Les titano-zirconate de plomb PbZrTiO3 (PZT) de structure pérovskite sont largement utilisés dans l'industrie de l'électronique en raison de leurs excellentes propriétés diélectriques et électromécaniques. Le contexte actuel de l'innovation technologique est la miniaturisation et l'allègement des produits tout en en garantissant une fiabilité accrue. Aujourd'hui, nous sommes dans l'ère de la nanotechnologie et à cette échelle les effets d'interface Electrode/Ferroélectrique sur les propriétés des structures appelées classiquement MIM (Métal/Isolant/Métal) deviennent substantiels. L'objectif de cette thèse est d'étudier ces effets sur les propriétés des couches minces de PZT déposées par pulvérisation cathodique rf magnétron. L'étude est basée sur la modélisation de la structure MIM comme des capacités en série : la capacité ferroélectrique et celles des interfaces non ferroélectriques. Les investigations expérimentales ont montré que les effets d'épaisseur sont causés par les effets d'interface qui sont la manifestation de la capacité d'interface chargée par un potentiel interne. La nature [oxyde (LaNiO3) ou métal (Pt)] de l'électrode supérieure a une influence significative en termes d'effets d'épaisseur (sur les grandeurs εr, Ec, d33eff) tandis que celle inférieure conditionne principalement la microstructure de la couche de PZT. Le LNO (un oxyde pérovskite) se révèle un matériau prometteur pour limiter les effets d'interface. La fatigue ferroélectrique qui s'est avérée en corrélation avec les effets d'épaisseur est une conséquence de la dégradation de l'interface. La structure LNO/PZT/LNO a une bonne endurance à la fatigue et est moins encline aux effets d'épaisseur. Une modélisation de la fatigue a été proposée à partir des données expérimentales. L'ultime étape de cette thèse a mis en exergue l'effet de la nature du substrat sur le mode de croissance et les propriétés électriques des films de PZT.

Dans le domaine de l'électronique de puissance, la gestion thermique de l'intégration des puces en silicium au sein du système global constitue un problème clé. La chaleur dissipée par les composants électriques est évacuée vers l extérieur à travers un drain thermique, généralement en cuivre, qui est brasé sur le substrat céramique. Cette étude est consacrée à l'élaboration de drains thermiques adaptatifs en matériaux composites cuivre allié/fibres de carbone (FC) qui combinent une bonne conductivité thermique et un CTE proche de celui du substrat. Dans ce type de matériau, la liaison interfaciale renfort/matrice doit être forte afin d'optimiser le transfert des propriétés entre les deux composants. Le couple cuivre/carbone étant non réactif, un élément d addition carburigène (Cr ou B) est ajouté à la matrice de cuivre afin de créer cette liaison chimique forte. Un matériau modèle a été réalisé par pulvérisation cathodique afin d étudier la diffusion de l élément d addition au sein de la couche de cuivre vers la zone interfaciale et la formation d un carbure métallique. Une méthode de chimie des solutions a ensuite été utilisée pour élaborer des poudres de cuivre allié de stœchiométrie donnée. Enfin, les matériaux composites (Cu-B/FC et Cu-Cr/FC) ont été élaborés par métallurgie des poudres et leurs propriétés thermiques et mécaniques corrélées à la microstructure et à la chimie des zones interfaciales

Nous avons comparé trois méthodes différentes de dopage de TiO2 à l'azote par pulvérisation cathodique, et avons exploré les propriétés structurelles, optiques et la photo-activité de ces matériaux. Tout d'abord, des films minces successifs de TiO2 et TiN ont été créés par pulvérisation d'une cible de titane et en alternant les gaz réactifs d'oxygène et d'azote dans l'enceinte de dépôt. L'épaisseur totale de chaque multicouche a été maintenue constante tandis que nous avons fait varier la composition globale des films (rapport TiN/TiO2) entre 5% et 30% et le nombre de des couches TiN/TiO2 entre 9 à 45. Deuxièmement, nous avons préparé des couches homogènes de N-TiO2 par l'introduction simultanée des gaz réactifs d'oxygène et d'azote au cours du dépôt. Nous avons systématiquement fait varier le rapport azote/oxygène afin de modifier d'une façon contrôlée la concentration de l'azote incorporé dans les films de 0% et 6%. Enfin, nous avons préparé des couches minces de TiN et les ont fait subir l'oxydation à des températures différentes pendant plusieurs intervalles de temps. Les mesures d'XPS ont montré que l'azote a été dopé avec succès, dans tous les films de TiO2, dans les sites substitutionnels et/ou interstitiels en fonction des conditions de dépôt. La variance de la concentration et la position du dopage à l'azote avait une influence significative sur les propriétés optiques, structurelles et photo-actives des trois types des films de TiO2 dopés. Les paramètres de dépôt par pulvérisation ont été optimisés grâce à des diagnostics du plasma et à un Plan d'Expériences. Cette étude a montré que nous pouvons modifier d'une façon contrôlée et à souhait plusieurs caractéristiques physiques et chimiques importantes des couches de N-TiO2, qui pourront avoir un grand potentiel pour de nombreuses applications

Le thème central de ce travail est le développement expérimental d'une méthode spectroscopique intracavité laser visant à augmenter la sensibilité des expériences de fluorescence induite par laser (LIF) et analysée par spectrométrie par transformée de Fourier (FTS) haute résolution. Cette augmentation passe par la réalisation du couplage d'une cavité externe résonante avec la technique FTS. L'échantillon moléculaire est placé à l'intérieur de la cavité qui stocke l'énergie d'un laser à colorant mono-mode accordable en étant maintenue en permanence en résonance grâce à un système optoélectronique d'asservissement. L'accroissement de puissance intracavité permet alors l'observation de niveaux quantiques moléculaires inaccessibles par les méthodes LIF traditionnelles. Cette technique (ICLIF) est validée par l'étude du radical d'intérêt astrophysique NiH produit par une nouvelle source polyvalente à pulvérisation cathodique, développée en parallèle dans le cadre de ce travail.

Ce document décrit en détail les étapes importantes de R&D dans la conception et mise au point de la chambre proportionnelle à lecture cathodique hautement segmentée de la station1 du Spectromètre Bras Dimuons de l'expérience ALICE, récemment implantée au LHC. Plusieurs aspects expérimentaux sont résumés - comprenant l'électronique, la construction mécanique, la modélisation du détecteur, les simulations de la physique et les faisceaux tests, les méthodes de cartographie en langue Orientée Objet et les résultats des prototypes en faisceaux test. Ce document est écrit à destination des jeunes expérimentateurs.

Des couches minces amorphes d'oxysulfures de molybdène, préparées par pulvérisation cathodique radiofréquence, ont ete caractérisées par spectroscopie AUGER, RBS, microsonde électronique, diffraction des rayons X et diffraction électronique. Une étude XPS a permis de déterminer le degré d'oxydation et l'environnement des différents éléments en fonction de la composition des couches minces. Les propriétés électrochimiques de ces nouveaux matériaux ont été déterminees. Ils ont été utilisés comme électrode positive dans des générateurs électrochimiques au lithium. Un grand nombre de cycles décharge-charge a été réalisé. Il a été montre que le soufre et le molybdène participent aux mécanismes d'oxydoréduction.

La miniaturisation des composants électroniques implique une forte demande en microsources d'énergie. Les microbatteries au lithium sont tout à fait adaptées à ces applications. Cette étude porte sur des matériaux d'électrode positive et d'électrolyte solide pour une utilisation dans des microbatteries au lithium développées par la société HEF. Les couches minces ont été déposées par pulvérisation cathodique magnétron. L'étude de ces couches minces TiOySz par diffraction des rayons X et par spectroscopies Auger et Raman ont permis d'établir l'influence des conditions de dépôt sur leurs propriétés structurales, morphologiques et électrochimiques. Ce sont les couches épaisses, denses et très soufrées qui présentent les meilleures capacités de cyclage. Ces travaux pourront permettre un transfert du procédé de dépôt au niveau industriel. Un aspect plus théorique concerne l'utilisation d'un indice de formation d'une phase amorphe pour prédire le comportement d'un matériau d'électrode lors de l'insertion d'un grand nombre d'ions lithium. Enfin, des couches minces vitreuses ont été déposées sous atmosphère d'azote afin de les nitrurer et de développer un nouvel électrolyte solide pour les microbatteries tout solide.

Le titanate de baryum et de strontium (BaSrTiO3) est un matériau diélectrique de synthèse à forte permittivité possédant la propriété d'être accordable lorsqu'il est soumis à un champ électrique. Ceci est lié à sa structure cristalline à maille perovskite. Son intégration dans des dispositifs capacitifs est donc prometteuse pour l'industrie de la microélectronique. Il est déposé en couches minces par pulvérisation cathodique à partir de cibles pressées à froid au sein du laboratoire. L'étude de la croissance du matériau, dopé ou non, et de ses propriétés électriques à 100 khz ont permis d'envisager une montée en fréquence. Les évolutions de la permittivité diélectrique complexe et de l'accordabilité du matériau ont ainsi pu être étudiées sur un dispositif spécifique dans une gamme de fréquences allant de 1 à 60 ghz. L'utilisation d'un logiciel de simulation numérique par éléments finis (ELFI) dans le cadre de l'étude à haute fréquence permet de remonter aux caractéristiques propres du matériau, et ainsi d'interpréter plus finement les résultats issus de l'étude en basse fréquence. L'ensemble des connaissances acquises permet finalement de développer des dispositifs à capacité variable qui sont actuellement en cours d'élaboration au sein du laboratoire.

Ce mémoire concerne un ensemble d'élaboration et de caractérisation de couches minces à base de ZnO par la pulvérisation cathodique en continu. L'étude structurale montre que le traitement thermique lors du dépôt et post-dépôt à l'air ont une influence similaire sur l'augmentation de la taille de cristallites jusqu'à une température de 250°C. À partir de cette température critique, la taille des cristallites continue à augmenter en fonction de la température de recuit, alors qu'elle diminue légèrement avec la température de dépôt. L'étude morphologique montre que le traitement thermique lors du dépôt a une influence plus marquée sur la rugosité que celui à l'air de l'ambiante à 470°C. En fonction de la température de dépôt la résistivité électrique en continu diminue lorsque celle-ci augmente. Ce phénomène est directement lié à la qualité de la structure cristalline des films. À l'inverse, le recuit post-dépôt à l'air rend le film plus résistif. La deuxième partie de ce travail porte sur des mesures de bruit en 1/f. Nous montrons que le bruit est très sensible à la température de dépôt et à l'orientation des cristallites dans le matériau. Le bruit obtenu dans le sens transversal est plus élevé que celui obtenu dans le sens longitudinal. De plus, le bruit mesuré en présence de lumière peut être beaucoup plus élevé. Par un modèle simple, nous avons montré que ce phénomène est relié à la photoconductivité et à la présence de défauts en surface du matériau. Enfin, une technique photothermique par radiométrie unfrarouge a été utlilisée pour effectuer une caractérisaiton thermophysique du matériau. Cette technique permet de déterminer les paramètres optiques et thermiques de l'échantillon. Une étude théorique de l'évolution du signal photothermique en fonction de la fréquence de modulation a permis de mettre en évidence les conditions dans lesquelles on peut mesurer ces paramètres avec précision.

L'analyse X par microsonde électronique (EPMA : Electron Probe MicroAnalysis) d'éléments légers, ayant des raies d'émission dans la gamme spectrale comprise entre 180 et 550 eV, requiert des cristaux analyseurs performants basés sur l'utilisation de revêtements interférentiels multicouches. Les composants optiques asphériques, tels que les ellipsoïdes de révolution, permettent de focaliser dans deux dimensions les rayons X en une seule réflexion, et ainsi de collecter plus de flux et d'atteindre des limites de détection plus faibles qu'avec les composants optiques actuellement utilisés. Nous avons étudié et développé différents systèmes multicouches, destinés à réfléchir les raies d'émission Ka de l'azote, du bore et de l'oxygène, et possédant à la fois de bonnes propriétés optiques, une bonne stabilité temporelle et thermique, ainsi qu'une bonne tenue mécanique. Les multicouches Cr/Sc développées pour la raie d'émission Ka de l'azote ont atteint des réflectivités maximales de 37% et se sont avérées très stables temporellement et thermiquement. Afin d'améliorer les performances des analyseurs, nous avons développé des revêtements antireflets dans le domaine XUV, permettant d'optimiser le rapport signal sur bruit. Les résultats très positifs obtenus dans cette première phase d'étude ont permis d'entreprendre le développement de composants optiques asphériques. Pour cela, le dépôt de la multicouche doit respecter un profil à gradient de période, afin de compenser la variation des angles d'incidences sur l'optique. Le développement de ce procédé de dépôt a permis de fabriquer plusieurs prototypes d'optiques pour l'EPMA pour la détection de la raie d'émission Ka de l'azote.