Une nouvelle technique basée sur la diffusion des rayons X et un montage adapté ont été conçus et implémentés sur la ligne de lumière BM5 de l'ESRF. L'instrument permet l'étude in situ et en temps réel e la rugosité d'une surface par diffusion en incidence rasante. L'interaction des rayons X avec la surface, analysée dans le cadre de la théorie des perturbations scalaire du premier ordre, permet d'exprimer les paramètres caractérisant une surface par sa densité spectrale de puissance. En final les valeurs de rugosité, de longueur de corrélation, de conformité de la rugosité, et les exposants propres aux processus de synthèse ont été obtenus.<br />Les potentiels d'un tel instrument ont été vérifiés dans deux cas particuliers: le dépôt de couches minces par pulvérisation magnétron et le décapage par bombardement ionique. Les résultats expérimentaux obtenus ont été discutés par rapport aux modèles actuels décrivant la croissance des films minces et l'interaction des ions avec un solide.

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de micro-capteurs d'accélération à détection thermique. Ils sont basés sur la modification des échanges thermiques par convection naturelle dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une accélération. L'utilisation d'un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts d'accéléromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence directe leur tenue aux fortes accélérations. Un des objectifs de ce travail consiste à développer et à caractériser des accéléromètres à grande étendue de mesures (> 10 000 g). D'autre part, des études fondamentales menées en parallèle nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes thermiques intervenant dans la cavité ainsi que d'en déduire l'effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des conditions expérimentales et des dimensions géométriques du capteur sur la sensibilité et la bande passante. Par ailleurs, l'étude de nouveaux concepts de détection thermique basés sur l'utilisation de matériaux pyroélectriques a été entreprise pour aboutir à une amélioration de la sensibilité comme de la bande passante. Après la maîtrise des dépôts en couches minces, ce nouveau mode de détection a été mis en oeuvre et le principe validé.

La miniaturisation des transistors MOSFETs sur silicium massif présente de nombreux enjeux en raison de l'apparition de phénomènes parasites. Notamment, la réduction de la surface des dispositifs entraîne une dégradation de la variabilité de leurs caractéristiques électriques. La technologie planaire totalement désertée, appelée communément FDSOI (pour Fully Depleted Silicon on Insulator), permet d'améliorer le contrôle électrostatique de la grille sur le canal de conduction et par conséquent d'optimiser les performances. De plus, de par la présence d'un canal non dopé, il est possible de réduire efficacement la variabilité de la tension de seuil des transistors. Cela se traduit par un meilleur rendement et par une diminution de la tension minimale d'alimentation des circuits SRAM (pour Static Random Access Memory). Une étude détaillée de la variabilité intrinsèque à cette technologie a été réalisée durant ce travail de recherche, aussi bien sur la tension de seuil (VT) que sur le courant de drain à l'état passant (ISAT). De plus, le lien existant entre la fluctuation des caractéristiques électriques des transistors et des circuits SRAM a été expérimentalement analysé en détail. Une large partie de cette thèse est enfin dédiée à l'investigation de la source de variabilité spécifique à la technologie FDSOI : les fluctuations de l'épaisseur du film de silicium. Un modèle analytique a été développé durant cette thèse afin d'étudier l'influence des fluctuations locales de TSi sur la variabilité de la tension de seuil des transistors pour les nœuds technologiques 28 et 20nm, ainsi que sur un circuit SRAM de 200Mb. Ce modèle a également pour but de fournir des spécifications en termes d'uniformité σTsi et d'épaisseur moyenne µTsi du film de silicium pour les prochains nœuds technologiques. / The scaling of bulk MOSFETs transistors is facing various difficulties at the nanometer era. The variability of the electrical characteristics becomes a major challenge which increases as the device dimensions are scaled down. Fully-Depleted Silicon On Insulator (FDSOI) technology, developed as an alternative to bulk transistors, exhibits a better electrostatic immunity which enables higher performances. Moreover, the reduction of the Random Dopant Fluctuation allows excellent variability immunity for the FDSOI technology due to its undoped channel. It leads to a yield enhancement and a reduction of the minimum supply voltage of SRAM circuits. The variability has been analyzed deeply during this thesis in this technology, both on the threshold voltage (VT) and on the ON-state current (ISAT). The correlation between the electrical characteristics of MOSFETs devices (i.e., the threshold voltage and the standard deviation σVT) and SRAM cells (i.e., the SNM and σSNM) has been investigated thanks to an extensive experimental study and modeling. This purpose of this thesis is also to analyze the specific FDSOI variability source: silicon thickness fluctuations. An analytical model has been developed in order to quantify the impact of local TSi variations on the VT variability for 28 and 20nm technology nodes, as well as on a 200Mb SRAM array. This model also enables to evaluate the silicon thickness mean (µTsi) and standard deviation (σTsi) specifications for next technology nodes.

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de micro-capteurs d'accélération à détection thermique. Ils sont basés sur la modification des échanges thermiques par convection naturelle dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une accélération.L'utilisation d'un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts d'accéléromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence directe leur tenue aux fortes accélérations.Un des objectifs de ce travail consiste à développer et à caractériser des accéléromètres à grande étendue de mesures (> 10 000 g). D'autre part, des études fondamentales menées en parallèle nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes thermiques intervenant dans la cavité ainsi que d'en déduire l'effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des conditions expérimentales et des dimensions géométriques du capteur sur la sensibilité et la bande passante.Par ailleurs, l'étude de nouveaux concepts de détection thermique basés sur l'utilisation de matériaux pyroélectriques a été entreprise pour aboutir à une amélioration de la sensibilité comme de la bande passante. Après la maîtrise des dépôts en couches minces, ce nouveau mode de détection a été mis en œuvre et le principe validé. / This PhD thesis deals with both study and fabrication of micro-accelerometers based on thermal convection. Under acceleration, convective heat transfer in a locally heated fluid is modified and induces a change in temperature profile. Using a fluid as seismic mass enhances better performances than traditional accelerometers in term of high shock reliability.One goal is to develop and characterize high-g accelerometers (> 10,000 g). Besides, analytical studies carried out in parallel have allowed us to improve our understanding of fluid thermal behaviour. Effects of thermo-physical parameters, experimental set-up and sensor size on both sensitivity and bandwidth were deduced.On the other hand, a new concept of thermal detection based on the use of pyroelectric material was undertaken to improve sensor sensitivity as well as bandwidth. First the thin-film sputtering process is developed. Then the pyroelectric thermal accelerometer principle is confirmed.

Le sujet de cette thèse porte sur l'élaboration du nouveau nanomatériau par la gravure électrochimique bipolaire (BEE) -- le Ge mésoporeux et sur l'analyse de ses propriétés physico-chimiques en vue de son utilisation dans des applications photovoltaïques. La formation du Ge mésoporeux par gravure électrochimique a été précédemment rapportée dans la littérature. Cependant, le verrou technologique important des procédés de fabrication existants consistait à obtenir des couches épaisses (supérieure à 500 nm ) du Ge mésoporeux à la morphologie parfaitement contrôlée. En effet, la caractérisation physico-chimique des couches minces est beaucoup plus compliquée et le nombre de leurs applications possibles est fortement limité. Nous avons développé un modèle électrochimique qui décrit les mécanismes principaux de formation des pores ce qui nous a permis de réaliser des structures épaisses du Ge mésoporeux (jusqu'au 10 ?m ) ayant la porosité ajustable dans une large gamme de 15% à 60%. En plus, la formation des nanostructures poreuses aux morphologies variables et bien contrôlées est désormais devenue possible. Enfin, la maîtrise de tous ces paramètres a ouvert la voie extrêmement prometteuse vers la réalisation des structures poreuses à multi-couches à base de Ge pour des nombreuses applications innovantes et multidisciplinaires grâce à la flexibilité technologique actuelle atteinte. En particulier, dans le cadre de cette thèse, les couches du Ge mesoporeux ont été optimisées dans le but de réaliser le procédé de transfert de couches minces d'une cellule solaire à triple jonctions via une couche sacrificielle en Ge poreux.

Les semi-conducteurs transparents de type oxyde, communément appelés TCO (Transparent Conducting Oxides) sont utilisés comme électrodes transparentes dans des nombreux d'applications telles que les cellules solaires, les écrans à cristaux liquides, les écrans tactiles et autres. Toutefois, les applications technologiques sont actuellement limitées puisque les TCO possédant des propriétés électriques et optiques satisfaisantes sont uniquement des semi-conducteurs de type n. Les oxydes de cuire de structures delafossite ACuO2 ou du type SrCu2O2, présentent des prometteuses avec un comportement de semi-conduction de type P et une faible absorption optique dans le spectre visible. Dans cette thèse, le systèm MOCVD (Dépôt chimique en phase vapeur du métal organique) a été utilisé pour le dépôt des couches minces de SrCu2O2. Cette phase est obtenue après quelques étapes de recuit sous oxygène puis argon, ou azote uniquement avec en particulier la nécessité de réalier des recuit rapaides. Les propriétés électriques et optiques mesurées pour la couche mince de SrCu2O2 ont un ordre de grandeur similaire à ce qui est publié dans la littérature.

L'étude du contact électrique quasi statique à plusieurs échelles permet de comprendre celui des micro-relais MEMS. Au cours de ce travail, une modélisation fine du contact est développée pour valider des lois de comportement établies à partir des mesures obtenues grâce à la mise au point de deux dispositifs expérimentaux originaux : la balance de précision, qui permet de réaliser un contact à l'échelle macroscopique entre barreaux croisés recouverts des films minces des matériaux à tester, et un nanoindenteur instrumenté pour la mesure électrique reproduisant un micro-contact identique à celui des micro-relais. Ils permettent tous deux de mener une étude comparative de différents échantillons en fonction de la force (de la dizaine de µN à quelques N), du courant (du µA à l'A), de l'état de surface (rugosité) ou encore du temps ; le contact étant caractérisé par sa résistance électrique. Ce travail concerne principalement le contact réalisé entre films minces en Au, matériau de contact de référence pour les applications micro-relais MEMS. L'étude des contacts de grande dimension a néanmoins été élargie à Ru, Rh, Pt et à l'alliage Au-Ni.Les résultats obtenus à l'aide de la balance de précision ont démontré la nécessité de prendre en compte l'influence de la configuration en film mince des matériaux de contact, tant du point de vue mécanique (rugosité) qu'électrique (répartition des lignes de courant). Leur comparaison à une modélisation statistique du contact rugueux donne des résultats satisfaisants. Cette approche a par ailleurs nécessité le développement d'un algorithme d'analyse d'image des relevés topographiques réalisés au microscope à force atomique, permettant ainsi de quantifier précisément les positions, taille et rayon de courbure de chaque aspérité de la surface.Les mesures effectuées à l'aide du nanoindenteur ont mis en évidence l'effet de la durée de fermeture des microcontacts sur la valeur de la résistance électrique. Le fluage des aspérités serait en partie responsable de la décroissance temporelle observée, aboutissant à des valeurs de résistance limite comparables à celles calculées à l'aide d'une modélisation numérique du contact entre des aspérités discrétisées et une sphère lisse.

La déstabilisation et la fragmentation de systèmes liquides en couches minces se rencontrent fréquemment dans la nature, ainsi que dans des contextes industriels. Cette éude expérimentale entreprend de décrire, comprendre et prévoir les mécanismes des instabilités et de formation des fragments liquides.<br /><br />Une première étude concerne la brisure d'une fine bandelette liquide chutant librement dans une cellule de Hele-Shaw. Les lignes de contact mobiles introduisent des pressions différentes au niveau des interfaces et établissent un gradient de pression dans le fluide, favorisant ainsi sa déstabilisation. Une analyse de stabilité linéaire prédit correctement les taux de croissance et montre l'existence d'un plateau sur la relation de dispersion. <br /><br />Une seconde étude analyse la déformation et la brisure d'une goutte liquide au sein d'un jet gazeux. Nous montrons que la d´eformation se produit à partir d'un certain nombre de Weber critique et nous proposons un modèle sur la formation et le gonflement du sac qui s'en suit, également appelé bag-breakup.<br /><br />Une troisième étude concerne l'impact d'une goutte sur un solide de taille comparable. Nous montrons que la goutte se déorme pour former une nappe liquide entouré d'un bourrelet. Nous montrons que l'extension de la nappe déend du nombre de Weber contrairement à sa dynamique. Nous proposons également un modèle qui prédit correctement la taille de la nappe ainsi que la taille des fragments obtenus.<br /><br />Une quatrième étude est dédiée au phénomène de vieillissement des mousses. Nous exposons un nouveau dispositif expérimental de soufflerie à mousse. Nous donnons une comparaison entre les systèmes expérimentaux classiques et notre dispositif. Nous montrant également une preuve expérimentale de la loi de von Neumann.

Ce travail est né de l'idée d'associer l'ingénierie des matériaux sous forme de couches minces, domaine qui motive depuis de nombreuses années les chercheurs du LMGP, à des substrats piézoélectriques à fort coefficients de déformation. Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir une énergie électrique en une énergie mécanique (de déformation) et vice-versa. Il est alors aisé d'imaginer qu'une couche mince synthétisée à la surface d'un substrat piézoélectrique profitera de la déformation de ce dernier quand il est soumit à un champ électrique. Le substrat mis en jeu est le PMN-PT, composé qui présente de forts coefficients de déformation. Dans cette étude le film synthétisé et mis en œuvre est le LaNiO3. Il cristallise dans une structure pérovskite ABO3. Cette structure présente l'avantage de permettre une grande variété de distorsions structurales et peut accueillir un grand nombre d'éléments chimiques.

Cette thèse a été réalisée pour le labo-commun ST-IEMN, dans le cadre du projet industriel de STMicroelectronics visant à réaliser des résonateurs à ondes acoustiques de volume (BAW : Bulk Acoustic Wave) pour des applications de fitrage RF. A l'instar du quartz, le BAW exploite la résonance du mode d'épaisseur d'une couche piézoélectrique comprise entre deux électrodes. Pour le passage en production de ces composants le contrôle de la fréquence est un défi à relever, et il passe par une connaissance précise des paramètres mécaniques du dispositif. Pour cela, nous exploitons une technique expérimentale permettant de caractériser acoustiquement des empilements de matériaux en couches minces: l'acoustique picoseconde. Nous avons développé la particularité du montage de l'IEMN : l'accordabilité en longueur d'onde. A partir de cette spécificité, des études plus fondamentales ont donné lieu à l'élaboration de protocoles expérimentaux permettant d'augmenter le nombre de caractéristiques mesurables par acoustique picoseconde. L'exploitation de ces protocoles pour la caratérisation des matériaux liés au BAW nous a permis d'enrichir une base de données des paramètres nécessaires à la modélisation et à la conception des dispositifs. D'autre part, nous avons développé des méthodes d'analyse d'empilements complexes, qui ont pu ètre testées sur la version industrielle de la technique d'acoustique picoseconde. Nous avons finalement défini un protocole de suivi de procédé de réalisation des BAW, basé sur une métrologie par acoustique picoseconde / This PhD has been realized for the ST-IEMN Lab, in the frame of an industrial development at STMicroelectronics on Bulk Acoustic Wave (BAW) resonators. The operating principle of a BAW is based on the excitation of the thickness mode of a piezoelectric layer sandwiched between two electrodes. The control of the frequency is a challenging question for the mass production of such components, and requires a precise control of mechanical properties of the device. ln this work, we use an original experimental technique that enables the acoustic characterization of thin films stacks : colored picosecond ultrasonics. We particularly develop the specificity of the IEMN setup : the wavelegth tunability. Through fundamental studies we set up protocols and thus, increase the number of parameters that can be measured with the technique. This work enables us to feed a database ofparameters needed for the design and the modeling of the devices. We also work on complex stacks characterization, a part of the methods has been tested on the industrial version of picosecond ultrasonics. Finally we propose a metrological srategy, based on picosecond ultrasonics, in orde to assist the process of BAW resonators.