Le premier chapitre est consacré à la description rapide des différentes méthodes d'auto-organisation de boîtes quantiques et à leur mise en ordre à longue distance dans le plan du dépôt. Puis l'intérêt d'une méthode utilisant des dislocations enterrées est présenté. Cette méthode utilise le collage moléculaire et a été initiée lors de mon séjour à l'Université de Santa Barbara en 1997 dans le système InAs/GaAs. L'apport des collages moléculaires silicium/silicium, très bien maîtrisés au CEA/LETI/DTS, a permis d'aller bien au-delà de cette étude préliminaire (voir thèse F. Fournel, 2001). Les principes des collages moléculaires du silicium sont succinctement rappelés dans le chapitre II, qui est consacré à la présentation d'une méthode originale de réflectivité à haute énergie et à haute résolution permettant d'étudier les mécanismes structuraux du collage pour des interfaces très enterrées (travail en collaboration avec F. Rieutord). Des exemples sont donnés dans le cas des collages de type silicium sur oxyde de silicium, et silicium sur silicium. Le troisième chapitre traite de la réalisation et de l'utilisation d'un réseau enterré de dislocations. L'état de l'art est rappelé avant de décrire les calculs d'élasticité continue isotrope qui permettent de quantifier les champs de déplacements et de contraintes efficaces en surface pour positionner les boîtes quantiques. La diffraction en incidence rasante est utilisée pour mesurer et analyser quantitativement ces réseaux. Le quatrième chapitre est consacré aux résultats obtenus avec cette technique dans le cas de dépôts de Si et de Ge sur des substrats collés, ainsi qu'à l'obtention d'une morphologie de surface gaufrée contrôlée à la fois en période et en amplitude. Pour conclure, trois perspectives importantes de ce travail sont succinctement exposées à la fin de ce mémoire.

L'objectif de cette thèse consiste à développer une nouvelle approche d'élaboration des îlots quantiques de Ge sur substrat de Si(001) par épitaxie sélective et à étudier les propriétés optiques et électriques de ces îlots. Deux méthodes d'épitaxie sélective ont été utilisées. La première est la croissance d'îlots quantiques de Ge dans des ouvertures obtenues par désorption partielle d'une couche de silice native. Cette approche qui ne nécessite pas de procédé technologique préalable permet d'obtenir des ouvertures, dont la dimension latérale varie entre 100 et 300 nm. Nous obtenons un ou plusieurs îlots de Ge par ouverture en fonction de cette dimension. Le silicium épitaxié sélectivement dans ces ouvertures évolue vers une forme de pyramide tronquée. En contrôlant la hauteur de cette couche, nous pouvons obtenir au sommet de celle-ci un seul îlot de Ge, même dans une grande ouverture. La deuxième est la croissance sélective des îlots quantiques de Ge dans des fenêtres obtenues par lithographie. Le nombre d'îlots et leurs positions dépendent de la taille, de la forme des fenêtres, et de la surface de la terrasse de Si. Des couches simples et des multicouches d'îlots de Ge ont été réalisées. Les propriétés optiques des îlots sélectifs sont étudiées par spectroscopie de photoluminescence et Raman. La comparaison avec les îlots auto-assemblés révèle l'absence de signaux provenant de la couche de mouillage et un décalage vers les hautes énergies. Les propriétés électriques des îlots sélectifs sont étudiées à travers des caractéristiques courant-tension de diodes Schottky en fonction de la température et des mesures électriques via une pointe AFM à température ambiante.

Des couches de a-SiO2 déposées sur un substrat de Si ont été irradiées avec des ions lourds. L'endommagement en surface est étudié à l'aide de la Microscopie à Force Atomique (AFM). Pour des pertes d'énergie électronique supérieure à 16.0 keV/nm, des bosses apparaissent en surface. La hauteur de ces bosses diminue quand l'épaisseur de la couche d'oxyde augmente. Les études de Spectroscopie Infrarouge montrent que le seuil d'endommagement pour le a-SiO2 est autour de 2.0 keV/nm. Alors, il est probable que la formation de ces bosses en surface ait son origine dans le substrat de Si. Le modèle de la pointe thermique conforte l'hypothèse que la création des bosses est liée à la réponse du Si. Ce modèle indique un seuil d'endommagement de 1.8 keV/nm (a-SiO2) et 8.0 keV/nm (Si). L'attaque chimique après irradiation offre une possibilité technique de réaliser des trous nanométriques avec des dimensions et formes contrôlables. Il est aussi possible de déterminer le rayon de la pointe AFM.

Plusieurs phénomènes modifient la redistribution du bore dans le silicium fortement implanté. Pendant le recuit thermique d'activation, les interactions entre les dopants et les défauts d'implantations viennent affecter et complexifier la redistribution du bore. A cela peut venir s'ajouter des phénomènes de précipitation dans les régions sursaturées en dopants. Ces interactions peuvent conduire à la désactivation partielle des dopants. Cette thèse traite en particulier de la précipitation ou mise amas du bore dans le silicium fortement implanté. Ces questions sont étudiées en sonde atomique tomographique. Des outils statistiques sont développés pour caractériser la mise en amas. Les théories non classiques de germination sont explorées pour comprendre la formation de germes dilués. Enfin, un modèle couplant diffusion et germination classique est proposé pour prédire l'allure des profils de concentration en dopant après recuit thermique.

Cette étude vise à établir des corrélations entre les propriétés structurales et les propriétés magnétiques des revêtements Fe-Si élaborés par pulvérisation cathodique magnétron. L'alliage Fe-Si (coté riche en Fe) a été choisi en raison de son caractère ferromagnétique doux et de son fort potentiel applicatif dans différents systèmes magnétiques. Dans cet esprit, nous avons réalisé une série d'alliages avec différentes teneurs en Si. Les résultats obtenus nous ont permis de mettre en évidence les propriétés magnétiques extrêmement douces de l'alliage Fe-Si à 25 at.% de Si. L'étude des domaines magnétiques de cet alliage par effet Kerr a révélé une configuration en domaines parfaitement parallèle sur une surface importante de l'échantillon. Ce type de configuration est particulièrement recherché dans les couches minces magnétiques utilisées dans les capteurs à magnéto-impédance géante. C'est pourquoi nous avons étendu notre étude des propriétés de cet alliage par la réalisation de capteurs à magnéto-impédance en structure sandwich. La caractérisation de ces capteurs a clairement montré l'influence de l'orientation des domaines magnétiques ainsi que l'épaisseur totale des capteurs sur la variation d'impédance de ces derniers.

Les systèmes sur puce comportant des fonctions optiques ont un vif intérêt pour les futures générations de systèmes embarqués, les telecommunications, l'instrumentation. La faisabilité d'une source silicium compatible avec la technologie CMOS reste à ce jour un verrou majeur pour ouvrir la voie à des systèmes optoélectroniques intégrés. L'utilisation des nanocristaux de silicium dans une matrice de SiO2 est actuellement une voie prometteuse visant à lever ce verrou. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de sources émettant dans le visible/proche infrarouge à base de nanocristaux de silicium, en explorant les potentialités de dépôts LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). En partant de l'étude des propriétés des nanocristaux, une approche bottom-up a été choisie pour la réalisation des composants de test. Un procédé d'élaboration du matériau actif, compatible avec la technologie CMOS, a été mis au point et nous a permis d'obtenir de façon reproductible des nanocristaux avec les propriétés souhaitées. Les mécanismes d'émission lumineuse ont été étudiés et corrélés avec les propriétés structurales et électriques. Une émission lumineuse intense a été obtenue sous excitation optique. L'obtention d'électroluminescence nécessite quant à elle une optimisation spécifique tant au niveau matériau qu'au niveau procédé technologique. A cette fin, plusieurs voies ont été explorées nous conduisant à établir le compromis entre propriétés optiques et électriques. Au terme de cette étude, nous avons évalué les avantages et inconvénients de cette technique d'élaboration et proposons des solutions pour parvenir à fabriquer un dispositif électroluminescent fonctionnel.

Dans le cadre d'une approche bottom-up, la fabrication de nanofils par une croissance catalysée ouvre la voie à nombres d'applications: nano--transistors verticaux à grille enrobantes, heterostructures cœur--coquilles... Avec ces nouveaux objets, de nouvelles interrogations apparaissent quant à l'influence du catalyseur et de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. Mon travail basé sur une étude spectroscopique via des expériences de photoluminescence a mis en évidence le rôle prépondérant de la surface sur les propriétés électroniques des nanofils. La passivation des états de surface a permis d'observer la recombinaison radiative des porteurs libres d'une phase dense : le liquide électron-trou, dans des nanofils catalysés par de l'or et du cuivre. Cette phase liquide a la particularité d'être stable thermodynamiquement et sa densité est constante. Cette propriété unique dans les semiconducteurs a conduit à l'étude quantitative de l'influence de la surface via la modification du ratio surface/volume. Une méthode originale de mesure de la vitesse de recombinaison de surface (VRS) a ainsi été développée et des VRS relativement faibles ont été mesurées indiquant une excellente passivation des états de surface. Les propriétés de volume de nanofils catalysés 'or' sont très similaires à celles d'un silicium massif utilisé en micro-électronique. Enfin, l'oxydation sacrificielle du silicium a permis d'obtenir des nanofils de diamètre inférieur à 10 nm. L'oxydation progressive des nanofils a permis d'observer un décalage de la raie vers le rouge attribué à la présence de contraintes, puis l'augmentation du gap est corrélée au confinement quantique des porteurs.

<p>Emission from cars today is one of the biggest environmental issues, hence stringent government standards have been introduced to decrease emission. Car companies do not only have to satisfy government standards, but also meet consumer demands on increased fuel economy and good drivablility. This report will introduce controllers designed to control the air/fuel ratio in an SI engine. The engine model used is simplified. The engine components modelled include the inlet manifold, fuel dynamics, combustion and exhaust sensor. </p><p>Nonlinearities and delays are inherent in the engine dynamics and as such a Smith Predictor is utilised as the basis for controller structure to compensate for the delays. Here the Smith Predictor is combined with feedforwarding of the mass air charge, which is estimated from both the inlet and combustion models. Therefore different ways of merging the estimates are also explored. </p><p>A real engine was not accesible, thus simulators were implemented using data sets provided by General Motors. Model errors were introduced to test the controllers performance. The proposed methods should be tested on a real engine to ensure that this isa viable approach, as the simulations show it maybe promising to use in practice.</p>

<p>The development of computer aided design tools for devices and circuits has increased the interest for accurate transistor modeling in microwave applications. In the increasingly expanding wireless communication market, there is a huge demand for high performance RF power devices. The silicon LD- MOSFET transistor is dueto its high power performance is today widely used in systems such as mobile base stations, private branch exchanges (PBX), and local area networks (LAN) utilizing the bands between 0.9 to 2.5 GHz. </p><p>In this research we simulated LD-MOSFET transistor characteristics of the structure provided by Infineon technology at Kista, Stockholm. The maximum drain current obtained in the simulation was 400 mA at a gate voltage of 8 V. This value is somewhat higher than the measured one. This difference can be attributed to the parasitic effects since no parasitic effects were included in the simulations in the beginning. The only parasitic effect studied was by placing the source contact at the bottom of the substrate according to real commercial device. The matching between simulated and measured results were improved and maximum drain current was reduced to 300 mA/mm which was 30% higher than the measured drain current </p><p>The large signal RF simulations were performed in time-domain in our novel technique developed at LiU. This technique utilizes a very simple amplifier circuit without any passive components. Only DC bias and RF signals are applied to the gate and drain terminals, with the same fundamental frequency but with 180o phase difference. The RF signal at the drain acting as a short at higher harmonics. These signals thus also acted as an active match to the transistor. Large signal RF simulations were performed at 1, 2 and 3 GHz respectively. The maximum of drain current signal was observed at the maximum of drain voltage signal indicating the normal behavior of the transistor. At 1 GHz the output power was 1.25 W/mm with 63% of drain efficiency and 23.7 dB of gain. The out pout power was decreased to 1.15 W/mm and 1.1 W/mm at 2 and 3 GHz respectively at the same time the efficiency and gain was also decreased to 57% and 19 dB at 2 GHz and 51% and 15 dB at 3GHz respectively.</p>

<p>Ion current sensing, where information about the combustion process in an SI-engine is gained by applying a voltage over the spark gap, is currently used to detect and avoid knock and misfire. Several researchers have pointed out that information on peak pressure location and air/fuel ratio can be gained from the ion current and have suggested several ways to estimate these parameters.</p><p>Here a simplified Bayesian approach was taken to construct a lowpass-like filter or estimator that makes use of prior information to improve estimates in crucial areas. The algorithm is computationally light and could, if successful, improve estimates enough for production use.</p><p>The filter was implemented in several variants and evaluated in a number of simulated cases. It was found that the proposed filter requires a number of trade-offs between variance, bias, tracking speed and accuracy that are difficult to balance. For satisfactory estimates and trade-off balance the prior information must be more accurate than was available.</p><p>It was also found that similar a task, constructing a general Bayesian estimator, has already been tackled in the area of particle filtering and that there are promising and unexplored possibilities there. However, particle filters require computational power that will not be available to production engines for some years. </p> / <p>Vid jonströmsmätning utvinns information om förbränningsprocessen i en bensinmotor genom att en spänning läggs över gnistgapet och den resulterande strömmen mäts. Jonströmsmätning används idag för knack- och feltändningsdetektion. Flera forskare har påpekat att det finns än mer information i jonströmmen, bl.a. om bränsleblandningen och cylindertrycket och har även föreslagit metoder för att utvinna och använda den informationen för skattning av dessa parametrar.</p><p>Här presenteras en förenklad Bayesisk metod i form av en lågpassfilter-liknande skattare som använder förkunskap till att förbättra estimat på relevanta områden. Algoritmen är beräkningsmässigt lätt och kan, om den är framgångsrik, leverera skattningar av förbränningsparametrar som är tillräckligt bra för att användas för sluten styrning av en bensinmotor.</p><p>Skattaren, eller filtret, implementerades i flera varianter och utvärderades i ett antal simulerade fall. Resultaten visade på att flera svåra avvägningar måste göras mellan förbättring i varians, avvikelse och följning eftersom förbättring i den ena ledde till försämring i de andra. För att göra dessa avvägningar och få goda skattningar krävs bättre förhandskunskap och mätdata än vad som var tillgängligt.</p><p>Bayesisk skattning är ett stort befintligt område inom statistik och signalbehandling och den mest generella skattaren är partikelfiltret som har många intressanta tillämpningar och möjligheter. De har hittills inte använts inom skattning av förbränningsparametrar och har således go potential för framtida utveckling. De är dock beräkningsmässigt tunga och kräver beräkningsresurser utöver vad som är tillgängliga i ett motorstyrsystem idag.</p>