Il existe un besoin important de développer des capteurs intégrés à faible coût qui ne nécessitent pas de grandes performances. Les technologies de fabrications de MEMS avec un procédé CMOS monolithiques offrent un coût réduit de production collective. Cependant plusieurs verrous subsistent dans le développement de ce type de capteurs. Ce sont : la conception d'une interface de capteur robuste aux fortes dispersions de la technologie, le test à faible coût des parties mécaniques et la mise en boîtier. Cette thèse propose des solutions nouvelles qui adressent les deux premiers points. Elle est illustrée par le développement d'une micro boussole.<br />L'approche proposée part de l'optimisation de l'élément sensible, de l'évaluation de ses performances intrinsèques et de sa modélisation complète qui inclue les effets parasites.<br />Ensuite, les choix au niveau de l'interface sont expliqués et l'utilisation d'un environnement CAO est détaillée. Les solutions proposées permettent à l'électronique de s'auto ajuster ou s'auto étalonner au capteur. Enfin, l'évaluation des stratégies de test basées sur l'utilisation de stimuli électrothermiques montre leur efficacité sur un ensemble de défauts considérés. Nous<br />montrons que ces méthodes permettent un test à faibles coûts du capteur, intégré et en ligne.

L'organisation à grande échelle des chromosomes à l'intérieur du noyau des cellules est complexe et reste encore mal comprise. Durant ma thèse, nous avons exploité les ressources technologiques du LAAS pour développer et optimiser une nouvelle méthode de visualisation en 3D rapide - à l'échelle de la dizaine de millisecondes - avec une résolution spatiale de ~20 nanomètres. Cette méthode est fondée sur la fabrication de micromiroirs en forme de V par gravure humide du silicium, et sur l'analyse d'images avec les techniques de stéréovision qui permettent de recombiner des vues collectées sous différents angles dans un environnement 3D. Ces micromiroirs ont ensuite été intégrés dans un laboratoire sur puce, et plusieurs versions de la technologie ont été proposées afin d'améliorer leurs propriétés. Nous avons démontré que cette technologie est adaptée pour le suivi des mouvements des chromosomes dans les cellules vivantes, que nous avons pu retracer avec les meilleures cadences de la littérature. Ces résultats nous ont ensuite permis d'explorer les mécanismes physiques à l'origine des fluctuations spatiales des chromosomes, et de montrer que les modèles de physique des polymères génériques peuvent être utilisés pour extraire des informations quantitatives décrivant l'organisation et la dynamique spatiale du génome.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du développement des microtechnologies pour l'amélioration des techniques d'analyse médicale et propose d'améliorer le confort du patient hémodialysé par un suivi en continu de l'efficacité de l'épuration. Il vise la mise au point de microcapteurs chimiques jetables de type ChemFETs pour la détection des ions H+, de l'urée et de la créatinine. Le principe de détection est basé sur la réalisation d'une couche enzymatique générant une catalyse au niveau de grille du ChemFET. Cette réaction chimique induit une variation de pH que le microcapteur mesure. La première partie des travaux de recherche a consisté à élaborer un procédé de fabrication technologique, fiable, peu complexe et utilisant une technologie standard pour la réalisation des microcapteurs chimiques SiO2/Si3N4 pH-ChemFETs. Le procédé de fabrication a été validé à l'aide du logiciel de simulation technologique ATHENA" et du logiciel de simulation électrique ATLAS". Les composants ont ensuite été réalisés dans la centrale technologique du LAAS-CNRS, puis assemblés sur un circuit imprimé; un silicone biocompatible assurant l'étanchéité du système. Les microcapteurs ont ensuite été caractérisés électriquement pour la mesure du pH. L'obtention d'une bonne reproductibilité de mesure et de sensibilités quasi-nernstiennes (55 mV/pH) a validé le procédé technologique de fabrication. Ils ont donc été adaptés à la détection biochimique, et plus précisément de l'urée et de la créatinine. Les membranes enzymatiques ont tout d'abord été déposées manuellement à la microgoutte, puis, afin de considérer le développement industriel des microcapteurs enzymatiques, fabriquées collectivement en utilisant les techniques de photolithographie. La faisabilité de la détection de l'urée et de la créatinine a finalement été démontrée et les propriétés de détection enzymatiques ont été optimisées dans des solutions de dialysat.

Les dictats de la course à la miniaturisation et à l'accroissement des performances suivit par les industriels de la microélectronique, se heurte aujourd'hui aux limites physiques, technologiques et économiques. Une alternative innovante pour dépasser ces inconvénients, réside en l'intégration tridimensionnelle de circuits intégrés. Cette technologie consiste à empiler verticalement différents niveaux de circuits aux fonctionnalités diverses. Elle ouvre la voie à des systèmes multifonctions ou hétérogènes, aux performances électriques bien meilleures que les circuits bidimensionnels existants. L'empilement de ces puces est réalisable par l'intermédiaire de vias traversant nommés " Though Silicon Via " (" TSV "), qui sont obtenus par la succession de différentes étapes technologiques, dont une d'entre elles consiste à réaliser par gravure plasma, des microcavités profondes à travers le silicium. Actuellement deux procédés de gravure plasma sont principalement utilisés pour la conception de " TSV ", le procédé Bosch et le procédé cryogénique, avec dans les deux cas des avantages et des inconvénients différents. L'objet de cette thèse s'inscrit dans le développement d'un procédé de gravure plasma innovant et alternatif à ceux actuellement utilisés, afin de limiter leurs inconvénients (rugosité de flancs, manque de contrôle des profils, basse température...). Dans cette logique deux procédés de gravure profonde ont été envisagés, exploitant les chimies de gravure SF6/O2/HBr et SF6/O2/HBr/SiF4. L'ensemble de l'étude vise à une meilleure compréhension des mécanismes de gravure et de passivation des cavités à fort facteur de forme grâce en particulier à l'exploitation des techniques d'analyse de surface par XPS.

L'électronique organique est un domaine de recherche récent en pleine expansion. La plupart des composants de l'électronique classique trouvent à ce jour un équivalent utilisant des matériaux semi-conducteurs organiques (OSCs) : diodes électroluminescents organiques (OLEDs), transistors à effet de champ organiques (OFETs) ou encore cellules photovoltaïques organiques (OPVs). Depuis la réalisation des premières vannes de spin organiques en 2002 et 2004, le domaine de la spintronique organique connaît un certain essor. Cette thèse s'inscrit dans ce contexte, avec pour objectif de fabriquer des vannes de spin organiques et de les étudier afin de mieux comprendre les mécanismes d'injection et de transport de spin dans les OSCs. Les jonctions réalisées sont constituées de deux électrodes ferromagnétiques, dont la polarisation en spin se conserve audelà de la température ambiante, entre lesquelles un film mince de 50 à 200 nm d'un matériau OSC est pris en sandwich. Au cours de cette thèse, plusieurs molécules ont été étudiées, au regard de leurs différentes propriétés électroniques : le tris-(8-hydroxyquinoline) aluminium (Alq3), le tétraéthyl pérylène 3, 4, 9, 10- tétracarboxylate (PTCTE) et le benzofurane bithiophène (BF3). Des études morphologiques et structurales ont été réalisées afin de contrôler la qualité des interfaces métal/OSC. Des mesures VSM (Vibrating Sample Magnetometer) ont permis de s'assurer du comportement vanne de spin de nos échantillons de 10 K à 300 K. Enfin, des mesures de transport avec ou sans champ magnétique ont été réalisées en fonction de la température. Elles ont permis de mettre en évidence la limitation du courant par les charges d'espace en présence de pièges profonds, avec une conduction par sauts de type Various Range Hopping de Mott. Des méthodes alternatives de fabrication de l'électrode supérieure ont été comparées afin d'améliorer la stabilité des composants réalisés. Pour finir, 3 % de magnétorésistance ont été obtenus à 5 K pour le PTCTE et à 40 K pour le BF3, suggérant que ces matériaux sont de bons candidats pour le transport polarisé en spin.

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont axés sur la caractérisation et l'analyse des mécanismes de défaillances qui apparaissent dans une nouvelle famille de composants microondes : les MEMS-RF (Systèmes Micro-Electro-Mécanique RadioFréquence). Si ces composants ont rapidement suscité beaucoup d'espoirs pour résoudre un grand nombre de verrous concernant les nouvelles architectures de communication, il est apparu que la fiabilité de ces composants a énormément ralenti leur développement industriel. De plus, ces micro-commutateurs résultent d'un couplage multi-physique qui a ajouté une forte complexité et une difficulté de compréhension de leur fonctionnement et donc leur fiabilité. Actuellement, de nombreux et intenses efforts sont réalisés par la communauté scientifique (universitaire et industrielle), car ce sujet reste ouvert à de nombreuses questions et problèmes non résolues. Ce document se propose d'apporter une contribution sur ce sujet à la fois sur le plan expérimental, théorique et technologique.

Cette thèse étudie des matrices d'alimentations. Dans un premier temps, l'intérêt se porte sur la matrice de Butler symétrique de taille N x N. Des formules permettant d'accéder à sa matrice [S] de manière analytique sont trouvées et démontrées. Dans un deuxième temps, la source focale d'une antenne multifaisceaux basée sur une géométrie originale constituée de coupleurs directionnels tridimensionnels est étudiée. Cette structure possède un fort niveau de ré- utilisation de ses éléments rayonnants et donc limite son encombrement global. La conception est détaillée. Les validations expérimentales effectuées sont montrées. Enfin, un système antennaire hybride mécanique / électronique pour de la poursuite est étudié. Sa conception est divisée en plusieurs parties. Les dépendances entre ces différents éléments sont mises en évidence, ainsi que la complexité de construction et les choix et compromis à effectuer.

Les travaux présentés dans ce mémoire visent à analyser et optimiser le comportement des composants de protection haute tension contre les décharges électrostatiques (ESD) à leur déclenchement. Pour cela, deux approches ont été suivies : Un outil de mesure dédié, le "transient-TLP", a été développé. Cet outil est basé sur la correction mathématique des données mesurées à l'oscilloscope avec un système de mesure vf-TLP standard. L'erreur de mesure est inférieure à 2 %. La méthode, d'abord conçue pour des mesures sur wafer, a ensuite été appliquée pour mesurer des composants sur boîtier. A l'aide de cet outil, le comportement transitoire des protections ESD utilisées à Freescale a pu être analysé. En particulier, la simulation physique a permis de mieux comprendre l'origine physique de l'apparition d'un pic de surtension au déclenchement de ces composants et des solutions de dessin ont été proposées pour en réduire l'amplitude.

Nous présentons, ici, l'adaptation d'un procédé technologique de dépôt de par jet de matière, communément appelé jet d'encre, pour la réalisation de profil de phase sur un verre pixellisé. L'étude des phénomènes complexes, mis en jeu dans le procédé jet d'encre, nous a permis d'identifier et de comprendre les interactions fortes entre les propriétés physico-chimiques des liquides fonctionnels et les contraintes technologiques des têtes d'impression. Ainsi, le contrôle des paramètres d'impression nous a permis d'optimiser la formation des gouttes éjectées. Dans un second temps, l'étude des problématiques de remplissage des microstructures pixellisées a été abordée. Différentes stratégies d'impression ont été proposées pour limiter l'impact des défauts d'impression rencontrés. Un procédé informatique de tramage a ensuite été développé, pour définir un profil de phase et gérer spatialement la volumétrie des dépôts. Les étapes de scellement et de planarisation des films microstructurés remplis ont également été abordées ainsi que les difficultés liées à leur mise en Suvre. Enfin, un exemple de réalisation d'une lentille de Fresnel plane par procédé jet d'encre et sa caractérisation optique ont été détaillées, montrant ainsi le travail de développement réalisé lors de la thèse.

Dans un contexte économique fortement concurrentiel, les sociétés productrices de systèmes surveillent les évolutions technologiques susceptibles de diminuer leurs coûts. En particulier, les récents progrès des techniques en microélectronique, permettent aujourd'hui la fabrication à faible coût de systèmes évolués qui associent sur une seule et même puce, des composants électromécaniques sensoriels et des composants électroniques de traitement. La technique de gravure du substrat par la face avant (FSBM) a été récemment ouverte aux concepteurs pour la fabrication de microstructures en compatibilité avec le procédé microélectronique CMOS. A ce jour, peu d'applications utilisant la déformation de structures réalisées à l'aide cette technologie ont été identifiées.<br />L'objectif des travaux présentés dans cette thèse est le développement de méthodologies qui conduisent à la caractérisation de la technologie FSBM et à la conception de microsystèmes électromécaniques.<br />L'étude expérimentale d'une structure de test appelée "cantilever U-Shape" est présentée. Cette étude permet l'extraction des paramètres mécaniques qui ne sont pas caractérisés dans la cadre d'une utilisation traditionnelle de la technologie en microélectronique.<br />Afin de proposer aux concepteurs de MEMS des outils de simulation, le cantilever FSBM fait l'objet d'une modélisation qui s'appuie sur une étude théorique de poutres composites. Le codage de ces modèles dans le langage VHDL Analogique montre alors comment il est possible d'intégrer les composants mécaniques dans le flot de conception microélectronique.<br />L'utilisation conjointe des résultats de caractérisation et des modèles théoriques conduit finalement à l'évaluation de la structure "U-Shape" excitée par la force de Laplace en tant que capteur de champ magnétique. <br />En perspective à ces travaux, des solutions alternatives pour la mesure du champ magnétique à l'aide de microstructures sont proposées.