High Electron Mobility Transistoren (HEMTs), basierend auf dem Materialsystem GaN/AlGaN/GaN, wurden entworfen, hergestellt und elektrisch charakterisiert. Für das Maskendesign kam das CAD-Programm LasiCAD zum Einsatz. Das Design umfasste bis zu sechs Lithographieebenen. Die Herstellung der Bauelemente geschah unter Reinraumbedingungen und unter Nutzung einer vorhandenen Technologie für Transistoren mit kleiner Gate-Peripherie (Doppelgate-Transistoren), die teilweise optimiert wurde. Daneben wurden Prozesse zur Herstellung von Multifinger-HEMTs entwickelt, wobei die Metallisierung der Drainkontakte mittels Electroplating von Gold vorgenommen wurde. Zur elektrischen Charakterisierung der Bauelemente wurden sowohl Gleichstromcharakteristiken, d.h. die Ausgangskennlinienfelder und Verläufe der Steilheit, als auch das Großsignalverhalten für cw-Betrieb bei 2 GHz gemessen. Dabei zeigten die Transistoren eine auf die Gatebreite bezogene Ausgangsleistungsdichte von mehr als 8 W/mm und eine Effizienz größer als 40%, einhergehend mit vernachlässigbarer Drainstromdispersion der unpassivierten Bauelemente.

Herstellung anwendungsbezogener SiO2- Grabenstrukturen im sub-μm-Bereich durch RIE und ICP-Prozesse.

À l'heure actuelle, les modèles photochimiques utilisés dans la correction des effets de proximitéoptique (OPC) en photolithographie sont devenus complexes et moins physiques afin de permettre decapturer rapidement le maximum d'effets optiques et chimiques. La question de la stabilité de tels modèlespurement empiriques est devenue d'actualité. Dans ce mémoire, nous avons étudié la stabilité desmodèles photochimiques actuels en examinant les différentes causes d'instabilité vis-à-vis des paramètresdu procédé. Dans la suite, nous avons développé une méthode perturbative permettant d'évaluer le critèrede la stabilité. L'obtention de modèles simples et stables nous conduit à séparer les effets optiques desautres effets chimiques. De plus, les approximations utilisées dans la modélisation des systèmes optiquesopérant à grande ouverture numérique entraînent des erreurs résiduelles pouvant dégrader la précisionet la stabilité des modèles OPC. Ainsi, nous nous sommes intéressés à étudier les limites de validitéde l'approximation de Kirchhoff, méthode qui, jusqu'à présent, est la plus utilisée dans la modélisationdu champ proche d'un masque. D'autres méthodes semi-rigoureuses, permettant de modéliser les effetstopographiques, ont été également évaluées. Ces méthodes approchées permettent de gagner en précisionmais dégradent le temps de calcul. Nous avons ainsi proposé différentes façons de corriger les effetstopographiques du masque, tout en gardant l'approximation de Kirchhoff dans la modélisation de la partieoptique. Parmi les méthodes proposées, nous exploitons celle permettant de réduire les erreurs liéesaux effets topographiques du masque par l'intermédiaire d'un second modèle empirique. Nous montronsque pour garantir une précision adéquate, il est nécessaire d'augmenter la complexité du modèle en rajoutantdes termes additionnels. Enfin, pour garantir la stabilité numérique du modèle empirique, nousintroduirons une nouvelle méthode approchée hybride rapide et précise, la méthode des multi-niveaux,permettant d'inclure les effets topographiques par décomposition multi-niveaux du masque fin et discuteronsses avantages et ses limites.

Les progrès réalisés dans la microélectronique répondent à la problématique de la réduction des coûts de production et celle de la recherche de nouveaux marchés. Ces progrès sont possibles notamment grâce à ceux effectués en lithographie optique par projection, le procédé lithographique principalement utilisé par les industriels. La miniaturisation des circuits intégrés n’a donc été possible qu’en poussant les limites d’impression lithographique. Cependant en réduisant les largeurs des transistors et l’espace entre eux, on augmente la sensibilité du transfert à ce que l’on appelle les effets de proximité optique au fur et à mesure des générations les plus avancées de 45 et 32 nm de dimension de grille de transistor.L’utilisation des modèles OPC est devenue incontournable en lithographie optique, pour les nœuds technologiques avancés. Les techniques de correction des effets de proximité (OPC) permettent de garantir la fidélité des motifs sur plaquette, par des corrections sur le masque. La précision des corrections apportées au masque dépend de la qualité des modèles OPC mis en œuvre. La qualité de ces modèles est donc primordiale. Cette thèse s’inscrit dans une démarche d’analyse et d’évaluation des modèles résine OPC qui simulent le comportement de la résine après exposition. La modélisation de données et l’analyse statistique ont été utilisées pour étudier ces modèles résine de plus en plus empiriques. Outre la fiabilisation des données de calibrage des modèles, l’utilisation des plateformes de création de modèles dédiées en milieu industriel et la méthodologie de création et de validation des modèles OPC ont également été étudié. Cette thèse expose le résultat de l’analyse des modèles résine OPC et propose une nouvelles méthodologie de création, d’analyse et de validation de ces modèles. / The Progress made in microelectronics responds to the matter of production costs reduction and to the search of new markets. These progresses have been possible thanks those made in optical lithography, the printing process principally used in integrated circuit (IC) manufacturing.The miniaturization of integrated circuits has been possible only by pushing the limits of optical resolution. However this miniaturization increases the sensitivity of the transfer, leading to more proximity effects at progressively more advanced technology nodes (45 and 32 nm in transistor gate size). The correction of these optical proximity effects is indispensible in photolithographic processes for advanced technology nodes. Techniques of optical proximity correction (OPC) enable to increase the achievable resolution and the pattern transfer fidelity for advanced lithographic generations. Corrections are made on the mask based on OPC models which connect the image on the resin to the changes made on the mask. The reliability of these OPC models is essential for the improvement of the pattern transfer fidelity.This thesis analyses and evaluates the OPC resist models which simulates the behavior of the resist after the photolithographic process. Data modeling and statistical analysis have been used to study these increasingly empirical resist models. Besides the model calibration data reliability, we worked on the way of using the models calibration platforms generally used in IC manufacturing.This thesis exposed the results of the analysis of OPC resist models and proposes a new methodology for OPC resist models creation, analysis and validation.

La détection sensible et sélective des métaux lourds, en particulier les métaux detransition, est d’une grande importance pour la santé publique ainsi que pour la surveillancede l’environnement. Les méthodes actuelles de référence, de par leur non portabilité, limitentla possibilité de disposer de mesures à haute résolution spatiale et temporelle. Lesmicrocapteurs optiques offrent un moyen attrayant et pratique pour surmonter ces limitationsde coût global et de temps d’analyse, en permettant la mesure en temps réel sur site.Pour démontrer ce potentiel, ces travaux de thèse sont orientés sur la détermination duchrome hexavalent Cr(VI) en solution à l’aide d’une réaction colorimétrique avec le 1,5-diphénylcarbazide (DPC), permettant de créer un complexe présentant un maximumd’absorption dans le domaine du visible. Ces travaux s’inscrivent dans la volonté dedévelopper un véritable laboratoire sur puce, intégrant la fonction fluidique parélectromouillage sur diélectrique pour créer la réaction colorimétrique, ainsi que la fonctionde mesure par intégration d’un capteur optique dédié à la mesure d’absorption dans desmicrovolumes (< μL). Pour la mesure d'absorption sur de si faibles volumes, l'utilisation demicrorésonateurs vise à augmenter de façon importante le chemin optique effectif et ainsi lasensibilité du capteur.Nous décrivons nos travaux sur la conception, la fabrication de la plateformemicrofluidique digitale ainsi que du résonateur optique en anneaux à des dimensionssubmicroniques par photolithographie par projection. Les matériaux polymères sontprivilégiés pour une intégration totale bas coût à terme, ainsi qu’un substrat verre, dont lespropriétés sont particulièrement adaptées aux applications optiques dans le domaine duvisible. / The selective and sensitive detection of heavy metals, such as transition metals, is ofparamount importance for health and safety an environmental monitoring. Current referencemethods, due to their lack of portability, are limiting factors to obtain high-resolution spatialand temporal data. Optical sensors offer an attractive and convenient way to overcome theselimitations of cost and time per analysis by offering real time, on-site measurementcapabilities.In order to demonstrate this potential, this thesis is focused on the detection and quantificationof hexavalent chromium Cr(VI) in water samples by a colorimetric reaction based on areaction with the 1,5-diphenylcarbazide (DPC), that produces a complex possessing anabsorption maximum in the visible range. This works endorse the goal of creating a true labon-chip, integrating both the fluidic function based on ElectroWetting on Dielectric (EWOD)to create the colorimetric reaction, and the sensing function based on the integration of anoptical sensor able to measure absorption variations in micro-volumes (< μL). In order toobtain sufficient sensitivity on such small volumes, optical microring resonators are used inthis work, due to their ability to enhance the effective optical path length by constructiveinterferences.This thesis describes the conception and fabrication of the EWOD microfluidic platform, aswell as the conception, simulation and fabrication of submicronic microring resonators usingstepper lithography. Polymer materials and glass substrates are selected, due to their greatoptical properties in the visible range, their compatibility with the EWOD platform, and theirintegrability at a reasonable cost.

Ce travail de thèse concerne la miniaturisation et l’intégration de composants magnétiques comme les inductances utilisées dans les convertisseurs DC-DC et les circuits haute fréquence. Cette thèse a pour objectifs : - de développer une méthodologie d’étude des inductances à couches magnétiques - de montrer la faisabilité de tels composants utilisant des couches épaisses de ferrite (50 à 500µm). Le contenu de notre document s’articule ainsi autour de trois axes : la simulation, la réalisation et la caractérisation. En simulation, le logiciel HFSS, nous a permis de concevoir, de prédire le comportement du composant et d'étudier l’influence des différents entrefers et épaisseurs du matériau magnétique. La réalisation fait appel aux différentes et nombreuses étapes micro technologiques qui sont décrites en détail. Ces étapes concernent les techniques de dépôt sous vide, les procédés de photolithographie, les techniques de dépôt électrolytique, les techniques de sciage et de collage. Enfin, la caractérisation des inductances réalisées a été effectuée en basses, moyennes et hautes fréquences respectivement au LCR mètre (20Hz à 1MHz), à l’impédance mètre (40Hz à 110MHz) et à l’analyseur vectoriel de réseaux (10MHz à 67GHz) / This thesis concerns the miniaturization and integration of magnetic components such as inductors used in DC-DC converters and high frequency circuits. This thesis aims to: - to develop a methodology for the study of magnetic layers inductors; - to show the feasibility of such components using thick layers of ferrite (50 to 500µm). The content of our document is structured around three axes: simulation, realization and characterization. In simulation, HFSS software allowed us to design, predict the behavior of the component and to study the influence of different air gaps and layers of magnetic material. The realization involves numerous and different micro technology steps which are described in detail. These steps are technical of vacuum deposition, photolithography processes, electroplating deposition techniques, techniques of sawing and sticking. Finally, the characterization of inductors achieved was done in low, medium and high frequencies respectively with a LCR meter (20Hz to 1MHz), an impedance meter (40Hz to 110MHz) and a vector network analyzer (10MHz to 67GHz)

White organic light-emitting diodes (OLEDs) are promising candidates for future solid-state lighting applications and backplane illumination in large-area displays. One very specific feature of OLEDs, which is currently gaining momentum, is that they can enable tunable white light emission. This feature is conventionally realized either through the vertical stacking of independent OLEDs emitting different colors or in lateral arrangement of OLEDs. The vertical design is optically difficult to optimize and often results in efficiency compromises between the units. In contrast, the lateral concept introduces severe area losses to dark regions between the subunits, which requires a significantly larger overall device area to achieve equal brightness. Here we demonstrate a color-tunable, two-color OLED device realized by side-by-side alignment of yellow and blue p-i-n OLEDs structured down to 20 μm by a simple and up-scalable orthogonal photolithography technique. This layout eliminates the problems of conventional lateral approaches by utilizing all area for light emission. The corresponding emission of the photo-patterned two-unit OLED can be tuned over a wide range from yellow to white to blue colors. The independent control of the different units allows the desired overall spectrum to be set at any given brightness level. Operated as a white light source, the microstructured OLED reaches a luminous efficacy of 13 lm W−1 at 1000 cd m−2 without an additional light outcoupling enhancement and reaches a color rendering index of 68 when operated near the color point E. Finally, we demonstrate an improved device lifetime by means of size variation of the subunits.

White organic light-emitting diodes (OLEDs) are promising candidates for future solid-state lighting applications and backplane illumination in large-area displays. One very specific feature of OLEDs, which is currently gaining momentum, is that they can enable tunable white light emission. This feature is conventionally realized either through the vertical stacking of independent OLEDs emitting different colors or in lateral arrangement of OLEDs. The vertical design is optically difficult to optimize and often results in efficiency compromises between the units. In contrast, the lateral concept introduces severe area losses to dark regions between the subunits, which requires a significantly larger overall device area to achieve equal brightness. Here we demonstrate a color-tunable, two-color OLED device realized by side-by-side alignment of yellow and blue p-i-n OLEDs structured down to 20 μm by a simple and up-scalable orthogonal photolithography technique. This layout eliminates the problems of conventional lateral approaches by utilizing all area for light emission. The corresponding emission of the photo-patterned two-unit OLED can be tuned over a wide range from yellow to white to blue colors. The independent control of the different units allows the desired overall spectrum to be set at any given brightness level. Operated as a white light source, the microstructured OLED reaches a luminous efficacy of 13 lm W−1 at 1000 cd m−2 without an additional light outcoupling enhancement and reaches a color rendering index of 68 when operated near the color point E. Finally, we demonstrate an improved device lifetime by means of size variation of the subunits.

Les structures optiques diffractives sous forme d’hologramme de sécurité sont largement employées contre la falsification et la contrefaçon.Elles sont présentent sur les billets de banque, les documents de voyage et d’identité, etc. Leurs techniques de fabrication sont de plus en plus accessibles, augmentant les risques de fraudes et la concurrence sur le marché des hologrammes de sécurité. Pour endiguer les fraudes et gagner des parts de marché, il faut innover. Ces travaux de thèse de doctorat s’articulent autour du développement de structures optiques diffractives multiéchelles innovantes. Ces structures diffractives multiéchelles sont la combinaison de structures diffractives microscopiques permettant la mise en forme de la lumière incidente avecdes structures nanoscopiques qui permettent la création d’effets colorés. Ces travaux accordent une grande place au développement de la technique de photolithographie multiniveaux par écriture directe massivement parallèle. Ils abordent également le développement d’un modèle hybride permettant de simuler physiquement le comportement des structures diffractives (notamment de nos structures multiéchelles) en temps réel. Ce rendu en temps réel est possible grâce à l’utilisation du processeur graphique (GPU) au travers d’OpenGL et des programmes Shader, ainsi qu’avec l’utilisation de données précalculées. Le développement de ces structures multiéchelles permet la création et la commercialisation de nombreux nouveaux effets visuels, ce qui participe aux doubles objectifs de contrer les fraudes et de gagner en part de marché. / Diffractive optical structures on the fon of security holograms are widely used against forgery and counterfeiting. They are present on banknotes, travel and identity documents, etc. Their manufacturing techniques are becoming more and more accessible, increasing the risk of fraud and competition in the security hologram market. To stem fraud and gain marketshare, hologram procedures must innovate continously. This Ph.d focuses on the developmentof innovative multi-scale diffractive optical structures. These multi-scale diffractive structures result from combination of microscopic diffractive structures that shape the incident light and nanoscopic structures that generate colored effects. This work places emphasis on the development of the massively parallel-direct-write greyscale photolithography fabrication process. We also discuss the development of an hybrid model for physically simulating the behaviour of diffractive structures (especially our multiscale structures) in real time. This real time rendering is possible thanks to the use of the graphical processor unit (GPU) through OpenGL and Shader programs, as well as the use of precomputed data. The development of these multiscale structures has led to the creation and commercialisation of many new visual effects and contributed to the dual objectives of counter fraud and gain market share.

Herstellung anwendungsbezogener SiO2- Grabenstrukturen im sub-μm-Bereich durch RIE und ICP-Prozesse.