Ces dernières années ont vu un fort engouement pour les télécommunications haut débit (>100Mbit.s-1) conjuguant réseaux ad hoc et réseaux traditionnels. Cependant, à 60 GHz en milieu confiné, ces types de réseaux sont confrontés aux problèmes de propagation multi-trajets et d’évanouissements. Une des solutions pour lutter efficacement contre ces problèmes est le développement d'antennes à agilité de faisceaux à base de MEMS RF. Dans ce cadre, l’objectif de ce travail a été de réaliser et de mettre à profit conjointement les performances des micro-commutateurs MEMS RF capacitifs et de nouvelles structures d'antennes. Néanmoins, la maturité de ces dispositifs MEMS RF n’est pas encore atteinte, et des problèmes liés à la fiabilité du diélectrique ou encore à la fiabilité mécanique ne sont pas complètement résolus. Ainsi, afin d’améliorer leur durée de vie, l'étude se focalise dans un premier temps sur l’optimisation de la contrainte mécanique de la membrane et sur la compréhension des propriétés des différents nitrures de silicium amorphes hydrogénés SiNx : H, élaborés par PECVD, au travers de caractérisations optique, structurale et électrique. Le deuxième volet de ce travail, concerne la conception, la réalisation et la caractérisation de nouvelles structures d’antennes millimétriques excitées par une ligne coplanaire CPWFA (CPW Fed Aperture). La conception de l’élément rayonnant suspendu sur un packaging de type level 0 permet en particulier de protéger les MEMS RF de leur environnement et d’assurer leur bon fonctionnement. Ces antennes, développées sur un procédé « wafer Scale Packaging », offrent d’une part de bonnes performances en termes d’efficacité (>80%), de polarisation (circulaire, linéaire ou mixte) et d’autre part une encapsulation collective bas coût. Ces dispositifs réalisés sur GaAs Haute Résistivité (HR) pour une intégration monolithique compatible au procédé « above IC » permettent d'entrevoir un grand nombre d’applications télécoms et CND. / We have seen recently a great interest in high data rate (>100 Mbit s-1) indoor Local Area Networks combining ad hoc and more traditional networks. However, at 60GHz in a confined environment, theses networks pose issues due to multipath effects and fadings. One solution to combat effectively against these problems is the development of band beam agility antenna based RF-MEMS. In this context, the objective of this thesis was to make and to use jointly the performances of fabricated capacitve RF-MEMS (MicroElectroMechanical System) switches and new antenna structures. However, the maturity of these RF MEMS devices is not yet realised, and problems related to the dielectric reliability or mechanical reliability are unsolved. Thus, in order to improve their lifetime, this study focuses at first on optimizing the mechanical stress of membranes and understanding the properties of various films of hydrogenated amorphous silicon nitrides SiNx : H, elaborated by employing plasma enhanced chemical vapor deposited (PECVD) techniques evaluated through optical, structural and electrical experimental results. The second part of this work concerns the design, fabrication and characterization of new antennas millimeter wave excited by a coplanar line CPWFA (CPW Fed Aperture). The design of the radiating element suspended on packaging Level 0 allows in particular RF MEMS to ensure a good behaviour in a real environment. These antennas, developed on a process “Wafer Scale Packaging” propose, an excellent performance in terms of efficiency (>80%), polarization (circular,linear or mixed) and also overall wafer-level packaging at low cost. These systems fabricated on high resistivity (HR) GaAs substrate for a compatible monolithic integration of an “above IC” type process offers great potential for many telecommunications applications and others e.g. non distructive testing (NDT).

L'objectif de cette thèse était d'explorer la possibilité de fabriquer un nanophotointerrupteur avec optique intégrée permettant de répondre aux besoins en terme d'échantillonnage optique de signaux radars. Le photointerrupteur est une ligne coplanaire interrompue sur substrat GaAs semi-isolant (SI) ou basse température (BT). L'interruption peut être éclairée soit par le dessus avec une fibre optique ou à l'aide d'un guide optique intégré. Le conducteur central des premiers composants, sur GaAs-SI, dispose de deux adaptateurs modaux hyperfréquences triangulaires au centre desquels se trouve une interruption de taille pouvant être submicronique. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 13 dB jusqu'à 20 GHz, avec un éclairage par le dessus.Nous avons ensuite travaillé sur la géométrie de la ligne coplanaire. Nous avons en particulier étudié des adaptateurs modaux à géométrie sinusoïdale et exponentielle ainsi que l'effet du resserrement des masses autour du conducteur central. Nous avons ainsi mesuré un rapport ON/OFF de 32 dB jusqu'à 20 GHz, et des pertes d'insertion hyperfréquence de 6.5 dB.Concernant la partie optique, nous avons étudié par la méthode des faisceaux propagés différents types de guides diélectriques. Pour le composant intégré, nous avons choisi des nanoguides avec un cœur de Si3N4 enterré dans une matrice de SiO2, pouvant être fabriqués sur un dépôt d'or. Nous avons mesuré un rapport ON/OFF supérieur à 25 dB jusqu'à 20 GHz. Des nanophotointerrupteurs sur GaAs-BT ont été intégrés dans un système d'échantillonnage comprenant un laser impulsionnel femtoseconde, et ont permis de sous-échantillonner un signal à 20 GHz avec 3,15 bits effectifs. / This thesis presents a nanophotoswitch with integrated optics for the optical sampling of radar signals. The photoswitch is a microwave coplanar waveguide fabricated on a semi-insulating GaAs substrate or a low temperature GaAs substrate, which has a gap that can be either top illuminated by an optical fiber or illuminated by an integrated optical waveguide. We started with semi-insulating GaAs devices.The center conductor of the first components has two triangular microwave tapers with a submicronic gap located at the center. We measured an ON/OFF ratio greater than 13 dB up to 20 GHz, by top illumination.We worked on the geometry of the coplanar waveguide. We particularly studied exponential and sinusoidal tapers and the effect of a decrease of the conductor spacing. We have measured a 32 dB ON/OFF ratio up to 20 GHz, and 6.5 dB of insertion losses.We studied by beam propagation method different types of dielectric guides. For the integrated device, we chose nanowaveguides with a Si3N4 core buried in a SiO2 matrix, which can be fabricated on a gold deposit. We measured an ON/OFF ratio greater than 25 dB up to 20 GHz.Nanophotoswitches built on a low temperature GaAs substrate have been put into a sampling system comprising a femtosecond pulsed laser, and we have subsampled a 20 GHz signal with a 3.15 effective number of bits.

Le développement de nombreuses applications nomades, souples, déformables et sur de larges surfaces nécessite la réalisation de circuits mécaniquement flexibles, intégrant des capacités d'intéraction avec l'environnement, de communication et de traitement du signal. Une part importante de ces applications proviennent actuellement de l'industrie de l'électronique organique, mais l'apparition de nouvelles méthodes de fabrication a permis la réalisation de dispositifs à la fois souples mécaniquement et électriquement performants. En outre, les techniques de report sur substrat souple présentent de nombreux avantages (flexibilité mécanique, conservation des propriétés originelles, intégration hétérogène possible). Lors de ces travaux, une procédure d'amincissement puis de transfert sur film souple (métal, verre) des composants CMOS initialement réalisés sur des tranches SOI (silicium sur isolant) a été développée. Cette solution permet la réalisation de transistors MOS flexibles et performants possédant des fréquences caractéristiques fT/fmax de 165/188 GHz. De plus, l'utilisation d'autres matériaux que le plastique permet de modifier les propriétés originelles d'un dispositif en termes de dissipations thermiques ou de distorsions harmoniques par exemple, afin d'en améliorer les performances. La réalisation de composants souples, performants et stables a donc été démontrée. / The ability to realize flexible circuits integrating sensing, signal processing, and communicating capabilities is of central importance for the development of numerous nomadic applications requiring foldable, stretchable and large area electronics. A large number of these applications currently rely on organic electronics, but new fabrication methods permitted to realize flexible mechanically and electrically efficient devices. Besides the transfert on flexible substrates offers many advantages (mechanical flexibility, preservation of original properties, possible heterogeneous integration). In this work, a solution has been developed, based on thinning and transfert onto flexible substrate (metal, glass) of high frequency (HF) CMOS devices initially patterned on conventional silicon-on-insulator (SOI) wafers. This transfer process first enables the fabrication of high performance electronics on metal, with n-MOSFETs featuring characteristic frequencies fT/fmax as high as 165/188 GHz. Secondly, the use of materials other than plastic permit to modify the original properties of a device in terms of thermal dissipation or harmonic distorsions for example, demonstrating flexibility, high performance and stability.

Le travail que nous présentons ici concerne un domaine très particulier de la statistique : celui dans lequel les observations sont des directions

Optimisation d’un isolateur coplanaire à déplacement de champ et ondes magnétostatiques opérant en bande X. Résumé en français non fourni / Optimization of an isolator coplanar field displacement and waves magnetostatic operating in X-band. English abstract not supplied

La minimisation des circuits et la montée en fréquence constituent deux enjeux importants des systèmes de communication du futur. Cela nécessite un haut degré d'intégration, des performances plus élevées à coût réduit. Ce travail a pour objectif la conception et la réalisation de nouveaux isolateurs réalisés sur ligne coplanaire asymétrique à base de deux types de matériaux ferrite : hexaferrite de baryum (BaM) et grenat d’yttrium et de fer (YIG). La première étude, présentée sur une structure coplanaire à couche de BaM, a été effectuée pour montrer la faisabilité d’un isolateur à déplacement de champ dans la bande 40-50 GHz. La seconde a utilisé le YIG saturé pour des applications autour de 10 GHz. La nouvelle structure d’isolateur utilise le phénomène physique de déplacement de champ lorsqu’elle est polarisée par un champmagnétique continu. Elle est constituée d’une ligne coplanaire asymétrique gravée sur une couche ou un substrat magnétique et d’un demi-plan de masse arrière. Plusieurs séries de prototypes ont été fabriquées puis caractérisées à partir d’un banc de mesure hyperfréquence composé d’un testeur sous pointes à trois accès et d’un analyseur vectoriel de réseaux. Les résultats expérimentaux sont très encourageants car nous obtenons des pertes d’insertion faibles, dans le meilleur des cas inférieures à 1 dB et une isolation de plus de 16 dB. / The minimization of circuits and the increasing frequency are two important issues of future communication systems. That requires a high degree of integration, higher performance at reduced cost. This work aims to design and implementation of new isolators on coplanar line based on two types of ferrite materials: barium hexaferrite (BaM) and garnet and yttrium iron (YIG). The first study presented on a planar layer of BaM leads to the feasibility of the isolator of field displacement in the 40-50 GHz band. The second one concerns the use of saturated YIG for applications around 10 GHz. The magnetic field displacement phenomenon appears when the magnetic substrate is polarized by a D.C. magnetic field. The new isolator structure is made from an asymmetric coplanar line put on a layer or magnetic substrate with a half ground plane placed under this substrate. Several sets of prototypes are fabricated and characterized from a measurement bench which is composed by a microwave prober and a vector network analyzer. The experimental results are very promising because low insertion loss (less than 1 dB) and isolation (over 16 dB) have been obtained

Depuis quelques années on assiste à la prolifération de capteurs (pression, accélération, température) autonomes sans fil qui s'appuient sur la disponibilité d'une part d'éléments sensibles petits et performants et d'autre part sur de nouveaux circuits électroniques de communication à faible coût entre 300MHz et 3GHz. Ces composants répondent à la demande croissante pour des réseaux de capteurs communicants autonomes pour des applications distribuées de surveillance, d'analyse ou encore de diagnostic. Cependant, le développement de ces réseaux de capteurs communicants sans fil a mis en évidence une limitation intrinsèque de l'utilisation de la plupart des cellules de mesures existantes liée à l'autonomie énergétique du système. La majorité des recherches visant à augmenter l'autonomie des capteurs se focalisent d'une part sur la réduction de la consommation des cellules sensibles et des circuits électroniques et d'autre part sur la disponibilité de l'énergie embarquée. Bien que séduisantes, toutes ces solutions potentielles présentent des inconvénients majeurs tels que la complexité des dispositifs à mettre en œuvre, des faibles courants disponibles ou encore une quantité d'énergie stockée peu importante. Dans le cadre de cette thèse, on s'est intéressé au cas particulier des capteurs de pression et on a adopté une toute autre approche. En effet, l'objectif de ce travail consiste à repenser complètement le principe de fonctionnement du capteur en développant un nouveau mode de transduction complètement passif qui ne nécessite pas d'énergie embarquée et qui peut être interrogé à grande distance (plusieurs mètres à quelques dizaines de mètres) par radar. Ce mode baptisé `transduction électromagnétique' est basé sur la modification de la fréquence de résonance d'une fonction hyperfréquence par la grandeur à mesurer. Cette méthode originale de transduction convertit l'effet d'un gradient de pression en un décalage en fréquence. Dans une première étape, une validation théorique, par modélisation électromagnétique, du principe de fonctionnement est présentée. Ensuite, le dimensionnement de la cellule de mesure est réalisé en tenant compte, d'une part de l'aspect électromagnétique lié au circuit résonant, et d'autre part de l'aspect mécanique relatif aux contraintes technologiques pour les structures avec membrane silicium. Par la suite, des simulations électromagnétiques simplifiées ainsi que des simulations tenant compte de la déformation réelle de la membrane ont été réalisées pour valider, par simulation, le décalage en fréquence et ainsi valider le principe de fonctionnement du capteur. L'étape suivante a permis d'identifier les procédés technologiques en salle blanche qui ont permis de réaliser les premiers prototypes du capteur. Une fois les cellules de mesures fabriquées, des mesures RF ont été réalisées et viennent confirmer les résultats de simulations. Ensuite, en utilisant un banc de mesure spécialement dédié à ce type de capteurs, des mesures RF combinées avec des mesures en pression ont été menées pour la caractérisation en pression des prototypes et pour en extraire la sensibilité. Enfin, des perspectives sont ouvertes sur les aspects sans-fil et interrogation Radar du capteur / Manquant

L'objectif de ce travail fut de concevoir des filtres accordables dans le domaine RF/microondes. Après avoir dressé un état de l'art du filtrage accordable microonde et défini des facteurs de mérite permettant de comparer ces types de dispositifs, trois topologies de filtres ont ensuite été proposées. Ces filtres sont basés sur des structures périodiques planaires constituées de lignes de propagation et de capacités chargeant ces lignes. Pour les trois études présentées, des modélisations semi-réparties de ces structures ont été effectuées, modélisations analytiques prenant en considération un modèle réparti des lignes de propagation et un modèle localisé des capacités considérées. Des règles de conception simples ont alors été déduites. Des filtres fixes et accordables ont pu être conçus à partir de ces méthodes de conception puis réalisés en technologie coplanaire hybride. L'accord de la fréquence de fonctionnement et/ou de la bande passante de ces filtres est réalisé par l'intermédiaire de varactors chargeant les lignes de propagation, les varactors que nous avons utilisés étant du type jonctions semiconductrices polarisées en inverse présentant des facteurs de qualité acceptables aux fréquences de travail considérées pour nos prototypes (entre 0,5 et 9 GHz). Les mesures des prototypes réalisés ont ensuite permis de valider les études théoriques proposées.

Les composants passifs hyperfréquences deviennent de plus en plus commercialisés et employés dans les systèmes de télécommunications. La croissance technologique et l'augmentation de la demande des nouvelles applications requièrent de meilleures performances et de moindres coûts. Dans les applications sans fil et notamment dans les modules " émission/réception ", les circulateurs sont utilisés pour l'émission et la réception des signaux simultanément à l'aide d'une seule antenne. Les couches magnétiques traditionnellement déposées et intégrées exigent une cristallisation à haute température ainsi que l'application d'un champ magnétique externe pour garder l'orientation des moments magnétiques. Cette orientation est cependant obtenue par des aimants lourds et volumineux. Devant ces limitations technologiques ainsi que la demande de miniaturisation, l'emploi de l'hexaferrite de baryum sous sa forme particulaire devrait permettre le développement de circulateurs auto-polarisés et miniaturisés à matériaux magnétiques composites. Les travaux présentés dans ce manuscrit ont pour objectif d'étudier et de réaliser un circulateur hyperfréquence à nano particules magnétiques orientées dans la bande 40-60 GHz. L'état de l'art expose les différentes topologies de circulateurs dont la topologie coplanaire est choisie pour notre application. L'étude analytique est basée sur les travaux de Bosma permettant de modéliser le circulateur triplaque. Les principales dimensions géométriques obtenues sont ensuite transposées vers la structure coplanaire en 3D à l'aide de l'outil de simulation HFSS. Devant les limitations de cet outil, différentes structures ont été étudiées et simulées numériquement pour présenter au mieux le matériau composite. Plusieurs séries de prototypes sont ensuite fabriquées à partir des structures optimisées en simulation numérique. Le matériau magnétique composite déposé a des épaisseurs de 40 et 100 μm. Les caractérisations hyperfréquences montrent la performance des dispositifs réalisés. Des pistes de recherche sont proposées pour l'amélioration des performances de nos prototypes.

L'objectif de ces travaux est le développement en technologie intégrée standard d'une topologiede ligne de propagation optimisée en termes de pertes, d'encombrement et de facteur de qualitéaux fréquences millimétriques. Cette topologie nommée S-CPW (Shielded CoPlanarWaveguide) utilise le phénomène d'ondes lentes afin de miniaturiser longitudinalement la ligned'un facteur compris entre 1,3 et 3,2 par rapport à des topologies classiques. Disposantégalement de faibles pertes, les lignes développées présentent un facteur de qualité élevé parfoissupérieur à 40, à 60 GHz. A partir de l'étude du champ électromagnétique dans la structure, unmodèle électrique a été développé. C'est le premier modèle dans la littérature prenant en compteles pertes dans ce type de guide d'onde. Plusieurs dispositifs passifs intégrés réalisés avec deslignes S-CPW dans différentes technologies CMOS ont été caractérisés jusqu'à 110GHz. Lacompacité et les faibles pertes d'insertion obtenues pour la mesure de filtres à stubs et dediviseurs de puissance permettent de réussir l'intégration de circuits passifs compacts entechnologie microélectronique CMOS standard aux fréquences millimétriques.