Cette thèse, effectuée en collaboration entre le CEMES-CNRS, le laboratoire Satie (ENS Cachan) et NXP Semiconductors est motivée par la compréhension des mécanismes de défaillance des dispositifs MOSFET pour les applications dans l'industrie automobile. Un facteur limitant de la fiabilité à long terme des modules de puissance basse tension est le vieillissement électrothermique et/ou thermo-mécanique des parties métalliques de la source: métallisation en aluminium (ou alliage) et fils de connexion. A cause de la différence de coefficient de dilatation thermique entre la métallisation les oxydes et le substrat semi-conducteur, la température atteinte pendant les cycles de fonctionnement (quelques centaines de degrés), induit une déformation plastique inévitable dans le métal, qui est le matériau le plus mou dans l'architecture complexe du MOSFET. Nous avons caractérisé la microstructure métallique avant et après les tests de vieillissement électrothermique accélérés, en utilisant des techniques spécifiques du domaine de la métallurgie physique: microscopie électronique et ionique, cartographie d'orientation de grains et de la composition chimique. Pour la première fois, la métallisation de la source a été caractérisée sous les fils de connexion, qui sont cent fois plus épais que la métallisation. Cet emplacement est critique pour la fiabilité du composant, car le processus de soudure par ultrasons induit une déformation plastique importante qui peut affaiblir la métallisation initiale avant le vieillissement. Ceci est peu étudié dans la littérature en raison de la difficulté à accéder à la métallisation sous les fils sans altérer leur interface, souvent endommagée et fragilisée dans les modules vieillis. Nous avons mis en place des méthodes de préparation d'échantillon, basées sur le polissage ionique, pour étudier cette interface, sans introduire d'artefacts de préparation. Le processus de soudure à froid induit une déformation plastique sévère et non uniforme dans la métallisation sous les fils sans parvenir à recréer un bon contact électrique: de petites cavités et des résidus d'oxyde natif, ont été systématiquement observés à l'interface Al / Al, dans tous les modules analysés, avant et après vieillissement. Le mécanisme principal de défaillance des modules est la génération et la propagation de fissures de fatigue dans l'aluminium, associée à une oxydation locale qui empêche la fermeture de ces fissures. Sous et en dehors des fils de connexion, ces fissures traversent la métallisation perpendiculairement à la surface jusqu'au substrat en silicium en suivant les joints de grains. Cette fissuration est due à la diffusion intergranulaire accélérée des atomes d'aluminium. Dans la zone de soudure, le phénomène de fissuration parallèle à l'interface est favorisé par les imperfections initiales (cavités, oxyde). Les expériences de tomographie ionique ont montré que ces fissures sont confinées à l'interface fil-métal et ne se propagent pas dans le fil malgré sa plus faible résistance mécanique (Al pur, structure à grains plus grands). La propagation de la fissure le long de l'interface Al/Al peut provoquer une diminution du contact entre le fil et la métallisation de la source et éventuellement son décollement. Les fissures dans le métal source peuvent expliquer l'augmentation locale de la résistance et de la température du module qui accélère le processus de vieillissement jusqu'à l'échec. Cette étude a établi de nouvelles techniques dédiées et des méthodes de quantification pour évaluer le vieillissement des parties métalliques des modules MOSFET. La caractérisation complète de l'interface soudée, intrinsèquement défectueuse et la dégradation de la métallisation pendant le vieillissement électrothermique ouvrent la voie à l'amélioration possible les technologies actuelles et au développement potentiel de nouveaux procédés. / This thesis, a collaboration between CEMES-CNRS, Satie laboratory (ENS Cachan) and NXP Semiconductors is motivated by the comprehension of the failure mechanisms of low voltage power MOSFET devices produced for ap- plications in the automotive industry. A limiting factor for the long-term reliability of power modules is the electro- thermal and/or thermo-mechanical aging of the metallic parts of the source: Al metallization and bonding wires. At the temperature reached during the on-off operating cycles (few hundred degrees), the difference in the coefficient of thermal expansion between the metallization and the oxide and semicon- ductor parts induces an inevitable plastic deformation in the metal, which is the softest material in the complex MOSFET architecture. We have characterized the metal microstructure before and after accelerated electro-thermal aging tests, by using specific techniques from the field of the physical metallurgy: electron and ion microscopy, grain orientation and chem- ical composition mapping. For the first time the source metallization has been characterized both away and under the bonding connections, which are one hundred times thicker than the metallization layer. The latter is a critical loca- tion for the reliability assessment because the ultrasonic bonding process may weaken the initial metallization microstructure by adding an important plas- tic deformation prior to aging. This is, however, poorly stated in the literature because of the difficulty to access the metallization under the wires without damaging their bonding, which is known to be particularly weak in case of aged modules. In order to investigate the wire-metallization interface, we have set up origi- nal sample preparations, based on ion polishing, that allowed us to disclose the metallization under the bonding wires without introducing preparation artifacts in the microstructure. The bonding process induces a severe and non- uniform plastic deformation in the metallization under the wires without re- creating a good electrical contact: small cavities and native oxide residues, have been systematically observed at the Al/Al interface, in all the analyzed mod- ules, before and after aging. The main mechanism behind the device failure is the generation and propa- gation of fatigue cracks in the aluminum metallization, associated to a local Al oxidation that prevents these crack from closing. Away and under the wire bonds, they run perpendicularly from the surface down to the silicon substrate following the grain boundaries, due to an enhanced intergranular diffusion of aluminum atoms. In the bonding area, the phenomenon of parallel cracking is favored by the initial imperfections in the wire-metallization bonding. Ion to- mography experiments have shown that these cracks are confined to the wire- metal interface and do not propagate in the wire despite its lower strength (pure Al, larger grain structure). Crack propagation along the Al/Al interface can cause a contact reduction between the wire and the source metallization and eventually its failure. Such discontinuities in the metal can explain the lo- cal increase in the device resistance and temperature that accelerates the aging process until failure. This study settled new, dedicated techniques and quantification methods to as- sess the aging of the metal parts of MOSFET devices. The full characterization of the intrinsically defective interface generated by the bonding process and the metallization degradation during electro-thermal aging indicated paths to possible improvements of current technologies and potential developments of new processes.

Despite traffic congestion, air pollution, greenhouse gas emissions, as well as the connection to road crashes and physical inactivity, the car remains the prevalent mode of transport in North America. This over-reliance on cars relative to public and active transport modes is even more evident during peak hours. However, evidence suggests that the habit of car use is likely to be disrupted in important life-changing situations such as the birth of a child, or the relocation of a workplace. In such circumstances, attentiveness to alternative solutions and transport modes will increase, hence, a higher probability of a conscious (re)consideration of current travel behavior and a change is expected. From a policy planning perspective, these moments are highly valuable as they open up a “window of opportunity” for introducing and encouraging the use of sustainable transportation alternatives and for promoting health and environmental concerns. Whether it is voluntary or involuntary, uprooting and moving an activity to another location is a complex event from a socio-psychological perspective. It exposes people to a novel situation regarding geographical accessibility to home, work, amenities, transport services, parking, bike lanes, as well as other contextual characteristics including diversity of population and security, all of which can trigger the need for mobility rearrangement. Furthermore, relocation can stimulate travel behaviour change by influencing individual’s attitudes, values, and habits. In fact, modal choice is a very complex decision process determined by a wide range of spatial, economic, social, and psychological factors. In this context, a deeper understanding of individual’s daily travel behaviour and modal choices is necessary in order to take adequate policy measures to guide mobility towards more sustainable behaviors. In this context, this dissertation targets the travel behaviour of more than 10,000 employees of the McGill University Health Center (MUHC), Montreal, who experienced a significant life-changing event when five different work locations within the downtown core were merged into one peri-central location, the Glen Site, in 2015. One of the largest employment relocations in North American history, the super-hospital situated near the Vendome intermodal station is a strategic opportunity to advance basic knowledge on sustainable travel demand management. The underlying principle is to derive benefit from the disruption of habits and identifying the barriers of using low-carbon transport modes and to offer green transport opportunities in situations where there is increased attentiveness to alternative modes. Accordingly, this dissertation will answer the following research question: In an attempt to guide mobility towards a more sustainable future, how do the travel-related impacts of involuntary workplace relocation help improve our understanding of the choice of household’s daily mobility in metropolitan territory? To answer this question, the following objectives will be pursued through the production of three journal papers built on one another: 1. To develop a comprehensive presentation of modal choice determinants, and in particular factors affecting commuting behaviour during the process of workplace relocation as well as effective measures that incentivize sustainable commuting. 2. To examine the extent to which commute mode choice and satisfaction are interdependent by looking at socio-demographic characteristics, residential location and car ownership in the context of a major involuntary workplace relocation. 3. To expand our understanding of the complex causalities and rationales underlying travel-related choices and changes as well as their links to travel attitudes, dissonance and satisfaction. 4. To understand how individuals rank and prioritize their travel-related attitudes and values within the various domains of life in order to maximize their life satisfaction when experiencing a context change. Using both quantitative (n=1977, ~26% response rate) and qualitative (n=19) methods, we collected and analyzed data on before- and after-the-move decisions made by the employees regarding: 1) their travel patterns, 2) barriers of using low-carbon transport modes, and 3) the underlying rationales for change (or not). Whereas research in this field is dominated by quantitative analyses, few studies have applied mixed method approaches where a qualitative approach provides a deeper insight into the complex causal relationships between subjective psychological concepts that quantitative methods are often unable to address thoroughly. The overarching finding indicated that, while the existence of a regional train (in addition to metro and bus) at a major workplace has a positive impact on reducing private automobile use (15 percent increase in public transit use and 10 percent increase in travel satisfaction), the simple existence of alternatives is insufficient and further efforts are needed to encourage the use of low-carbon transport modes for daily commute. These efforts are most effective and functional if they are made at different stages during the process of the relocation, i.e., before, during, and after the relocation. The quantitative part also provided valuable insights into the importance of considering commuter’s travel-related characteristics (including home location, car ownership, and other socio-economic status) when planning for major workplace relocations. Furthermore, results from our in-depth interviews shed light on the concept of weighted decision-making by discussing how individuals maximize their (travel and life) satisfaction by attributing different value and attitudinal weights to their choice alternatives. The perspective of weighted decision-making helped improve understanding of that satisfaction in various travel-related domains are interdependent and each can affect or be affected by overall life satisfaction. Among the respondents, the majority of the relatively low-income households (e.g., service jobs) lived in areas with low accessibility to adequate public transit, whereas many high-income employees (e.g., doctors and specialists) lived in affluent transit-oriented residential neighbourhoods allowing them to commute by low-carbon transport modes compared to the former group who felt forced to commute by car or endure frustrating commutes with multiple transfers between lines. Moreover, the construction of motorway interchanges and the corresponding heavy congestion around the Glen site has resulted in commute dissatisfaction for drivers, bus users, bicyclists and even pedestrian commuters. This dissertation calls for the contribution of key urban-transportation planners to tackle commute challenges in an attempt to increase subjective well-being, work satisfaction, and quality of life and guide mobility towards a more sustainable future. / Les embouteillages, le prix élevé des carburants, la pollution atmosphérique et la contribution importante des voitures individuelles aux émissions de gaz à effet de serre, aux accidents de la route et à l’inactivité physique ne semblent pas troubler la grande majorité des propriétaires de voitures des sociétés occidentales, car la voiture reste le mode de transport le plus utilisé. Cette importante dépendance à l’égard de la voiture par rapport aux modes de transport publics et actifs est encore plus évidente aux heures de pointe, lorsque les trajets domicile-travail impliquent une lourde charge sur les réseaux routiers et aux infrastructures. Or, la recherche a montré que l’habitude de l’utilisation d’une voiture individuelle est susceptible d’être perturbée lors de situations significatives qui changent le cours de la vie, comme la naissance d’un enfant ou le déplacement d’un lieu de travail, type de situations qui est l’objet de cette thèse. Dans de telles circonstances, l’attention portée aux solutions et aux modes de transport alternatifs augmente, d’où une plus grande probabilité de (re)considérer les comportements de déplacement actuels et d’éventuellement les changer. Du point de vue de la planification des politiques, ces moments sont très précieux, car ils ouvrent une « fenêtre d’opportunité » pour introduire et encourager l’utilisation de solutions de transport durables et pour promouvoir les préoccupations en matière de santé et d’environnement. Qu’ils soient volontaires ou involontaires, le déracinement et le déplacement d’une activité vers un autre lieu sont des événements complexes d’un point de vue socio-psychologique. Cela expose les gens à une situation nouvelle en ce qui concerne l’accessibilité géographique au domicile, au travail, aux équipements urbains, aux services de transport, au stationnement, aux pistes cyclables ainsi qu’à d’autres dimensions contextuelles, notamment la diversité de la population et la sécurité, ce qui peut alors déclencher le besoin de réaménager la mobilité. En outre, un déménagement peut stimuler le changement de comportement en matière de déplacement en influençant les attitudes, les valeurs et les habitudes des individus. En fait, le choix modal est un processus de décision très complexe déterminé par un large éventail de facteurs spatiaux, économiques, sociaux et psychologiques. Dans ce contexte, il est pertinent de mieux comprendre le comportement quotidien des individus en matière de déplacements et leurs choix modaux afin de prendre des mesures politiques adéquates pour orienter la mobilité vers des comportements plus durables. Dans ce contexte, ce projet de recherche de doctorat s’intéresse aux comportements de déplacement de plus de 10 000 employés du Centre universitaire de santé McGill (CUSM), à Montréal, qui ont vécu en 2015 un événement important qui a changé leur vie lorsque quatre lieux de travail différents du centre-ville ont été fusionnés en un seul lieu péricentral au site Glen. Ce super-hôpital, situé près de la gare intermodale Vendôme, est l’une des plus importantes délocalisations d’emplois de l’histoire en Amérique du Nord. Il constitue une opportunité stratégique de faire progresser les connaissances fondamentales sur la gestion durable de la demande de transport. L’idée principale est de tirer profit de la rupture des habitudes et de l’identification des obstacles à l’utilisation de modes de transport à faible émission de carbone pour offrir des possibilités de transport écologique dans des situations où l’on est de plus en plus attentif aux modes alternatifs. En conséquence, l’objectif principal de cette thèse est de contribuer à la compréhension de la logique, de l’arbitrage et du choix de la mobilité des ménages sur le territoire métropolitain, en répondant à la question de recherche suivante : dans le but d’orienter la mobilité vers une perspective plus durable, comment un déménagement (involontaire) du lieu de travail contribue-t-il à améliorer notre compréhension des (changements de) comportements de déplacement des individus ? Pour répondre à cette question, les objectifs suivants sont visés grâce à la réalisation de trois articles scientifiques construits successivement : 1. Développer une présentation approfondie des déterminants du choix modal, et en particulier des facteurs affectant le comportement de déplacement pendant le processus de délocalisation du lieu de travail ainsi que des mesures efficaces qui incitent à des déplacements durables. 2. Examiner dans quelle mesure le choix du mode de transport et la satisfaction sont interdépendants en examinant les caractéristiques sociodémographiques, le lieu de résidence et la possession d’une voiture dans le contexte d’une relocalisation involontaire du lieu d’emploi. 3. Élargir notre compréhension de causalité complexes qui sous-tendent les choix et les changements liés aux déplacements, ainsi que leurs liens avec les attitudes, la dissonance et la satisfaction en matière de déplacements. 4. Comprendre comment les individus classent et hiérarchisent leurs attitudes et valeurs liées aux déplacements dans les divers domaines de la vie, afin de maximiser leur satisfaction dans la vie lorsqu'ils confrontés à un changement de contexte. En utilisant des méthodes quantitatives (n=1977, taux de réponse d’environ 26 %) et qualitatives (n=19), nous avons recueilli et analysé des données sur les décisions prises par les employés avant et après la relocalisation : 1) leurs habitudes de déplacement, 2) les obstacles à l’utilisation de modes de transport à faible émission de carbone et 3) les raisons sous-jacentes de tout changement (ou non). Alors que la recherche dans ce domaine est dominée par les analyses quantitatives, peu d’études ont appliqué des approches de méthodes mixtes où une enquête qualitative permet de mieux comprendre les relations causales complexes entre des concepts psychologiques subjectifs que les méthodes quantitatives souvent incapables d’aborder de manière approfondie. Le résultat principal montre que, si l’existence d’un train de banlieue (en plus du métro et du bus) vers le lieu de travail important a un impact positif sur la réduction de l’utilisation de l’automobile individuelle (augmentation de 15 % de l’utilisation des transports publics et de 10 % de la satisfaction des navettes quotidiennes), la simple existence d’une alternative à la voiture est insuffisante et des efforts supplémentaires sont nécessaires pour encourager l’utilisation de modes de transport à faible émission de carbone pour les trajets quotidiens. Ces efforts sont d’autant plus efficaces et effectifs lorsqu’ils sont déployés à différents stades du processus de relocalisation, c’est-à-dire avant, pendant et après la relocalisation. La perspective quantitative a également fourni des indications pertinentes sur l’importance de prendre en compte les caractéristiques des déplacements des navetteurs (notamment le lieu de résidence, la possession d’une voiture et d’autres statuts socio-économiques) lors de la planification de relocalisations à grande échelle de lieux d’emplois. En outre, les résultats de nos entretiens approfondis de la perspective qualitative ont mis en lumière le concept de prise de décision pondérée en examinant comment les individus maximisent leurs satisfactions (de mobilité et de la vie) en attribuant différentes valeurs et pondérations attitudinales à leurs choix. La perspective de la prise de décision pondérée a permis de mieux comprendre comment la satisfaction dans divers domaines liés aux navettes est interdépendante et que chacun des domaines peut affecter ou être affecté par la satisfaction globale de la vie. Parmi les répondants, la majorité des ménages à faible revenu relatif (par exemple, les emplois de services) vivaient dans des zones peu accessibles aux transports en commun, tandis que de nombreux employés à revenu élevé (par exemple, les médecins et les spécialistes) vivaient dans des quartiers résidentiels favorisés et orientés vers les transports en commun, ce qui leur permettait de se déplacer par des modes de transport à faible émission de carbone, alors que le premier groupe se considérait obligé de se déplacer en voiture ou d’endurer des déplacements frustrants avec des correspondances multiples. En outre, la construction d’échangeurs autoroutiers et la forte congestion autour du site de Glen ont entraîné une insatisfaction des conducteurs, des utilisateurs de bus, des cyclistes et même des piétons. Cet enjeu a eu une influence négative sur la satisfaction au travail et la qualité de vie des employés. Ce projet de doctorat souligne ainsi le rôle clé des principaux planificateurs des transports urbains pour relever les défis liés aux déplacements afin d’accroître le bien-être subjectif et d’orienter la mobilité vers un avenir plus durable.