Cette thèse, effectuée au LPA par Julien Chaste, présente l'analyse dynamique d'un transistor à effet de champ en nanotube de carbone (NT-FET) dans la perspective de mesurer sa résolution de charge δqrms.<br />La quantification des électrons dans le nanotube joue un rôle sur la limitation de la conductance, de la transconductance gm, de la capacité de grille Cg et en particulier sur la limitation de la fréquence de coupure ωt=gm/Cg par l'inductance cinétique du canal.<br />Les deux montages expérimentaux, l'un à 300K et l'autre à 4K, ainsi que la fabrication des NT-FET ont intégré des solutions efficaces au problème de désadaptation d'impédance et ont permis de mesurer la transmission entre 0,1 et 1,6GHz ainsi que gm,Cg et ωt. Des fréquences ωt =50GHz ont même été mesurées.<br />De plus, la coloration du bruit (0,2-0,8GHz) du transistor à 4K a été déterminée. Le bruit mesuré en mode ouvert est d'origine poissonienne (F=1) et montre des effets de saturation dues aux phonons optiques.<br />L'ensemble de ce travail a prouvé que la résolution de charge δqrms du NT-FET est suffisante pour détecter des charges uniques en une nanoseconde

Je travaille sur la caractérisation d'objets enfouis en sous-sol proche ou profond avec deux partenaires principaux : le BRGM (Orléans) pour le cadre applicatif et des échanges de compétences; la Division de Mathématiques Appliquées (Patras , Grèce) pour les approches mathématiques des champs. Mes travaux se situent donc à l'interface de ces deux disciplines et consistent à fournir des modélisations pertinentes et robustes pour les réalités de terrain en jeu. Ils reposent tous sur des approximations dans le but d'obtenir des formulations analytiques des champs. Ce choix à pour objectif de réduire considérablement le temps de calcul numérique du problème de diffraction. Ceci assure un gain de temps lors de l'inversion de données pour localiser ou caractériser des amas. Les applications visées étant dans le domaine des basses fréquences, les modélisations traitent toujours de la forme ellipsoïdale. Les approches reposent sur les équations intégrales ou aux dérivées des champs auxquelles des développements asymptotiques (basse-fréquences ou petits objets) sont appliquées. Certaines approches sont à approfondir avant utilisation pour des données réelles, mais toutes ont été testées sur des données synthétiques obtenues avec des codes numériques lourds grâce à des collaborations.

Cette thèse présente quelques avancées sur la représentation efficace de l'apparence matérielle dans une simulation de l'éclairage. Nous présentons deux contributions : un algorithme pratique de simulation interactive pour rendre la réflectance mesurée avec une géométrie dynamique en utilisant une analyse fréquentielle du transport de l'énergie lumineuse et le shading hiérarchique et sur-échantillonnage dans un contexte deferred shading, et une nouvelle fonction de distribution pour le modèle de BRDF de Cook-Torrance. Dans la première partie, nous présentons une analyse fréquentielle de transport de l'éclairage en temps réel. La bande passante et la variance sont fonction de l'éclairage incident, de la distance parcourue par la lumière, de la BRDF et de la texture, et de la configuration de la géométrie (la courbure). Nous utilisons ces informations pour sous-échantillonner l'image en utilisant un nombre adaptatif d'échantillons. Nous calculons l'éclairage de façon hiérarchique, en un seul passage. Notre algorithme est implémenté dans un cadre de deferred shading, et fonctionne avec des fonctions de réflectance quelconques, y compris mesurées. Nous proposons deux extensions : pré-convolution de l'éclairage incident pour plus d'efficacité, et anti-aliasing utilisant l'information de fréquence. Dans la deuxième partie, nous nous intéressons aux fonctions de réflectance à base de micro-facette, comme le modèle de Cook-Torrance. En nous basant sur les réflectances mesurées, nous proposons une nouvelle distribution des micro-facettes. Cette distribution, Shifted Gamma Distribution, s'adapte aux données avec plus de précision. Nous montrons également comment calculer la fonction d'ombrage et de masquage pour cette distribution. Dans un deuxième temps, nous observons que pour certains matériaux, le coefficient de Fresnel ne suit pas l'approximation de Schlick. Nous proposons une généralisation de cette approximation qui correspond mieux aux données mesurées. Nous proposons par ailleurs une nouvelle technique d'optimisation, canal par canal, en deux étapes. Notre modèle est plus précis que les modèles existants, du diffus au spéculaire.

Cette thèse s'appuie sur une méthode multi-échelle dédiée à la modélisation et au calcul des vibrations moyennes fréquences : la "Théorie Variationnelle des Rayons Complexes", qui suppose initialement que la structure étudiée soit un assemblage de sous structures homogènes. Elle a déjà été validée dans le cas des assemblages de plaques et de coques tridimensionnels. Cependant, la plupart des structures industrielles présentent des inhomogénéités structurales comme des trous de passage de câbles, qui modifient sensiblement la réponse vibratoire en moyennes fréquences. L'objet de la thèse est de permettre leur prise en compte. La démarche proposée consiste enrichir l'espace des fonctions de base qu'exploite la méthode par des fonctions de correction adaptées à l'inhomogénéité.

Ce Mémoire traite des aspects expérimentaux de la réalisation de résonateurs supraconducteurs pour le transport de l’information quantique. Les avancées technologiques des dix dernières années et le développement de l’électrodynamique quantique en circuit ont permis de démontrer que les bits quantiques (qubits) supraconducteurs couplés à des résonateurs supraconducteurs sont capables d'effectuer des opérations quantiques très rapidement. Il y a maintenant un intérêt pour l’intégration de qubits de spin aux résonateurs afin de combiner leurs avantages avec ceux des qubits supraconducteurs. Dans ce contexte, il est nécessaire de fabriquer des résonateurs avec un champ magnétique critique élevé. Des couches minces de niobium ont été déposées par pulvérisation cathodique DC. On présente la caractérisation de la température critique et du champ magnétique critique à l’aide de mesures de résistivité et de susceptibilité magnétique. Une corrélation entre la résistivité, la température critique et le facteur de qualité des résonateurs fabriqués a été observée. Une analyse par spectroscopie de photoélectrons X d’un des échantillons a confirmé une quantité élevée d'impuretés dans le niobium. Des résonateurs en niobium avec des facteurs de qualité de 200 à ~4400 ont été fabriqués sur silicium et GaAs. À partir de la dépendance en température de la résonance, l’impédance de surface est décrite par le modèle Mattis-Bardeen et le modèle deux fluides. Les pertes observées à basse température sont attribuées à la résistance de surface résiduelle du niobium causée par la présence d’impuretés. On caractérise également la variation du facteur de qualité des résonateurs en fonction de l’intensité du champ magnétique et la puissance d'excitation. Les pertes et l’hystérésis observées sont décrites par la dynamique des vortex de flux magnétique dans le niobium. On détermine un champ magnétique critique pour le fonctionnement des résonateurs se trouvant entre 0.2 T et 0.6 T. Ces résultats montrent que les résonateurs fabriqués sont adéquats pour l’intégration de qubits de spins.

Le travail présenté dans cette thèse traite des problèmes d'affectation de fréquences (FAP) qui se produisent dans les systèmes de communication par satellite utilisant la technologie SDMA. Ces systèmes se composent d'un satellite et d'une zone de service de taille fixe dans laquelle sont répartis des utilisateurs. L'objectif est alors de servir un maximum d'utilisateur en fréquence dans cette zone de service. Cependant, l'affectation ne doit pas violer les contraintes d'interférence qui apparaissent lorsque deux utilisateurs utilisent une même fréquence ou lorsqu'ils se partagent une même plage de fréquence. Deux types d'interférences sont considérés dans cette étude : les interférences binaire et cumulative. Pour chacune d'elles, les problèmes d'affectation de fréquence de type mono-porteuse (une fréquence par utilisateur) et multi-porteuses (plusieurs fréquences par utilisateur) sont traités. Le problème de l'affectation bidimensionnelle est aussi abordé et nous proposons des modèles de Programmation Linéaire en Nombre Entiers (PLNE) pour le résoudre. Au niveau des méthodes de résolution, nous utilisons des algorithmes gloutons, des modèles de PLNE pour le problème de type mono-porteuse. En outre, un algorithme de déplacement continu de faisceau est conçu pour améliorer les solutions en résolvant un problème d'optimisation continu non linéaire. Concernant le problème de type multi-porteuses, nous le ramenons à un problème d'ordonnancement et celui-ci est résolu à l'aide de la PLNE et la Programmation Par Contraintes (PPC). Il est par ailleurs montré que les résultats issus de la PPC sont meilleurs que ceux de la PLNE. De plus, en transformant les interférences cumulatives en interférences binaires, la méthode d'ordonnancement avec les contraintes induites par les cliques donne de bien meilleurs résultats. Nous considérons également un problème industriel dans lequel de nombreuses contraintes apparaissent ce qui rend le problème très complexe et insoluble avec des méthodes exactes. Face à ce constat, deux algorithmes gloutons sont réalisés et leurs résultats sont comparés.

Cette thèse présente la conception de différentes fonctions pouvant entrer dans la constitution d'un convertisseur de fréquence incluant la génération de l'oscillateur local. La première partie de ce travail présente un synthétiseur de fréquence fixe (PLL) centré sur 15 GHz. Le circuit exploite une technologie CMOS 130 nm proposée par STMicroelectronics. L'objectif visé est d'obtenir une faible consommation tout en préservant des performances en bruit de phase proche de l'état de l'art. Les mesures du circuit, en accord avec les simulations, ont révélé un bruit de phase de -68,9 dBc/Hz à 100 kHz de la porteuse pour une fréquence de sortie de 15 GHz, mais une amélioration de ce bruit d'environ -20 dBc/Hz a pu être démontrée par simulation en corrigeant légèrement la pompe de charge. La consommation de l'ensemble s'établit à 28 mW. La deuxième partie de ce travail démontre la faisabilité d'un mélangeur résistif doublement équilibré à très faibles pertes. Une topologie originale est développée pour transposer efficacement un signal RF en bande K ou en bande V vers une fréquence intermédiaire, fixée arbitrairement à 1 GHz. Le circuit exploite le principe de l'échantillonnage (Bande K), ou du sous-échantillonage (Bande V) en tension pour fortement réduire ces pertes de conversion par rapport à un mélangeur passif classique. Pour fonctionner correctement, celui-ci nécessite cependant une tension de commande OL à très faible rapport cyclique. Deux circuits réalisant la mise en forme du signal OL sont démontrés et fonctionnent jusqu'à 26 GHz. Le mélangeur a été réalisée à partir d'une filière technologique BiCMOS 130 nm de IBM. Les mesures révèlent des performances à l'état de l'art, avec des pertes de conversion de -2,1 dB et un facteur de bruit de 6,3 dB à 19GHz. La plage de fonctionnement RF s'étale de 4 à 27 GHz. Le même circuit testé dans une configuration de sous-échantillonnage fonctionne entre 16 et 64 GHz sur la voie RF. A 58 GHz, les pertes de conversion approchent 8 dB avec un facteur de bruit de 9,5 dB.

Ces travaux s'inscrivent dans un contexte où les contraintes vis-à-vis des décharges électrostatiques sont de plus en plus fortes, les circuits de protection sont un problème récurrent pour les circuits fonctionnant à hautes fréquences. La capacité parasite des composants de protection limite fortement la transmission du signal et peut perturber fortement le fonctionnement normal d'un circuit. Les travaux présentés dans ce mémoire font suite à une volonté de fournir aux concepteurs de circuits fonctionnant aux fréquences millimétriques un circuit de protection robuste présentant de faibles pertes en transmission, avec des dimensions très petites et fonctionnant sur une très large bande de fréquences, allant du courant continu à 100 GHz. Pour cela, une étude approfondie des lignes de transmission et des composants de protection a été réalisée à l'aide de simulations électromagnétiques et de circuits. Placés et fragmentées le long de ces lignes de transmission, les composants de protection ont été optimisés afin de perturber le moins possible la transmission du signal, tout en gardant une forte robustesse face aux décharges électrostatiques. Cette stratégie de protection a été réalisée et validée en technologies CMOS avancées par des mesures fréquentielles, électriques et de courant de fuite.

Ce travail développe l'analyse de différents paramètres électrique obtenu lors de cartographies laser, afin de procéder à une détection de défauts

La bande sub-millimétrique allant globalement de 300 GHz à 3 THz possède des propriétés similaires à la capacité de pénétration de photons non ionisants à travers des matériaux optiquement opaques. Pour l'imagerie THz, il est ainsi possible de détecter des objets cachés à l'intérieur de paquets, de vêtements ou de matelas... Avec l’évolution des technologies intégrées et l’augmentation des fréquences de coupure des transistors 〖(f〗_t/f_max), de nombreux circuits et systèmes ont été réalisés à des fréquences autour de 300 GHz, en particulier les systèmes de formation de faisceau. Ces systèmes permettent de générer un signal et de l’orienter électroniquement dans une direction définie de l’espace. Dans ce travail, une architecture originale d’un tel système est proposée. Elle repose sur la génération d’un signal dans la bande 270-300 GHz, tout en contrôlant sa phase à l’aide de déphaseurs implémentés au niveau de la voie LO dans la bande 45-50 GHz. La complexité du système impose une stratégie qui consiste à réaliser chaque bloc seul. Pour cela, l’émetteur dans la bande 270-300 GHz a été réalisé dans un premier temps. Il est composé d’un oscillateur verrouillé par injection sous-harmonique (45-50 GHz), d’un mélangeur passif et d'amplificateurs IF. Ensuite une architecture innovante de déphaseur a été réalisée, basée sur des lignes couplées à ondes lentes. Finalement, une chaîne de multiplication de fréquence a été réalisée afin de générer le signal d’injection à l’aide d’un signal basse fréquence (3-5 GHz). Les circuits ont été fabriqués en technologie BiCMOS 55 nm de STMicroelectronics. Les résultats de mesure correspondent sont en très bon accord avec les simulations, et les performances obtenues sont à l’état de l’art. Une fois les blocs élémentaires validés, des sous-systèmes ont été réalisés pour valider le bon fonctionnement d’une voie complète du réseau d'antennes. En termes de perspectives, ce travail ouvre la voie vers la conception et la réalisation d'un système complet d'orientation de faisceau contenant plusieurs voies/antennes. / The sub-millimeter wave band that covers the frequency range from 300 GHz to 3 THz has an interesting properties such the ability to penetrate materials. For THz imaging, it is possible to detect objects inside packages, clothes... With the evolution of integrated technologies and the increase of the cut-off frequencies of transistors 〖(f〗_t/f_max), many circuits and systems have been fabricated around 300 GHz, especially phased arrays for beamforming applications. These systems generate a signal and steer it electronically in a direction of the space. In this work, a novel architecture of phased array is proposed. It is based on the generation of a signal in the 270-300 GHz band, while controlling its phase by using phase shifters implemented in the LO path in the 45-50 GHz band. Each bloc should be measured in a stand-alone version, in order to get an idea about whole system performances. For this, the transmitter in the 270-300 GHz band has been realized first. It consists of a sub-harmonic injection locked oscillator, a passive mixer and IF amplifiers. Then, a novel architecture of phase shifter was proposed, it is based on slow waves coupled lines. Finally, a frequency multiplier chain was performed to generate the injection signal by using a lower frequency signal (3-5 GHz). The circuits are fabricated in a 55nm BiCMOS technology from STMicroelectronics. Measurements results are in a good agreement with simulations. Once the blocks are validated, sub systems are realized in order to validate one path of the array. The perspectives of this work include the design and realization of the complete phased array with multiple paths/antennas.