La compréhension de la formation du Système Solaire et de son Evolution est profondément connectée aux connaissances que nous pouvons avoir sur les structures internes des planètes. Des études sismiques in-situ sont donc cruciales pour sonder la structure (répartition et Épaisseur des couches) et la composition interne des planètes telluriques. L'instrument SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) se posera sur Mars en 2018 (mission InSight de la NASA). Il contient deux types de capteurs sismiques: les VBB (Very Broad Band) et SP (Short Period), montés sur le LVL (système de nivellement mécanique) qui a un double objectif: assurer le placement horizontal des capteurs sur le sol de Mars dans des conditions locales inconnues et fournir le couplage mécanique des sismomètres au sol. Dans cette thèse, un modèle analytique simple du LVL est développé afin de reproduire son comportement mécanique grâce au calcul de ses résonnances et de sa fonction de transfert. Ce modèle permettra d'étudier l'effet du LVL sur les données sismiques des VBB et SP enregistrées sur Mars. Celui-ci est d'abord implémenté numériquement puis sa validation est garantie grâce ˆ l'observation de grandes similitudes entre nos résultats et ceux des expériences réalisées en laboratoire avec le modèle de vol. Ces comparaisons prouvent ainsi la fidélité du modèle ˆ la réalité. Après quelques simulations, on remarque également une influence importante du couplage mécanique entre les pieds du LVL et le sol dans les résonnances trouvées. Une étude d'inversion est alors réalisée afin d'observer si le modèle pourrait permettre d'estimer les propriétés du sol au niveau du site d'atterrissage InSight. Un autre travail consiste ˆ modéliser les 6 capteurs VBB et SP sur le LVL et observer la réponse de l'instrument global en translation et en rotation. En effet, des effets de rotation du LVL ˆ courte période peuvent perturber les mesures sismiques. Cette étude peut aussi permettre d'estimer les performances en rotation de SEIS, qui peut être une information clé pour déterminer la vitesse de phase des ondes sismiques de surface, fortement dépendante de la composition du sol. Cette vitesse sera calculée sur Mars en réalisant une expérience sismique active grâce ˆ l'autre instrument principal d'InSight: HP3. Aujourd'hui, de nouveaux projets sont étudiés pour un retour sismique sur la Lune. En effet, les sismomètres Apollo bien qu'ayant une bonne résolution en terme de déplacement du sol étaient cependant incapables de détecter le bruit sismique du sol lunaire, appelé "meteoritic hum". Ce bruit, du aux chutes continues de micrométéorites, a une amplitude estimée ˆ 1/100e de la résolution des sismomètres Apollo ˆ une certaine fréquence. Les phases sismiques du noyau, même si estimées grâce au "stacking" des données, n'ont pas non plus été directement enregistrées. Une nouvelle génération de sismomètres, 100 ˆ 1000 fois plus sensibles que ceux d'Apollo, est donc désirée pour atteindre le plancher du bruit sismique lunaire. Cette sensibilité pourrait permettre de tirer bénéfice de l'intégralité des ondes sismiques générées par l'activité sismique lunaire. La structure d'un tel sismomètre serait un capteur de déplacement, toujours lié ˆ une masse d'épreuve, mais présentant de grosses améliorations en termes de performance, linéarité, et niveau de bruit. Pendant cette thèse, un prototype de système de lecture optique du déplacement de la future masse d'épreuve de ce sismomètre lunaire ultra-sensible est développé, basé sur l'utilisation de la technologie des détecteurs d'ondes gravitationnelles. En effet, ceux-ci sont une référence en termes de mesures interférométriques ˆ basse fréquence et très bas niveau de bruit. Le prototype construit est ainsi basé sur la technique de stabilisation laser appelée "Pound-Drever-Hall". / The understanding of the Solar System formation and its evolution is deeply connected to the knowledge on the planet interior structures. In situ studies with seismometers are therefore crucial to probe the internal structure (distribution and thickness of layers) and composition of the telluric planets. Indeed, SEIS (Seismic Experiment for Interior Structure) will land on Mars in 2018 (NASA InSight mission). Both types of sensors of the SEIS instrument, the VBB (Very Broad Band) and SP (Short Period), are mounted on the LVL (a mechanical levelling system) for which the purpose is twofold: ensure a level placement of the sensors on the Martian ground under yet unknown local conditions and provide the mechanical coupling of the seismometers to the ground. In this thesis, we developed a simplified analytical model of the LVL structure in order to reproduce its mechanical behaviour by predicting its resonances and transfer function. This model will allow to estimate the LVL effect on the VBB and SP data recorded on Mars. It is first implemented numerically and its validation is then guaranteed thanks to the observation of a lot of similarities between our results and those of the laboratory experiments with the LVL flight model. These comparisons prove the model fidelity with reality. After some simulations, we noticed a clear influence of the mechanical coupling between the LVL feet and the ground in the resonances found. For this reason, an inversion study has been realized in order to study if this model could allow to estimate the ground properties of the InSight site. Another work consists in modeling the 3 VBB sensors and the 3 SP sensors on the LVL and to observe the response of the global SEIS instrument in translation and rotation. Indeed, some rotation effects at short period can disturb the seismic measurements. This study can also allows to estimate the performances of SEIS, especially in rotation that can be one important information to recover the phase velocity of the surface seismic waves, highly dependent of the ground composition. This can be realized on Mars with an active seismic experiment thanks to the other main instrument of InSight mission: HP3. Today, new projects are also considered for a seismic return on the Moon. Indeed, the Apollo seismometers had a good resolution in ground displacement but were however unable to detect the Lunar ground seismic noise, named "meteoritic hum". This noise is possibly due to the continuous fall of micro-meteorites and its amplitude has been estimated to be about 1/100 of the resolution of the Apollo sensors at a certain frequency. Core seismic phases, although detected through stacking, have not also been individually recorded. A new generation of broadband seismometers, 100 to 1000 times more sensitive than the Apollo ones are therefore requested in order to reach the lunar seismic noise floor. This sensitivity will allow to take benefit of all the seismic waves generated by the Moon seismic activity. The core of such seismometer will be the proof mass displacement sensors, with extreme improvement in performances, linearity and noise level. During this thesis, we developed an optical readout prototype, based on the use of gravitational waves detectorsÕ technology which is the reference in term of interferometric measurements at low frequency and very low noise levels. This prototype is based on the "Pound-Drever-Hall" laser frequency stabilization technique. The objective is to improve the sensitivity by 2 orders of magnitude compared to the current seismometers performances

Les générateurs de suites binaires aléatoires constituent la partie primordiale d'un système cryptographique. La vitesse, la qualité des suites générées, la sécurité et la consommation jouent un rôle essentiel dans le choix d'un générateur. La sécurité du système cryptographique augmente si un tel système peut être réalisé dans un seul circuit.Le travail de recherche développé consiste donc en la réalisation d'un générateur de nombres aléatoires fonctionnant en basse consommation, basse vitesse. Le circuit proposé est de type analogique et valide l'ensemble des tests NIST assurant le caractère du signal. Une réalisation sur Silicium en technologie 0,35μm a été implémentée et validée via les tests NIST développés sous Matlab. De ce travail de thèse, un certain nombre de publications ont montré la plus-value recherche des résultats. / Random binary sequences generators constitute the essential part of a system Cryptographic. The speed, quality of generated suites, safety and consumption play an essential role in the selection of a generator. The security of the cryptographic system increases if such a system can be realized in a single circuit.The developed research work consists in the realization of a random number generator running in low power, low speed. The proposed circuit is analog and Valid all NIST tests ensuring the randomness of a signal.A realization on silicon in 0,35μm technology has been implemented and validated through NIST developed tests Matlab. In this thesis, a number of publications have demonstrated the added value search results.

Cette thèse est liée au radar MARSIS, un des équipements de la mission d'exploration Martienne Mars Express dont la maîtrise d'oeuvre est gérée par l'ESA, et le décollage prévu pour Juin 2003. Plus précisément, il s'agit d'étudier le sondage radar basse fréquence de la surface Martienne grâce à un satellite en orbite basse. L'objectif scientifique principal est de cartographier la distribution en eau solide et liquide du sous-sol Martien. Le travail au cours de cette thèse consiste à modéliser le signal radar qui sera employé, et notamment les effets de la propagation à travers l'ionosphère Martienne et de la réflexion sur la surface. Ce travail servira alors d'étape préliminaire à la préparation de la réduction des données de cette mission, et à leur interprétation. La première partie de la thèse a consisté à étudier puis modéliser la propagation d'une onde électromagnétique basse fréquence. Le radar employé est basé sur la technique de la synthèse d'ouverture (SAR), opérant à basse fréquence pour permettre la pénétration de l'onde dans le sol en minimisant les pertes diélectriques. L'analyse de la propagation de cette onde montre que sa traversée à travers l'ionosphère induit d'importantes distorsions, qui consistent en une perte de cohérence de phase pulse à pulse, ce qui va engendrer un étalement du pulse, et en une atténuation de l'onde. L'impact de chaque phénomène est dépendent de la fréquence de l'onde et de la constitution de l'ionosphère, notamment en ce qui concerne sa densité électronique. Ces deux facteurs peuvent réduire significativement la résolution du signal radar et ses capacités de pénétration dans le sol. La seconde partie de la thèse a pour but la modélisation de la surface et du sous-sol. Une grande partie du signal radar sera réfléchie sur l'interface constituée par la surface alors qu'une partie transmise permettra, grâce à des réflexions en profondeur, le sondage effectif du sous-sol. La méthode de numérisation utilisée pour les calculs de réflexions de surface est la méthode dite de modélisation par facettes. Il s'agit de représenter la surface réelle par une suite de facettes planes continue, chacune de celles-ci étant tangente à la surface réelle. Cette méthode a été choisie pour respecter la nature relativement plane de la surface Martienne, grâce à l'utilisation de facettes de taille relativement importante. Cette caractéristique nous permet en outre de réduire le nombre de facettes employées dans le modèle et donc, de le simplifier. Afin de modéliser les interactions sous-sol / onde radar électromagnétique tout en conservant un temps de calcul acceptable, la simulation actuelle n'utilise qu'une seule interface plane dans le sous-sol, dont la profondeur et l'inclinaison peuvent être paramétrées pour modéliser différentes configurations. La simulation ainsi écrite permet de modéliser le signal radar reçu en écho après réflexions sur les différentes interfaces de surface et sous-sol. Différents choix de configurations, que ce soit au niveau de la fréquence radar utilisée ou de la géométrie et de la composition du sol sont utilisables.

Les modes de variabilités interannuelles du système couplé océan-atmosphère auxmoyennes latitudes de l'hémisphère sud sont étudiés avec un modèle de compléxité intermédiaire. L'objectif est de déterminer les mécanismes d'interactions océan-atmosphère indépendamment du forçage tropicale. Le modèle est un modèle atmosphérique quasi-géostrophique à 3 niveaux, couplé à une couche de mélange océanique de profondeur constante incluant l'advection géostrophique par le courant circumpolaire Antarctique (ACC). Le couplage océanatmosphère se fait par les flux de chaleur de surface et les transports d'Ekman forcés par la tension de vent de surface. Dans une simulation totalement couplée, l'atmosphère, qui inclue la dynamique des transitoires baroclines, exhibe un mode annulaire (SAM) comme premier mode de variabilité interannuelle. Les anomalies de vent induites par le SAM créent des courants méridiens d'Ekman dans la couche de mélange qui induisent à leur tour des anomalies de température océanique de surface qui sont ensuite avectées par l'ACC. Un mécanisme purement forcé où le rôle de l'océan est réduit à l'advection des anomalies de SST est suffisant pour reproduire les caractéristiques principales de la variabilité. Néanmoins, une rétroaction positive de l'océan est mise en évidence par l'analyse de la réponse stationnaire atmosphérique à une anomalie de SST (SSTa). Celle-ci est déterminée pour un ensemble d'expériences où une SSTa idéalisée est localisée en 14 longitudes différentes, uniformément réparties le long d'un cercle de moyenne latitude. En projetant les réponses obtenues sur les modes verticaux atmosphériques, il est mis en évidence la partition de la réponse en une composante barocline identique quelque soit la position de la SSTa et une composante barotrope se projetant sur le mode dominant de variabilité atmosphérique du modèle. La SSTa induit une anomalie d'air chaud dans la couche basse atmosphérique qui engendre une réponse barocline 45o à l'est. Cette réponse est due à l'advection du vortex stretching induit par la SSTa, par les vents d'ouest quasi-stationnaires. La réponse barotrope consiste en une haute pression aux moyennes latitudes et une basse pression sur le pôle quand les SSTa sont localisées de l'océan Atlantique ouest au centre de l'océan Indien ; et d'une haute pression sur le pôle quand elle est localisée du bassin Autralo- Antarctique au centre de l'océan Pacifique. Les réponses barotropes ont une composante tourbillonnaire identique. La différence entre les réponses est déterminée par la composante zonalement symétrique qui se projette sur le SAM. La réponse barotrope est formée par le terme d'advection de vorticité relative basse fréquence qui est lui-même déterminé par l'impact sur le pôle des interactions de l'anomalie de vorticité relative aux moyennes latitudes avec les ondes stationnaires du modèle.

La SER, est la grandeur qui permet de quantifier le pouvoir réflecteur d'un objet, ou a contrario sa discrétion électromagnétique. Maîtriser la SER, voire la diminuer, est un enjeu majeur dans le domaine aéronautique de défense. C'est en particulier un gage de survivabilité pour les aéronefs. Historiquement, les fréquences RADAR d'intérêt étaient celles de la bande Super Haute Fréquence, ce qui équivaut à des longueurs d'onde de 2 à 30 centimètres. Des outils d'analyse adaptés ainsi que des moyens de mesure ou de caractérisation de la SER ont été mis au point. Ils se sont révélés extrêmement performants. On peut citer par exemple la chambre anéchoïque CAMELIA du CESTA. En revanche, dans le domaine des basses fréquences, il est plus délicat de réaliser des mesures précises. Pour des longueurs d'onde de 1 à 5 mètres, l'épaisseur des absorbants est souvent trop faible ; même les dimensions des chambres anéchoïques ne représentent que quelques longueurs d'onde. Notre objectif, lors de cette thèse, était de proposer et d'étudier des algorithmes nouveaux permettant d'améliorer ou de faciliter la caractérisation de la SER en basse fréquence. La notion de courants caractéristiques, introduite par Harrington et Mautz dans les années 70, puis reprise par Y. Morel dans le cas d'objets parfaitement conducteurs, permet la décomposition d'un courant induit quelconque en courants élémentaires. Les modes caractéristiques sont obtenus en faisant rayonner ces courants caractéristiques. Cependant, il n'existe pas d'outil de détermination des modes lorsque l'objet n'est plus parfaitement conducteur. Nous nous sommes donc dotés d'un tel outil, que nous avons construit et validé. Pour cela, nous avons repris dans un premier temps le cadre mathématique qui permet de définir l'opérateur de Perturbation, ses propriétés mathématiques et sa décomposition en éléments propres. Nous avons montré que cet opérateur discrétisé conserve ses propriétés mathématiques. Nous avons ensuite validé notre méthode de calcul direct des modes caractéristiques, issus de la diagonalisation de l'opérateur de perturbation discrétisé. Dans un deuxième temps, nous avons mené des études phénoménologiques. Nous avons tout d'abord observé l'évolution des éléments propres de l'opérateur de perturbation en fonction de l'impédance, et nous nous sommes intéressés au cas particulier de l'impédance égale à 1. Nous avons ensuite observé les phénomènes lorsque la fréquence évolue. En nous concentrant sur les valeurs propres, nous avons pu différencier deux types de modes. Enfin, nous avons détaillé quelques exemples d'applications concrètes de cette méthode de détermination des modes, qui permettent d'améliorer ou de faciliter la caractérisation de la SER en basse fréquence. L'outil ORFE (Outil de Reformulation, Filtrage et Extrapolation de données) permet d'atténuer les termes d'erreurs inhérents à toute caractérisation, et d'extrapoler des données existantes à des cas de figure non acquis ou non accessibles en mesure. Il a donné lieu à un brevet. Un outil d'interpolation de SER en basse fréquence a aussi été construit. Il permet d'obtenir de meilleurs résultats que l'interpolation linéaire de la SER. Nous avons aussi mis en place une méthode d'imagerie basse fréquence. Elle permet de localiser d'éventuels défauts de métallisation de l'objet considéré, en utilisant la base des courants caractéristiques. Enfin, nous avons présenté une méthodologie de caractérisation de SER qui intègre les limites des moyens de mesure. Nous avons mis en évidence que cette caractérisation donne une information absolue sur la SER de l'objet, dans un périmètre de validité. Un brevet a été déposé sur cette méthode.

Les transistors organiques attirent actuellement beaucoup d'attention en raison des avantages uniques par rapport à leur homologue inorganique. En revanche, la compréhension physique du fonctionnement et du transport des porteurs de charge est très limitée. L'objectif de cette thèse est de contribuer à apporter une meilleure compréhension des transistors organiques. Le Chapitre 1 présente les semi-conducteurs organiques : le mécanisme de conduction, les paramètres essentiels, les matériaux typiques etc. Le Chapitre 2 discute des transistors organi-ques en termes de structures, de mécanismes de fonctionnement, de paramètres principaux et des procédés de fabrication. Le Chapitre 3 étudie la caractérisation statique. Après les méthodes classiques, la méthode de la fonc-tion Y est introduite. Subséquemment, des techniques pour extraire les paramètres principaux sont présentées sé-parément. Enfin, les résultats expérimentaux sur nos échantillons sont exposés. Sur la base des données mesurées, les travaux de modélisation sont présentés dans le chapitre 4. Premièrement, une solution de l'équation Poisson est introduite qui donne la distribution de potentiel et donc la distribution de porteurs dans le film organique. Avec la prise en compte des pièges, les résultats obtenus par simulation sont en bon accord avec les données expérimen-tales. A partir de mesures des caractéristiques de courant -tension effectuées à basse température, on propose une procédure d'analyse de la mobilité en utilisant l'intégrale de Kubo-Greenwood. Ensuite, prenant en compte la dis-tribution de porteurs dans le film organique, une solution de l'équation de Poisson est donnée et la mobilité effec-tive est calculée en fonction de la tension de grille et de la température. Le Chapitre 5 est consacré à l'analyse du bruit à basse fréquence. On étudie d'abord le bruit du canal où une domination du bruit provenant des contacts est observée. En conséquence, une méthode TLM pour l'extraction du bruit des contacts est présentée. Ensuite, un procédure d'analyse des sources de bruit dû au contact est aussi proposée. Les résultats de bruit obtenus sur des transistors organiques de différentes origines sont également discutés à la fin.

Les exigences liées aux photodétecteurs modernes font de la maîtrise du niveau de bruit un enjeu majeur pour les technologies de demain. Le Random Telegraph Signal (RTS), à l'origine de « pixels clignotants » en imagerie, gênants pour l'utilisateur comme pour les algorithmes de traitement et d'analyse du signal, fait partie des sources de bruit problématiques. Ce travail en fait l'étude dans les détecteurs infrarouge quantiques refroidis à base de HgCdTe. Le premier chapitre présentera des généralités sur la détection infrarouge, le fonctionnement des photodétecteurs quantiques, le matériau HgCdTe, et le bruit. On exposera ensuite les études réalisées sur le bruit RTS dans les imageurs pour différents domaines de l'infrarouge et trois technologies de fabrication de photodiodes. L'évolution des caractéristiques du bruit (amplitude et fréquence) en fonction de la température du détecteur, du flux de photons reçus, de la polarisation appliquée, ou encore du temps d'intégration seront également analysées. Le troisième chapitre sera consacré à l'origine du bruit RTS. Pour cela, différentes architectures d'étages d'entrée de circuit de lecture et de technologies de fabrication de photodiodes seront passées en revue. Enfin, le dernier chapitre exposera l'étude par Deep Level Transient Spectroscopy des défauts profonds électriquement actifs dans la bande interdite du HgCdTe pour le proche infrarouge (Short Wave InfraRed, à 2,5µm). / Infrared detectors are currently facing two major issues: high operating temperature (HOT) and size, weight, and power (SWaP) requirements. To maintain high performance at higher operating temperatures, pixels exhibiting extra noise such as 1/f noise or Random Telegraph Signal (RTS) noise must be limited. This work study the RTS noise in HgCdTe cooled infrared quantum detectors. The first part concerns generalities about the infrared detection, the physic of quantum photodetectors, the HgCdTe material and the noise. Then we present the studies made on RTS noise for different domains of the infrared spectra and for three technologies of photodiodes (Std, AOP and P/N). The evolution of the main features of RTS noise (frequency and amplitude) as a function of the focal plane array temperature, the flux of photons received, the integration time and the applied polarization will be analyzed. The third part is about the origin of the RTS noise. Two architectures of ReadOut Integrated Circuits (ROIC) and two technologies of photodiodes will be examined. Finally, the last part will present the study of electrically active defects in HgCdTe SWIR (2,5µm) made by Deep Level Transient Spectroscopy.

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.

Dans l’industrie semiconducteur, une décharge électrostatique peut se produire tout au long de la vie d’une puce électronique, et constitue un vrai problème pour la fiabilité du circuit intégré et une cause majeure de défaillance. Un nouveau modèle, modèle du composant chargé (CDM, Charged Device Model) a été récemment développé pour simuler un composant chargé qui se décharge au travers d'une de ses broches vers la masse. La forme d’onde d’une telle décharge se présente comme une impulsion de courant de grande amplitude (15A pour un CDM de 1KV sur une capacité de charge de 10pF) d’une durée de seulement quelques nanosecondes. En effet, il est de plus en plus courant de constater des signatures de défaillance ESD au coeur des circuits intégrés, généralement des claquages d’oxyde qui sont typiquement induites par les décharges CDM. Une protection ESD ayant une dynamique de déclenchement inappropriée ou la circulation d'un fort courant de décharge (dans le substrat ou sur les pistes métalliques) peut induire localement des variations de potentiel suffisantes pour endommager les oxydes (3-5nm d’épaisseur pour la technologie CMOS 45nm). Face aux défis de la décharge CDM, dans cette thèse, nous nous sommes intéressée d’abord à la détection et la compréhension des défauts latents induits par les stress CDM dans les circuits intégrés, en utilisant une technique de haute sensibilité, « la mesure de bruit en basse fréquence ». Un convertisseur DC-DC a été stressé par le test CDM, après chaque étape de traitement (stockage, recuit, et vieillissement), et l’évolution des défauts latents générés a été étudiée. Ensuite, nous avons proposé une méthodologie de modélisation du circuit intégré complet afin de simuler la stratégie de protection vis-à-vis des stress CDM en limitant les problèmes de convergence de simulation. Son originalité réside dans la modélisation de la résistance du substrat en très forte injection adaptée à la décharge CDM à l’aide de la mesure VF-TLP (Very Fast Transmission Line Pulsing) et de la simulation physique 2D et 3D. La méthodologie a été validée sur une technologie CMOS avancée 45nm et une technologie BiCMOS 0,25mm). A la fin, la méthodologie de simulation CDM a été validée sur un produit commercial. / In the semiconductor industry, electrostatic discharge (ESD) can occur throughout over the whole life of a chip. This is a real problem for the reliability of the integrated circuit (IC) and a major failure cause. A new ESD model, Charged Device Model (CDM) was recently developed to simulate a charged device which discharges through one of its pin to ground. The waveform of such a discharge is a current pulse of high amplitude (15A for a 1KV CDM stress on a precharged capacitor of 10pF) over a few nanoseconds duration. Indeed, it is increasingly common to encounter ESD failure signatures into the IC core, usually gate oxide breakdowns that are typically induced by CDM stress. ESD protections with inappropriate triggering speed or strong discharge currents (into the substrate or the metal tracks) can locally lead to potential drop sufficient to damage the oxide (3-5nm thickness in 45nm CMOS technology).Given the challenges of the CDM discharges, this thesis was firstly focused on the detection and understanding of latent defects caused by CDM stress in integrated circuits, using a high- ensitivity technique, namely low frequency noise measurement (LFN). A DCDC converter has been stressed by the CDM test. After each step of processing (storage, burn-in, and aging), the evolution of latent defects generated was investigated. Secondly, a methodology for modeling the complete integrated circuit has been proposed to simulate the CDM protection strategy by limiting the simulation convergence problems. Its main originality consists in the modeling of the substrate resistance under very high injection adapted to the CDM discharge using both VF-TLP (Very Fast Transmission Line Pulsing) measurement and 2D/3D physical simulation. The model was successfully validated on 45nm CMOS and 0.25 µm BiCMOS technologies. Finally, the CDM simulation methodology was validated on a commercial product.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / Dépouillement partiel : No binocular inhibition for fast moving stimuli in the elderly with age-related macular degeneration -- Less binocular inhibition for larger stimuli in the elderly with age-related macular degeneration.