Les problématiques liées à la technologie des semi-conducteurs sont principalement corrélées à la diminution des dimensions. Aujourd'hui, les défis majeurs de la technologie MOSFET concernent la formation de jonctions SourcelOrain (SIO) parfaitement abruptes au bord de la grille afin de minimiser les résistances parasites. Afin de surmonter ce problème, une solution consiste à remplacer les contacts ohmiques réalisés sur des jonctions dopées par de simples extensions métalliques. Adossé au projet Européen METAMOS (lST-016677), cette thèse s'est concentrée sur les propriétés en Haute Fréquence (HF) de l'architecture MOSFET à film fin SOI non dopée et à contacts S/D Schottky. A partir de simulations TCAD, le premier grand champ d'investigation s'est fixé sur la compréhension théorique détaillée et sur les potentialités en HF de l'architecture à S/D Schottky pure et/ou optimisée (grâce à une technique de ségrégation de dopants). II a été montré que moyennant une hauteur de barrière Schottky n'excédant par 0.1 eV, la fréquence de coupure fT pouvait rivaliser avec celle d'architectures conventionnelles. Le second grand champ d'investigation a été l'extraction des performances et l'analyse AC de SB MOSFETs fabriqués. Un premier résultat a concerné fT mesurée de 180 GHz pour une longueur de grille de 30-nm, l'une des meilleures rapportées dans la littérature pour un MOSFET de type p à canal non contraint. Un second résultat a concerné l'extraction de schéma équivalent petit signal quasi-statique (dispositif non optimisé) et non quasi statique (dispositif optimisé), prenant en compte de la problématique à S/D Schottky (résistance de contact dépendante de la polarisation). / Over the past 40 years, conventional MOSFETs have continuously improved their performance due to aggressive device scaling. To pursue CMOS evolution, many challenges must be solved, such as difficulties in shallow junction formation in order to decrease parasitic resistances. To alleviate these difficult problems, one solution is to replace the ohmic contacts realized on highly doped junctions by metallic extensions. ln the framework of the European Project METAMOS (lST -016677), this thesis concentrates on the High Frequency (HF) analogue properties of Source/Drain (S/D) Schottky Barrier (SB) SOI Thin Film undoped MOSFET transistor. With the help of TCAD simulations, the first major field of investigation has focused on a deep theoretical understanding and potentialities in HF of the pure S/D Schottky and/or optimized (through the implementation of Dopant Segregation technology). One key result concerning current gain cut off frequency (fT) reveals that a thin film structure with a SB Height less than 0.1 eV can keep RF advantage for the continuous gate length scaling. The second major field of investigation has concerned extraction of HF properties and analysis of fabricated SB MOSFETs by means of extraction of their HF properties. First, a key result is a 180 GHz fT on a 30-nm gate length unstrained p-type SB MOSFET that constitutes one of the best reported in literature for conventional fully depleted p-MOSFET channel. A second key resuIt concerns the extraction of a Quasi-Static (non optimized device) and Non Quasi-Static (optimized device) Small Signal Equivalent Circuit, taking into account S/D Schottky extensions (bias-dependency of contact resistances).

Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie silicium. / Si/SiGe:C heterojunction bipolar transistors integrated in BiCMOS technologies now reach cut-off frequencies fT and fmax larger than 200GHz. This allows them to address millimeter-wave applications up to 100GHz such as anti-collision automobile radars and optical and wireless communications. The purpose of this thesis is the development and the study of Si/SiGe:C HBTs for millimeter-wave BiCMOS technologies. After a reminder of the bipolar transistor theory, we show the methods of fabrication, characterization and modeling of high-speed devices. The architectures chosen by the main manufacturers of the semiconductor market are detailed and the obtained performances are compared. Then, we present the investigations driven for the development of the BiCMOS9MW technology from STMicroelectronics. A low-cost version of the high-speed HBT and a high-voltage device fully compatible with the technology are presented and the state-of-the-art results are shown. We also study the impact of the variations of the technological parameters and the design mIes on the main characteristics of devices. The last part of this work is dedicated to the development of new technological solutions in order to further improve the transition frequency fT of Si/SiGe:C HBTs. An optimization of the vertical profile has been realized thanks to the development of a new collector module using a selective epitaxy and to the reduction of the thermal budget during the devices fabrication. This last study leads to an improvement of the transition frequency fT above 400GHz at room temperature, this is the best performance obtained to date for a transistor in silicon technology.

Cette thèse traite principalement de l'optimisation exacte et rapide d'énergies utilisées pour résoudre des problèmes de traitement des images ou de vision par ordinateur. En fonction du type d'énergies considérées, différentes approches sont retenues. Le calcul de coupures minimales, vu comme technique d'optimisation, est la souche commune aux méthodes d'optimisation proposées dans ce manuscrit. Nous présentons tout d'abord un algorithme de minimisation exacte de la variation totale avec une attache aux données modélisée par une fonction convexe. L'idée de notre approche consiste à reformuler cette énergie avec des champs de Markov binaires associés à chaque ensemble de niveaux d'une image. Nous généralisons ensuite cette approche aux cas des énergies dites "nivellées". Une seconde généralisation, différente de la précédente, considère le cas où les termes de régularisation sont convexes. Nous présentons ensuite un algorithme original et rapide pour le cas des modèles dont les attaches aux données et les termes de régularisation sont des fonctions convexes. Le cas particulier de la variation totale avec une attache aux données de type $L^1$ est étudié en détail. Nous montrons en particulier que sa minimisation conduit à un filtre invariant par changement de contraste. Cette invariance est une propriété fondamentale des filtres morphologiques. Ce modèle est alors utilisé pour définir un filtre morphologique vectoriel auto-dual.

Le disjoncteur modulaire protège les installations électriques basse-tension contre les défauts de court-circuit. L’arc électrique, généré dans la chambre de coupure du disjoncteur lors de l’ouverture du circuit, est fractionné en plusieurs arcs dans un assemblage de multiples plaquettes métalliques, afin de limiter l’intensité du courant et d'isoler le défaut. Le travail exposé dans ce document se concentre sur la phase de limitation de l’intensité du courant de court-circuit. Une chambre d’arc modèle représente de façon simplifiée l’environnement de l’arc électrique durant cette phase. L'arc est amorcé par une impulsion haute-tension entre deux plaquettes métalliques fixes, l'onde de courant est transitoire et de forte intensité. La pertinence du montage expérimental est validée par la confrontation des phénomènes qu'il permet d'observer à ceux rencontrés dans le disjoncteur. Une attention particulière est portée à la tension d'arc, qui est une caractéristique déterminante pour la performance de la limitation. L’influence du matériau des électrodes est étudiée, en distinguant le substrat d’un éventuel revêtement. / The modular circuit breaker protects low-voltage lectrice installations against short-circuit faults. The electric arc generated in the arc chamber of the circuit breaker upon opening of the circuit is divided into several arcs in an assembly of multiple metallic plates, in order to limit the current and isolate the fault.The work set out in this paper focuses on the short-circuit current limitation phase. A model arc chamber represents in a simplified way the environment of the electric arc during this phase. The arc is initiated by a high-voltage pulse between two fixed metal plates, the current wave is transient and of high intensity.The relevance of the experimental setup is validated by comparison of the phenomena that it allows to observe with those encountered in the circuit breaker. Particular attention is paid to the arc voltage, which is a determining feature for the performance of the limitation. The influence of the material of the electrodes is studied, distinguishing the substrate from a possible coating.

Cette thèse a pour but l'analyse des performances d'une communication radio en présence d'évanouissements et d'effet de masque. Le masquage, du aux obstacles entre l'émetteur et le récepteur, fait varier la probabilité d'erreur moyenne ("Symbole Error Probability" SEP). L'étude de la probabilité de coupure symbole (SEO "Symbol error Outage") définie comme la probabilité que le SEP moyen excède une valeur seuil est donc plus pertinent. La difficulté de son étude réside dans le fait qu'une inversion du SEP moyen par rapport au SNR (Signal to Noise Ratio) est nécessaire. Par la méthode de Laplace nous donnons des approximations précises à tout SNR du SEP dans un canal de Nakagami-m et Rice dans le cas mono-antenne. Nous montrons ensuite que ces approximations sont inversibles par rapport au SNR et permettent d'exprimer analytiquement le SEO en fonction du SEP cible. Nous intégrons ensuite le codage canal et dérivons des expressions analytiques de la probabilité de coupure paquet pour un codage bloc puis un codage convolutif à entrée décidée. Nous étendons l'étude aux systèmes MIMO à codage bloc orthogonaux puis à multiplexage spatial où des formes exactes du SEO sont dérivées. Nous considérons le cas où des interférents sont présents. Nous dérivons une approximation précise et inversible de la probabilité d'erreur lorsque les signaux se propagent à travers un canal à évanouissements rapides de Rayleigh. Enfin parce que la prise en compte de l'interférence est un moyen avéré d'augmenter la capacité des réseaux, nous étudions les performances de la détection multiutilisateurs à maximum de vraisemblance (MUD-MLSE), dans un contexte WLAN à canaux recouvrant.

Le vieillissement de la population crée une augmentation des gens en perte d'autonomie et entraîne un accroissement des cas de chute qui ont des conséquences graves. En effet, au Canada, les chutes sont au deuxième rang des décès (25%) après les accidents de voiture, mais sont au premier rang des hospitalisations (58%), des visites à l'urgence (30%) et des incapacités permanentes (53%) pour les blessures non intentionnelles. Cela entraîne des coûts importants pour le système de santé canadien, soit 6.2 milliards de dollars en 2004. La solution réside donc dans la prévention des chutes, mais il n'existe pas de ligne directrice pour savoir à partir de quand il faudrait penser à améliorer l'habileté à rétablir l'équilibre. De plus, la direction dans laquelle la personne chute est importante, le côté augmentant le risque de fracture de la hanche de 3 à 5 fois. Malheureusement, aucune étude n'a examiné l'effet de l'âge et de la direction de la perte d'équilibre à la limite du possible dans la population âgée entre 33 et 61 ans. C'est pourquoi l'angle d'inclinaison maximal duquel 20 jeunes (25-44 ans), 16 mi-âgés (45-64 ans) et 16 âgés (65-85 ans) en santé ont pu tout de même rétablir leur équilibre avec un seul pas, après avoir été soudainement relâchés d'une inclinaison initiale vers l'avant, le côté et l'arrière a été déterminé. Les résultats ont démontré que les angles d'inclinaison maximum pour les jeunes étaient 23% plus grands que pour les mi-âgés et 48% plus grands que pour les âgés, tandis que les mi-âgés sont 33% plus grands que les âgés. Les angles d'inclinaison maximum pour l'avant étaient 23% plus grands que pour le côté et 22% plus grands que pour l'arrière. Ces déclins avec l'âge et la direction semblaient dûs à une diminution des capacités reliés à l'initiation, à l'exécution et à la géométrie de la réponse. Finalement, des régressions exponentielles ont démontré que les âges critiques où l'habileté à rétablir l'équilibre et éviter une chute diminue significativement étaient de 51.0, 60.6 et 69.9 ans pour l'avant, le côté et l'arrière respectivement. Donc, il a été démontré que l'âge affecte l'habileté à rétablir l'équilibre 10 ans plus tôt que le taux de chutes. Cela concorde avec les données provenant d'habiletés cliniques reconnues telles que l'équilibre debout unipodal et le trail making test A. Les études futures devraient donc non seulement inclure des adultes âgés de plus de 65 ans, mais aussi des adultes mi-âgés de moins de 65 ans. De plus, les âges critiques identifiés dans cette étude pourraient justifier un dépistage plus hâtif des adultes vieillissants afin de prévenir des chutes futures. Après l'acquisition des données, soit lors du traitement de signal, la détermination de la fréquence de coupure devient cruciale puisqu'elle peut distordre le signal, altérer les données et mener à de fausses conclusions. Malheureusement, la littérature sur le traitement de signal et les articles parus sur le sujet sont difficilement accessibles pour la plupart des biomécaniciens. Par conséquent, une procédure conviviale, visuelle et intuitive pour déterminer la fréquence de coupure de signaux biomécaniques est proposée. Cet algorithme utilise d'abord la densité spectrale de puissance et l'analyse résiduelle pour choisir une fréquence de coupure appropriée, puis évalue l'effet de ces fréquences de coupure sur un ensemble de données réelles, soit les données de l'expérience sur le rétablissement de l'équilibre présentée précédemment. Il est espéré que cette approche pratique améliore la compréhension du traitement de signal dans le domaine de la biomécanique et par conséquent, améliore les données présentées.

La sensibilité des structures composites à la présence d'endommagements importants en zones singulières (trou, pointe d'entaille.. impose d'évaluer leur tolérance aux dommages. Dans un premier temps, un dialogue essai-calcul pour des sollicitations uniaxiales de traction simple sur composite stratifiés lisses, troués (plusieurs diamètres) et entaillés est mis en place. En utilisant différentes méthodes de suivi expérimental insitu (corrélation d'images, thermographie infrarouge) et post-mortem (micro-tomographie aux rayons-X), les scénarios de ruptures sont identifiés et comparés à ceux déterminés par simulation numérique « Discrete Ply Model ». Le modèle numérique est démontré valide pour simuler les cas étudiés (traction uniaxiale). Les influences de plusieurs paramètres du modèle sont étudiées dont la taille de maille et la présence de fissures discrètes. Dans un second temps, une étude expérimentale des stratifiés entaillés soumis à des sollicitations combinées à l'échelle supérieure (détail structural) est menée à l'aide du montage VERTEX conçu spécifiquement pour ces travaux. La modélisation de ce type d'essai est amorcée sur une plaque en aluminium pour valider la méthodologie de transfert de conditions limites obtenues par corrélation d'images. Cette stratégie est ensuite appliquée à un des drapages composite étudiés pour modéliser plusieurs types de sollicitations pour valider le « Discrete Ply Model » sur des cas de charge supplémentaires. / Composite structures sensitivity to substantial damage around notches leads us to assess their damage tolerance. First, both experiments and numerical simulations are being performed on small coupons under uniaxial tension for different configurations (plain, open-hole With different diameters and U-notch specimens). Using different methods of in situ experimental monitoring (image correlation, infrared thermography) and post-mortem micro-tomography (X-ray), failure scenarios are identified and compared to those determined by numerical simulations. The "Discrete Ply Model" is then proven valid to simulate the cases studied (uniaxial tension). The influences of several parameters such as mesh size and the presence of discrete cracks are investigated. Second, an experimental study of notched laminates subjected to complex loadings (structural detail scale) is conducted With the VERTEX rig, designed specifically for this work. Then, simulating this ype of tests is initiated on an aluminum plate to validate the methodology of boundary conditions (obtained by image correlation) transfer. This strategy is then applied to a notched laminated composite to validate the "Discrete Ply Model" on additional loading cases.

Le but de cette thèse est d'explorer les opportunités de design au-delà des fréquences millimétriques en se rapprochant le plus possible de la bande THz en technologie CMOS. L’application spécifique est la détection hétérodyne pour l'imagerie THz. Sachant qu’on vise des fréquences autour de 280 GHz et on travaille avec la technologie CMOS 65 nm, les composant réalisés fonctionnent 80 GHz au-dessus de la fréquence de coupure fmax des transistors utilisés. En termes de réalisation on a développé deux oscillateurs à verrouillage par injection sous-harmonique fonctionnant autour de 280 GHz. La fréquence d’injection de chaque oscillateur est d’environ 47 GHz (1/6 de la fréquence de sortie). Afin de produire des oscillations au-delà de fmax, des techniques de génération harmonique ont été utilisées (push-push, triple-push, etc). Les oscillateurs génèrent des signaux de – 19 et – 14 dBm de puissance à 280 GHz. Chaque composant a été utilisé comme oscillateur local pour des récepteurs hétérodynes fonctionnant à la même fréquence. Ces récepteurs n’ont pas de LNA au début de la chaîne à cause des faibles fréquences de coure néanmoins ils utilisent des mélangeurs passifs afin de pouvoir multiplier des signaux au-delà des limites. Les deux récepteurs développés ont un gain de conversion de – 6 dB et ont des figures de bruit (NF) de 36 et 30 dB. La version la plus performante du récepteur (30 dB de NF) a été intégrée avec une antenne développée par le Labsticc afin de pouvoir réaliser des images Sub-THz avec la détection hétérodyne. / The main goal of this thesis is to explore design opportunities beyond the millimeter wave frequencies and to get as close as possible to the THz band using CMOS technologies. The main application is the heterodyne detection for THz imaging. The cut-off frequencies ft/fmax of the used process (65 nm CMOS) are 150/205 GHz, the chosen operation frequency of the developed systems is 280 GHz which means that the circuits developed during this thesis operate at least 80 GHz beyond their fmax cut-off frequency. Two 280 GHz sub-harmonic injection locked oscillators were developed, the injection frequency corresponds to one sixth of the ouput frequency. In order to generate oscillations beyond fmax, harmonic boost techniques are used such as the push-push and triple push techniques. The output power of the oscillators are - 19 and - 14 dBm at 280 GHz. Both components were used as local oscillators for two heterodyne receivers operating around the same frequency. In order to down-covert the Sub-THz signal, a passive resistive mixer is used; this kind of circuit allows mixing beyond the active transistor limits. Also there is no LNA at the begining of the Rx chain since the cut-off frequencies are very low and there will be no gain for amplification at 280 GHz. The conversion gain of both receivers is - 6 dB however the NF's are 36 dB and 30 dB. The best receiver (30 dB) is co-integrated with an antenna (developed by Labsticc) using the same process allowing heterodyne detection THz imaging.

Ce travail traite la problématique de la Modélisation 3D d'un environnement intérieur supposé inconnu par un robot mobile. Notre principale contribution concerne la construction d'un modèle géométrique dense représenté par une carte hétérogène qui combine des amers plans texturés, des lignes 3D et des points d'intérêt. Afin de réaliser cette tâche, nous devons fusionner des données géométriques et photométriques. Pour cela, nous avons d'abord amélioré la stéréovision dense, en proposant une approche qui transforme le problème de la mise en correspondance stéréoscopique en un problème de minimisation d'une fonction d'énergie globale. Le minimum de cette fonction est trouvé par une coupure minimale dans un graphe. Notre contribution réside dans la construction d'un graphe réduit qui a permis d'accélérer considérablement cette méthode globale de l'appariement stéréoscopique et d'obtenir de meilleurs résultats que les méthodes locales. Néanmoins, cette méthode reste non applicable en robotique mobile. Aussi, pour percevoir l'environnement, le robot est équipé d'un télémètre laser pivotant autour d'un axe horizontal et d'une caméra. Nous proposons une chaîne algorithmique permettant de construire de manière incrémentale une carte hétérogène, par l'algorithme de Cartographie et Localisation Simultanées basé sur le filtre de Kalman étendu (EKF-SLAM). Le placage de la texture sur les facettes planes rend le modèle plus réaliste pour un opérateur ; il a permis aussi de solidifier l'étape d'association de données, une étape essentielle pour garantir la cohérence de la carte. Les différents mécanismes développés sont illustrés et validés par des résultats expérimentaux.

A partir d'une demarche progressive, ce travail est une contribution a la modelisation<br />des arcs electriques dans les appareils de coupure basse tension : Ie disjoncteur. Ie contacteur,<br />1'interrupteur et Ie sectionneur. La modelisation 2D d'un arc libre dans 1'argon a permis de<br />valider Ie code de calcul et d'etudier 1'influence des parametres geometriques, physiques et<br />numeriques sur les grandeurs caracteristiques du plasma thermique. A partir de cette etude,<br />une modelisation 3D en regime stationnaire d'un arc de electrique dans Pair a 50 A est<br />realisee pour chaque dispositif de coupure. L'angle d'ouverture des contacts ainsi que la<br />presence des amenees de courant sont pris en consideration. Deux fbrmes particulieres sont<br />analysees : une forme en « U » dans Ie cas du disjoncteur et une forme en « S » dans Ie cas du<br />contacteur, de 1'interrupteur et du sectionneur. Les resultats mettent en exergue 1'influence<br />d'un champ magnetique externe sur Ie galbe, la forme de 1'arc electrique.