Le verre est un matériau prometteur qu'on retrouve dans de nombreuses applications en photonique et en optoélectronique. Au cours de la dernière décennie, un intérêt croissant a été porté sur ce matériau pour la fabrication de micro système électro-mécanique. Les méthodes conventionnelles de micro-usinage de verre sont trop lents, et l'ablation laser conduit à des fissures et une rugosité élevée. Dans ce contexte, le verre photosensible, tels que le Foturan(TM), offrent des avantages notables dans la fabrication de microstructures à deux ou trois dimensions. Pour aborder le problème de fabrication rapide de ces microstructures à faible rugosité, nous avons entrepris une étude de micro-usinage de Foturan(TM) avec un laser excimère ARF ([lambda] = 193 nm ). À notre connaissance, c'est la plus courte longueur d'onde laser jamais utilisée pour l'irradiation du Foturan(TM). Cette technique de micro-usinage se compose de trois grandes étapes: (1) Irradiation laser. (2) traitement thermique et, (3) gravure humide pour éliminer le volume de zones irradiés et recuit. En raison de la forte absorption optique à 193 nm, on s'attendait à ce qu'un meilleur contrôle pourrait être réalisé de l'usinage de la surface par rapport aux résultats précédemment obtenus avec des lasers excimère à 266 et 355 nm, ou avec des lasers femtoseconde. De plus, l'utilisation d'une technique de projection de masques permet l'irradiation de gaufres de dimension relativement importante. Nous avons démontré que la technique permet la fabrication de cratères avec une profondeur maximale ne dépassant pas 35 [micromètres]. Des cratères plus profond, jusqu'à 120 [micromètres], ont été fabriqués à la suite d'une série d'irradiation-recuit-gravure. mous avons fabriqué une série de structures complexes en 3D en utilisant la technique de projection de masques et le balayage du laser. La rugosité de surface des microstructures qui ont été fabriqués sont de l'ordre de 100 nm. Ce qui pourrait être réduits à moins de 10nm par la mise en oeuvre d'un post-traitement de recuit. Les résultats de cette étude ont indiqué clairement la faisabilité de l'utilisation du laser excimère à 193 nm combiné à la projection de masques pour la fabrication rapide de microstructures en verre photosensible en 3 D . Le méthode proposée devrait trouver des applications dans le domaine de la fabrication, par exemple, des dispositifs microfluidiques, ou des composantes spécialisés d'optoélectroniques.

L'intégration de composants discrets sur un système unique, tel une puce électronique, augmente les performances totales du système, fait apparaitre de nouvelles fonctionnalités et diminue les coûts associés à la fabrication des dispositifs. Ces améliorations, appliquées au secteur de la microélectronique, sont grandement responsables des avancements importants qu'ont connus les technologies de l'information et des communications au cours des dernières années. Puisque la fabrication de circuits photoniques intégrés nécessite l'intégration de structures ayant des bandes interdites différentes à partir d'une même puce semiconductrice, leur niveau d'intégration est bien inférieur que celui atteint pour un microprocesseur standard. Parmi les techniques ayant le potentiel de fabriquer des circuits photoniques intégrés monolithiquement, l'interdiffusion de puits quantique post-expitaxial contrôlée spatialement augmente la bande interdite d'une hétérostructure semiconductrice à l'intérieur de régions définies. Le processus d'interdiffusion, activé thermiquement, est accéléré par la diffusion d'impuretés et de défauts ponctuels tels que les lacunes et les interstitiels. L'hypothèse de départ de mes travaux de doctorat suppose que la radiation laser ultra-violette module la diffusion et la génération de défauts ponctuels dans les hétérostructures reposant sur les technologies à base de GaAs et d'InP et, conséquemment, contrôle spatialement l'interdiffusion de puits quantiques. Nous avons démontré que lorsque appliquée sur des hétérostructures à base de GaAs, l'irradiation laser excimère l'interdiffusion en favorisant la croissance d'un stresseur de surface qui empêche la diffusion des défauts ponctuels vers les puits quantiques. Nous avons souligné l'influence de la vapeur d'eau physisorbée sur la croissance du stresseur et avons déterminé la résolution spatiale de la technique. Dans les hétérostructures basées sur les technologies InP, même sous le seuil d'ablation, l'absorption des impulsions laser UV favorise la désorption des atomes de surface ce qui génère des défauts ponctuels en concentration excédentaire. Lors d'un recuit thermique, ces défauts ponctuels augmentent la vitesse de l'interdiffusion sous les régions irradiées.

Ce travail s'inscrit dans une démarche d'ingénierie moléculaire impliquant l'utilisation de sondes fluorescentes, avec un double objectif de détection de cations lourds polluants pour l'environnement et d'étude de surfaces d'alumines.<br />Dans une première partie, la conception de sondes mettant à profit une modification des processus photoinduits lors de la complexation du cation doit répondre aux critères de sensibilité et de sélectivité requis. Une série de calixarènes substitués par des groupes dansylamides fluorescents a été synthétisée. L'un d'entre eux présente une sélectivité exceptionnelle pour le plomb. Un composé analogue a ensuite été greffé sur silice afin d'obtenir un matériau fonctionnalisé pour la détection du mercure dans l'eau. Une seconde classe de calixarènes possédant plusieurs fluorophores à transfert de charge de type phénylacétylène est prometteuse pour la détection sensible du plomb.<br />Une seconde partie a pour objet l'étude de la répartition des groupes hydroxyles à la surface d'alumines (gamma et delta) utilisées en catalyse. Une sonde fluorescente à base de pyrène a été synthétisée et greffée à la surface. La capacité du pyrène à former des excimères a été mise à profit afin de détecter les sondes spatialement proches les unes des autres, ce qui a permis de proposer un modèle de distribution des groupes hydroxyles. Ce modèle fait apparaître différentes zones dont les proportions et densités sont différentes selon les deux types d'alumines étudiés.

Les objectifs de cette étude sont la caractérisation des effets d'une irradiation par laser excimère sous le seuil d'ablation d'un film de PET (XPS, angle de contact, MEB), et ses conséquences sur les propriétés d'adhérence (pelage) vis à vis d'un revêtement d'aluminium déposé par évaporation sous vide. Ces effets sont comparés à ceux obtenus par un traitement plasma hors équilibre basse fréquence dans un mélange He-5%O2. Il apparaît que le greffage de fonctions polaires oxygénées généré dans les deux procédés, qui renforce l'adhésion chimique entre l'aluminium et le PET, a un effet positif sur l'adhérence Al-PET après le traitement plasma. Dans le cas de l'irradiation laser, au contraire, il s'accompagne d'une fragmentation de la surface, néfaste à l'adhérence. Les conditions laser qui induisent une adhérence comparable à celle obtenue par plasma requièrent un faible nombre d'impulsions à une fluence suffisante, qui entraîne un décapage et/ou des modifications d'ordre structural.

La réalisation de jonctions ultra-minces et fortement dopées est un enjeu majeur pour poursuivre la miniaturisation des dispositifs microélectroniques. En effet, la réduction de taille du transistor MOS, composant de base de la microélectronique silicium, exige des conditions drastiques notamment sur les caractéristiques dimensionnelles et électriques des zones dopées constituant la source et le drain du transistor. Les technologies utilisées actuellement pour la réalisation de ces couches dopées seront, à court terme, incapables de tenir les spécifications imposées par l'évolution prévue pour les dix années à venir. Au cours de ce travail de thèse nous avons étudié des procédés de dopage par laser, susceptibles de répondre à ces exigences, primordiales pour le bon fonctionnement du MOS. Nous avons disposé pour étudier les procédés de recuit et de dopage, de deux montages expérimentaux qui utilisent deux lasers impulsionnels ayant des caractéristiques temporelles très différentes: un laser industriel VEL 15 XeCl (15J, 200ns) développé et mis à disposition par la société SOPRA dans ses locaux, et un laser, plus conventionnel, Lambda Physik XeCl (200mJ, 20ns), installé à l'IEF. Après avoir présenter les différentes techniques utilisées ou susceptibles d'être utilisées pour la réalisation de jonctions dopées, les dispositifs optiques expérimentaux utilisés dans ce travail ont été décrit en détail, ainsi que les différents phénomènes mis enjeu lors de l'irradiation laser. Des modélisations thermiques ont permis de mieux comprendre les paramètres clés du recuit laser et se sont avéré en bon accord avec de nombreuses caractérisations réalisées. Puis l'intégration du procédé laser aux autres technologies de fabrication du MOSFET a été étudiée et testée. Cette étude a permis d'obtenir des transistors fonctionnels démontrant la possibilité de l'utilisation de techniques laser pour la réalisation de jonctions ultra fines dans la chaîne de fabrication des transistors CMOS.

La couche mince d'Oxyde Transparent Conducteur (OTC) utilisée en tant qu'électrode avant pour les cellules photovoltaïques silicium microcristallin est un matériau déterminant pour l'amélioration de leur rendement. Un OTC prometteur est l'oxyde de zinc dopé aluminium ZnO:Al déposé par pulvérisation cathodique magnétron RF. Une première partie du travail de thèse est dédiée à l'étude de l'influence des conditions de dépôt sur la microstructure, les mécanismes de croissance et les propriétés optoélectroniques du ZnO:Al. Nous avons ainsi obtenu un optimum en termes de transparence maximale dans le domaine visible et de résistivité minimale pour un dépôt réalisé à une pression de 0.12 Pa pour une température de 325 °C. Une seconde partie du travail de thèse porte sur l'effet de traitements après-dépôt, recuit thermique ou laser excimère, sur les propriétés du ZnO:Al déposé à température ambiante. L'influence de différentes atmosphères (sous-vide, N2/H2, et pur N2) et températures de recuit (de 400 à 500 °C) a été étudié. L'étape de recuit thermique a permis une amélioration notable des propriétés optoélectroniques de la couche ZnO:Al, jusqu'à une résistivité de 3.5×10-4 Ohm.cm pour une transmittance entre 400 et 1000 nm de 81.2%. L'étape de recuit laser, quant à elle, influe notamment les propriétés morphologiques du matériau. L'étape finale de ce travail de thèse est basée sur l'étude de la texturation chimique, étape ayant pour but la formation d'une morphologie de surface optimale, c'est-à-dire permettant le piégeage optique dans les couches actives silicium microcristallin et ce, sans altérer les qualités électriques de la couche. L'intégration de ces couches minces ZnO:Al en tant qu'électrode avant dans des cellules photovoltaïques PIN à base de silicium microcristallin à été et étudié en détail.

La couche mince d'Oxyde Transparent Conducteur (OTC) utilisée en tant qu'électrode avant pour les cellules photovoltaïques silicium microcristallin est un matériau déterminant pour l'amélioration de leur rendement. Un OTC prometteur est l'oxyde de zinc dopé aluminium ZnO:Al déposé par pulvérisation cathodique magnétron RF. Une première partie du travail de thèse est dédiée à l'étude de l'influence des conditions de dépôt sur la microstructure, les mécanismes de croissance et les propriétés optoélectroniques du ZnO:Al. Nous avons ainsi obtenu un optimum en termes de transparence maximale dans le domaine visible et de résistivité minimale pour un dépôt réalisé à une pression de 0.12 Pa pour une température de 325 °C. Une seconde partie du travail de thèse porte sur l'effet de traitements après-dépôt, recuit thermique ou laser excimère, sur les propriétés du ZnO:Al déposé à température ambiante. L'influence de différentes atmosphères (sous-vide, N2/H2, et pur N2) et températures de recuit (de 400 à 500 °C) a été étudié. L'étape de recuit thermique a permis une amélioration notable des propriétés optoélectroniques de la couche ZnO:Al, jusqu'à une résistivité de 3.5×10-4 Ohm.cm pour une transmittance entre 400 et 1000 nm de 81.2%. L'étape de recuit laser, quant à elle, influe notamment les propriétés morphologiques du matériau. L'étape finale de ce travail de thèse est basée sur l'étude de la texturation chimique, étape ayant pour but la formation d'une morphologie de surface optimale, c'est-à-dire permettant le piégeage optique dans les couches actives silicium microcristallin et ce, sans altérer les qualités électriques de la couche. L'intégration de ces couches minces ZnO:Al en tant qu'électrode avant dans des cellules photovoltaïques PIN à base de silicium microcristallin à été et étudié en détail.

Nous proposons une nouvelle approche pour déterminer le coefficient de diffusion dans des membranes lipidiques se basant sur la formation d'excimères. Alors que les autres modèles statistiques considèrent le système comme un ensemble de points sur un réseau, nous utilisons un modèle à gros grain afin d'étudier des bicouches lipidiques simulées à l'aide du champs de force Martini. Nous déterminons le taux de réaction dépendant du temps à partir des probabilités de survie obtenues a posteriori à l'aide des trajectoires numeriques des bicouches symétriques de DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) et POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) simulées à 283 K et 293 K respectivement. Les dynamiques de collision sont obtenues en distinguant virtuellement les molécules simulées. Les sondes fluorescentes sont supposées semblables aux lipides, et par conséquent, ne modifient pas la dynamique. Nous obtenons une expression générale pour la probabilité de survie en combinant approximation des paires indépendantes et propriétés d'échelle, mais aucune hypothèse n'est faite pour le taux de formation d'excimère. En superposant les intensités d'émission de fluorescence normalisées, déterminées numériquement, aux courbes de titrations expérimentales, nous obtenons deux ensembles de résultats pour le coefficient de diffusion latéral, selon que l'association entre feuillets est autorisée ou pas. Nous utilisons un rayon de capture de 0.5 nm, la distance à partir de laquelle les deux sondes réagissent pour former un excimère. En comparant la dynamique Martini aux expériences de fluorescence, il est possible d'estimer le facteur d'accélération. / We propose a novel approach to extract the lateral diffusion coefficient in lipid bilayers using excimer formation. In contrast to previous statistical models that modeled the system as points undergoing jumps from site to site on a lattice, we use coarse-grained molecular dynamics to study lipid bilayers simulated using the Martini force field. We derive time dependent reaction rates from survival probabilities obtained a posteriori from numerically generated trajectories of symmetric DOPC (1,2-Dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) bilayers at 283K and 293K respectively. Collision dynamics are determined by virtually relabeling the simulated molecules. The fluorescent probes are assumed to behave like ordinary membrane lipids and therefore the dynamics remain unaffected. We derive a generalized expression for the survival probability combining independent pairs and size scaling assumptions, but no assumption is made regarding the kinetic rate of the excimer formation process. By fitting the numerically determined normalized fluorescence emission intensities to experimental titration curves, we obtain two sets of results for the lateral diffusion coefficients depending whether interleaflet excimer association is allowed or not. We use a capture radius of 0.5 nm, the distance at which the probes react to form excimers. By relating Martini dynamics to real fluorescence experiments, we estimate the numerical Martini acceleration factor. We also study mixtures of oxidized-non oxidized DOPC and POPC bilayers using a hydroperoxidized model of these lipids for different concentrations of the oxidized component (3.1%, 25% and 50%). Using pair correlation functions, we extract structural information on the systems and determine whether the two components are prone to mixing or not. Finally, we calculate the thermodynamic mixing parameters within the framework of the virial expansion.