The present thesis deals with the mathematical treatment of kinetic theory and focuses more precisely on the Boltzmann equation. We investigate several properties of the solutions to the latter equation: their positivity and their hydrodynamical limits for instance. We also study the local Cauchy problem for a quantic version of the Boltzmann equation.

Les mémoires volatiles représentent aujourd'hui 30% du marché des mémoires à semi-conducteurs. La tendance générale actuelle consiste à mettre au point des produits nomades capables d'emmagasiner et de restituer une grande quantité d'informations en peu de temps et pouvant fonctionner avec une faible tension d'alimentation. Dans ce cadre, cette thèse s'intéresse à la possibilité d'augmenter les performances d'une mémoire non-volatile de type EEPROM en termes de vitesse de programmation et de baisse des tensions de programmation. Nous étudions aussi la modélisation de la fermeture de la fenêtre de programmation en fonction du nombre de cycles programmation/effacement en extrayant les paramètres Fowler-Nordheim α et β sur des capacités équivalentes soumises à une contrainte électrique dynamique égale à celle que subit l'oxyde tunnel d'une mémoire EEPROM lors d'un test en endurance. Les simulations sont effectuées à l'aide d'un modèle physique compact de cellule EEPROM basé sur le calcul du potentiel de surface et du potentiel de grille flottante. Ce modèle prend en compte la non-linéarité de la capacité de la zone tunnel due à la désertion de la grille flottante en polysilicium. Nous montrons que la durée de programmation d'une cellule EEPROM peut être réduite à 10µs tout en ayant une endurance supérieure à 50000 cycles programmation/effacement. De plus, les tensions de programmation de la cellule peuvent être divisées par deux en les répartissant entre la grille de contrôle et le drain. Ceci implique l'utilisation de tensions négatives. Enfin, l'émulation du vieillissement de l'oxyde tunnel sur des capacités équivalentes montre une fermeture de la fenêtre de programmation supérieure à celle mesurée sur une cellule EEPROM. Cette fermeture plus importante est attribuée à une dégradation additionnelle de l'oxyde tunnel due aux mesures de courant Fowler-Nordheim en vue d'extraire les paramètres Fowler-Nordheim.

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Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-06T07:59:42Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Amorim_MauroVanderleide_M.pdf: 4658675 bytes, checksum: 1d0d3ce62cb40cd86d00a29631b96508 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Foi desenvolvida uma câmara de vácuo para estudo das propriedades elétricas de emissão de elétrons por catodos frios de vários materiais de interesse tecnológico, por exemplo, diamante dopado, filmes de carbono diamantífero e silício. Na parte experimental realizamos um sistema de alto vácuo (bomba mecânica mais a bomba difusora), um sistema de posicionamento de 6 graus de liberdade e um sistema de medida da corrente de emissão de elétrons. A modelagem matemática da emissão foi baseada na teoria de Fowler ¿ Nordheim. Foram feitos os cálculos relativos às propriedades de vácuo do sistema utilizado e a seguir a caracterização de algumas amostras de estruturas nanométricas produzidas utilizando o processo de deposição química a partir da fase vapor do etanol (HFCVD) com altas concentrações de hélio e argônio / Abstract: A vacuum chamber was developed for study the physical properties of electron emission by cold cathodes of several materials of technological interest as for example, doped diamond, films of diamond-like carbon and silicon. In the experimental part we accomplished a system of high vacuum (mechanic and diffusion pumps), a positioning system of 6 degrees of freedom and a system to measure of the electron emission current. The mathematical modeling of the emission was based on the theory of Fowler - Nordheim. Relative calculation of the properties of vacuum in the used system was made to check the characterization of some samples of nanometric structures produced using the process of chemical deposition starting from the phase vapor of the ethanol (HFCVD) with high concentrations of helium and argon / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

Téma diplomové práce je zaměřeno na metodiku charakterizace autoemisního zdroje pro elektronový mikroskop. Použitá metoda – Fowlerova-Nordheimova analýza je založená na přítomnosti kvantového tunelování, ke kterému dochází v průběhu autoemise elektronů. Práce je obsahově dělena na teoretický úvod do problematiky a praktickou část. Teoretický úvod popisuje emisi elektronů, kvantové tunelování a vlastnosti emisních zdrojů. Druhá část diplomové práce se věnuje experimentální analýze autoemisní katody. Součástí analýzy je výpočet základních charakteristik této katody. Vypočtené hodnoty stanovují celkovou kvalitu elektronové emise a zároveň poskytují informace o aktuálním stavu autoemisní katody. Výsledky F-N analýzy jsou poté srovnány s výsledky počítačové simulace autoemise elektronů. Simulace je provedena v programu COMSOL Multiphysics, který k výpočtu používá metodu konečných prvků a je nástrojem pro hodnocení významu a přesnosti Fowlerovy-Nordheimovy analýzy.

De nouvelles applications émergent avec le développement de l’électronique souple comme des panneaux tactiles pliables, ou des capteurs de mouvement humain portables (wearable). Les technologies bien maîtrisées des jauges silicium sont mal adaptées à ces usages (faible élongation maximale, hautes températures de fabrication). Dans ce contexte, il est nécessaire de développer de nouveaux types de jauges. De nombreuses alternatives sont étudiées, qu’on peut diviser en deux catégories principales : les transducteurs nanoscopiques et les transducteurs composites. Dans ce travail, on étudie la possibilité d’utiliser une jonction tunnel MIM (Métal Isolant Métal) comme jauge de contrainte. Ce genre de dispositif est très peu étudié dans la littérature et la structure utilisée est généralement de type MIS (Métal Isolant Semi-conducteur). À chaque fois, la sensibilité du dispositif est expliquée par les propriétés du semi-conducteur (silicium). Les objectifs de cette thèse sont donc la compréhension des propriétés piézorésistives des jonctions MIM, l’optimisation de leur sensibilité et la fabrication d’un démonstrateur exploitant les technologies de la plastronique. Des jonctions de différentes natures (électrodes de différents métaux) sont fabriquées par évaporation et par ALD (Atomic Layer Deposition). La variation du courant en fonction de la contrainte est mesurée grâce à un banc de flexion. Le facteur de jauge associé est indépendant de la nature des électrodes mais varie fortement (de 40 à 75) en fonction du sens de polarisation de la jonction. Le facteur de jauge associé à la variation sous contrainte des paramètres géométriques (épaisseur et surface) est calculé mais reste inférieur à 13. Les phénomènes géométriques ne peuvent donc pas expliquer la sensibilité observée. L’étude de l’équation du courant Fowler Nordheim (identifié comme courant dominant dans nos jonctions) montre que cette sensibilité doit être associée à la variation sous contrainte de la hauteur de barrière aux interfaces métal/isolant, et/ou de la masse effective des électrons dans l’alumine. Des mesures de photoémission sont réalisées pour mesurer la hauteur de barrière des jonctions. À terme, cette méthode pourrait permettre de mesurer la variation sous contrainte, et donc de comprendre pleinement l’origine de la sensibilité des jonctions MIM. Pour finir, un démonstrateur intégrant des jauges MIM à effet tunnel (capteur de pression) est réalisé avec un substrat souple en polyimide rigidifié par une structure imprimée en 3D. Ce dispositif démontre la compatibilité des méthodes de fabrication des MIM avec les technologies souples et plastiques. / New applications are emerging with de development of flexible electronic like flexible touch panels and wearable movement sensors. The well mastered silicon technologies are ill adapted to these uses (low maximal elongation, high fabrication temperatures). In this context, it is necessary to develop new types of strain gauges. Numerous possibilities have been studied that can be divided in two main categories: nanosomic transducers and composite transducers. In this work, we study the possibility to use a MIM (Metal Insulator Metal) tunnel junction as strain gauge. This kind of structure is very unusual in the literature were the only similar article are based on MIS (Metal Insulator Semiconductor) junctions. The objectives of this thesis are thus the understanding of the piezorisistive properties of MIM structures, the optimisation of their sensitivity, and the realisation of a sensor prototype exploiting plastonic technologies.

The interaction of active molybdenum field emission microcathode arrays with oxygen, water, carbon dioxide, methane, hydrogen and helium gases was studied. Experiments were setup to measure the emission characteristics as a function of gas exposures. The resulting changes in the surface work function of the tips were determined from the Fowler-Nordheim plots. The kinetics of the FEA-gas interaction were studied by observing the ion species originating from the array during and after gas exposures with a high resolution quadrupole mass spectrometer. With the work function data and the mass spectrometry information, the mechanisms responsible for emission degradation and subsequent device recovery after exposures have been determined. The data obtained was used in estimating the device lifetimes under various vacuum environments. Also it was found that the gas exposure effects are similar in dc and pulsed modes of operation of the arrays, thus permitting the use of dc mode testing as an effective acceleration method in establishing the device lifetimes under various vacuum conditions. The vacuum conditions required for the long term emission current stability and reliability of vacuum microelectronic devices employing FEAs are established. Exposure of Mo field emitter arrays to oxygen bearing species like oxygen, water and carbon dioxide resulted in serious emission current degradation. Whereas, exposure to methane and hydrogen caused a significant increase in emission current. The control of residual gases like 02, C02 and H20 in the vacuum envelope is essential for the emission current stability and long term reliability of vacuum microelectronic devices employing field emission microcathode technology.

Ce mémoire a pour but d'apporter une contribution dans le domaine de la caractérisation électrique de l'interface Silicium-Oxyde.<br /> Les deux premiers chapitres sont consacrés à des rappels sur le système Si-SiO2 et à la présentation des principales méthodes de caractérisation électriques qui ont permis d'apporter des informations sur les états dits « lents », états situés dans l'oxyde au voisinage de l'interface et communiquant avec le semiconducteur par effet tunnel. Dans le troisième chapitre un modèle ayant pour but d'extraire à partir de mesures de pompage de charges, le profil en profondeur des défauts de l'interface Si-SiO2 est proposé. Ce modèle, qui prend en compte à la fois les états rapides et les états lents, est basé sur la statistique de Shockley-Read-Hall et sur un modèle de capture des porteurs par effet tunnel (modèle d'Heiman et Warfield). La validité de ce modèle est d'abord discutée. Il est ensuite montré que les liens faits dans certaines publications entre les courbes de pompage de charges et la présence d'un dopage non uniforme au voisinage des régions de source et de drain des transistors sont à reconsidérer. Les profils en profondeur de défauts extraits pour la première fois et pour un grand nombre de dispositifs de différentes technologies, depuis l'interface jusqu'à environ une quinzaine d'angströms dans l'oxyde, sont de la forme Nt(x) = Ntsexp(-x/d) + Nt0. Le premier terme de cette relation correspond aux défauts d'interface à proprement parler, le deuxième correspond aux défauts de la couche dite « contrainte » de l'oxyde. Ces résultats, confortés de différentes manières, sont corrélés avec les résultats de la littérature obtenus par les méthodes physiques de caractérisation de l'interface. Deux applications de la technique sont présentées. La première porte sur l'évolution des paramètres de l'interface en fonction de la concentration en azote d'oxynitrures obtenus par RTCVD. La seconde consiste en l'étude de la dégradation de l'interface Si-SiO2 sous injection Fowler-Nordheim et permet de connaître l'évolution avec la contrainte de la densité des états lents par rapport à celle des états rapides. Finalement, la comparaison avec la spectroscopie de bruit permet une corrélation claire entre l'évolution avec la dose injectée des caractéristiques des profils de pièges et la pente des spectres du bruit en 1/f.

Les recherches effectuées dans cette thèse concernent les composants électroniques minéraux, organiques et les systèmes photovoltaïques. Concernant les semiconducteurs minéraux, nous avons modélisé les propriétés de conduction des structures métal/oxyde/semiconducteur (MOS) fortement intégrées en absence et en présence des charges. Nous avons proposé une méthodologie permettant de caractériser le vieillissement des structures MOS sous injection du courant de type Fowler Nordheim (FN). Ensuite, nous avons étudié les diodes Schottky en polymères de type métal/polymère/métal. Nous avons conclu que: Le mécanisme de transfert des charges, à travers l'interface métal/polymère, est attribué à l'effet thermoïonique et pourrait être affecté par l'abaissement de la barrière de potentiel à l'interface métal/polymère. Dans le domaine de l'énergie photovoltaïque, nous avons conçu et modélisé un système photovoltaïque de moyenne puissance (100W). Nous avons montré que l'adaptation du générateur à la charge permet une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Ceci est réalisé par le biais des convertisseurs contrôlés par une commande de type MPPT munie d'un circuit de détection de dysfonctionnement et de redémarrage du système.

There has been much work on electron emission. It has lead to the concept of the photon and new electron sources for imaging such as electron microscopes and the rst formulation of holographic reconstructions [1-6]. Analytical derivations are important to gain physical insight into the problem of developing better electron sources. However, to date, such formulations have su ered by a number of approximations that have masked important physics. In this thesis, a new approach is provided that solves the Schrodinger wave equation for photoemission from a single atom tungsten tip barrier or more generally, for photoemission from a Schottky triangular barrier potential, with or without image potential e ects. We describe the system, then introduce the mathematical derivation. We conclude with the applications of the theory.