Ce mémoire est consacré à l'élaboration et l'étude de polymères de coordination en solution reposant sur des ligands associant deux bras terpyridines avec un espaceur complexant tétraazamacrocycle. Un espaceur dioxocyclame permet l'édification de polymères par formation de complexes de bis-terpyridine. En milieu basique CuII conduit au mono-complexe de dioxocyclame. Ce complexe présentant des terpyridines libres forme des polymères de coordination homo- et hétérométalliques en présence de CoII, CuII, FeII, ou NiII. L'étude viscosimétrique de ces solutions atteste de l'influence de la rigidité de l'espaceur sur la longueur moyenne des espèces en solution. Sous contrôle acido-basique la migration de CuII induit la transition d'un état polymérique à un état isolé des systèmes à un et deux équivalents de CuII. Un espaceur cyclame ou diméthylcyclame affiche une compétition dynamique avec les terpyridines. D'après les études spectrales et électrochimiques NiII, FeII et CoII sont complexés préférentiellement par les terpyridines, CuII et ZnII par le cyclame. Ce jeu d'affinité permet l'obtention de polymères hétérométalliques. Les polymères homométalliques de FeII et CoII ont été appliqués à la conception de dispositifs électrochromes. La viscosimétrie révèle l'effet de la configuration de l'espaceur et un comportement original si l'espaceur cyclame est complexé en second lieu. Les polymères de coordination à espaceur cyclame présentent des propriétés de gélification dépendantes de l'affinité contre-ion/solvant. La rhéologie de ces matériaux est décrite et des modèles sont proposés d'après les résultats de SANS. Une transition gel-sol réversible des gels de CoII est induite par électrolyse.

L'énergie électrique est devenue tout ce qui a de plus banal mais elle reste potentiellement très dangereuse pour l'homme. Des dispositifs comme des disjoncteurs ou des interrupteurs différentiels (RCD) ont été développés pour assurer la sécurité des biens et des personnes.<br />Les travaux de cette thèse ont pour objectif la conception et l'optimisation d'actionneurs électromécaniques polarisés haute sensibilité que nous retrouvons dans les RCD. La démarche de conception se décompose en trois axes. Tout d'abord, l'utilisation de la méthodologie TRIZ qui permet de reformuler les différentes problématiques, de compléter le cahier des charges et de rechercher des pistes de solutions. Ensuite, les modélisations numériques et analytiques sont utilisées pour le dimensionnement et l'optimisation de la structure. Enfin la réalisation de prototypes nous permet de valider les résultats théoriques et le fonctionnement de l'actionneur.

De nouveaux dérivés organométalliques d'hélicènes à base de platine et de ruthénium ont été préparés et leurs propriétés photophysiques ont été étudiées. Dans un premier chapitre bibliographique, nous nous sommes intéressés aux différents travaux réalisés depuis plus de 60 ans sur les hélicènes et leurs propriétés originales. Par la suite, les différentes applications dans lesquelles les hélicènes ont été étudiés sont décrites. Le deuxième chapitre est focalisé sur la description d'une nouvelle famille d'hélicènes, les platinahélicènes. Ces platinahélicènes ont la particularité d'être phosphorescents à température ambiante grâce à la présence du cycle orthoplatiné. La synthèse, les propriétés photophysiques et chiroptiques de cinq platinahélicènes sont reportées dans ce chapitre. Le troisième chapitre s'intéresse à l'évolution des propriétés photophysiques et chiroptiques lorsque l'on utilise la réactivité du platine. Des platinahélicènes de degrés d'oxydation différents ainsi que l'assemblage hétérochiral et homochiral de deux platinahélicènes sont reportés dans ce chapitre. L'isomérisation de l'assemblage hétérochiral en assemblage homochiral a été étudiée. Le quatrième chapitre traite de l'hydroruthénation d'hélicènes fonctionnalisés par une ou deux fonctions alcynes. Il en résulte la formation de ruthénium-vinyl-hélicènes. Ces complexes ont la particularité d'être électroactifs. La synthèse ainsi que l'étude des propriétés physiques, chiroptiques, électrochimiques et spectro-électrochimiques de ces complexes sont reportés dans ce chapitre. La fonction d'interrupteur moléculaire chiral de ces composés a aussi pu être mise en évidence.

Les technologies SOI partiellement désertées (PD-SOI), permettent de gagner en performances ou en consommation dynamique, par rapport à leur équivalent sur substrat massif (BULK). Leur inconvénient principal est la consommation statique qui est bien supérieure, en raison principalement de l'effet de body flottant de ses transistors. Ce travail propose une technique de réduction de la consommation statique, pour la technologie PD-SOI, basée sur le principe des interrupteurs de puissance. Un nouveau facteur de mérite recherchant le meilleur compromis entre vitesse, courant de fuite et surface est introduit pour la sélection du meilleur interrupteur de puissance. L'interrupteur de puissance proposé apporte par rapport à une solution de référence, et pour le même courant de fuite en mode éteint, une réduction de la résistance équivalente en mode passant de 20%. Les tests comparatifs sur Silicium de blocs LDPC incluant ces montages montrent, entre PD-SOI et BULK, un gain de 20% en vitesse pour la même tension d'alimentation, une réduction de 30% de la consommation dynamique pour la même vitesse et une division par 2 de la consommation statique. Enfin, une bascule de rétention, élément à associer aux interrupteurs de puissance, optimisée pour le PD-SOI, est proposée. Cette bascule est conçue de manière robuste et peu fuyante.

Le CEA-Leti propose des transistors bidirectionnels courant-tension sur base de la technologie récente HEMT GaN récemment appliquée à l’interrupteur de puissance. La caractéristique bidirectionnelle 4 segments ouvre de nouvelles perspectives en termes de structures d’électronique de puissance et amène à explorer les topologies qui requièrent ce type d'interrupteurs afin de permettre la conversion AC/DC ou AC/AC mono-étage. Ces structures, qui requièrent alors moins d’interrupteurs, permettent potentiellement de gagner en termes de compacité et de rendement. Les interrupteurs 4 segments CEA Leti ont la particularité d’être mono-grille, ce qui permet le pilotage d’un de ces interrupteurs avec un seul signal de commande. En revanche, cette spécificité amène à laisser de côté des stratégies de commande classique et à explorer de nouveaux modes de contrôle : dans ce cadre, ce travail de thèse s’est intéressé à des stratégies de commutation automatiques appliquées à l’interrupteur bidirectionnel mono-grille. Un « cadre de commutation » spécifique a été définit comme prérequis à la définition de toute topologie implémentant ce type d’interrupteur afin de mettre en œuvre des stratégies d’auto-commutation de type ZCS ou bien ZVS. Sur cette base, deux topologies, l’une ZCS, l’autre ZVS, ont été étudiées dans le cadre d’une conversion AC/DC avec fonction PFC et réversibilité en puissance. La topologie à commutations ZVS a été privilégiée pour une mise en œuvre expérimentale. Dans cette perspective, un circuit de driver capable de générer des auto-commutations ZVS a été conçu. Le fonctionnement du convertisseur en auto-commutations ZVS est validé par des essais sur un prototype en fonctionnement AC/DC. / CEA-Leti offers bidirectional current-voltage transistors based on the HEMT GaN technology recently applied to the power switch design. The 4-segment bidirectional feature opens new perspectives in terms of power electronics structures and leads to explore the topologies that require this type of switches, allowing to design single-stage AC-DC or AC-AC conversion systems. These structures, which then require fewer switches, offer potential benefits in terms of compactness and efficiency. The 4-segment CEA Leti switch has the particularity of being single-gate type, which allows to control one bidirectional switch with just one control signal. On the other hand, this specificity leads to avoid classical control strategies and to explore new modes of control: in this context, this thesis work was interested in automatic switching strategies applied to the single gate bidirectional switch. A specific "switch frame" has been defined as a preliminary condition for the definition of any topology implementing this type of switch in order to implement ZCS or ZVS self-switching strategies. On this basis, two topologies, one ZCS, the other ZVS, were studied in the context of an AC/DC conversion with PFC function and power reversibility. The ZVS switching topology has been selected for experimental implementation. In this perspective, a specific ZVS auto-switching driver circuit has been designed. The converter operation, in ZVS auto-switching, is validated by tests on a prototype in AC/DC conversion mode.

S’inscrivant dans le cadre de la gestion de l’énergie dans l’habitat du programme SESAME du pôle de compétitivité S2E2, l’objectif de cette thèse est d’étudier et de proposer une structure d’interrupteur commandable à l’ouverture et à la fermeture, bidirectionnel en tension et en courant et à faible perte énergétique, destiné à connecter tout type de charges sur le réseau alternatif 230V/50Hz. Il n’existe pas à l’heure actuelle de composants interrupteurs monolithiques de ce type. La première partie du mémoire présente les interrupteurs électroniques existants. La deuxième partie, traite des interrupteurs électroniques à base de transistors MOS et des limites de cette technologie unipolaire en termes de compromis de minimisation de surface de puces et de minimisation de la dissipation de puissance. Nous montrons ensuite que l’on peut repousser ces limites en adoptant des solutions à base de transistors bipolaires de puissances et notamment avec des bases fines autoprotégées (Transistors GAT). Le quatrième chapitre présente les résultats d’une étude des caractéristiques à l’état passant et à l’état bloqué de transistors GAT et valide leur aptitude à fonctionner sur le réseau alternatif. Nous montrons plusieurs voies possibles d’amélioration des caractéristiques de ces transistors avant d’étudier leur comportement dans une fonction interrupteur. Nous terminons ce travail en démontrant l’intérêt de la commande des transistors GAT en mode de conduction inverse, intérêt qui nous conduit ensuite à proposer une structure d’interrupteur totalement novatrice, avec la réduction par deux du nombre de composants et donc une réduction accrue de la puissance dissipée dans l’interrupteur. / As part of the energy management for household appliances of the S2E2 competitive pole SESAME program, the objective of this thesis is to propose a bidirectional switch in current and voltage with full turn-off control and low energy loss, ensuring the control of all loads types connected to the mains. The first part of this thesis presents the advantages and disadvantages of discrete or monolithic switches. In the second part, we were interested in electronic switches composed of MOS transistors. Different associations strategies and controls will be tested to reduce the power dissipation of the switch on the one hand, and facilitate control of the device on the other hand. Then we turned to solutions based on power bipolar transistors. The last one, called GAT distinguished itself by its high current gain and its low voltage drop in the on state. By implementing around the active base heavily doped caissons which create a shielding effect, one can increase the structure performances. After the design of this component in our laboratory, the characteristics of the on state and the off state were improved to validate its functionality in AC mains. The study will then focus on different technologies to confirm its performances. Using low metallization resistance and assembly strategy intelligently defined, it has been demonstrated that the performance of this component can be increased. Finally, we proposed a new switch structure using only two transistors GAT. We show that the interesting GAT reverse mode characteristics permit to deflect the load current flowing in the diodes and delete them. So we reduced the important source of power dissipation in the switch.

Les technologies SOI partiellement désertées (PD-SOI), permettent de gagner en performances ou en consommation dynamique, par rapport à leur équivalent sur substrat massif (BULK). Leur inconvénient principal est la consommation statique qui est bien supérieure, en raison principalement de l'effet de body flottant de ses transistors. Ce travail propose une technique de réduction de la consommation statique, pour la technologie PD-SOI, basée sur le principe des interrupteurs de puissance. Un nouveau facteur de mérite recherchant le meilleur compromis entre vitesse, courant de fuite et surface est introduit pour la sélection du meilleur interrupteur de puissance. L'interrupteur de puissance proposé apporte par rapport à une solution de référence, et pour le même courant de fuite en mode éteint, une réduction de la résistance équivalente en mode passant de 20%. Les tests comparatifs sur Silicium de blocs LDPC incluant ces montages montrent, entre PD-SOI et BULK, un gain de 20% en vitesse pour la même tension d'alimentation, une réduction de 30% de la consommation dynamique pour la même vitesse et une division par 2 de la consommation statique. Enfin, une bascule de rétention, élément à associer aux interrupteurs de puissance, optimisée pour le PD-SOI, est proposée. Cette bascule est conçue de manière robuste et peu fuyante. / Partially depleted SOI technologies (PD-SOI), offer advantages in terms of speed and dynamic power consumption compared to bulk technologies. The main drawback of the PD-SOI technology is its static power consumption, which is higher than bulk one. It is due to the floating body of its transistors. This work presents a new static power consumption design technique based on power switches. A new factor of merit is introduced selecting the power switch with the best trade-off in terms of leakage current, speed and area. A new power switch brings, in comparison to a reference solution, a reduction of 20% of the ON mode equivalent resistance for the same OFF mode leakage current PD-SOI Silicon validation test chips include LDPC bloc supplied by the proposed solution. Comparing to the bulk technology, a speed gain of 20% is measured for the same voltage supply and a dynamic power consumption reduction of 30% at same speed is achieved. This solution allows reducing by 2 the static power consumption. Finally, a retention flip-flop associated to the implementation of power switches and optimized in PD-SOI is proposed. This flip-flop is designed to be robust with a low leakage current.

Les dispositifs à base de silicium, industrialisés aujourd’hui pour les systèmes électroniques, atteignent leurs limites en termes de miniaturisation et de performances. La course à l’innovation et à la miniaturisation vise aujourd’hui à dépasser cette limite en intégrant de nouveaux matériaux dans les dispositifs, en couplant d’autres phénomènes physiques de l’optique à l’électronique haute fréquence. Le travail conduit pendant cette thèse porte sur la caractérisation du phosphore noir (bP) pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique hyperfréquence avec une application spécifique aux interrupteurs microondes pilotés optiquement à 1,55 µm. La caractérisation du bP passe par le développement de techniques de fabrication de couches bidimensionnels de bP et également par la détermination de l'influence des matériaux annexes utilisés sur les propriétés de la couche. Cela a été couplé à une étude optique pour connaitre la réponse du bP à une excitation laser à 1,55 µm. La détermination de paramètres intrinsèques spécifiques du matériau tels que le temps de vie des photoporteurs, la résistivité et la permittivité a été conduite par l'intermédiaire d'expériences de caractérisation dans le domaine optique, radiofréquence et électronique (DC). Les résultats obtenus confirment l’intérêt du bP pour ce genre d'application et ont permis l'intégration du matériau dans le dispositif hyperfréquence visé. Les résultats obtenus lors de tests préliminaires présentés dans ce mémoire sont très encourageants et ouvre la voie à de nombreuses applications ultra-rapide à haute fréquence. / The research project conducted focuses on the optoelectronic and high frequency characterization of black phosphorus. The context of this project is the trend of downscaling and multi-physical coupling seen today in industrial electronics. The characterization carried out is directed for a specific application, the realisation of microwave photoswitch controlled by a laser optical excitation at 1.55 µm. For this purpose, during this PhD a production process of thin and large bi-dimensional layers of black phosphorus has been performed, along with the fabrication of characterization devices, and a discussion to determine suitable appendices for substrate, capping layer and metallization. The technological development is coupled with optical, electronic (DC) and radiofrequency characterizations of the bi-dimensional layers for the determination of inherent black phosphorus properties like the photogenerated carrier lifetime, the material permittivity, the resistivity and the mobility of the carriers. Those parameters are essential to understanding design and simulate high frequency optoelectronic devices on black phosphorus such as the microwave photoswitch controlled at 1.55 µm. The obtained results assert black phosphorus as a promising material for this kind of application. The first performances obtained with the use of bP as an active material for photoconductive switching are very encouraging and open the way for high frequency and high speed applications.

Ce travail vise à trouver une technique de test rapide et peu onéreuse pour les interrupteurs MEMS RF embarqués dans les SiPs (System-in-Package). La complexité des SiPs RF exige une stratégie de conception en vue du test (DFT, Design-for-Test) afin d'éviter l'utilisation d'équipements sophistiqués de test, aussi bien que de surmonter les difficultés d'accès aux points de mesure embarqués. L'approche proposée utilise le principe du test alternatif qui remplace des procédures de test à base des spécifications conventionnelles. L'idée de base est d'extraire les performances haute fréquence de l'interrupteur à partir des caractéristiques basse fréquence du signal d'enveloppe de la réponse. Ces caractéristiques, qui incluent le temps de montée, le temps de descente, ou les amplitudes maximales du signal dans les états ON et OFF, sont alors utilisées dans un processus de régression pour prédire des spécifications RF comme les paramètres /S/. Un banc de test a été configuré et utilisé pour évaluer une dizaine d'échantillons d'un commutateur commercial. Des mesures expérimentales ont été réalisées avec un kit d'évaluation développé par notre partenaire industriel et un kit d'évaluation du développeur. Les mesures de basse fréquence comme le temps de transition ON/OFF et les amplitudes RF de la sortie sont utilisées comme régresseurs pour l'algorithme de régression multivariée qui construit une liaison non-linéaire entre les caractéristiques de basse fréquence et les performances RF de l'interrupteur. Ainsi, des performances conventionnelles comme les paramètres /S/ sont prédites à partir de ces mesures par la régression non-linéaire. Les résultats ont exposé une bonne corrélation entre les performances RF et les mesures de basse fréquence. La validation expérimentale a seulement été réalisée pour un petit échantillon d'interrupteurs. Les résultats de simulation ont aussi été utilisés pour évaluer cette corrélation.

Un atome de Rydberg circulaire et un champ électromagnétique stocké dans une cavité supraconductrice de très grand facteur de qualité constituent un système simple, bien isolé de son environnement et permettant d'étudier l'interaction rayonnement-matiére. Dans ce mémoire nous présentons une expérience réalisé dans une situation où l'atome et le champ sont en résonance. Le signal de Rabi correspondant à l'évolution de la population atomique présente des composantes de Fourier dont les fréquences sont proportionnelles aux racines carrées des entiers successifs ; ceci met directement en évidence la quantification du champ dans la cavité. Nous montrons également que l'analyse des signaux permet de remonter aux propriétés statistiques du champ. Enfin, en analysant l'interaction non résonante de l'atome avec la cavité, nous montrons que dans un futur proche, il sera possible de préparer des superpositions quantiques d'états du champ présentant des différences mésoscopiques. Ces états sont de type "chat de Schrödinger". L'étude de la décohérence de ces états en fonction du nombre de photons que contient le champ permet d'explorer la frontière qui existe entre le monde quantique et le monde classique.