Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'étude des circuits neuromorphiques utilisant des dispositifs memristifs comme synapses. Son objectif principal est d'évaluer les mérites d'une nouvelle classe de mémoires organiques développées au LICSEN (CEA Saclay/IRAMIS) et, plus particulièrement, leur adéquation avec les propositions d'implémentation et les règles d'apprentissage proposées par l'équipe NanoArchi de l'IEF (Univ. Paris-Sud, Orsay). Les memristors étudiés sont basés sur l'electro-greffage en films minces de complexes organiques redox pour la formation de jonctions métal/molécules/métal robustes et scalables. Outre la fabrication de memristors, le travail inclut d'importants efforts de caractérisation électrique (vitesse, non-volatilité, scalabilité, robustesse, etc.) visant d'une part à étudier les mécanismes de commutation dans ces nouveaux matériaux memristifs organiques, et d'autres part, à évaluer leur potentiel en tant que synapses. Cette thèse présente également une étude préparatoire à la réalisation d'un démonstrateur de circuit mixte de type réseaux de neurones combinant nano-memristors et électronique conventionnelle (programmabilité des dispositifs en mode impulsionnel, réalisation d'assemblées de dispositifs, variabilité). De plus, la démonstration de la compatibilité de ces memristors avec la propriété STDP (Spike Timing Dependent Plasticity) ainsi que de l’apprentissage d’un « réflexe conditionné » ouvrent la voie aux apprentissages non-supervisés. / This PhD project takes place in the context of the study of neuromorphic circuits using memristor devices as synapses. The main objective is to evaluate a new class of organic memories developed at LICSEN (CEA Saclay/IRAMIS) and particularly their compatibility with the learning rules and the implementation strategy proposed by the Nanoarchi group at IEF (Univ. Paris-Sud, Orsay). These new memristors are based on the electro-grafting of organic redox complexes thin films to form robust and scalable metal/molecules/metal junctions. In addition to memristor fabrication, this work includes detailed electrical characterization studies (speed, retention property, scalability, robustness, etc.) aiming at, on the one hand, establishing the commutation mechanism in these new memristors and, on the other hand, evaluating their potential as synapses. This work also proposes a preparatory study of a neural-network type mixed-circuit demonstrator combining nano-memristors and conventional electronic (programmability of devices by spikes, fabrication of assemblies of memristors, variability). Moreover the demonstration of the compatibility of such memristors with the STDP (Spike Timing Dependent Plasticity) property and of the learning of a “conditioned reflex” opens the way to future unsupervised learning studies.

Le regain d'attention des industriels pour les mémoires non volatiles intégrant des nanocristaux, illustré par l'introduction sur le marché de la Flexmemory de Freescale en technologie 90 nm, incite à poursuivre des études sur ce type de systèmes. Pour cela, nous avons mis au point des cellules mémoires élémentaires, à savoir des transistors MOS dont l'oxyde de grille contient une grille granulaire formée par un plan de nanocristaux de silicium (Si-ncx) stockant la charge électrique.Ce travail présente les principaux résultats issus de ces travaux, ceux-ci allant du procédé de fabrication à la caractérisation fine des dispositifs mémoires. Le parfait contrôle de l'élaboration de la grille granulaire de Si-ncx par implantation ionique à très basse énergie (ULE-IBS) est accompagné de caractéristiques « mémoires » répondant aux normes industrielles d'endurance et d'une discrimination des pièges responsables du chargement. Le stockage majoritaire par les Si-ncx est démontré, ce qui est essentiel pour la rétention de la charge. Nous avons développé une technique électrique permettant d'extraire à la fois la quantité de charge stockée par les Si-ncx mais également leurs principales caractéristiques structurales (taille, densité, position dans l'oxyde). Cette extension de la technique électrique de « pompage de charges », non destructive et in-situ permet de suivre l'état du composant en fonctionnement et de caractériser des pièges (e.g. les Si-ncx) pour la première fois au-delà de 3 nm de profondeur dans l'oxyde. Ces résultats ont été validés par des observations TEM. La résolution du pompage de charge étant le piège unique, nous avons alors couplé l'ULE-IBS avec la lithographie « Stencil » pour réduire latéralement le nombre de Si-ncx synthétisés. Cette technique nous permet pour le moment de contrôler la synthèse locale à la position désirée dans l'oxyde de « poches » de Si-ncx de 400 nm. La synthèse de « quelques » Si-ncx est envisagée à très court terme. Nous serons alors en mesure de fabriquer des mémoires à nombre choisi de nanocristaux (par SM-ULE-IBS), dont les propriétés structurales (taille, densité, position) et électriques (quantité de charge stockée) seront vérifiées par pompage de charge, offrant ainsi des outils puissants pour la fabrication et la caractérisation de mémoires à nombre réduit de nanocristaux, notamment pour des longueurs de grilles inférieures à 90 nm / The aim of this thesis has been to fabricate and electrically characterize elementary memory cells containing silicon nanocrystals (Si-ncs), in other words MOSFET which insulating layer (SiO2) contains a Si-ncs array storing the electrical charge. We have shown that we perfectly control the synthesis of a 2D array of 3-4 nm Si-ncs embedded into the MOSFET oxide by low-energy ion implantation (1-3 keV) Reaching this goal implied two key steps: on the one hand develop a reliable MOSFET fabrication process incorporating the Si-ncs synthesis steps and on the other hand develop tools and methods for both memory window and Si-ncs array itself characterizations. We have developed an in-situ characterization technique based on the well-known charge pumping technique, allowing for the first time the extraction of traps depth (e.g. the Si-ncs array) further than 3 nm into the oxide layer leading to the characterization of both position of these Si-ncs into the SiO2 matrix and their structural properties (diameter, density). These results have been confirmed by EF-TEM measurements. Finally, we have worked on the improvement of controlled local synthesis of Si-ncs pockets by combining low-energy ion implantation and stencil lithography. We reduced the size of these pockets down to about 400 nm using this parallel, low cost and reliable technique and identified the limiting effect for the pockets size reduction. These results pave the way for memory cells containing a few Si-ncs with a well-defined position into the oxide and a well-controlled number of ncs

Le numérique prend une place de plus en plus importante dans la vie de tous les jours et les quantités de données échangées explosent ce qui impose de développer des mémoires de plus en plus performantes, enjeu majeur du secteur de la microélectronique. Parmi les mémoires non-volatiles émergentes, les mémoires OxRRAM à base d'oxyde résistif sont particulièrement attrayantes et représentent un candidat potentiel au remplacement des mémoires FLASH (compatibles avec la technologie CMOS, faibles tensions de programmation). Leur structure est simple (Métal-Isolant-Métal) et leur fonctionnement est basé sur une commutation de résistance sous l'effet d'un champ électrique. Si le mécanisme de formation/dissolution d'un filament conducteur de taille nanométrique est reconnu par la communauté, un débat subsiste encore sur la nature et les caractéristiques du/des filaments dans le cas de l'oxyde HfO2 (lacunes d'oxygène, élément métallique). En nous appuyant sur des méthodes de la microscopie électronique en transmission - STEM-HAADF et STEM-EELS - cette thèse apporte des éléments de compréhension par rapport aux modifications d'état physico-chimique qui s'opèrent lors des différentes étapes du fonctionnement d'une mémoire (FORMING, RESET) et ceci à l'échelle nanométrique définie par la taille du filament conducteur. L'empilement TiN/Ti/HfO2/TiN, préparé selon les procédés de la microélectronique, a été intégré dans différentes architectures (1R, 1T1R) avec une électrode supérieure structurée (50 à 200 nm) pour confiner la zone de conduction dans un volume fini compatible avec la MET puis polarisé selon différentes méthodes (C-AFM, banc de mesure et TEM in-situ). Lorsque les effets thermiques sont contrôlés, l'analyse des cartographies chimiques élémentaires montre que le titane de l'électrode supérieure participe au mécanisme de commutation (migration localisée dans la couche HfO2) en plus de la déplétion en oxygène à l'interface HfO2/électrode inférieure et probablement aux joints de grains dans HfO2. / Digital technology is invading our day life and the amount of data is exploding. This implies to develop memories which perform better and better. This is a major issue in microelectronics. Among non-volatile memories, Oxide based resistive RAM are particularly attractive (compatible with CMOS technology, low programming voltage) and are considered as promising candidate for replacing FLASH memories. The stack is simple (M-I-M) and the switching is based on resistance changes under an applied electrical stress. If forming and breaking a nanometer-sized conductive area is commonly accepted as the physical phenomenon involved in the switching mechanism, a debate remains about the nature and the characteristics of the filamentary area (oxygen vacancies, metallic element). Based on transmission electron microscopy methods - STEM-HAADF and STEM-EELS - this thesis work provides, at the scale of the filament (nm), a further understanding about the physico-chemical modifications of the memory cell induced by the operating step (FORMING, RESET). The TiN/Ti/HfO2/TiN stack, processed with microelectronic techniques, was incorporated into different architectures (1R, 1T1R) with a shaped top electrode (diameter 50 to 200 nm) to confine the filament in a volume compatible with TEM and then biased with different methods (C-AFM, measuring bench, in-situ TEM). When thermal effects are under control, the analysis of the EELS elementary maps shows that titanium from the top electrode plays a role in the switching mechanism (local migration in the HfO2 layer) in addition to the oxygen depletion at the HfO2/bottom electrode interface and probably at grain boundaries in HfO2.

Méthodologie générale pour réaliser des circuits logiques décrits par leur comportement. On traite 1) la machine séquentielle qui est assimilée à la réalisation d'un algorithme ; 2) la modélisation de la partie operative où l'on présente un modèle pour en déduire un ensemble de primitives. réalisation des éléments de base, des charges externes des portes, de la partie operative. Etude du dessin.

Cette thèse présente des études préliminaires visant à réaliser des mémoires quantiques dans des ions de terre rare en matrice cristalline. Les mémoires quantiques sont un élément essentiel de tout processus de traitement quantique de l'information. Si les photons sont les meilleurs vecteurs pour le transport d'information, les systèmes matériels représentent les meilleurs objets quantiques pour réaliser des opérations de stockage et de traitement de l'information. Les transitions Raman sont un processus intéressant pour réaliser le couplage lumière-matière car elles sont insensibles à la décohérence par émission spontanée. Les ions de terre rare ont été choisis car ils présentent des durées de vies de cohérence relativement longues. Dans ce manuscrit, après une présentation détaillée des différents ions de terre rare et des différentes matrices cristallines, on justifie le choix de travailler sur l'ion Thulium inséré dans un cristal de YAG. On discute ensuite de la façon de créer un système à trois niveaux efficace dans ce matériau à l'aide d'un champ magnétique. On présente les résultats expérimentaux de spectroscopie de l'ion Thulium en champ magnétique qui permettent de mesurer les facteurs gyromagnétiques du Thulium. On détaille la procédure de préparation du système à trois niveaux de façon à éliminer l'effet de l'élargissement inhomogène des transitions. On décrit enfin une première opération de manipulation cohérente d'un ensemble macroscopique d'ions Thulium, en utilisant un laser ultra-stable construit au laboratoire: l'opération de transfert adiabatique de population entre deux niveaux du système, par excitation cohérente "Sécante Hyperbolique Complexe".

Ce travail théorique a été réalisé dans le cadre général du développement de nouveaux composants mémoires utilisant le stockage de charges grâce à des molécules rédox. Une collaboration combinant recherche fondamentale, dans notre laboratoire, et recherche appliquée avec des équipes du CEA/LETI a conduit à la conception de systèmes hybrides constitués d'une monocouche de molécules rédox greffées sur la surface de silicium, les différents états de charge des molécules servant à stocker l'information. Notre but était de comprendre les paramètres (molécule, lien) gouvernant les transferts de charge et les propriétés électriques de tels systèmes. L'objectif principal de la thèse a donc été de modéliser les propriétés électroniques de molécules rédox et des systèmes résultants de leur greffage sur Si, à l'aide de méthodes basées sur la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité. Un premier volet a été consacré à l'étude de processus rédox dans des porphyrine métallées intéressantes pour leur bistabilité. Un deuxième volet rassemble toutes les études sur les systèmes de molécules rédox greffées sur Si. En raison de leur nature hybride, deux approches ont été utilisées. La première, basée sur une description moléculaire où la surface de Si est modélisée par un aggrégat, conduit à des données importantes telles que le gap HOMO-LUMO, la localisation des charges ou les propriétés structurales. La deuxième basée sur des calculs de système périodique où la surface de Si est infinie, donne accès aux densités d'états. Ces données ont été ensuite comparées aux calculs moléculaires et discutées en liaison avec les propriétés électriques déterminées sur des composants tests.

Avec l'émergence des systèmes multicœurs, le concept de mémoire transactionnelle (TM) a été renouvelé à la fois dans le domaine de la recherche et dans le monde industriel. En effet, en supportant les propriétés ACI (Atomicité, Consistance et Isolation) des transactions, le concept de TM facilite la programmation parallèle et évite les problèmes liés aux verrous tels que les interblocages et l'inversion de priorité. De plus, contrairement aux méthodes basées sur les verrous, une TM permet à plusieurs transactions d'accéder en parallèle aux ressources, et augmente ainsi la bande passante du système. Enfin, une TM intègre un ordonnanceur de transactions qui, soit ré-exécute (retry) la transaction en cas de détection de conflits, soit valide (commit) la transaction en cas de succès. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'adaptation des TMs à des systèmes temps réel soft au sein desquels les processus doivent s'exécuter le plus souvent possible dans le respect de contraintes temporelles. Jusqu'à maintenant, l'ordonnancement de transactions temps réel au sein d'une TM n'a pas été étudié. Dans un premier temps, nous proposons une étude expérimentale comparative nous permettant de statuer sur l'adéquation des TMs aux systèmes temps réel multicœurs. Il s'agit en particulier d'évaluer si la variabilité du temps d'exécution des transactions est prohibitif à une utilisation dans un contexte temps réel lors de l'accès aux ressources partagées. Dans un second temps, nous introduisons un modèle transactionnel temps réel pour les TMs et nous décrivons la conception et l'implémentation d'une mémoire transactionnelle logicielle temps réel nommée RT-STM. Celle-ci intègre de nouveaux protocoles de synchronisation qui permettent de prioriser les accès aux ressources partagées en fonction de l'urgence des processus. Enfin, nous montrons comment adapter notre RT-STM à un environnement temps réel firm en proposant quelques pistes d'adaptation permettant de garantir aux processus un certain niveau de qualité de service (QoS) vis-à-vis des accès aux ressources partagées.

Le sujet de cette thèse concerne la dynamique auto-entretenue excitée par transfert de spin de vortex couplés, dans des structures de type nano-piliers vannes de spin (Py/Cu/Py). Un premier objectif a été de comprendre les processus de transport polarisé en spin et de transfert de spin associés à des configurations d'aimantation fortement non-homogènes. Cette étude a permis d'identifier et ainsi de précisément contrôler les configurations magnétiques à base de vortex, et en particulier d'observer l'influence du transfert de spin sur les mécanismes de renversement du cœur de vortex. En combinant des calculs analytiques et des simulations micro-magnétiques, nous avons également pu déterminer les conditions sur les paramètres relatifs des deux vortex (chiralités et polarités) pour obtenir des oscillations gyrotropiques couplées auto-entretenues de deux vortex dans un pilier unique. Un cas très intéressant est prévu pour les piliers de plus grands diamètres (typiquement supérieurs à 200nm) pour lesquels le courant critique est réduit potentiellement à zéro. Les résultats expérimentaux confirment les prédictions sur l'existence d'une dynamique couplée de vortex, avec des largeurs de raies atteignant 200kHz, un record à champ nul (soit un facteur de qualité Q ≈ 5000, un ordre de grandeur plus grand que pour les auto-oscillations de vortex unique) et diminuant même jusqu'à 50kHz sous champ extérieur. Un second objectif de ce travail a été l'étude de la synchronisation de deux auto-oscillateurs à transfert de spin à base de vortex. Nous avons démontré que le verrouillage des phases par couplage dipolaire de deux oscillateurs identiques peut être théoriquement obtenu indépendamment des paramètres des deux vortex. Toutefois un couplage trois fois plus important est prévu dans le cas de vortex de polarités opposées. Du point de vue expérimental, des premiers résultats ont permis de démontrer une faculté de synchronisation de deux oscillateurs présentant un écart en fréquence atteignant jusqu'à 10% de leurs fréquences d'auto-oscillation. Ce travail de thèse, qui s'inscrit dans l'effort de recherche mené pour améliorer les performances rf des nano-oscillateurs à transfert de spin, a permis d'illustrer que l'excitation de modes d'aimantations couplées est une voie à poursuivre dans le but d'aboutir à des largeurs de raies de plus en plus faibles.

Mary Anne Madden Sadlier est une écrivaine méconnue dont l'oeuvre mérite une attention critique puisqu'elle a été l'une des premières écrivaines irlandaises à s'intéresser au motif de l'immigration. L'étude de ses romans permet une lecture neuve de ce qui est aujourd'hui appelé les «écritures migrantes» par le biais d'une oeuvre qui les précède. Le roman Elinor Preston; or, Scenes at Home and Abroad, publié en 1861, met en scène une protagoniste en transition, en équilibre entre deux pays, entre deux mondes. Le roman illustre de façon singulière l'expérience d'immigration du personnage Elinor Preston, car, étant écrit au «je», il dévoile sa subjectivité dans l'écriture de son autobiographie. La mémoire à l'oeuvre dans le roman se déploie à deux niveaux: personnelle et collective -dans les souvenirs des proches et des paysages -et en divers types: culturelle, savante et nationale. Chez Elinor Preston, le rappel des souvenirs fait émerger des émotions qui leur sont liées et qui se libèrent à travers l'acte d'écriture. La mémoire qui les révèle est imaginative, affective ou sensitive, selon la façon dont l'émotion s'est fixée au souvenir et dont elle s'évacue lors du rappel. La plupart d'entre elles sont liées à des souvenirs douloureux, comme le décès des êtres chers, ce qui permet au travail de deuil de s'accomplir, peu importe la façon dont ces émotions s'expriment. Le premier chapitre pose les bases théoriques nécessaires à l'analyse de la mémoire. Cette analyse s'amorce par une représentation de la mémoire comme un métissage de plusieurs mémoires qui se superposent et s'entrecroisent dans la narration des souvenirs qui, elle, est chronologique. Les trois temps du récit de la narratrice sont: la jeunesse en Irlande, le voyage vers l'Amérique et l'immigration au Québec. De la mise en scène d'une protagoniste immigrante qui se souvient de son passé se dégage une vision à multiples facettes d'une écrivaine irlandaise sur ce même pays dans lequel elle a immigré. Le deuxième chapitre illustre la façon dont la mémoire des gens se déploie à travers le récit des décès de certains membres de la famille, ainsi que de la rencontre d'autres personnages durant le voyage vers l'Amérique et la vie au Bas-Canada. L'analyse du récit des décès met en lumière la stratégie mise en oeuvre dans le roman: plus le récit progresse, moins l'auteure accorde d'importance à la description corporelle de la mort. La narratrice, par un travail de réflexion sur les souvenirs, fait le deuil des gens aimés et se prépare, en toute spiritualité, à la mort imminente. Elle apprend ainsi à apprécier la société canadienne-française pour laquelle elle ne sentait pas d'affinités à son arrivée. L'hommage qu'elle rend à sa famille, au peuple irlandais et à la société d'accueil en racontant leur histoire crée une trace matérielle à l'épreuve du temps qui passe, car son manuscrit se déplace de mains en mains, de lecteurs en lecteurs. La trace sépulcrale qu'elle a laissée est le symbole d'une héroïne qui demeure discrète et solitaire dans son village d'accueil. Enfin, le troisième chapitre explore la mémoire du paysage qui, comme la mémoire du peuple irlandais, participe au travail de deuil du pays natal chez l'héroïne de Sadlier. Cette dernière, par l'écriture mémorielle, maintient pendant un certain temps une vision idéalisée, presque idylique de l'Irlande. Elle doit toutefois s'adapter à la vie canadienne-française, elle intègre à son imaginaire la part d'inconnu et de nouveauté de ce territoire. Il en résulte une surimpression des paysages d'Irlande sur ceux du Bas-Canada, ce qui produit un nouveau décor intériorisé. La mémoire du paysage s'exprime dans le roman à travers deux modes esthétiques, celui du sublime et celui du pittoresque, ainsi que par le locus amoenus, qui est une forme d'appropriation du paysage dont la description, en respectant un certain modèle depuis l'Antiquité, perpétue le cliché. L'utilisation judicieuse que Sadlier fait de ces trois procédés permet toutefois d'éviter les stéréotypes dans la description des paysages, et représente le paysage canadien-français de façon tout à fait singulière. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Mémoire, Littérature de l'immigration, Deuil, Émotions, Paysage, Irlande, Québec, Bas-Canada, Canada français, Mary Anne Sadlier, Catholicisme, XIXe siècle.

Driss Chraïbi est un écrivain dont l'œuvre a donné naissance à des réactions diverses dès son début littéraire en 1954 : romans, mémoires, romans policiers, sa création ne s'est pas limitée à un seul genre, ni à une seule source d'inspiration. Si à une première vue elle peut donner l'impression d'une œuvre éparse et sans lien véritable, une lecture plus approfondie donne à voir au contraire une œuvre dont la complexité réside précisément dans son unité. Le fil conducteur de notre recherche a été l'existence d'une écriture pseudo-autobiographique dans quatre des romans de Driss Chraïbi : Le Passé simple, Succession ouverte, La Civilisation, ma Mère !... et L'Inspecteur Ali. Pour confirmer cette hypothèse nous nous sommes appuyée sur une étude comparative entre ces œuvres romanesques et les deux volumes de mémoires de l'auteur : Vu, lu, entendu et Le Monde à côté.Nous nous sommes efforcée donc dans cette étude de rendre compte de certains aspects de sa littérature fictionnelle qui ont été considérés comme fortement autobiographiques, à travers une étude des personnages, de certains événements, de l'atmosphère romanesque et de l'écriture chraïbienne. En respectant l'ordre chronologique des parutions des livres, nous avons voulu suivre l'évolution des sujets, des personnages et du style de Driss Chraïbi d'une œuvre à l'autre. Pour une meilleure base théorique et méthodologique, nous avons puisé dans les différentes théories de l'autobiographie et des genres apparentés, pour passer ensuite à une étude des personnages masculins et féminins. Cette recherche sur les instances narratives nous a permis d'avoir une meilleure image de la manière dont Chraïbi a utilisé certains éléments de sa propre vie pour fonder sa fiction et la façon dont il les a exposés dans ses mémoires.Un autre aspect qui nous a semblé intéressant est de montrer l'évolution du style de Driss Chraïbi entre les récits de fiction ou pseudo-autobiographiques et les deux livres de mémoires : les descriptions, les paysages, la manière d'aborder des sujets délicats comme la religion, mais aussi l'évolution de l'écriture chraïbienne à travers les différents livres. Ce sont ces éléments de détail qui gardent le mieux la trace de l'auteur, même si Chraïbi est connu pour sa volonté de brouiller les pistes et les frontières entre les genres.