La miniaturisation des transistors CMOS permet d'améliorer les performances, la densité d'intégration et le coût des circuits intégrés. Cependant, de nos jours, le transistor se heurte à des limitations physiques. Afin de perpétuer l'accroissement des performances, l'intégration de nouveaux matériaux devient incontournable. En particulier, l'oxyde d'hafnium, du fait de sa haute permittivité et de sa large bande interdite est largement étudié afin de remplacer l'oxyde de grille standard. L'utilisation du HfO2 vise ainsi à améliorer le compromis épaisseur d'oxyde/ courant de fuite. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'élaboration, la caractérisation et l'intégration de films de HfO2 déposé par la technique MOCVD en phase liquide pulsée. La présence du système d'injection et l'utilisation d'une large fenêtre de procédé favorisent la croissance de films selon différentes phases cristallines. Selon la phase en présence, des constantes diélectriques de l'ordre de 20 et d'autres de l'ordre de 30 sont obtenues. Cette étude met aussi en évidence la présence d'une épaisseur de transition cristalline ainsi que la nature nano-cristallisée des films de HfO2. Ces différentes analyses ouvrent la voie à l'emploi de techniques de caractérisations non destructives qui peuvent être employées dans l'environnement salle blanche. L'ensemble de ces travaux ont permis la mise en place d'un procédé de référence, avec une EOT de 1,1 nm et une densité de courant de fuite de 0,84 A/cm², résultats en accord avec l'ITRS pour les applications haute performance

Avec la complexité croissante des systèmes sur puce, le processus de vérification devient une tâche de plus en plus cruciale à tous les niveaux du cycle de conception, et monopolise une part importante du temps de développement. Dans ce contexte, l'assertion-based verification (ABV) a considérablement gagné en popularité ces dernières années. Il s'agit de spécifier le comportement attendu du système par l'intermédiaire de propriétés logico-temporelles, et de vérifier ces propriétés par des méthodes semi-formelles ou formelles. Des langages de spécification comme PSL ou SVA (standards IEEE) sont couramment utilisés pour exprimer ces propriétés. Des techniques de vérification statiques (model checking) ou dynamiques (validation en cours de simulation) peuvent être mises en œuvre. Nous nous plaçons dans le contexte de la vérification dynamique. A partir d'assertions exprimées en PSL ou SVA, des descriptions VHDL ou Verilog synthétisables de moniteurs matériels de surveillance peuvent être produites (outil Horus). Ces composants peuvent être utilisés pendant la conception (en simulation et/ou émulation pour le débug et la validation de circuits), ou comme composants embarqués, pour la surveillance du comportement de systèmes critiques. Pour l'analyse en phase de conception, que ce soit en simulation ou en émulation, le problème de la génération des séquences de test se pose. En effet, des séquences de test générées aléatoirement peuvent conduire à un faible taux de couverture des conditions d'activation des moniteurs et, de ce fait, peuvent être peu révélatrices de la satisfaction des assertions. Les méthodes de génération de séquences de test sous contraintes n'apportent pas de réelle solution car les contraintes ne peuvent pas être liées à des conditions temporelles. De nouvelles méthodes doivent être spécifiées et implémentées, c'est ce que nous nous proposons d'étudier dans cette thèse.

L'autocalibration des positions des capteurs formant une grande antenne réseau aéroportée s'appuie sur les enregistrements de sources d'opportunité de directions d'arrivée inconnues, bande-étroite, émettant simultanément sur une même fréquence porteuse. Ce problème non-observable peut le devenir localement si l'on dispose de suffisamment de sources d'opportunité ou d'un modèle de déformations de voilure. Une étude de deux approches de la littérature est proposée. La première, basée sur le principe du Maximum de Vraisemblance est itérative ; la seconde, basée sur une méthode de sous-espace/modules constant (SEMC) identifie algébriquement la matrice de transfert du réseau. Leurs limites sont montrées quand le niveau de déformation est supérieur à une demi-longueur d'onde. Dans ce cas, des ambiguïtés de phase engendrent des positions erronées. Des solutions originales sont proposées pour estimer les positions des capteurs dans le cas de déformations statiques importantes. Trois sources d'opportunité et l'utilisation d'un modèle polynomial de déformation ou plus simplement des contraintes physiques couplées à une méthode de résolution des ambiguïtés de phase, permettent d'autocalibrer l'antenne. Enfin, pour autocalibrer une antenne vibrante grandement déformée une approche basée sur SEMC est proposée. Elle autorise la résolution des ambiguïtés de phase en intégrant suffisamment d'échantillons et permet ensuite de suivre l'antenne au cours des vibrations en utilisant un temps d'intégration plus court. Une extension pour des sources de fréquences porteuses différentes est finalement présentée.

L'intégration de plusieurs processeurs hétérogènes en un seul système sur puce (SoC) est une tendance claire dans les systèmes embarqués. La conception et la vérification de ces systèmes nécessitent des plateformes rapides de simulation, et faciles à construire. Parmi les approches de simulation de logiciels, la simulation native est un bon candidat grâce à l'exécution native de logiciel embarqué sur la machine hôte, ce qui permet des simulations à haute vitesse, sans nécessiter le développement de simulateurs d'instructions. Toutefois, les techniques de simulation natives existantes exécutent le logiciel de simulation dans l'espace de mémoire partagée entre le matériel modélisé et le système d'exploitation hôte. Il en résulte de nombreux problèmes, par exemple les conflits l'espace d'adressage et les chevauchements de mémoire ainsi que l'utilisation des adresses de la machine hôte plutôt des celles des plates-formes matérielles cibles. Cela rend pratiquement impossible la simulation native du code existant fonctionnant sur la plate-forme cible. Pour surmonter ces problèmes, nous proposons l'ajout d'une couche transparente de traduction de l'espace adressage pour séparer l'espace d'adresse cible de celui du simulateur de hôte. Nous exploitons la technologie de virtualisation assistée par matériel (HAV pour Hardware-Assisted Virtualization) à cet effet. Cette technologie est maintenant disponibles sur plupart de processeurs grande public à usage général. Les expériences montrent que cette solution ne dégrade pas la vitesse de simulation native, tout en gardant la possibilité de réaliser l'évaluation des performances du logiciel simulé. La solution proposée est évolutive et flexible et nous fournit les preuves nécessaires pour appuyer nos revendications avec des solutions de simulation multiprocesseurs et hybrides. Nous abordons également la simulation d'exécutables cross- compilés pour les processeurs VLIW (Very Long Instruction Word) en utilisant une technique de traduction binaire statique (SBT) pour généré le code natif. Ainsi il n'est pas nécessaire de faire de traduction à la volée ou d'interprétation des instructions. Cette approche est intéressante dans les situations où le code source n'est pas disponible ou que la plate-forme cible n'est pas supporté par les compilateurs reciblable, ce qui est généralement le cas pour les processeurs VLIW. Les simulateurs générés s'exécutent au-dessus de notre plate-forme basée sur le HAV et modélisent les processeurs de la série C6x de Texas Instruments (TI). Les résultats de simulation des binaires pour VLIW montrent une accélération de deux ordres de grandeur par rapport aux simulateurs précis au cycle près.

L'agence spatiale européenne et le CNES étudient la possibilité d'envoyer des microsystèmes dans l'espace, en particulier pour le gain de masse qu'ils représentent. Afin d'améliorer la fiabilité des composants en couches minces dans le temps et leurs performances, il est nécessaire de connaitre leurs propriétés mécaniques. Plusieurs techniques de caractérisation existent, en particulier la nanoindentation qui sollicite les couches minces directement sur substrat. Mais les résultats peuvent être largement influencés par le substrat dans le cas des couches microniques. Les méthodes de traction uniaxiale (CNES) et du gonflement de membranes autoportantes (INL) permettent de s'affranchir des effets du substrat, mais la fabrication de telles structures est complexe et nécessite bon nombre d'étapes technologiques pour retirer le substrat en face arrière. L'objectif de cette thèse est de comprendre le lien qui existe entre les paramètres de fabrication de couches minces métalliques d'or et d'aluminium, leur microstructure, et leurs propriétés mécaniques à l'aide des outils présentés précédemment. Une perspective étant de mieux agir sur les procédés de fabrication afin d'améliorer la fiabilité des composants. Le premier chapitre présente les différentes techniques de dépôt, leur thermodynamique et cinétique, les types de microstructures rapportées dans la littérature, ainsi que la réalisation des structures de test. Le deuxième présente les caractérisations microstructurales, et la corrélation entre les paramètres de dépôt et les propriétés microstructurales est discutée. Le chapitre trois présente les caractérisations mécaniques des couches minces, sur substrat ou autoportantes, par les méthodes de nanoindentation en pointe Berkovich et sphérique, de microtraction et du gonflement de membrane. Le dernier chapitre est consacré aux relations entre les propriétés microstructurales et mécaniques des couches minces métalliques et à l'influence des traitements thermiques.

Les technologies VLSI (" Very large Scale Integration ") font partie de notre quotidien et nos besoins en miniaturisation sont croissants. La densification des transistors occasionne non seulement des difficultés à localiser les défauts dits " hard " apparaissant durant les phases de développement (débug) ou de vieillissement, mais aussi l'apparition de comportements non fonctionnels purs du composant liées à des défauts de conception. Les techniques abordées dans ce document sont destinées à sonder les circuits microélectroniques à l'aide d'un outil appelé émission de lumière dynamique (Time Resolved Imaging - TRI) à la recherche de comportements anormaux au niveau des timings et des patterns en jeu dans les structures. Afin d'aller plus loin, cet instrument permet également la visualisation thermographique en temps résolue de phénomènes thermiques transitoires au sein d'un composant.

Parallèlement à l'accroissement de la part dévolue à la mémoire au sein des circuits, l'évolution technologique s'accompagne d'uneaugmentation de la variabilité des performances, notamment dues aux variations de procédés de fabrication, de la tension d'alimentation et de la température. En terme de conception, ces variations de procédés de fabrication et de conditions de fonctionnement sont généralement prises en compte en adoptant une approche pire et meilleur cas(méthode des corners). Cependant, l'accroissement de la variabilité des procédés de fabrication conduit à l'accroissement relatif de la fourchette d'estimation des performances, comme la marge temporelle de lecture dans une mémoire embarquée de type SRAM. Ainsi la seule alternative, permettant de s'affranchir de la méthode des corners, réside dans l'adoption de techniques statistiqueset notamment l'analyse statistique des performances temporelle. Cette analyse statistique des performances des SRAMs constitue le cœur de cette thèse. Dans un premier temps, nous avons démontré les limites de la méthode des corners sur la marge temporelle de lecture de la SRAM. Puis, nous avons développé une approche de modélisation permettant de s'affranchir de la méthode des corners. Cette approche a ensuite été utilisée dans le dimensionnement statistique de la mémoire afin d'optimiser ses performances temporelles, réduisant ainsi lamarge excessive de lecture introduite par l'approche traditionnelle.

Le fort développement actuel des systèmes électroniques embarqués nous conduit à relever le défi de leur fiabilisation, ceci d'autant plus que des organes de sécurité sont souvent concernés et que ces systèmes opèrent dans des conditions environnementales difficiles avec une exigence de réduction de coût drastique. Ce qui caractérise le mieux l'évolution récente de ces systèmes électroniques embarqués c'est une forte intégration qui conduit à réduire leur encombrement et leur poids tout en augmentant la puissance électrique convertie. Il en résulte automatiquement une augmentation de la densité de puissance dissipée et l'étude de leur comportement électrothermique prend, dans ces conditions, une importance fondamentale. Le présent travail concerne le développement d'outils précis de modélisation électrothermique qui permettent d'appréhender l'impact de la technologie choisie (conception, connectiques, matériaux ...) sur les phénomènes causés par les défauts qui apparaissent avec le vieillissement. Des règles de robustesse spécifiques à chaque technologie pourront être édictées à l'aide de simulations 3D distribuées présentées dans le mémoire. Dans un premier temps la modélisation électrothermique compacte a été abordée. Ensuite, en se limitant aux modules MOS de puissance, une première classe de problèmes caractérisée par l'absence de commutation peut être traitée en ayant recours à une modélisation électrothermique par éléments finis qui considère que le composant est constitué par un ensemble de zones de résistivités électriques et de conductivités thermiques différentes. Une tentative a été faite en vue d'étendre l'étude électrothermique aux classes de problèmes mettant en œuvre des MOS de puissance fonctionnant en régime de commutation. Le modèle électrique distribué doit alors être capable de calculer et de répartir les pertes totales (état passant, état bloqué et commutation) pour un régime de commutation rapide. Enfin, un soin particulier a été accordé à l'étude du fonctionnement en avalanche, une méthode basée sur l'expérimentation et l'utilisation d'un modèle électrothermique simple afin d'estimer la température de jonction d'un MOSFET de puissance lors de son fonctionnement en régime d'avalanche de courte durée a été développée. Pour conclure, on a démontré qu'il n'existe pas une réponse unique en termes de modélisation électrothermique et que chaque méthode vise à résoudre une classe spécifique de problèmes.

Dans le contexte global de recherches d'améliorations des performances d'un système photovoltaïque (PV), il nous a paru nécessaire de commencer cette thèse par une synthèse sur la compréhension des phénomènes physiques impliqués dans l'effet photovoltaïque. En effet, en comprenant mieux leurs interactions par une démarche systématique de recherche sur le comportement des générateurs PV et les origines des effets limitant la production d'énergie PV. Il est possible de mieux situer la problématique de ces travaux de recherche. Tout au long de ces trois années passées, nous nous sommes attachés à rechercher les causes des défaillances des systèmes PV pour proposer des solutions techniques de conversion et rendre les systèmes dans leurs globalités plus fiables et surtout plus efficaces que les produits existants. Ainsi dans la littérature, nous avons pu constater que plusieurs études se focalisent encore de nos jours sur la recherche de modèles plus ou moins précis du comportement de cellules PV puis de modules et de générateurs PV complets soumis à des environnements changeant comme c'est le cas en condition réelle d'ensoleillement. Par ces modèles, à travers diverses simulations reproduisant les conditions d'ensoleillement et d'utilisation des générateurs PV, il est ainsi possible de dissocier les phénomènes et par exemple de différencier les pertes de productible liées à l'environnement des pertes liées à une désadaptation électrique. Ainsi, en quantifiant le potentiel d'amélioration et en comprenant mieux les interactions, la recherche de solutions sur l'amélioration de performances des systèmes peut être ciblée et couvrir un large spectre de fonctionnement.

Nos travaux ont visé le développement de biocapteurs hyperfréquences microfluidiques pour l'analyse de fluides biologiques et notamment la mesure de glucose en solution aqueuse avec pour contexte applicatif la mesure de la glycémie humaine. Nous présentons dans un premier temps la modélisation du fonctionnement des biocapteurs développés et de l'interaction fluide/champ électrique sous-jacente afin d'en comprendre les mécanismes et d'optimiser les performances en sensibilité des dispositifs. Ces premiers résultats ont nourri la conception et fabrication de nouveaux biocapteurs hyperfréquences résonants microfluidiques. Nous avons validé expérimentalement les capacités en sensibilité et fiabilité de ces dispositifs pour la mesure de glucose à des concentrations physiologiques. Nous avons de plus démontré que l'ajout de constituants comme le chlorure de sodium ne remettait pas en cause les capacités de mesures de fluides complexes (comme le sang) de nos biocapteurs. Enfin, la dernière partie ouvre vers de nouvelles perspectives permises par les techniques hyperfréquences microfluidiques. Nous pointons ici le pouvoir sélectif de la technique rendant possible la mesure, sur un unique échantillon, de la concentration de plusieurs solutés (glucose et chlorure de sodium). Nous démontrons également que la convergence des techniques de conception et microfabrication hyperfréquence microfluidique et des propriétés des techniques de caractérisation hyperfréquence rend possible la mesure simultanée de plusieurs échantillons de liquides.