du spectromètre aSPECTino et de la source CALIPSO. Elle présente les premiers résultats expérimentaux de la caractérisation préliminaire d’aSPECTino et de CALIPSO. Les performances attendues de CALIPSO pour ses deux configurations et pour la sensibilité de comparaison des potentiels d’électrodes sont dérivés et démontrés à l’aide de simulations. / Proton spectroscopy in neutron beta decay gives a complementary access to $lambda$ (ratio of the weak coupling constants gA/gV and enables new searches for physics beyond the Standard Model. In experiment, low-energy protons (E< 751.4 eV) are usually guided and selected using electromagnetic fields. Precise knowledge of the electrostatic potentials is mandatory as it can drastically bias proton selection. For instance, electrostatic potentials have to be known with an accuracy of a few mV in the proton spectroscopy instruments aSPECT and PERC in order to reach their aspired precision. As experimental conditions can directly impact the field (temperature effects on electrode position and work function, surface conditions, charging traps, etc.), it is mandatory that electrostatic measurements are performed in-situ. Further systematic effects are related to proton detection. In addition to prior off-line detector characterization, it is important to verify detector resolution, homogeneity, backscattering probability etc. in-situ. The protons from neutron decay itself are not suitable for this purpose because of their broad energy distribution and insufficient localization.The goals of this project were to create calibration sources for in-situ electrostatic measurements and proton detector characterizations and to build a dedicated test setup to characterize and optimize the sources.For electrostatic measurements, the process of positron moderation was identified as most promising. Positron moderation creates a beam of positively charged particles with a very narrow energy spread (FWHM of a few tens of meV) and with a well-defined emission angular distribution. Such a beam would allow to directly compare, inside the spectrometer, potential differences between different electrodes.For detector characterization, available commercial proton sources are difficult to couple to high magnetic fields and often induce a deterioration of the vacuum quality in experiments, making it complicated to use detection systems at high voltage (-15 to -30 kV). Electron Stimulated Desorption (ESD) of hydrogen adsorbed on a crystal surface was found to provide the desired properties: a sharp and well-defined energy distribution of the created proton beam and compatibility with ultrahigh vacuum.The aSPECTino spectrometer was built as test setup. It is a MAC-E filter which uses electro-magnetic fields to guide and select low-energy charged particles before detecting them in a solid-state detector. The detector is set at high voltage to post-accelerate the selected particles. The resistive coils of the spectrometer produce a magnetic field between 3.5 and 16 mT which is sufficient to confine low-energy positrons. Low-energy protons with a small radial momentum component can also be effectively guided onto the detector.CALIPSO, which stands for CALIbration Positron/proton SOurce, is a two-in-one calibration source: one apparatus is designed to provide, not at the same time, both positrons and protons. Its core is a tungsten (110) crystal. In the case of positrons the tungsten crystal is coupled to a 22Na positron source. The crystal serves as positron moderator and re-emits a fraction of the primary positrons from the Na source, with low energy and a small angular and energy spread. In the proton configuration the same crystal is used as substrate for adsorbed hydrogen. ESD is induced by electrons emitted from a hot cathode and hitting the tungsten crystal.This thesis introduces the physical processes used to create the low-energy positron and proton beams of CALIPSO as well as the design and the development of both the aSPECTino spectrometer and the CALIPSO source. It presents first experimental results of the preliminary characterizations of aSPECTino and CALIPSO. The expected performances of CALIPSO in both configurations and the sensitivity for comparisons of electrode potentials are derived and demonstrated by simulations.

Les îles Galápagos sont un archipel d'îles volcaniques situées dans l'océan Pacifique, à 926 km à l'ouest de l'Equateur continental, dont elles font partie. Depuis 1978, les îles Galápagos sont déclarées patrimoine mondial. En raison de la croissance de la population, il existe plusieurs problèmes sociaux, économiques et environnementaux qui risquent la conservation de l'environnement des îles. Dans ce contexte, le gouvernement équatorien veut préserver son patrimoine écologique. Par conséquence, avec la participation de divers acteurs, principalement le ministère de l'Énergie et des Énergies renouvelables, il effectue plusieurs initiatives. Afin d'améliorer les services fournis sur les îles, cet objectif sera accompli grâce à la réduction de la consommation de carburants fossiles et donc des émissions de CO2. Donc, cette thèse a analysé l'impact des nouveaux services sur le réseau électrique, comme le remplacement obligatoire des véhicules conventionnels et des cuisinières pour des solutions efficaces et la proposition des solutions pour réduire les problèmes négatifs sur le réseau. En outre, une forte intégration de la génération distribuée a été considérée dans l'analyse. De plus, des solutions innovantes pour basse et moyenne tension ont été conçues et testées afin d’améliorer le service électrique sans affecter l'environnement et conserver ce patrimoine mondial. Par exemple, un programme DSM intelligent composé d'un schéma de temps d'utilisation (TOU) combiné avec la réponse de la demande (DR) a montré des résultats intéressants, l'installation d'un système de stockage d'énergie de batterie a également été testée, et les résultats de moyenne tension sont prometteurs. Un système de commutation automatique de phase a été adapté comme une solution pour réduire le déséquilibre en basse tension avec des résultats impressionnants. Le déploiement des réenclencheurs a démontré une amélioration considérable de la fiabilité avec un retour d’investissement très court. Considérant les technologies de l'information et de la communication, une pièce clé pour déployer Smart Grids, l'architecture de communication des réseaux de NAN/FAN/HAN a été abordée. Enfin, un Système de Gestion d’Energie pour la gestion optimale de l'énergie à Galápagos a été conçu. Toutes ces études représentent un défi important : la gestion optimale de l'électricité de réseau isolée sans énergie fossile. / The Galápagos Islands are an archipelago of volcanic islands located in the Pacific Ocean, 926 km west of continental Ecuador, of which they are a part. Since 1978, Galapagos Islands are accepted as Heritage World, due to the growth of the population, there are several social, economic and environmental problems, which endanger the environment conservation of the Islands.In this context, the Ecuadorian government desires to preserve its ecological heritage. Hence, with the participation of several stakeholders mainly the Ministry of Energy and Renewable Energy, it is releasing a lot of initiatives. In order to improve the general services that are provided in the islands, this goal will be achieved by means of reducing fossil fuel consumption and therefore CO2 emissions. Thus, this thesis has analyzed the impact of new services on the grid such as the mandatory replacement of conventional vehicles and cookers for efficient ones and to propose solutions for reducing negative issues originated on the network. Also, a strong integration of distributed generation is considered in the analysis.In addition, innovative solutions for both low and medium voltage have been designed and tested for improving the electrical service without affecting the environment and conserving this world heritage. For instance, a smart DSM program composed of Time of Use scheme combined with Demand Response has shown interesting results, the installation of a Battery Energy Storage System has been studied as well; the results in Medium Voltage are promising. An Automatic Phase Switching system is adapted like a solution for reducing unbalance in low voltage with impressive results. The deployment of reclosers has demonstrated a considerable improvement in the reliability with a Return on Investment very short.Considering the Information and Communication Technologies a key piece to deploy Smart Grids, the communication architecture of the Neighbor, Field and Home Area Networks is addressed. As last, an Energy Management System for performing optimal energy management within Galapagos is designed. All these studies have a significant challenge: the optimal management of electricity of isolated grid with zero fossil energy.

La bande de fréquence non-licensée autour de 60 GHz est une alternative prometteuse pour couvrir les besoins en bande passante des futurs systèmes de communication. L'utilisation de modulations complexes (comme OFDM ou 64-QAM) à ces fréquences permet d'atteindre, en utilisant une technologie CMOS standard, des débits de plusieurs gigabits par seconde sur quelques mètres voire quelques dizaines de mètres. Pour atteindre ces performances, la tête d'émission-réception RF (front-end RF) doit être dotée d'une référence de fréquence haute performance. Dans ce travail, une architecture originale est proposée pour générer cette référence de fréquence haute performance. Elle repose sur la multiplication de fréquence d'ordre élevé (plusieurs dizaines) d'un signal de référence basse fréquence (moins de quelques GHz), tout en recopiant les propriétés spectrales du signal basse fréquence. Cette multiplication est réalisée en combinant la production d'un signal multi-harmonique dont la puissance est concentrée autour de la fréquence à synthétiser. L'harmonique d'intérêt est ensuite extraite au moyen d'un filtrage. Ces deux étapes reposent sur l'utilisation d'oscillateurs dans des configurations spécifiques. Ce travail porte à la fois sur la mise en équation et l'étude du fonctionnement de ce système, et sur la conception de circuits dans des technologies CMOS avancées (CMOS 40 nm, BiCMOS 55 nm). Les mesures sur les circuits fabriqués permettent de valider la preuve de concept ainsi que de montrer des performances à l'état de l'art. L'étude du fonctionnement de ce système a conduit à la découverte d'une forme particulière de synchronisation des oscillateurs ainsi qu'à l'expression de solutions approchées de l'équation de Van der Pol dans deux cas pratiques particuliers. Les perspectives de ce travail sont notamment l'intégration de cette synthèse innovante dans un émetteur-récepteur complet. / The 60-GHz unlicensed band is a promising alternative to perform the high data rate required in the next generation of wireless communication systems. Complex modulations such as OFDM or 64-QAM allow reaching multi-gigabits per second throughput over up to several tens of meters in standard CMOS technologies. This performance rely on the use of high performance millimeter-wave frequency synthesizer in the RF front-end. In this work, an original architecture is proposed to generate this high performance millimeter-wave frequency synthesizer. It is based on a high order (several tens) multiplication of a low frequency reference (few GHz), that is capable of copying the low frequency reference spectral properties. This high order frequency multiplication is performed in two steps. Firstly, a multi-harmonic signal which power is located around the harmonic of interest is generated from the low frequency reference signal. Secondly, the harmonic of interest is filtered out from this multi-harmonic signal. Both steps rely on the specific use of oscillators. This work deals with the circuit design on advanced CMOS technologies (40 nm CMOS, 55 nm BiCMOS) for the proof of concept and on the theoretical study of this system. This novel technique is experimentally validated by measurements on the fabricated circuits and exhibit state-of-the-art performance. The analytical study of this high order frequency multiplication led to the discovery of a particular kind of synchronization in oscillators and to approximated solutions of the Van der Pol equation in two different practical cases. The perspectives of this work include the design of the low frequency reference and the integration of this frequency synthesizer in a complete RF front-end architecture.

Ces dix dernières années, la miniaturisation des transistors MOS en technologie planaire sur silicium massif connait une augmentation considérable des effets parasites liés à la réduction de la longueur du canal. Ces effets canaux courts ont pour conséquence de dégrader les performances des transistors, rendant les circuits moins efficaces énergétiquement et plus sensibles aux phénomènes de fluctuations des procédés de fabrication. Ainsi, cette technologie fait face à une vraie barrière pour les noeuds inférieurs à 32nm.Pour répondre aux besoins des dispositifs mobiles alliant hautes performances et basse consommation, la technologie planaire sur isolant complètement désertée (FD-SOI pour Fully depleted Silicon-On-Insulator) apparaît comme une solution adaptée. En effet, grâce à son film de silicium mince et non dopé, le transistor MOS dispose d’un meilleur contrôle électrostatique du canal et d’une faible variabilité de sa tension de seuil. De plus, cette technologie offre la possibilité de moduler la tension de seuil des transistors grâce à une polarisation étendue à ±3V des caissons situés sous la fine couche d’oxyde enterré. Ainsi, cette spécificité apporte aux concepteurs de circuits intégrés un levier supplémentaire permettant de moduler les performances d’un circuit ainsi que d’en optimiser son efficacité énergétique.Le travail de recherche de thèse présenté dans ce mémoire a contribué au développement de la plateforme technologique FD-SOI pour les noeuds 28 puis 14nm. Dans un premier temps, l’exploitation d’un chemin critique extrait d’un coeur de processeur ARM Cortex-A9 a permis d’évaluer à la fois les gains intrinsèques apportés par la technologie FD-SOI ainsi que ceux produits par la modulation de la tension de seuil des transistors par polarisation du substrat. Cette technique permet ainsi de diviser jusqu’à 50 fois le courant statique d’un circuit lorsqu’il est inactif, ou encore par 2 l’énergie totale nécessaire à fréquence constante. Ces nombreuses analyses ont permis, dans un second temps, de proposer plusieurs solutions de conception visant une nouvelle fois à optimiser l’efficacité énergétique des circuits intégrés. Parmi celles-ci, la conception d’une structure à caisson unique permet notamment de résoudre les difficultés de co-intégration multi-VT classique, présentes en FD-SOI. Cette approche offre également aux concepteurs une solution performante pour les circuits fonctionnant avec une très large gamme de tensions d’alimentation. En effet, à l’aide d’une seule tension de substrat, les transistors n et p-MOS peuvent être simultanément rééquilibrés permettant ainsi de réduire fortement la tension minimale d’alimentation du circuit. / Over the last ten years, the scaling of MOSFETs in bulk planar technology is experiencing a significant increase in parasitic phenomenon driven by the reduction of the transistor channel length. These short-channel effects lead to the degradation of transistor performances, making circuits less energy efficient and more sensitive to the manufacturing process fluctuations. Therefore, this technology faces a real barrier for nodes beyond 32nm.To meet the needs of mobile devices, combining high performances and low power consumption, the planar fully depleted silicon-on-insulator (FD-SOI) technology appears to be a suitable solution. Indeed, thanks to its thin-film of silicon and an undoped channel, MOS transistors have an excellent short-channel electrostatic control and a low variability of the threshold voltage given by an immunity to random dopant fluctuation. In addition, this compelling technology enables to adjust the threshold voltage of transistors by applying a wide ±3V back-bias voltage on Wells. Thus, this specific FD-SOI feature brings to IC designers an additional lever to modulate the performance and to optimize the energy efficiency of circuits.The research work presented in this thesis has contributed to the development of FD-SOI technology platform for the 28 and 14nm nodes. Initially, a critical path extracted from an ARM Cortex-A9 processor was used to assess both the intrinsic gains provided by the FD-SOI technology and those produced by modulating the back-bias voltages. This technique enables to divide by up to 50 times the static current of circuits in standby mode, or by 2 the total energy consumption at same frequency. In the second phase, several design solutions are proposed in order to optimize the energy efficiency of circuits again. Among these, the design of a single-Well structure enables to solve the conventional multi-VT co-integration issue, occurring in FD-SOI. Moreover, this novel approach also offers an efficient solution for integrated circuits operating over a wide supply voltage range. Indeed, thanks to a single back-bias voltage, both n and p-MOS transistors could be easily balanced enabling an outstanding minimal supply voltage.

L’intégration 3D séquentielle représente une alternative potentielle à la réduction des dimensions afin de gagner encore en densité d’une génération à la suivante. Le principal défi concerne la fabrication du transistor de l’étage supérieur avec un faible budget thermique; ceci afin d’éviter la dégradation du niveau inférieur. L’étape de fabrication la plus critique pour la réalisation du niveau supérieur est l’activation des dopants. Celle-ci est généralement effectuée par recuit à une température supérieure à 1000 °C. Dans ce contexte, cette thèse propose des solutions pour activer les dopants à des températures inférieures à 600 °C par la technique dite de recristallisation en phase solide. Les conditions de dopage ont été optimisées pour améliorer le niveau d’activation et le temps de recuit tout en réduisant la température d’activation jusqu’à 450°C. Les avancées obtenues ont été implémentées sur des dispositifs avancés FDSOI et TriGate générant des dispositifs avec des performances inférieures aux références fabriquées à hautes températures (supérieures à 1000 °C). En utilisant des simulations TCAD et en les comparant aux mesures électriques, nous avons montré que la région la plus critique en termes d’activation se trouve sous les espaceurs de la grille. Nous montrons alors qu’une intégration dite « extension first » est le meilleur compromis pour obtenir de bonnes performances sur des dispositifs fabriqués à faible température. En effet, l’implantation des dopants avant l’épitaxie qui vise à surélever les sources et drains compense l’absence de diffusion à basse température. Ces résultats ont par la suite été étendus pour des dispositifs TriGate et FinFETs sur isolants. Pour la première fois, l’intégration « extension first » a été démontrée pour des N et PFETs d’une technologie 14 nm FDSOI avec des résultats prometteurs en termes de performances. Les résultats obtenus montrent notamment qu’il est possible d’amorphiser partiellement un film très mince avant d’effectuer une recroissance épitaxiale sur une couche dopée. Finalement, une implantation ionique à relativement haute température (jusqu’à 500 °C) a été étudiée afin de doper les accès sans amorphiser totalement le film mince, ce qui est critique dans le cas des dispositifs FDSOI et FinFET. Nous montrons que les niveaux d’activation après implantation sont trop faibles pour obtenir des bonnes performances et que l’implantation ionique « chaude » est prometteuse à condition d’être utilisée avec un autre mécanisme d’activation comme le recuit laser. / 3D sequential integration is a promising candidate for the scaling sustainability for technological nodes beyond 14 nm. The main challenge is the development of a low temperature process for the top transistor level that enables to avoid the degradation of the bottom transistor level. The most critical process step for the top transistor level fabrication is the dopant activation that is usually performed at temperature higher than 1000 °C. In the frame of this Ph.D. work, different solutions for the dopant activation optimization at low temperature (below 600 °C) are proposed and integrated in FDSOI and TriGate devices. The technique chosen for the dopant activation at low temperature is the solid phase epitaxial regrowth. First, doping conditions have been optimized in terms of activation level and process time for low temperatures (down to 450 °C) anneals. The obtained conditions have been implemented in FDSOI and TriGate devices leading to degraded electrical results compared to the high temperature process of reference (above 1000 °C). By means of TCAD simulation and electrical measurements comparison, the critical region of the transistor in terms of activation appears to be below the offset spacer. The extension first integration scheme is then shown to be the best candidate to obtain high performance low temperature devices. Indeed, by performing the doping implantation before the raised source and drain epitaxial growth, the absence of diffusion at low temperature can be compensated. This conclusion can be extrapolated for TriGate and FinFET on insulator devices. Extension first integration scheme has been demonstrated for the first time on N and PFETs in 14 nm FDSOI technology showing promising results in terms of performance. This demonstration evidences that the two challenges of this integration i.e. the partial amorphization of very thin films and the epitaxy regrowth on implanted access are feasible. Finally, heated implantation has been investigated as a solution to dope thin access regions without full amorphization, which is particularly critical for FDSOI and FinFET devices. The as-implanted activation levels are shown to be too low to obtain high performance devices and the heated implantation appears a promising candidate for low temperature devices if used in combination with an alternative activation mechanism.