Dans le domaine de la cristallisation des fibres monocristallines par la technique de la micro-pulling down (µ-PD), les résultats récents sur les performances des fibres monocristallines (optique, laser, scintillateur) ont montré l’étendue des champs d’applications ouverts aux fibres cristallines. La course à la croissance cristalline, la fabrication de fibres cristallines performantes et la maitrise des procédés sont des enjeux de recherche dans un nombre important de laboratoires à travers le monde. Les fibres monocristallines de saphir et du YAG dopées Cérium (Ce3+) sont des formats à forte valeur ajoutée. Elles sont susceptibles d’être utilisées dans un large domaine d’applications, d’où la nécessité de contrôler et de maitriser la technologie de fabrication. En fonction des conditions de tirage (gradient de température, orientations cristallographiques des germes, vitesses de tirage), nous nous sommes intéressés à l’étude des bulles et des contraintes résiduelles dans le saphir tiré par µ-PD. La ségrégation du Cérium et la propagation de la lumière ainsi que l’atténuation dans les fibres YAG-dopées Cérium (Ce3+) ont été étudiées en fonction des vitesses de tirage. Nous avons étudié tous ces phénomènes ainsi que les mécanismes mis en jeu. La variation de la vitesse de tirage est en corrélation avec la distribution des bulles, la ségrégation du Ce et l’atténuation. A travers ce travail, on est en mesure de dire que les phénomènes à l’origine de la présence, de la répartition des bulles dans les fibres saphir et la ségrégation du Cérium dans le YAG ont été significativement éclaircis et que, à partir de ces résultats, des améliorations peuvent être apportées aux procédés technologiques de tirage par µ-PD / In the field of crystallization of single crystal fibers by micro-pulling down (µ-PD) technique, the recent results on the performance of single crystal fibers (optical, laser, scintillator) have shown the wide range of applications open to crystalline fibers. The race for crystal growth, the manufacture of high-performance crystal fibres and process control are research challenges in a large number of laboratories around the world. Cerium-doped monocrystalline sapphire and YAG fibres (Ce3+) are high value-added formats. They are likely to be used in a wide range of applications, hence the need to control and master manufacturing technology. Depending on the growth conditions (temperature gradient, crystallographic orientations of the germs, growth speeds), we were interested in studying the bubbles and residual stresses in the sapphire pulled by µ-PD. The segregation of Cerium and the propagation of light as well as the attenuation in YAG-doped Cerium fibres (Ce3+) were studied as a function of growth speeds. We have studied all these phenomena and the mechanisms involved. The variation in the growth rate is correlated with the distribution of bubbles, the segregation of Ce and the attenuation. Through this work, it can be said that the phenomena at the origin of the presence, distribution of bubbles in sapphire fibres and the segregation of Cerium in the YAG have been significantly clarified and that, from these results, improvements can be made to the technological processes of pulling by µ-PD

Dans cette thèse nous avons étudié différents aspects de l'interaction entre un atome et une surface diélectrique. Nous avons notamment recherché expérimentalement des situations où l'interaction de van der Waals à longue portée varie avec la population thermique de photons du vide, telle qu'imposée par un équilibre avec l'environnement. Une variation avec la température est prévue lorsqu'il y a un couplage virtuel résonnant en champ proche entre l'émission thermique de la surface (dans l'IR) et une absorption atomique. Notre recherche a porté sur l'interaction entre Cs(8P) et une surface de CaF2 en utilisant la spectroscopie de réflexion sélective. Jusqu'à présent, les valeurs expérimentales du coefficient C3 de l'interaction de van der Waals sont en contradiction avec les prédictions théoriques. Nous avons pourtant raffiné les prédictions théoriques en introduisant dans les calculs la dépendance en température de la constante diélectrique, à partir de nouvelles mesures de la réflectance sur des surfaces de saphir, CaF2 et BaF2 effectués à différentes températures. Nous avons, en outre, observé, sur une expérience auxiliaire d'absorption saturée, des raies inédites autour de la transition 6S1/2→8P, que nous avons attribuées à des dimères spécifiquement formés par nos faisceaux lasers. Ces raies apparaissent pour des densités de vapeur inhabituellement faibles. A un régime de plus faible distance de l'interaction atome-surface, où le potentiel combine attraction van der Waals et répulsion au voisinage immédiat de la surface, nous avons analysé la possibilité d'observer des oscillations de Bloch, en considérant le cas d'un atome d'Helium adsorbé sur une surface de LiF et soumis à une force externe.

Ce mémoire présente l'élaboration et la caractérisation d'un étalon secondaire de fréquence à résonateur saphir cryogénique, dans la gamme des fréquences microondes.\\ Le monocristal de saphir ($Al_2O_3$), excité sur des modes électromagnétiques d'ordre élevé, les modes de galerie, et utilisé au voisinage de la température de l'hélium liquide, représente le meilleur candidat pour réaliser un oscillateur présentant une instabilité relative de fréquence de l'ordre de $1\cdot 10^(-14)$.\\ Une dégénérescence du mode généralement observée aux températures cryogéniques rend difficile l'ajustement des couplages. Nous présentons ici un modèle simple expliquant correctement la séparation du mode en fréquence et les formes d'onde observées expérimentalement.\\ D'autre part, le problème des modes parasites est résolu par la mise au point d'une structure résonante en cavité ouverte.\\ Tous les éléments nécessaires à la construction de cet oscillateur sont analysés en détails.\\ Les résultats obtenus sont tout à fait exceptionnels. Sur le court terme, l'instabilité relative de fréquence est inférieure à $7.5\cdot 10^(-15)$. Dans le domaine du long terme, aucune dérive n'est clairement identifiée. La stabilité sur 1 jour est $<2\cdot 10^(-14)$. Ce dernier résultat constitue l'état de l'art pour des références secondaires de fréquence sur le long terme. \\ Enfin, d'autres travaux concernant la mesure des propriétés diélectriques d'un cristal de langasite, la caractérisation d'oscillateurs ultrastables, la chaîne de synthèse, un oscillateur saphir-rutile compensé thermiquement, et l'observation d'un phénomène de bistabilité du résonateur saphir né de la coïncidence fortuite d'un mode de galerie du cristal avec celle de l'ion paramagnétique $Fe^(3+)$, sont également présentés.

Ce mémoire présente diverses expériences d'amplification d'impulsions lumineuses brèves ou mono fréquences réalisées avec des milieux laser solides. Une étude théorique de l'amplification laser en régime de saturation est présentée dans la première partie. Les effets de déformation des profils spatial et temporel par la saturation du gain sont étudiés a partir d'un modèle théorique simple considérant le milieu comme un ensemble de cibles éphémères. Il est démontré par ailleurs que le temps de relaxation du niveau inférieur de la transition laser peut avoir une certaine incidence sur le rendement effectif de l'amplification. La deuxième partie est entièrement consacrée a la description d'un amplificateur régénératif nanoseconde utilisant du yag dope au néodyme ou de l'alexandrite comme milieux actifs. Ce dispositif permet de produire des impulsions monofréquences par injection d'une cavité esclave. Une étude détaillée de ce dispositif montre qu'un asservissement de la longueur de la cavité est inutile avec ce type de fonctionnement. Un nouveau matériau solide accordable aux propriétés exceptionnelles est présenté dans la dernière partie de ce mémoire: il s'agit du saphir dope titane. Une mesure précise de l'énergie de saturation a permis d'aborder l'amplification de plusieurs types de signaux lumineux et de réaliser divers oscillateurs aux caractéristiques variées. De nombreux amplificateurs utilisant le saphir dope titane comme milieu actif sont également présentés. Ils permettent d'amplifier des impulsions monomodes ainsi que des impulsions brèves.

We report the possibility to control the tilting of nanoneedles and nanowires by using structured sapphire substrates. The advantage of the reported strategy is to obtain well oriented growth along a single direction tilted with respect to the surface normal, whereas the growth in other directions is suppressed. In our particular case, the nanostructures are tilted with respect to the surface normal by an angle of 58°. Moreover, we demonstrate that variation of the nanostructures shape from nanoneedles to cylindrical nanowires by using SiO2 layer is observed.

La thèse porte sur l’étude de la cinétique de Smart Cut™ dans du silicium après implantation hydrogène, pour des températures de recuit comprises entre 500°C et 1300°C. Ainsi, la cinétique de séparation de couches (splitting) est caractérisée en considérant des recuits dans un four à moufle ainsi que des recuits laser. Sur la base de cette caractérisation, un modèle physique, basé sur le comportement de l’hydrogène implanté durant le recuit, est proposé. Le modèle s’appuie sur des caractérisations SIMS de l’évolution de la concentration d’hydrogène durant le recuit, ainsi que sur des simulations numériques. Le modèle propose une explication aux propriétés des films obtenus en fonction des conditions de recuit et mesurées par microscopie optique, AFM ainsi que par des mesures des énergies d’interfaces. Sur la base du modèle de splitting obtenu, deux procédés de fabrication de films de silicium sont proposés pour l’élaboration de matériaux de silicium sur saphir et verre par recuit laser ainsi que pour l’élaboration de feuilles de silicium monocristallin par épitaxie en phase liquide sur substrat silicium implanté. L’étude de premier procédé prouve pour la première fois la possibilité d’appliquer le procédé Smart Cut™ sur des substrats de silicium implanté. Les films ainsi obtenus présentent des grandes surfaces de transfert (wafer de 200 mm), ce qui présente un grand intérêt industriel. L’étude propose différentes caractérisations des films obtenus (AFM, profilométrie optique, mesure 4 pointe). Le deuxième procédé est démontré en utilisant des bancs d’épitaxie en phase liquide de silicium (température supérieure à 1410°C) afin d’effectuer des dépôts sur des substrats de silicium implantés. Les films obtenus montrent un grand degré de croissance épitaxiale (jusqu’à 90% du film déposé mesuré par EBSD) et présentent une épaisseur aussi faible que 100 µm. D’autre part, le détachement par Smart Cut™ des films ainsi déposés est démontré. / At first, the thesis studies the kinetics of Smart Cut™ in silicon implanted with hydrogen ions for annealing temperature in the range 500°C-1300°C. The kinetics is characterized by using a specially-dedicated furnace and by considering laser annealing. Based on the related characterization and observations, a physical model is established based on the behavior of implanted hydrogen during annealing. The model is strengthened by SIMS characterization focused on the evolution of hydrogen during annealing and on numerical calculations. Additionally, the model proposes an explanation for the properties of the obtained films as a function of the annealing conditions, based on optical microscope and AFM observations and bonding energy characterization. Based on this splitting model, two innovative processes for fabrication of silicon films are proposed. The first process allows to produce films of silicon on sapphire and films of silicon on glass by considering a laser annealing. The second produces foils of monocrystalline silicon by liquid phase epitaxial growth on implanted silicon substrate. The study of the first process proves for the first time the possibility to apply the Smart Cut™ for substrates of implanted silicon. The resulting films present large surface of transferred films (up to 200 mm wafers), which is very interesting in an industrial perspective. The study proposes different characterization of the films obtained by this process (AFM, optical profilometry and 4 probe measurement). The second process is demonstrated by using a chamber of liquid phase epitaxial growth of silicon (deposition temperature superior to 1410°C) in order to deposit liquid silicon on implanted silicon substrates. The obtained films show a high degree of epitaxial growth (up to 90% of the film as characterized by EBSD) and show a thickness as low as 100µm. Additionally the detachment by Smart Cut of the deposited films is demonstrated.

L'objectif de cette thèse est de réaliser des hétérostructures packageless par l'intermédiaire d'une couche protectrice contre les environnements atmosphériques néfastes tels que l'oxydation et l'humidité mais aussi dans les milieux agressifs à hautes températures. La première hétérostructure envisagée dans cette étude, utilise le principe des ondes isolées. Le silicium a été employé en combinaison avec le ZnO car il offre de bonnes propriétés électroacoustiques mais aussi la possibilité de travailler à de hautes fréquences. Ainsi, cette configuration AlN/IDT/ZnO/Si a été principalement choisie pour des applications en environnements néfastes et intégrable dans la technologie CMOS. Par ailleurs, une couche de protection d'AlN permettra à l'onde de se confiner dans la couche active de ZnO et de rester insensible à la surface mais sensible à la température. Le ZnO étant toutefois conducteur à haute température (> 400°C), cette hétérostructure reste peut applicable en milieux sévères à haute température. C'est pourquoi une seconde hétérostructure packageless utilisant comme base l'IDT/AlN/Saphir a été étudiée dans ce manuscrit. Il s'agit donc de protéger les IDTs par un film mince contre les phénomènes d'agglomération des électrodes à hautes températures (1000 °C) / The objective of this thesis is to realize heterostructures packageless through a protective layer against harmful atmospheric environments such as oxidation and moisture and also in aggressive environments (high temperatures). The first heterostructure considered in this study, uses the principle of wave isolated. Silicon was used in combination with ZnO as it offers good performances and the possibility to work at high frequencies. Thus, this configuration AlN/IDT/ZnO/Si was chosen for applications in environments with harmful and integrated in CMOS technology. In addition, a protective layer of AlN allows the wave is confined in the active layer of ZnO and remains insensitive to the surface but sensitive to temperature. However, ZnO is conductive at high temperature (> 400 ° C) wich is limited her utilization in harsh environments. This is why a second packageless heterostructure using the IDT/AlN/sapphire has been studied in this manuscript. It is therefore to protect the IDTs by a thin film against the phenomena of agglomeration of the electrodes at high temperatures (1000 ° C)

Nous étudions les performances et limites de cellules à césium en<br />saphir pour une expérience de physique atomique visant à une mesure précise<br />d'un effet de violation de parité (PV) associé à l'échange du boson Zo<br />dans l'atome de césium. Une telle mesure permet un test à très basse énergie du<br />modèle standard électrofaible. Il s'agit d'une expérience pompe-sonde sur le<br />système 6S1/2-7S1/2-6P3/2, menée en régime impulsionnel, dans une<br />vapeur dense de césium (2.10^14 atomes/cm3), soumise à un champ<br />électrique E= (2kV/cm) statique à<br />l'échelle des impulsions laser. <br /><br />Dans la configuration étudiée avant cette thèse (champ E appliqué selon<br />la direction de propagation des faisceaux) les cellules en saphir ont permis de<br />dépasser plusieurs limites rencontrées auparavant avec les cellules en verre:<br />(i) totale immunité des fenêtres aux conditions de l'expérience (ii)<br />destruction thermique des dimères Cs2 en surchauffant la vapeur (iii)<br />production désormais possible du champ E dans la cellule avec des<br />électrodes externes, attestant la réduction des courants surfaciques internes.<br />Il apparaît cependant une émission d'électrons par les fenêtres, induite par<br />l'impulsion laser d'excitation, et on met en évidence une multiplication des<br />charges au cours de leur accélération dans le champ électrique. Les<br />perturbations associées à la charge d'espace et au courant électronique<br />limitent actuellement la précision des moyennages PV dans cette configuration.<br />Nous avons ensuite exploré une nouvelle configuration expérimentale, où le<br />champ électrique est perpendiculaire aux faisceaux. Cela a été réalisable<br />facilement avec l'utilisation d'électrodes externes, exploitables avec les<br />cellules en saphir. Les premières études expérimentales ont permis de dégager<br />les conditions de mesure et de calibration d'orientations atomiques<br />longitudinale et transverse (en utilisant la précession de Larmor) dans l'état<br />7S, par polarimétrie pompe-sonde impulsionnelle, en exploitant la détection par<br />émission stimulée. Nous avons par ailleurs mis en oeuvre une mesure atomique<br /> in situ du champ électrique, utilisable dans les deux configurations<br />expérimentales. Cette mesure est indispensable pour exploiter les mesures PV en<br />configuration longitudinale.

Le travail présenté ici a pour but l'amélioration des tests de basse énergie des interactions faibles à courant neutre. Il a porté sur la mise au point d'une expérience à même de réaliser une mesure d'un dipôle de transition violant la parité dans une vapeur de césium en cellule avec une précision de 1% sur un montage de polarimétrie laser pompe-sonde. Son caractère original tient à la détection d'une transition interdite dans une vapeur, non plus par fluorescence comme l'ont fait toutes les expériences antérieures, mais par l'émission stimulée par le faisceau sonde, ce qui amplifie l'asymétrie à mesurer lorsque l'amplification du faisceau sonde est importante. De nombreux aspects expérimentaux ont nécessité de repousser les limites de l'expérimentation: amélioration des techniques de polarimétrie avec des lasers en impulsions, conception et préparation des cellules, maîtrise des effets de surface, maîtrise et réduction des effets liés aux dimères de césium, étude des champs parasites, puis de leur contrôle/réduction. Mais par-delà le développement de savoir-faire spécifiques, ce travail i) a permis d'amener l'expérience VPA à un stade où la précision de la mesure déjà effectuée est de 2,6%, et où le rapport signal/bruit atteint permet de se lancer dans une mesure à 1%; ii) a donné lieu à des expériences originales comme la photo-destruction des dimères d'une vapeur de césium, l'observation en champ nul et sans background de la transition 6S-7S en champ nul, la réalisation de cellules spectroscopiques "sans pertes par réflexion", la mise en évidence, par diffraction laser, des marches monoatomiques d'une surface vicinale ou encore des méthodes originales de détection homodyne du signal de réflexion sélective ou de mesure absolue de sections efficaces; iii) propose une méthode susceptible de permettre une mesure VPA à 0,1%, ainsi qu'une exploration de ce que permettrait le refroidissement laser pour l'étude des transitions interdites.

Dans ce travail, nous avons décrit dans un premier temps la croissance de GaN<br />avec traitement Si/N élaboré à haute température et à pression atmosphérique par<br />Epitaxie en Phase Vapeur par pyrolyse d'OrganoMétalliques (EPVOM). Cette phase<br />de traitement Si/N, juste après l'étape de nitruration du substrat saphir (0001), induit<br />le passage d'un mode de croissance 3D-2D à mesure que la couche de GaN s'épaissie.<br />L'étude de différents niveaux de croissance montre une amélioration de la qualité morphologique,<br />électrique, structurale et optique lorsque l'épaisseur de la couche de GaN<br />augmente. Par la suite, nous nous présentons une étude systématique du dopage de type<br />p dans GaN en utilisant le magnésium. Les paramètres évoqués sont le débit de TMG,<br />le débit de Cp2Mg et la température de croissance. Une fois les conditions optimales<br />de GaN:Mg sont obtenues et après avoir étudier l'effet de la durée d'envoi de TMG et<br />la température de croissance de GaN dopé silicium, nous avons réalisé deux types de<br />diodes électroluminescentes bleues ; un premier type à base d'une homojonction p/n et<br />un deuxième type avec l'intercalation de cinq puits quantiques standards InGaN.