Le contrôle des ondes électromagnétiques joue un rôle fondamental dans les technologies photoniques actuelles. De nos jours, on assiste à une demande croissante de composants agiles capable d'absorber efficacement les ondes électromagnétiques dans divers gamme de fréquences. Habituellement, ces absorbeurs s'appuient sur les résonances plasmoniques qui apparaissent dans les métaux nobles dans la gamme visible. Cependant, l'extension des propriétés plasmoniques aux spectres infrarouge et THz nécessite des matériaux adéquats ayant un comportement métallique à ces fréquences. Dans ce travail, nous étudions numériquement et expérimentalement les structures métal-isolant-métal (MIM) réalisées à partir de semi-conducteur hautement dopé Si: InAsSb qui a un comportement métallique dans la gamme infrarouge. Dans la deuxième partie, nous avons amélioré l'efficacité des résonateurs MIM en utilisant des métamatériaux hyperboliques qui miniaturisent les résonateurs. Dans la dernière partie, nous proposons un design universel ultra-mince qui permet de dépasser les contraintes associées au choix des matériaux et permettant la réalisation d'un absorbeur fonctionnant sur une gamme spectrale allant de l'infrarouge aux micro-onde. / The control of light absorbance plays a fundamental role in today's photonic technologies. And the urge to design and develop flexible structures that can absorb electromagnetic waves is very growing these days. Usually, these absorbers relies on plasmonic resonances that arise in noble metals in the visible range. However, the extension of the plasmonic properties to the infrared and THz spectra requires adequate materials that have a metallic behavior at these frequencies. In this work, we study numerically and experimentally the metal-insulator-metal (MIM) structures realized from highly doped semiconductor Si:InAsSb that has a metallic behavior in the infrared range. In the second, part we improved the efficiency of the MIM resonators by using hyperbolic metamaterials that also miniaturize the resonators. In the last part, we propose an ultra-thin universal design that overcomes the material barrier so that the total absorption can be achieved for different spectral ranges without changing the material.

Dans le cadre de l’intégration tridimensionnelle (3D) associée à l’utilisation d’un nombre croissant de circuits intégrés (CIs), le besoin en condensateurs de découplage à forte densité de capacité (≥ 1 μF.cm-2), capables d’opérer sur une gamme de fréquences de plus en plus étendue, est crucial afin de limiter les fluctuations de tension d’alimentation au niveau des CIs. Le principal frein au développement de ces condensateurs réside dans l’obtention de couches minces (≤ 100 nm) à partir de matériaux ayant une forte permittivité relative (ε_r > 200 à 1 GHz), des technologies compatibles avec une intégration à grande échelle, et peu coûteux.L’approche proposée dans cette thèse s’appuie d’une part, sur la possibilité de synthétiser des nanoparticules diélectriques à base de Ba0.6Sr0.4TiO3 [BST] (Ø = 16 ± 2 nm, ε_r = 260 à 1 kHz) - obtenues en milieux fluides supercritiques - comme matériau diélectrique et d’autre part, sur la pulvérisation de jets ou spray coating comme technologie de dépôt en couches minces. Dans un premier temps, les nanoparticules de BST ont été synthétisées et fonctionnalisées par l’acide 3-aminopropylphosphonique (APA), dans le but de les disperser dans un solvant et d’obtenir des suspensions colloïdales stables. Les ligands ont aussi pour fonction d’améliorer la tenue mécanique des films (auto-assemblage) sur le substrat de cuivre (Cu). La variation de paramètres liés à la solution à base des nanoparticules (concentration, durée de dispersion mécanique) et à la technique de dépôt (température du substrat, débit), ont permis d’optimiser les conditions pour obtenir des films uniformes à base de nanoparticules fonctionnalisées (BST-APA). Des films de 200 ± 50 nm d’épaisseur ont ainsi pu être obtenus. Après dépôt de plots d’aluminium (Al) sur les films à base de BST-APA et utilisés comme électrode supérieure, les caractéristiques capacité-tension (C-V) et courant-tension (I-V) des condensateurs de structure Al/BST-APA/Cu ont permis d’extraire une densité de capacité élevée (0.71 μF.cm-2) et une densité de courant de fuite (25 μA.cm-2) mesurées à 1 V. Les résultats obtenus au cours de cette thèse montent que la pulvérisation de jets est une alternative aux procédés coûteux reportés (ablation laser, pulvérisation) dans l’état de l’art, pour la fabrication de condensateurs de hautes performances.Mots clés : Condensateurs MIM, couches minces, fluides supercritiques, diélectriques, Ba0.6Sr0.4TiO3, pulvérisation de jets, nanofabrication. / Within the three-dimensional (3D) integration associated with the use of an increasing amount of integrated circuits (ICs), there is strong need of high capacitance density (≥ 1 μF.cm-2) decoupling capacitors, able to operate on large frequency bandwidth, in order to reduce the noise that can compromise the signal integrity in ICs. The main challenge of these capacitors relies on the deposition of thin films (≤ 100 nm) using innovative materials with high relative permittivity (ε_r > 200 à 1 GHz) and «low cost» technologies compatible with large scale integration.On one hand, the proposed approach in this thesis benefits from the possibility of synthetizing – by the supercritical fluid technology – and using Ba0.6Sr0.4TiO3 (BST) nanoparticles (Ø = 16 ± 2 nm, ε_r = 260 at1 kHz) as dielectric material and on the other hand, from the use of spray coating as technique for the deposition of these materials as thin films. First of all, the BST nanoparticles synthesized are functionalized with specific ligands (3-aminopropylphosphonic acid, APA), in order to obtain colloidal suspensions composed by aggregates with size (Ø < 100 nm) showing few fluctuations during two months. The other function of ligands is to improve the adhesion of the deposited films (self-assembling) on the copper (Cu) substrate. Different solvent are studied for the preparation of the solutions : N-méthyl-2-pyrrolidone (NMP), water, methanol and ethanol. The variation of different parameters related to the solution and the deposition technique helped us to define the optimal conditions leading to different thickness of film (200 – 1000 nm) based on pristine (BST) and functionalized nanoparticles (BST-APA). Using ethanol instead of NMP as solvent, enabled us to prevent de formation of a copper oxide layer and organic residues. After deposition of aluminum pads (Al) on BST or BST-APA films and used as top electrode, the capacitance-voltage (C-V) and current-voltage (I-V) characteristics of capacitors with metal-insulator-metal (MIM) structure enabled us to achieve high capacitance density (~ 0.7 μF.cm-2) and low leakage current (~ 25 μA.cm-2) at 1 V.Keywords: MIM capacitors, thin films, supercritical fluids, Ba0.6Sr0.4TiO3, spray coating, nanofabrication in cleanroom.

Metamaterials are artificially designed materials with desired electromagneticresponses for advanced wave manipulation. Their key constituent is often somenoble metal, thanks to its well localized plasmonic effects with highextinction cross section. In this project, a metamaterial based onmetal-insulator-metal (MIM) structure is investigated to create a compactplanar reflector which mimics the function of a parabolic mirror. In such ametamaterial, each MIM unit is essentially a sub-wavelength resonator whichexhibits magnetic-dipole resonance. To achieve focusing effect, phase shift onreflected wave by each MIM unit upon a plane-wave incidence is calculatedrigorously through finite-element method. By carefully selecting unitgeometries and thereby introducing a phase gradient along the reflector plane,one can control propagation direction of reflected wave at each reflectorposition. The principle can be explained in terms of either ray-optics theoryor generalized Snell’s law. As a particular demonstration, we have designed inthe thesis a planar reflector consisting of eleven MIM units with a totaldevice width of 5.5 µm. FEM simulation showed that the reflector focuses lightat 1.2 µm wavelength with a nominal focus length of 6 µm. Such compactmetamaterial devices can be potentially fabricated on chips for sensing andtelecom applications, circumventing many inconveniences of includingconventional lenses in an optical system. / Metamaterial är artificiellt konstruerade material med vissa önskadeelektromagnetiska egenskaper, vilket kan utnyttjas för avancerad styrning avelektromagetisk vågutbredning. Metamaterialet som undersöks i denna rapportär baserad på en metall-isolator-metall (MIM) struktur, denna strukturkommer användas för konstruktion av en platt parabolisk reflektor. Vilket isin tur består av en serie MIM-strukturer med varierande storlekar. VarjeMIM-struktur är i princip en resonator med en storleksordning mycket mindreän våglängden och ger upphov till en magnetisk resonans. För att sedan uppnåfokus genomförs en rigorös beräkning av fasen med hjälp av finita elementmetoden, varpå man kan beräkna fas och amplitud från strukturen efterreflektion från en plan våg. Därefter kan man välja ut de geometrierna somkrävs för att styra riktningen av vågpropagationen med en fasgradient.Fysikaliska principerna kan förklaras genom stråloptik eller med hjälp avgeneraliserade Snell's lag. I denna rapport presenteras en design av en planreflektor med elva MIM strukturer där den totala storleken är 5.5 µm. FEMsimulering visade att reflektorn fokuserade ljuset vid våglängden 1.2 µm medden nominella fokallängden 6 µm. Dessa kompakta metamaterial kan eventuellttillverkas på chip för detektering och telekom, vilket löser problemen medatt inkludera konventionella linser i optiska system.

Millimeter wave imaging systems are the next generation imaging systems being developed for security and surveillance purposes. In this work, thin film metal-insulator-metal (MIM) tunnel junction based detector using Ni-NiO-Cr has been developed for the first time for millimeter wave detection operating at 94 GHz. Extensive process development has been carried out to fabricate the MIM junctions. Arrays of MIM junctions with 1 µm² contact area and ultra-thin insulator layer of ~3 nanometer have been developed using e-beam lithography and reactive sputtering, respectively. MIM diodes were also fabricated in a bulk-micromachined diaphragm configuration to minimize surface wave loss. DC and millimeter wave measurements were carried out on the fabricated diodes to determine the device characteristics and performance. The current-voltage (I-V) measurements yielded current in the range of few µA with significant non-linearity and asymmetry. A maximum sensitivity of 7 V-1 was also obtained from the fabricated diode. These tunnel junctions showed a positive response to millimeter wave signal, with output current in the range of few µA. By controlling the input power of the millimeter wave signal, the output current from the device could be varied. Additionally, MIM diodes with 100 µm² contact area were developed using optical lithography technique. The I-V characteristics of diode demonstrated a uniform behavior, with a sensitivity value of 15 V-1. Furthermore, the diodes were utilized to observe the effects of post-deposition annealing on the diode I-V behavior. The I-V measurement provided evidence of diode operation up to 350°C, with optimal operation at 250°C. Finally, the feasibility of using an organic insulator was also investigated. MIM junctions were fabricated with a thin layer of polyaniline using Langmuir-Blodgett deposition process. The electrical characteristics of the polyaniline based MIM junction was determined by evaluating its I-V response. The use of an alternate dielectric proved successful, yielding a significant non-linearity and asymmetry. However, the output current obtained from these junctions was in the order of nano-Amperes. By optimizing the deposition process, the organic MIM junctions can be developed to yield better device characteristics.

Les MEMS RF sont des composants clés pour le développement de nombreuses fonctions de systèmes hyperfréquences plus efficaces et plus compactes (déphaseurs, module transmission/réception, réseau d’antennes à déphasage, circuits reconfigurables, réseau d’adaptation …). Pour le développement des prochaines générations de systèmes RADAR, Thales s’intéresse notamment à l’intégration de MEMS RF capacitifs pour développer des fonctions reconfigurables pouvant supporter des puissances hyperfréquences de l’ordre de 30 W. Les travaux exposés dans ce manuscrit se sont concentrés sur l’étude de matériaux diélectriques et de techniques de dépôts pour identifier, intégrer et démontrer la viabilité de diélectriques prometteurs pour les MEMS RF capacitifs de puissance. Les aspects relatifs à la fabrication de ces composants ont également été étudiés, particulièrement l’impact de la maitrise des états de surface sur les performances, la tenue en puissance et la défaillance des dispositifs. En outre, ces travaux ont montrés qu’avec l’introduction des matériaux déposés par ALD, la tenue en puissance des MEMS RF capacitifs n’est plus limitée par le diélectrique. En intégrant ces matériaux ALD, l’architecture des dispositifs devient le facteur limitant la tenue en puissance, particulièrement l’épaisseur de la membrane et la configuration du commutateur. En perspectives, différentes architectures ont donc été développées et étudiées pour adresser ces limitations de tenue en puissance. / RF MEMS are key components to improve the efficiency and size of numerous functions of microwave systems (Phase shifter, transmission/reception module, antennas array, reconfigurable systems, impedance matching…). To develop the next generation of RADAR systems, Thales takes special interest in the integration of capacitive RF MEMS devices to demonstrate reconfigurable functions with power handling capabilities up to 30 W. The work reported in this thesis did focus on the study of dielectric materials and deposition techniques to identify, integrate and demonstrate the advantages of promising dielectrics for capacitive RF MEMS power handling. The components fabrication aspects have also been studied, especially the impact of surface state quality on performances, power handling and devices failure mechanisms. Furthermore, this work did point out that with the integration of ALD material, power handling of capacitive RF MEMS is no longer limited by the capacitance dielectric. Furthermore, with the integration of ALD material the components design become the limiting factor for power handling, particularly the membrane thickness and the switch configuration. To open new prospects, several designs have been developed and studied to address these power handling limitations.

This dissertation presents the rectifying antennas potential for harvesting solar power, along with a novel design for a solar rectenna. The suns general features and the characteristics of solar radiation as an electromagnetic wave are treated in depth in order to determine the deficiencies of traditional rectennas as a solar cell. A closed form equation for a MIM rectifiers efficiency as a function of its input power was developed and verified by a simulated behavioral model and measurements. A unique calculation method was also developed to determine the available solar power at the terminal of a [lambda]/2 dipole antenna as a function of its bandwidth. The available power for each diode at the antennas terminal was found to be insufficient for a MIM diode to operate in its high efficiency region. It was concluded that the MIM diode requires an array of high gain antennas to increase the solar power captured at its input in order to operate in its high efficiency region. A dielectric rod antenna is proposed as the high gain antenna element for the solar antenna. In order to minimize losses due to the skin effect in the feed system of the array, a non-radiative dielectric (NRD) wave guide is proposed as the feed structure for the solar array antenna. To increase the rectification efficiency of the solar rectenna, two improvements were introduced: 1) the solar antenna was modified to function as a dual polarized antenna; and 2) a novel technique was used to achieve full-wave rectification. Test results of prototypes of the proposed solar antennas and arrays, show them to be potentially far superior to traditional [lambda]/2 dipole antennas for collecting solar radiation. The interconnection method for rectennas in an array – as well as their associated dc losses – were also investigated. Based on the theoretical results, a novel interconnection method is proposed here, which has the potential to minimize the dc losses in the grid. A series of experiments were conducted to verify the proposed concepts, which yielded promising results.

With the rapid development of the tourism industry in China, the need to train more and more competent tour guides has become more urgent than ever. These tour guides require a sophisticated level of spoken English, but, at present, their English-speaking proficiency is far from satisfactory. It is this problem that has inspired the writing of this paper. The paper attempts to search for appropriate teaching techniques that would be useful for improving the speaking skills of Chinese tour guide students. The paper is divided into six chapters. Chapter 1 will outline the problem being discussed. Chapter 2 then aims to suggest solutions to the problem stated in Chapter i After discussion of relevant issues, it is decided that Mim-Mem, Dialogue and Role-playing might be appropriate techniques for teaching the speaking skills to Chinese tour guide students. Chapters 3, 4, and 5 deal with the Mim-Mem Technique, the Dialogue Technique and the Roleplaying Technique respectively. After an examination of the three suggested techniques, Chapter 6 discusses material preparation and provides practical suggestions for classroom applications. The paper should be regarded as an initial base for further discussion and research.

La fin des années 1990 a été marquée par une profonde mutation des applications utilisant les systèmes électroniques radiofréquences et micro-ondes. Depuis, de très nombreux dispositifs innovants et performants ont été développés. Malgré leurs performances très attrayantes, les succès commerciaux de ces dispositifs restent limités en raison notamment de problèmes de fiabilité qui subsistent toujours et retardent leurs industrialisations. Cette étude concerne l'amélioration de la fiabilité des micro-interrupteurs à actionnement électrostatique dont le mécanisme de défaillance principal est lié à l'accumulation de charges dans les couches isolantes lors de l'actionnement. La thématique de cette thèse porte donc sur le développement d'outils de caractérisation permettant d'évaluer les performances des différents diélectriques utilisés dans les micro commutateurs RF capacitifs pour systèmes électroniques hautes fréquence. L'objectif de la première partie est de présenter à la fois des généralités sur les différents types de commutateurs RF, de passer en revue les mécanismes de chargement des diélectriques présents dans ces composants, puis de présenter les objectifs détaillés du travail de thèse. La seconde partie de nos travaux est dédiée à l'étude des caractéristiques physico-chimiques des différents dépôts de nitrure de silicium PECVD utilisés dans la filière technologique du composant, ainsi qu'à la description des pré-requis nécessaires à la mise en place des matériaux déposés par plasma, afin de relier le comportement électrique des couches à leur structure et leur composition. Une analyse de la composition chimique et de la stSchiométrie des films a été réalisée par analyse FTIR et RBS. Lors de la troisième partie une structure MIM est utilisée. Ce type de structure de test élémentaire présente des avantages par rapport à un micro commutateur RF : simplicité de fabrication, contrôle de la qualité du contact, suppression des effets mécaniques. Elle permet donc d'é tudier la réponse du diélectrique à se charger sans avoir à prendre en compte des défauts de contact ainsi que les effets mécaniques toujours présents dans un micro-commutateur. Enfin, les nano caractérisations par AFM sont présentées. Il s'agit d'une nouvelle méthode de caractérisation développée pour la première fois au LAAS pour évaluer la capacité d'une couche diélectrique à se charger sous champ élevé. En effet, cette technique a permis de tendre vers les conditions réelles d'utilisation du micro commutateur en réalisant une injection de charges localisée puis en suivant l'évolution spatio-temporelle des charges en condition de circuit ouvert.

För att undersöka interbedömarreliabiliteten i Emotional Interaction Style – assessment (EIS – assessment), vid bedömningar av Marschak Interaction Method (MIM), har tre inspelade MIM filmer skattats av sju bedömare. Reliabiliteten beräknades med intraklasskorrelationskoefficient (ICC). I bakgrunden har en teoretisk genomgång gjorts av aktuell forskning gällande barns utveckling och samspel mellan barn och föräldrar. Vidare har bakgrunden till MIM och EIS-assessment redovisats. För att ytterligare belysa användbarheten av skalan har bedömarna, i samband med skattningen av filmerna, reflekterat och förutsättningslöst skrivit ned tankegångar, frågor och erfarenheter vilka varit en del av diskussionerna i samband med att uppsatsgruppen träffats. Medelvärdet på intraklasskorrelationskoefficienten, på hela materialet, visar på en god samstämmighet mellan skattarna. Styrkan i överensstämmelsen i film A värderas som god, i film B mycket god och i film C hyfsad. I film A och B värderas den inre konsistensen (Cronbachs alfa) som mycket god. I film C värderas den inre konsistensen som god. Vår bedömning är att EIS – assessment är en användbar skala för att beskriva samspel mellan föräldrar och barn i kliniska sammanhang och att det vore värdefullt med fortsatt forskning.

In this research, Ni–NiOx–Cr and Ni–NiOx–ZnO–Cr metal-insulator-metal (MIM) junction based tunnel diodes have been investigated for the purpose of a wide-band detector. An MIM diode has a multitude of applications such as harmonic mixers, rectifiers, millimeter wave and infrared detectors. Femtosecond-fast electron transport in MIM tunnel diodes also makes them attractive for energy-harvesting devices. These applications require the tunnel diodes to have high current-asymmetry and non-linear current-voltage behavior at low applied voltages and high frequencies. Asymmetric and non-linear characteristics of Ni–NiOx-Cr MIM tunnel diodes were enhanced in this research by the addition of ZnO as a second insulator layer in the MIM junction to form metal-insulator-insulator-metal (MIIM) structure. Electrical characteristics were studied in a voltage range of for the single-insulator Ni–NiOx–Cr and double-insulator Ni–NiOx–ZnO–Cr tunnel diodes. Since the electrical characteristics of the diode are sensitive to material selection, material arrangement, thickness, deposition techniques and conditions, understanding the diode behavior with respect to these factors is crucial to developing a robust diode structure. Thus, ZnO insulator layer in MIIM junction was deposited by two different techniques: sputtering and atomic layer deposition (ALD). Also, the optical properties were characterized for the sputter deposited NiOx insulator layers by ellipsometry and the impact of annealing was explored for the NiOx optical properties. The Ni–NiOx–Cr MIM tunnel diodes provide low resistance but exhibit a low (~1) current-asymmetry. Asymmetry increased by an order of magnitude in case of Ni–NiOx–ZnO–Cr MIIM tunnel diode. The sensitivity of the MIM and MIIM diodes was 11 V-1 and 16 V-1, respectively. The results suggest that the MIIM diode can provide improved asymmetry at low voltages. The tunneling behavior of the device was also demonstrated in the 4-298K temperature range. It is hypothesized that the improved performance of the bilayer insulator diode is due to resonant tunneling enabled by the second insulator. Finally, the MIM and MIIM devices were investigated for wide-band detection up to 50GHz (RF) and 0.3THz (optical).