Le diamant est souvent défini comme le matériau ultime pour la réalisation de composants à semi-conducteurs pour des applications d'électronique de puissance. Bien que plusieurs interrupteurs de puissance en diamant soient parus à l'échelle mondiale, ils sont à l'heure actuelle à l'état de prototype et de preuve de concept. Il est donc nécessaire de comprendre leurs mécanismes de fonctionnement afin de pouvoir utiliser tout leur potentiel dans des convertisseurs de puissance. Dans cette thèse, l'analyse se focalise sur des diodes Schottky en diamant de structure pseudo-verticale. Des caractérisations statiques et en commutation des diodes Schottky ont tout d'abord été réalisées. Elles ont permis d'extraire les caractéristiques des composants et de les intégrer dans des convertisseurs de puissance afin d'analyser leur comportement en commutation. L'utilisation et la gestion des diodes dans des convertisseurs ont ensuite été étudiées. Ces études ont permis de proposer des modifications de la structure des diodes afin d'améliorer la performance de leur intégration dans des convertisseurs de puissance. Finalement l'analyse théorique des performances d'une diode Schottky en diamant dans un convertisseur est réalisée. La comparaison entre ces performances et celles d'une diode Schottky en SiC a permis de mettre en évidence les particularités des composants en diamant ainsi que les bénéfices qu'ils peuvent apporter à l'électronique de puissance. / Diamond is considered as the ultimate semiconductor for power electronics applications. Even if diamond semiconductor devices have been realized worldwide, it is still prototype or proof of concept devices. It is then necessary to understand how do they operate to use their entire benefits in power converters. In this thesis, we focused the analysis on pseudo-vertical diamond Schottky diodes. Firstly, static and switching characterizations have been realized. They allow us to extract devices characteristics in the way to integrate them in power converters to analyze their switching abilities. Management of diodes in power converters is then studied. These studies allow us to propose device structure modifications in the way to improve diodes performances and their integration in power converters. Finally, a theoretical analysis on a diamond Schottky diode performances in a power converter is realized. It has been compared to the performances of a SiC Schottky diode. It highlights the particularities of diamond devices and the benefits they might bring to power electronics applications.

Cette thèse porte sur la réalisation de composants photoniques à base de fils de nitrures III-V. Les fils de GaN non-catalysés ont été élaborés de manière auto-assemblée par épitaxie en phase vapeur aux organométalliques (MOVPE) sur saphir. Un des axes de ce travail a porté sur la croissance organisée de ces fils à travers un réseau d’ouvertures défini par lithographie et gravure d’une couche de SiNx. Nous avons étudié en particulier l’influence des paramètres de croissance (température, pression, ratio V/III) et du motif sur l’homogénéité de la croissance sélective. Ces fils ont servi de substrat pour la croissance d’hétérostructures radiales cœur-coquille InGaN/GaN.D’autre part, la croissance, la fabrication et les propriétés physiques de trois types de composant ont pu être étudiées :-Des cellules solaires à fils uniques. Nous avons comparé l’efficacité de conversion de deux types d’hétérostructures : des coquilles épaisses d’In0.1Ga0.9N et des coquilles à 15 et 30 puits quantiques In0.18Ga0.82N/GaN. Après optimisation du contact électrique sur la coquille p-GaN, un rendement maximal de 0,33 % a été obtenu avec des fils à 30 puits quantiques sous éclairement équivalent à 1 soleil (AM1.5G). Le seuil d’absorption mesuré par spectroscopie de photocourant varie entre 400 et 440 nm.- Une plateforme émetteur-détecteur. Le système, qui fonctionne à 400 nm, comprend deux fils de GaN à hétérostructure radiale InGaN/GaN positionnés sur le même substrat et couplés par un guide d’onde en SiNx. La caractérisation électrique du dispositif a mis en évidence une durée de commutation inférieure à 0,25 s sans photocourant persistant.- Des diodes électroluminescentes (LED) flexibles. Ces diodes qui émettant dans le visible (400-470 nm) ont été réalisées en se basant sur une approche hybride organique/inorganique. Les fils émetteurs à puits quantiques InGaN/GaN sont encapsulés dans une matrice organique de PDMS puis détachés de leur substrat de croissance. Les contacts sont réalisés à partir de nanofils d’argent qui présentent l’avantage d’être à la fois flexibles, transparents et conducteurs. A partir de ce procédé, une LED bicolore flexible a été réalisée en combinant des émetteurs bleus et « verts ». / This thesis reports on the realization of photonic devices based on nitride wires. Self-assembled GaN wires were grown without catalyst by metal-organic vapor phase epitaxy (MOCVD) on sapphire substrates. Part of this work focused on the selective area growth of GaN wires through a dielectric SiNx mask with regular arrays of holes defined by lithography and dry etching. We studied the influence of the growth conditions (temperature, pressure, V/III ratio) and pattern geometry on the homogeneity of the selective area growth. These wires were used as templates for the growth of core-shell InGaN/GaN heterostructures. In addition, the growth, microfabrication process and properties of three types of devices were studied:- Single wire solar cells. We compared the efficiency of two type of heterostructures: shells composed of thick In0.1Ga0.9N layers and In0.18Ga0.82N/GaN quantum wells. After optimization of the electrical contact on the p-GaN shell, a maximal conversion efficiency of 0,33 % was obtained on single GaN wires with a shell of 30 quantum wells under 1 sun illumination (AM1.5G). Photocurrent spectroscopy revealed that the wire absorption edge varied between 400 and 440 nm.- An integrated photonic platform. The system, that operates around 400 nm, is composed of two GaN wires with radial InGaN/GaN heterostructures positioned on the same substrate and coupled with a SiNx waveguide. The electrical characterization of the platform revealed a switching speed inferior to 0.25 s without persistent photocurrent.- Flexible light emitting diodes (LED). The LED fabrication is based on a dual approach which associates inorganic InGaN/GaN emitters (400-470 nm) and a polymer. The wires are encapsulated in a PDMS matrix before being detached from their native substrate. Electrical contacts are made with silver nanowires which are flexible, highly conductive and transparent in the visible range. Based on this procedure a two-color LED was realized by stacking a blue and a “green” LED.

IntroductionLes cicatrices chéloïdes (CC) sont des pathologies de la cicatrisation cutanée entraînant des gênes fonctionnelles et esthétiques souvent invalidantes. Elles sont liées à un excès de fabrication et une désorganisation du collagène lié en parti à un dérèglement du TGFβ. Les lasers thermiques permettent d'améliorer la cicatrisation par le biais d'une modification de la réponse inflammatoire. En effet, une élévation de la température entre 45 et 53°C entraine une hyperexpression des HSP 70, responsables d’une modification de l’expression du TGFβ. Le laser diode 810nm a déjà prouvé son efficacité mais il est contre indiqué chez les sujets de phototypes foncés qui sont les plus à risque de développer des CC. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'effet d’un laser thermique sur les cicatrices chéloïdes chez l’animal et dans le cadre d’une étude clinique.Détermination des paramètres su laserDes études sur des explants de peau, puis sur des sujets volontaires sains ont permis de montrer que la longueur d’onde 1210 nm était la plus adaptée dans cette indication car elle est peu absorbée par la mélanine. Le choix des paramètres du laser ont également été déterminés afin d’obtenir une élévation contrôlée de la température cutanée. En théorie, un tir de laser diode 1210 nm, 5.1W/cm² pendant 10 secondes permet d’élever la température jusqu’à 53°C.Mise au point d’un modèle animal de CCIl n’existe pas de modèle animal de CC permettant d’étudier l’effet d’un laser. Nous avons donc mis au point un modèle pour le besoin de l’étude. Des fragments de CC humaines comprenant le derme et l’épiderme ont été greffés chez 40 souris nudes. Une évaluation clinique et histologique a permis de confirmer la bonne intégration du greffon et la persistance de son caractère chéloïde pendant 4 mois.Etude du laser diode 1210nm chez un modèle animal de CCUne étude du laser 1210 nm a été réalisée sur notre modèle animal. Il a été réalisé des tirs de laser directement sur les greffons et des évaluations cliniques et histologiques ont permis de montrer l’absence d’effet indésirable. La mesure de la température cutanée au moment du tir de laser était de 45°C en moyenne.Etude du laser diode 1210nm après excision intra chéloïdienne : étude cliniqueParallèlement à l’étude animale, il a été réalisé une étude pilote visant à évaluer la faisabilité et la sécurité d’un protocole de traitement des cicatrices chéloïdes utilisant le laser diode 1210nm. Il était réalisé une excision intra cicatricielle, puis la suture était irradiée par le laser 1210nm pendant environs 10 secondes. 20 patients ont été inclus dans l’étude. L’objectif de suivi était de 2 ans, mais l’étude est toujours en cours. Jusqu’à présent, il n’a été noté aucun effet délétère du laser. 8 patients ont bénéficié d’injections de corticoïdes en raison de récidive de la chéloïde à 6 mois.ConclusionCe travail à permis de mettre au point un modèle animal original de cicatrice chéloïde permettant pour la première fois l’étude des lasers in vivo. L’utilisation du laser 1210nm, 5.1W/cm2, pendant 10 secondes à entrainé une élévation de la température cutanée jusqu’à 45°C en moyenne sans aucun effet délétère sur la CC chez la souris. L’utilisation du laser thermique diode 1210 nm après une résection intra chéloïdienne n’a montré aucun signe de toxicité chez l’homme. La température cutanée était de 48°C en moyenne à la fin du tir. Une étude à plus grande échelle reste encore à réaliser afin de démontrer une efficacité de ce traitement prometteur. / Introduction Keloid scars (KS) are pathologies of skin healing causing often functional and aesthetic disturbances. They are linked to excess production and disorganization of collagen mostly due to TGF bêta; overproduction. The thermal lasers can improve healing through a modification of the inflammatory response. Indeed, a rise of temperature between 45 and 53 ° C leads to an overexpression of HSP 70, which causes a change in the expression of TGF bêta;. The 810nm laser diode has already proven to be effective but its wavelength cannot used on dark phototypes who are prone to developing KS.The objective of this study was to evaluate the effect of a thermal laser on keloids in animal and in the context of a clinical study.Determination of laser parameters Studies on skin explants, and on healthy volunteers have shown that 1210 nm was the most suitable wavelength for this indication because it is poorly absorbed by melanin. The laser parameters were also carefully determined in order to control the skin temperature elevation. For a 1210 nm laser diode, an irradiance of 5.1W/cm² for 10 seconds leads to a maximum temperature of 53 ° C.Development of a KS animal model. Since, there was no KS animal model of DC , an innovative one was developed for this specific study. Fragments of human KS including the dermis and epidermis were transplanted in 40 nude mice. A clinical and histological evaluation confirmed the successful integration of the graft. At 4 months, it was proven that the KS remained unchanged. Study of the 1210nm diode laser in an KS animal modelThe 1210 nm laser was evaluated on our KS animal model. Laser irradiation was performed on the grafts. Clinical and histological evaluations have shown no adverse reactions. A 45 ° C mean temperature was recorded during laser irradiation .Study of l the 1210nm diode laser after intrakeloid excision. Parallel to the animal study, a pilot study was performed to assess the feasibility and safety of a 1210nm diode laser irradiation. An intrakeloid excision was achieved; the suture was then irradiated for about 10 seconds. 20 patients were included in the study. The study is still ongoing. A 2-year follow up is scheduled. So far, it was noted that no harmful effects of the laser. 8 patients received injections of corticosteroids due to of keloid recurrence at six months.conclusionAn original KS animal model was developed for the first time to study of the in vivo effects of laser irradiation. It was demonstrated that a 1210nm diode laser (5.1W/cm², for 10 seconds) led to a 45°C skin temperature without any deleterious effect. The 1210 nm diode laser after intrakeloid excision showed no signs of toxicity in humans. In humans, the maximum temperature was 48 ° C +/- 3°C . A long term follow-up on a large series of patients is still necessary to confirm the effectiveness of this promising treatment.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans la thématique de la récupération d'énergie hyperfréquence, appliquée à la réalisation d'un circuit électronique imprimé sur papier permettant l'alimentation d'afficheurs électrochrome, ceci dans le cadre de la lutte contre la fraude. Cette étude porte plus particulièrement sur la conception, l'optimisation et la réalisation de rectennas (rectifying antennas) imprimées sur support cellulosique et réalisées avec des méthodes d'impression industrielles.La caractérisation des matériaux diélectriques (support papier) et conducteurs a été développée. L'association de la technique des lignes de transmission et de la cavité résonante a permis la caractérisation d'un substrat souple et non cuivré sur une bande de 500 MHz à 3 GHz. Le papier présente des pertes diélectriques contraignantes pour la conception de circuits en hautes fréquences. Un choix judicieux du substrat et une conception optimisée du circuit ont permis de réaliser des circuits de conversion d'énergie sur papier à l'état de l'art international.Deux rectennas compactes ont été développée, en technologie micro-ruban, optimisées et imprimées avec la méthode flexographie utilisant une unique couche d'encre conductrice. Elle fonctionne à 2.45 GHz et elles ne contiennent pas de vias de retour à la masse ni de filtre côté HF, ni de filtre côté DC. La première a été imprimée sur papier carton ondulé. Les tensions de sortie aux bornes de l'afficheur atteignent les 0.5 V pour des niveaux de puissance à l'entrée de la rectenna de l'ordre de -10 dBm. La deuxième rectenna a été imprimée sur support plastique flexible ayant 100 µm d'épaisseur afin de réaliser des rectennas 3D. Une tension DC de 1 V a été mesurée aux bornes de l'afficheur lorsqu'on approche un Smartphone fonctionnant en mode Wi-Fi. Les rectennas réalisées sont adaptées à la fois pour le champ proche et lointain. / The work presented in this thesis is part of microwave energy harvesting theme, applied to supply electrochromic displays for anti-counterfeiting applications. This study focuses on the design, optimization and implementation of rectennas (rectifying antennas) printed on cellulosic substrates with industrial printing techniques.Characterization of dielectric materials (paper) and conductors has been developed. The combination between the transmission line technique and the resonant cavity allowed the characterization of a flexible and copper free substrate over a wideband (500 MHz to 3 GHz). Dielectric losses of paper are too high to perform HF circuits. A wise choice of the substrate and of the optimization technique for circuit design enables performant rectennas.Two compact rectennas were developed in microstrip technology at 2.45 GHz, optimized and printed with flexography method using a single layer of conductive ink. The rectennas do not contain vias or HF side filter or DC side filter. The first rectenna was printed on corrugated paper. The output DC voltage across the display reaches 0.5 V for a power level at the input of the rectenna of -10 dBm. The second rectenna is a 3D rectenna, printed on flexible 100 µm thick plastic substrate. A DC voltage of 1 V was measured across the display when getting near a Smartphone on Wi-Fi mode. The rectennas are suitable for both near field and far field.

Les diodes organiques électroluminescentes (OLEDs) représentent une évolution de la technologie des diodes électroluminescentes (LED) dans lesquelles l'émission de couleur provient de molécules organiques. Ce travail porte sur la synthèse et l'étude de nouvelles molécules dans le but de leur utilisation (i) comme couche active dans les OLED fluorescentes ou (ii) comme matériau hôte dans les OLEDs phosphorescentes (PhOLEDs). Tout d'abord, une introduction à ce domaine important de l'électronique organique est présentée et suivie de la synthèse de nouveaux semi-conducteurs organiques dérivés d'oligophénylènes d'architecture 3π-2spiro ou 2π-1spiro. L'analyse détaillée de leurs propriétés physico-chimiques est ensuite présentée. Les performances des OLEDs et/ou PhOLEDs bleues utilisant ces nouvelles matrices sont alors décrites et montrent l'intérêt des designs choisis pour les molécules. / Organic light emitting diodes (OLEDs) represent an evolution of the light emitting diode (LED) technology in which light is emitted from an organic molecule. This work is focused on the synthesis and the study of new molecules, which will be used (i) as emissive layer in fluorescent OLEDs, or (ii) as host material in phosphorescent OLED (PhOLED). First of all an introduction of the important field of organic electronics is presented, followed by the presentation of the synthesis of new organic semi-conductors (3π-2spiro or 2π-1spiro hydrocarbons). A detailed analysis of their properties was performed and after incorporation in the devices, the performances of blue OLEDs and PhOLEDs are compared. The performances recorded attests that this molecular design is of great interest.

The mm-wave frequency range is being increasingly researched to close the gap between 100 to 1000 GHz, the least explored region of the electromagnetic spectrum, often termed as the 'THz Gap'. The ever increasing demand for compact, portable and reliable THz (Terahertz) devices and the huge market potential for THz system have led to an enormous amount of research and development in the area for a number of years. The Gunn Diode is expected to play a significant role in the development of low cost solid state oscillators which will form an essential part of these THz systems.Gunn and mixer diodes will 'power' future THz systems. The THz frequencies generation methodology is based on a two-stage module. The initial frequency source is provided by a high frequency Gunn diode and is the main focus of this work. The output from this diode is then coupled into a multiplier module. The multiplier provides higher frequencies by the generation of harmonics of the input signal by means of a non-linear element, such as Schottky diode Varactor. A realistic Schottky diode model developed in SILVACOTM is presented in this work.This thesis describes the work done to develop predictive models for Gunn Diode devices using SILVACOTM. These physically-based simulations provide the opportunity to increase understanding of the effects of changes to the device's physical structure, theoretical concepts and its general operation. Thorough understanding of device physics was achieved to develop a reliable Gunn diode model. The model development included device physical structure building, material properties specification, physical models definition and using appropriate biasing conditions.The initial goal of the work was to develop a 2D model for a Gunn diode commercially manufactured by e2v Technologies Plc. for use in second harmonic mode 77GHz Intelligent Adaptive Cruise Control (ACC) systems for automobiles. This particular device was chosen as its operation is well understood and a wealth of data is available for validation of the developed physical model. The comparisons of modelled device results with measured results of a manufactured device are discussed in detail. Both the modelled and measured devices yielded similar I-V characteristics and so validated the choice of the physical models selected for the simulations. During the course of this research 2D, 3D rectangular, 3D cylindrical and cylindrical modelled device structures were developed and compared to measured results.The injector doping spike concentration was varied to study its influence on the electric field in the transit region, and was compared with published and measured data.Simulated DC characteristics were also compared with measured results for higher frequency devices. The devices mostly correspond to material previously grown for experimental studies in the development of D-band GaAs Gunn devices. Ambient temperature variations were also included in both simulated and measured data.Transient solutions were used to obtain a time dependent response such as determining the device oscillating frequency under biased condition. These solutions provided modelled device time-domain responses. The time-domain simulations of higher frequency devices which were developed used modelling measured approach are discussed. The studied devices include 77GHz (2nd harmonic), 125 GHz (2nd harmonic) and 100 GHz fundamental devices.During the course of this research, twelve research papers were disseminated. The results obtained have proved that the modelling techniques used, have provided predictive models for novel Transferred Electron Devices (TEDs) operating above 100GHz.

京都大学 / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第19722号 / 工博第4177号 / 新制||工||1644(附属図書館) / 32758 / 京都大学大学院工学研究科電子工学専攻 / (主査)教授 木本 恒暢, 教授 髙岡 義寛, 教授 山田 啓文 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy (Engineering) / Kyoto University / DFAM

The purpose of this project was to design, construct, and evaluate an alpha spectrometer based on an inexpensive p-i-n photodiode as a radiation detector. The BPX-61 p-i-n photodiode was selected and calculated to have a 93 µm wide sensitive volume at 25 V reverse bias. Electronics consisting of a charge-sensitive preamplifier, a pole-zero canceling CR-(RC)4 pulse shaping amplifier, and an adjustable detector bias voltage supply were devised and assembled. Several alpha spectra were recorded from different alpha radiation sources to determine the performance of the alpha spectrometer. The results show that the alpha spectrometer could successfully and accurately measure alpha spectra, which could then be used to identify radioactive materials present in the sources. An FWHM resolution of about 230 keV was measured for 5.486 MeV alpha particles from Am-241. This resolution is inferior to most alpha spectrometers that measure under vacuum. However, because the device does not require a vacuum pump and uses USB for power and data acquisition, it is a convenient and compact option for field measurements. The low cost and reasonable performance of commercial p-i-n photodiodes as radiation detectors could be appealing for future alpha spectroscopy applications.

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Nous présentons dans ce document, notre étude de la conception et la réalisation de VMOS et de diodes Schottky et JBS en carbure de silicium. Ce travail nous a permis d'optimiser et de fabriquer des diodes utilisant une barrière Schottky en Tungsten de différentes tenues en tension entre 1,2kV et 9kV. De plus, notre étude du VMOS nous a permis d'identifier la totalité des problèmes auxquels nous faisons face. Ainsi, nous avons pu améliorer ces composants tout en essayant de nouveaux designs tels que le VIEMOS et l'intégration monolithique de capteurs de temperature et de courant. / In this document, we present ou study about the conception and realization of VMOS and Schottky and JBS Diodes on Silicon Carbide. This work allowed us optimize and fabricate diodes using Tungsten as Schottky barrier on both Schottky and JBS diodes of different blocking capability between 1.2kV and 9kV. Moreover, our study of the VMOS, by considering the overall fabrication process, has permitted to identify the totality of the problems we are facing. Thusly we could ameliorate the devices and try new designs as the VIEMOS or the monolithic integration of temperature and current sensors.