Afin de modéliser le flux sanguin dans les vaisseaux, l’équation de Stokes avec une viscosité variable est considérée dans une structure tubulaire mince, c’est à dire, dans une union de rectangles minces avec des hauteurs d’ordre ε et des bases d’ordre 1. Un développement asymptotique de la solution est construit. Dans le cas des perturbations aléatoires de la viscosité constante, nous prouvons que le premier terme de la vitesse est déterministe, alors que pour la pression, il est aléatoire, mais les espérances de la pression satisfont l’équation déterministe de Darcy. Les estimations pour la différence entre la solution exacte et son approximation asymptotique sont prouvées. Enfin, nous donnons quelques résultats numériques. Nous étendons les résultats à une structure tubulaire mince composée de deux rectangles minces avec des parois élastiques qui sont reliés par un domaine dont les parois sont rigides. Après une approche variationnelle du problème qui nous donne des résultats d’existence, d’unicité, de régularité, et certaines estimations, a priori, nous construisons une solution asymptotique. Nous présentons et résolvons les problèmes de tous les termes du développement asymptotique. Pour deux cas différents, nous décrivons l’ordre des étapes de résolution de l’algorithme du problème et nous construisons le terme principal du développement asymptotique. Et enfin, nous présentons une analyse variationnelle et asymptotique pour un cas plus général où la viscosité dépend du tenseur des déformations dans un canal mince. Par le biais des estimations a priori, nous justifions nos constructions asymptotiques, par l’obtention d’une petite erreur entre les solutions exactes et asymptotiques / In order to model the blood flow through vessels, the Stokes equation with the nonconstant viscosity is considered in a thin tube structure, i.e., in a connected union of thin rectangles with heights of order ε and bases of order 1 with smoothened boundary. An asymptotic expansion of the solution is constructed. In the case of random perturbations of the constant viscosity, we prove that the leading term for the velocity is deterministic, while for the pressure it is random, but the expectations of the pressure satisfies the deterministic Darcy equation. Estimates for the difference between the exact solution and its asymptotic approximation are proved. Finally, we give some numerical results. We extend the results for a thin tube structure composed by two thin rectangles with lateral elastic boundaries which are connected by a domain with rigid boundaries. After a variational approach of the problem which gives us existence, uniqueness, regularity results and some a priori estimates, we construct an asymptotic solution. We present and solve the problems for all the terms of the asymptotic expansion. For two different cases, we describe the order of steps of the algorithm of solving the problem and we construct the main term of the asymptotic expansion. And finally, we present a variational and an asymptotic analysis for a more general case where the viscosity depends on the infinitesimal strain tensor in a thin channel. By means of the a priori estimates, we justify our asymptotic constructions, by obtaining a small error between the exact and the asymptotic solutions

Afin de répondre au besoin de la société actuelle qui utilise toujours plus de moyens de transport et de dispositifs portables, les modes de production, de conversion et de stockage de l'énergie, sont en train de connaître de véritables mutations. Afin de créer des systèmes capables de générer une énergie maîtrisée et renouvelable, les nanosciences et nanotechnologies sont des domaines de premier plan. Le travail présenté dans ce manuscrit décrit la fabrication de structures, de taille nanométrique, organisées à grande échelle. La fonctionnalisation se fait par synthèse de films ou de particules par ALD. Des systèmes MIM sont synthétisés sur des structures ordonnées d'alumine poreuse. Les matériaux déposés en couches minces sont TiN, Al2O3 et HfO2. L'objectif est de fabriquer des nano-condensateurs à hautes performances pouvant être utilisés pour des applications de stockage de données, de mémoire ou pour le stockage d'énergie dans des petits dispositifs comme la technologie RFID.Dans une deuxième partie, des catalyseurs métalliques Pd/Ni sont déposés sur des membranes d'alumine pour l'électro-oxydation de l'acide formique. De la même manière, des nano-tubes de TiO2 fabriqués par oxydation anodique sont fonctionnalisés par des nano-particules de Pd pour l'électrooxydation de l'éthanol. Ces deux études systèmes peuvent conduire à leur utilisation comme catalyseurs au niveau de l'anode des piles à combustible liquide à combustion directe. Enfin, la dernière partie de ce travail consiste au dépôt par voie électrochimique de Cu2O, sur des nano-tubes de TiO2 qui servent de support. La jonction p/n ainsi fabriquée pourra servir pour la photo-conversion de l'énergie solaire. / In order to meet the growing needs in today's society that requests more transportation and portable devices, energy production, conversion and storage systems are now experiencing real changes. To fabricate systems able to generate a controlled and renewable energy, nanoscience and nanotechnology are leading research fields. The work presented in this manuscript describes the fabrication of nanosized, large-scale organized structures. These nanostructures have been functionalized through film and particle synthesis using a chemical vapor deposition method: the Atomic Layer Deposition (ALD).Thus, metal/insulator/metal (MIM) systems are fabricated on highly-ordered high-aspect ratio porous alumina. The materials that have been deposited are TiN, Al2O3 and HfO2. The aim is to produce high performance nanocapacitors that can be used for data storage (DRAM) application or for energy storage in small devices such as RFID.In a second part, metallic catalysts such as Pd/Ni have been deposited on alumina membranes for formic acid electro-oxidation. Similarly, TiO2 nanotubes have been fabricated by anodic oxidation and they have been functionalized with Pd nanoparticles for ethanol electro-oxidation. Both studied systems can be used as anode catalysts in direct liquid fuel cells.Finally, the last part of this work has consisted in the study of Cu2O, as a p-type semiconductor, that has been electrochemically deposited onto TiO2 nanotubes (n-type semiconductor). The resulting p/n junction can be interesting for solar energy photoconversion.

La détection de gaz, qui utilise aujourd'hui principalement des capteurs optiques, des capteurs électrochimiques à base de plomb et des capteurs catalytiques est un marché très porteur (estimé à 3 milliards d'euros) et doté d'une forte croissance (10% par an). La nécessité de développer de nouveaux systèmes d'instrumentation dédiés à la surveillance de la qualité de l'air intérieur et à la détection de substances dangereuses implique l'étude et le développement de nouveaux capteurs élaborés à partir de produits compatibles avec les enjeux environnementaux (RoHs, REACH), et économiques (matériaux à faible coût, techniques de réalisation fiables, durée de vie élevée). Le projet ANR OSPÉGAZ (Oxydes sans plomb pour la détection de gaz) vise à développer des systèmes d'instrumentations intégrés innovants dédiés à la caractérisation des différentes expositions environnementales en lien notamment avec les actions recommandées dans le cadre du PNSE2 pour les impacts sanitaires avérés. Le travail de thèse présenté dans ce manuscrit fait partie du projet OSPÉGAZ. L'objectif du travail a été, d'une part, de mettre au point un nouveau procédé d'élaboration d'encre au sein du laboratoire UDSMM pour l'élaboration et la caractérisation de films épais poreux, et d'autre part, de réaliser des capteurs de gaz à base de ces films. Nous avons choisi d'utiliser le matériau BaTiO₃, bien connu de la littérature, comme matériau de départ afin de mettre au point le procédé d'élaboration de couches épaisses. Par la suite, nous avons choisi le BaSrTiFeO₃ comme matériau sensible au gaz, et nous avons étudié deux compositions correspondant à deux taux de fer : Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉Fe₀.₁O₃ (BSTF 10%) et Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉₈Fe₀.₀₂O₃ (BSTF 2%). Ces matériaux ont été caractérisés dans une large gamme de fréquence (100 Hz à 1 MHz) et de température (25°C à 500°C). Les propriétés diélectriques en fonction de la fréquence et de la température ont été étudiées sur deux structures différentes d'électrodes : capacité parallèle (MIM) et capacité interdigitée (CID). Enfin, des démonstrateurs de capteurs de gas basés sur le principe des capteurs semi-conducteurs, ont été réalisés à partir de films épais poreux (BT, BST, BSFT 10% et 2%). Ces démonstrateurs ont été testés dans les locaux de la société SIMTRONICS sous différents gaz comme le monoxyde de carbone CO (200ppm), le sulfure d'hydrogène H₂S (50ppm) et le dioxyde de soufre SO₂ (20ppm) à 400°C et 450°C. Sous H₂S (50ppm), ils ont montré une plus grande sensibilité relative du BSTF (10%) (55.4%) par rapport au BSTF (2%) (48%) à 450°C. La bonne sensibilité relative et la réponse dynamique très intéressante montrent que le matériau BSTF dispose d'un potentiel très intéressant pour la détection de gaz. L'optimisation de la géométrie des capteurs, du taux de fer et de la température de fonctionnement devrait nous permettre d'améliorer les performances de nos démonstrateurs. / Today gas detection, which now mainly uses optical sensors, electrochemical sensors based on lead, and catalytic sensors, is a very promising market (estimated at 3 billion euros) with a strong growth (10% per year). The need for new instrumentation systems dedicated to the monitoring of the air quality and to the detection of hazardous substances, requires the study and development of new sensors compatible with the European environmental standards : Restriction of the use of Hazardous Substances (RoHS) ; Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals (REACh). The OSPÉGAZ project aims to develop innovative integrated instrumentations systems for the characterization of different environmental exposures linked to the actions recommended by the PNSE2 for proven health impacts. Our research project aims to develop innovating and cost-effective gas sensors containing lead-free oxides and dedicated to the detection of flammable gases and protection against toxic risks. The works of the thesis presented in this manuscript is a part of this project. The objectives were, firstly, to develop a new process for ink preparation in UDSMM laboratory, for the elaboration, electrical and physicochemical characterizations, of thick porous film, and secondly to make gas sensors based on these films. We chose to use the BaTiO3 (well-known material in literature) material as a first material in order to develop the process of thick film elaboration. After that, we chose the BaSrTiFeO₃ as gas-sensitive material, and we studied two compositions of Ba₁₋ ₓ Sr ₓ Ti₁₋yFeyO₃ with two different concentrations or iron : Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉Fe₀.₁O₃ (BSTF 10%) and Ba₀.₈₅Sr₀.₁₅Ti₀.₉₈Fe₀.₀₂O₃ (BSTF 2%). Electrical characterizations were made in a wide range of frequency (100 HZ to 1 MHz) and temperature (25° C to 500° C). The dielectric properties as a function of temperature and frequency were studied using two different structures of capacitance : metal-insulator-metal (MIM) and interdigital electrodes (CID). Finally we have developed semi-conductor gas sensors based on BT, BST and BSTF (10% ; 2%) thick films. All our sensors were tested under different gases such as carbon monoxide CO (200ppm), hydrogen sulphide H₂S (50ppm) and sulfur dioxide SO₂ (20ppm), at various temperature, in the laboratory of SIMTRONICS SAS. We have measured the greatest relative sensitivity under H₂S (50ppm) gas ; 55.4% and 48% respectively for BSTF (10%) and BSTF (2%), at 450°C. Good relative sensitivity and very interesting dynamic responsesof BSTF show that the material has a great potential for the detection of gas. The optimization of the sensor geometry, iron rate and operating temperature should allow us to improve the performance of our demonstrators.

De nos jours, une gestion optimale de l'énergie électrique est devenue un enjeu majeur. La conversion de l'énergie entre une source et sa charge est réalisée par un élément central : le convertisseur statique utilisé aussi bien pour des faibles puissances (quelques Watts) que pour des très fortes (plusieurs MWatt). La brique élémentaire est la cellule de commutation constituée de semi-conducteurs de puissance (à commutation commandée ou spontanée) généralement réunis au sein d'un " module de puissance ". La nécessaire réduction des volumes dans certaines applications (comme les systèmes embarqués par exemple) ainsi que l'augmentation des calibres de tensions des nouveaux semi- conducteurs grands gaps auront comme conséquence directe d'augmenter les contraintes sur les systèmes d'isolation des convertisseurs. Une répartition contrôlée de ces contraintes dans le volume présente alors un intérêt pour maintenir la fiabilité du système d'isolation. Il est donc nécessaire d'effectuer une caractérisation la plus large possible de l'ensemble des matériaux isolants utilisés dans le packaging des dits " modules de puissance ", ainsi qu'une bonne compréhension de leurs mécanismes de défaillances. Le travail présenté ici consiste en l'étude d'une nouvelle stratégie de répartition du potentiel dans le volume appelée gradation de potentiel. L'isolation de volume développée est un assemblage multicouche constitué d'un matériau à conductivité contrôlée (Epoxy/Graphene) jouant le rôle de gradateur et d'une fine couche isolante (parylène) assurant la tenue en tension. Différents outils, tant théoriques (simulation) qu'expérimentaux, ont été ainsi utilisés pour aider au dimensionnent du système d'isolation électrique. La modélisation par la méthode des éléments finis (MEF) permet-elle de prédéterminer la répartition de la contrainte (potentiel et champ électrique) dans une structure de test prédéfini ou de décrire l'étude de l'influence de la conductivité du matériau gradateur et de l'épaisseur du film sur la répartition des équipotentielles. D'un point de vue expérimental le film sélectionné a été caractérisé pour des épaisseurs comprises entre 10 et 40 µm. Le matériau à conductivité contrôlée a été ensuite élaboré puis caractérisé pour différents taux de chargement. Après l'incorporation du système d'isolation dans différentes structures tests (substrats métallisés et structure double face), différentes méthodes permettant de caractériser le système d'isolation ont été utilisées qu'il s'agisse de mesures directes de la contrainte électrique par sonde à champ nul (potentiel de surface) ou indirectes par des mesures de décharges partielles. L'isolation multi-couches présente des améliorations dans la répartition du potentiel mais aussi des limites d'utilisation en fonction de la conductivité du matériau gradateur. Cette isolation doit donc être dimensionnée au plus près des caractéristiques d'utilisation et offre une approche intéressante pour le dimensionnement des modules de puissances double face. / Nowadays, an optimal management of the electrical energy becomes a key point in electric systems. The conversion of energy is realized by a main component: the power converter. It is used as well for low power (few Watts) as for very high power (MWatts). The elementary block of the converters, is the switching cell made up of semiconductor power devices. The trend to reduce both the volume and the weight in many applications (for example in embedded systems) and the increase of the rating voltage of the new wide band gap semiconductors will have for consequence an increase of the stresses on the electrical insulating systems of the power module . A controlled grading of these electrical constraints in the volume is highly interesting to ensure the reliability of the system. It is therefore necessary to perform a precise characterization of the insulated materials used in the packaging of the power modules, as well as to get a good understanding of their failures mechanisms. The works presented in this dissertation consists in the study of a new strategy for the field gradation in power modules. The proposed insulation is an assembly of multi-layers made up of a thick material of electrically controlled conductivity (Epoxy/Graphene nanocomposite) and of a thin insulating layer (Parylene films). Various tools were used (both theoretical and experimental) to help dimensioning of the Electrical Insulation System (EIS). The Finite Element Method (FEM) was used to simulate the equipotential and field distribution in the structure under study and to analyse on one hand, the influence of the changes in the conductivity values of the Epoxy/Graphene nanocomposite materials and, on the other hand, the impact of the parylene (PA) films thickness on the stress grading. From an experimental point of view, the PA films were characterized for different thicknesses ranging between 10 µm and 40 µm. The Epoxy/Graphene nanocomposites of controlled conductivity were manufactured and characterized (0 to 5 % wt) for various filler contents. The field grading effects were evaluated directly in different structures thanks to surface potential measurements and (indirectly) to partial discharges measurements. The proposed multilayer EIS exhibits some improvements regarding the stress grading but also some limits depending on the conductivity of the nanocomposite. Such an EIS will have to be dimensioned taking into account the rating voltage and could offer an interesting approach for the future design of the power modules.

Cette thèse a pour but d’étudier la structure à l’échelle nanométrique et micrométrique de matériaux d’intérêt pour la spintronique organique, en se focalisant notamment sur deux aspects cruciaux pour la qualité des dispositifs : les interfaces molécules/métaux et les couches organiques. Pour pouvoir confronter nos résultats aux prédictions théoriques, nous avons utilisé des monocristaux métalliques et effectué des dépôts de molécules sous ultravide, permettant la réalisation d’échantillons de grande qualité. Nous avons concentré notre étude sur deux systèmes, l’un à base de C60 et de Cobalt et l’autre à base de molécules à transition de spin et d’Or. Pour élucider la structure de nos échantillons, nous avons réalisé in situ des mesures de microscopie à effet tunnel et de diffusion des rayons X, deux techniques complémentaires permettant respectivement l’obtention d’informations locales et globales sur le système. Les résultats obtenus ont été comparés à des calculs ab initio réalisés sur ces mêmes systèmes. Concernant le dépôt de molécules de C60 sur un substrat Co(0001), nous avons notamment pu mettre en évidence que le recuit de l’échantillon entraîne une transition structurale de l’interface, avec la création de lacunes dans le substrat sous chaque molécule, formant ainsi un réseau périodique. La couche moléculaire non recuite exhibe en outre une grande cristallinité. Le dépôt de Cobalt sur ce cristal moléculaire entraîne une contraction de ce dernier, due à la diffusion des atomes de Cobalt dans les sites interstitiels. Enfin, concernant les molécules à transition de spin [FeII (HB (3,5-(CH3)2Pz)3)2] déposées sur Au(111), nous avons mis en évidence une relation d’épitaxie inattendue entre le réseau moléculaire et le substrat / The aim of this thesis is to study at micrometric scale and nanoscale the structure of materials of interest for organic spintronics, focusing in particular on two crucial aspects to obtain good devices quality: molecular/metal interfaces and organic layers. In order to compare our results with theoretical predictions, we have used metallic single crystals and molecular deposition under ultra-high vacuum, allowing the obtention of high quality samples. We focused our study on two systems, one based on C60 and Cobalt and the other based on spin crossover molecules and Gold.To elucidate the structure of our samples, we used scanning tunneling microscopy and X-ray scattering, two techniques that are complementary, one probing the local organization and the other the global otganization of the system. The results obtained were compared to ab initio calculations carried out on the same systems. Regarding the deposition of C60 molecules on a Co (0001) substrate, we have been able to demonstrate that the annealing of the sample leads to a structural transition of the interface, with the creation of Cobalt vacancies under each molecules, forming a periodic network. Before annealing, the molecular layer also exhibits high crystallinity. The Cobalt deposition on this molecular crystal causes a contraction of the lattice, due to Cobalt diffusion into interstitial sites. Finally, concerning the [FeII (HB (3,5- (CH3) 2Pz) 3) 2] spin-crossover complex deposited on Au (111), we have demonstrated an unexpected epitaxial relationship between the molecular lattice and the substrate

Cette thèse a exploré comment, en introduisant des interfaces nanostructurées dans des systèmes supramoléculaires pour l'électronique, il est possible de moduler, ajouter et étudier les propriétés des nano-objets. Sur ces applications de fonctionnalisation auto-assemblée des limites, le contrôle thermique sur les propriétés intrinsèques, la modulation lumineuse des structures chimiques et physiques ont été trouvés comme étant des techniques adaptées pour affecter le système supramoléculaire fonctionnalisé nano-structuré pour l'électronique organique. Des nanoparticules d'or ont été utilisées pour générer des interfaces qui ont été fonctionnalisés afin d'étudier l'effet de transport de charge dans un transistor à couche mince organique. Par conséquent, cette approche a été intensifiée en employant des molécules photochromiques et par le contrôle du piégeage de charge par irradiation de lumière. Le même principe a été utilisé pour moduler l'injection de charge dans les transistors à haute performances, par fonctionnalisation des électrodes appropriées avec des diaryléthènes. Enfin, une approche différente pour contrôler le dépôt de flocons de graphène sur surface diélectrique a été employée avec succès pour concevoir de nouveaux éléments de mémoire par ajustement de l'alignement des niveaux énergétiques du graphène après recuit thermique. / This thesis explored how, by introducing nanostructured interfaces in supramolecular system for electronics, is possible to modulate, tune, add and study properties arising from nano-objects. On these purposes self-assembled functionalization of boundaries, thermal control on intrinsic properties, light modulation of chemical and physical structures have been found as tailored techniques to affect nano-structured functionalized supramolecular system for organic electronics. Gold nanoparticles have been used to generate interfaces that have been functionalized in order to study charge transport effect in organic thin film transistor. Therefore this approach has been stepped up employing photochromic molecules and controlling charge trapping with light irradiation. The same principle has been used to modulate charge injection in high performance transistors, by functionalizing electrodes with appropriate diarylethenes. Finally, a different approach of controlling deposition of graphene flakes on dielectric surface has been successfully employed to design new memory elements by tuning energetic level alignment of graphene with thermal annealing.

Le développement de la microélectronique « ultime » requiert la fabrication de structures de type SOI (Silicon-On-Insulator) dotées d’une couche superficielle de Si d’épaisseur très fine (de l’ordre de 10 nm) et uniforme (<+/- 0,5 nm). Une des voies pour relever ce challenge serait d’intégrer, dans la technologie Smart CutTM, des substrats donneurs modifiés permettant de « forcer » l’hydrogène à précipiter, en cours de recuit, dans un plan parallèle à, et proche de, la surface. Dans ce travail, nous étudions les effets de l’implantation ionique d’ions hydrogène et d’un recuit thermique dans des structures de silicium contenant de fines couches « enterrées » de Si:B ou de SiGe. Nous avons tout d’abord identifié les conditions d’implantation et de recuit permettant l’obtention de cloques sur des surfaces libres et donc devant permettre de fracturer la couche en présence d’un raidisseur mécanique, ce que nous avons testé. La couche Si:B permet d’obtenir la fracture pour une dose d’hydrogène implanté plus faible et pour un budget thermique plus faible qu’avec une couche de SiGe. De plus, la rugosité de ces couches après transfert est nettement plus faible qu’obtenue avec le procédé de référence. Nous avons observé (par MET et SIMS) que l’hydrogène se piège dans la couche Si:B, et aux interfaces entre le SiGe et le Si, ce qui suggère que les mécanismes mis en jeu dans ce piégeage sont différents. Nous avons ensuite étudié la redistribution de l’hydrogène après implantation et recuit (par SIMS) ainsi que l’évolution des platelets (par MET) au cours d’un recuit isotherme dans la structure Si/Si:B/Si. En cours de recuit, les platelets formés en dehors de la couche Si:B se dissolvent au profit de ceux, plus grands, formés dans la couche dopée, qui finalement forment des microfissures. Cette croissance est à la base du transfert de l’hydrogène implanté vers la couche piégeante. Cette diffusion est néanmoins lente et tout l’hydrogène implanté n’est finalement pas « pompé » par cette couche piégeante. Un modèle numérique simple a permis de comprendre puis de reproduire qualitativement le phénomène de redistribution observé par SIMS. Ce travail a donc montré que les couches de Si:B sont très prometteuses pour la fabrication de SOI ultrafins. Ce procédé a été optimisé en milieu industriel et une rugosité du film transféré de 2 à 8 Å a été obtenue, ce qui est 10 fois plus faible que la rugosité obtenue avec le procédé Smart CutTM classique. / The development of the advanced microelectronics requires the manufacturing of SOI (Silicon-On-Insulator) wafers with a very thin top Si layer (around 10 nm) and drastic uniformity specification (<+/- 0,5 nm on 300 mm wafers). An interesting way to raise this challenge would be to integrate, in the Smart CutTM technology, modified donors substrates in order to “force” hydrogen to precipitate, during the annealing, in a plane parallel and close to the surface. In this work, we study the potential benefits of the incorporation of thin buried layers of boron doped silicon (Si:B) or SiGe alloy in the donor substrate. We show that Si:B is particularly interesting: fracture is obtained for a lower implanted hydrogen dose and for a lower thermal budget than when using a SiGe buried layer. Moreover, the layer roughness after transfer is obviously lower than that obtained with the reference process. We have shown, using TEM and SIMS, that the mechanisms leading to hydrogen trapping are different in these two types of buried layers. Then, we have studied the hydrogen redistribution after implantation and annealing (by SIMS) and the platelets evolution (by TEM) during isothermal annealing in the Si/Si:B/Si structure. During annealing, the platelets formed outside of the Si:B buried layer dissolved in favor of the ones, larger, formed in the doped layer, which grow and finally form microcracks. This growth results in the transfer of implanted hydrogen towards the trapping layer. Nevertheless, this diffusion is slow and all implanted hydrogen is not finally « pumped » by the trapping layer. A simple numerical model makes it possible to understand then to reproduce qualitatively the redistribution phenomenon observed by SIMS. This work shows that the incorporation of Si:B buried layer in the donor substrate is a very promising technique for the manufacturing of ultrathin SOI. This process was optimized in an industrial environment and transferred films with a post fracture roughness a decade lower compared to the reference process were obtained.

Les composés à base du plomb sont très utilisés dans l'industrie microélectronique en raison de leurs propriétés ferroélectriques et piézoélectriques. Cependant, en raison de la toxicité du plomb, la recherche est dirigée vers le développement des matériaux piézoélectriques « écologiques » (sans plomb). L’objectif de ce travail consiste donc à synthétiser par procédé sol-gel un matériau piézoélectrique écologique : le Bi0.5Na0.5TiO3 (BNT). Les films minces ont été déposés à l’aide d’une tournette sur des substrats de Pt/TiOx/SiO2/Si. Une étape de séchage sur plaque est appliquée à 100ºC après chaque dépôt. L’utilisation du procédé thermique rapide (RTP) permet la densification et la cristallisation de BNT. Ainsi une pyrolyse est appliquée après le séchage pour densifier le film ; la température a été fixée à 200ºC. Enfin un recuit à 700ºC a permis la cristallisation des films dans la structure pérovskite. Les résultats de caractérisations électriques macroscopiques ainsi que les caractérisations à l’échelle locale ont mis en évidence des performances diélectrique, ferroélectrique et piézoélectrique encourageantes. / Lead based materials are widely used in microelectronic industry due to their ferroelectric and piezoelectric properties. However, due to lead toxicity, it has recently desired to develop lead-free piezoelectric materials for environmental protection. The aim of this work is to synthesize a lead-free piezoelectric material by sol-gel method: Bi0.5Na0.5TiO3. BNT films were deposited by spin coating on Pt/TiOx/SiO2/Si substrate. The films were dried at 100ºC on a hot-plate after each layer deposition. Rapid thermal process (RTP) was used for the densification and crystallization of BNT films. Thus a pyrolysis step is applied to densify the dried film; the temperature was set at 200ºC. The film annealed at 700ºC is well crystallized in the perovskite phase. Macroscopic and local electrical characterizations showed promising dielectric, ferroelectric and piezoelectric properties.

Cette thèse porte sur l'élaboration de fonctions hyperfréquences accordables à base de couches minces ferroélectriques KTa1-xNbxO3 (KTN) développées à l'Unité Sciences Chimiques de Rennes 1.<br />Notre travail a débuté par la mise au point d'une méthode de caractérisation adaptée à des couches d'épaisseur très faible dans des conditions de mesure proches de celles de nos futurs dispositifs. L'analyse de couches minces KTN déposées sur des substrats différents a mis en évidence une forte influence du substrat sur les propriétés diélectriques hautes fréquences de KTN.<br />Par la suite, nous avons réalisé plusieurs séries de démonstrateurs (capacités interdigitées et résonateurs stub) afin de tester le potentiel des couches minces KTN pour l'accordabilité en hautes fréquences. De nombreux substrats et compositions KTN ont été étudiés afin d'identifier le couple présentant les performances les plus intéressantes. Les couches minces de KTa0,5Nb0,5O3 déposées sur saphir se sont avérées les plus prometteuses et ont été privilégiées pour la suite de nos travaux.<br />Puis, de nouveaux systèmes de mesure ont été mis en place pour permettre l'application de tensions de commande importantes. Plusieurs types de circuits ont alors été réalisés puis mesurés dont des capacités variables en transmission et en réflexion, des résonateurs de type coupe-bande et passe-bande, des déphaseurs et des filtres. Globalement, les performances obtenues démontrent le très fort potentiel des dispositifs utilisant des couches minces KTN en terme d'agilité. Par contre, les pertes d'insertion observées sont pour l'instant trop élevées. Les pistes actuellement explorées pour l'amélioration des performances de ces dispositifs, tant sur le plan de la réalisation des couches que de la conception des circuits, sont très prometteuses et laissent présager, à moyen terme, une intégration possible de ces dispositifs au sein de front-end multistandards.

Le comportement d'un empilement multicouche interférentiel soumis à une sollicitation extérieure, de type thermique ou mécanique, est devenu un point critique, au regard des exigences de stabilité de plus en plus sévères exprimées aujourd'hui sur les performances des empilements. Afin de prédire de manière rigoureuse et précise l'évolution de ces performances optiques sous sollicitation, quelle que soit la formule de l'empilement, il est nécessaire de connaître les variations de l'indice de réfraction n et de l'épaisseur e de chaque couche, de chaque matériau, de l'empilement. Cela implique la connaissance des paramètres permettant de décrire ces variations, à savoir le coefficient d'expansion thermique a, le coefficient de Poisson n, le coefficient de dépendance de l'indice de réfraction avec la température b, et enfin les coefficients élasto-optiques p11 et p12. Cependant, si l'effet global d'une sollicitation est mesurable sur un empilement complet, ces coefficients sont quasi inconnus au niveau d'une couche mince individuelle tant le même effet devient faible sur une couche de quelques centaines de nanomètres d'épaisseur. Pour mesurer ces paramètres à ce niveau élémentaire, nous présentons une méthode optique basée sur l'utilisation d'un interféromètre de Fabry-Perot comportant une couche du matériau à caractériser, soumis à un échelon de température. L'étude se scinde selon deux axes. Le premier, purement optique, s'intéresse particulièrement au principe de la mesure et à la stabilité de la méthode face aux erreurs et aux bruits de mesures. Le second, purement mécanique, montre comment s'affranchir des inévitables déformations mécaniques des lames de l'interféromètre soumis à la sollicitation thermique, ce qui est indispensable pour parvenir à la mesure des coefficients recherchés. La réunion de ces deux axes a permis de finaliser la méthode de mesure et de concevoir puis réaliser un banc expérimental ayant une résolution en longueur d'onde inférieure au picomètre, dédié à l'extraction de ces paramètres avec la précision requise. Nous en présentons les premiers résultats expérimentaux dédiés à montrer la faisabilité de la mesure.