Die Pyrolyse ausgewählter Polysiloxane und Poly(chlor)silane erzeugt meso- und mikroporöses SiC, welches als Hochtemperatur-beständiges Material für Filter, Katalysatorträger und Sensoren ein hohes Anwendungspotential besitzt. Der Pyrolyseprozess bis 1500 °C wird thermogravimetrisch und massenspektrometrisch verfolgt und die resultierenden "Bulk"-Pyrolysate mittels DRIFT-Messungen, Elementaranalyse, XRD, N2-Adsorption und FESEM charakterisiert. Zusammensetzung, Kristallinität und Poreneigenschaften des precursorabgeleiteten SiC lassen sich über die Precursorart sowie über die Pyrolysetemperatur und -dauer steuern. Die Poren entstehen je nach Precursor zwischen 1200 und 1500 °C. Im Falle von mesoporösen Pyrolysaten wird die Porenbildung in erster Linie durch die Abgabe gasförmiger Reaktionsprodukte hervorgerufen. Die Porengrößen dieser Produkte liegen zwischen 6 und 12 nm und die spezifische Oberfläche beträgt bis zu 270 m2/g. Bei den mikroporösen Pyrolysaten, gekennzeichnet durch Poren von 1,5 nm Größe und spezifischen Oberflächen bis 530 m2/g, werden die Poreneigenschaften vor allem durch den im Überschuss vorhandenen elementaren Kohlenstoff geprägt.

Les nanofils (NFs) à base de SiC et les nanotubes (NTs) de BN ont fait l'objet de ce travail de thèse. Un nouveau procédé de synthèse de NFs SiC a été mis au point. Il est basé sur la pyrolyse à 1400°C de précurseurs de silicium et de carbone à la surface d'un support de condensation en graphite. Les avantages de ce procédé sont le faible coût des NFs SiC produits, l'absence d'étape de purification post-synthèse et la possibilité de générer in situ un revêtement à la surface des nanofils de nature chimique (silice ou carbone) et d'épaisseur modulable. Des modifications chimiques et structurales de ces NFs ont permis de synthétiser des nanostructures 1D multifonctionnelles, notamment à base de BN et ZnO. Ce procédé a été étendu avec succès à la fabrication de NTs BN. Ces derniers ont également été préparés par voie template à partir du borazine, H3B3N3H3, un précurseur moléculaire de BN. Une avancée vers les applications a été réalisée avec la localisation de la croissance des NFs SiC sur substrat Si ou SiC et l'incorporation des NFs en matrice inorganique. Les propriétés physiques d'un NF SiC individuel ont été étudiées par Spectroscopie Raman et par émission de champ.

Mittels thermischer Plasmen werden Hartstoffschichten auf der Basis von Silicium - SiC, Si3N4 sowie ternäre Si-C-N Verbindungen, aus flüssigen Single Precursoren synthetisiert. Durch die hohen Abscheideraten von bis zu 1.500 µm/h wird das hohe Potenzial der Beschichtungswerkstoffe für den Schutz von Bauteilen, die starken Verschleiß- und Korrosionsbeanspruchungen insbesondere bei hohen Temperaturen ausgesetzt sind, bei wirtschaftlich interessanten Prozesszeiten nutzbar. Der Einfluss der Precursorstruktur und der Prozessführung auf die Mikrostruktur der Schichten sowie die Abscheiderate wird systematisch erarbeitet. Zur Schichtcharakterisierung kommen Lichtmikroskopie, REM, EDX, XRD und im Fall röntgenamorpher Schichten FTIR zum Einsatz. Das Verwenden unterschiedlicher thermischer Plasmen erlaubt das Einstellen eines weiten Prozessfeldes. Mit Hilfe von Enthalpiesonden Messungen werden die Einflüsse der Maschinenparameter auf den Prozesszustand untersucht. Die Ergebnisse sind in einer Prozess - Gefügekarte zusammengefasst. Da das Gefüge der Schichten die Eigenschaften im Einsatz bedingt, bieten diese Arbeiten die Grundlage für das reproduzierbare Herstellen von Schichten mit angepassten Eigenschaften. Über die emissionsspektroskopischen Analysen zu den plasmachemischen Reaktionen gelingt es, die Schichtabscheidemechanismen in Abhängigkeit von den Prozessparametern zu klären und einen Ansatz für eine online Prozesskontrolle zu erarbeiten.

As the thinnest material ever with high carrier mobility and saturation velocity, graphene is considered as a candidate for future high speed electronics. After pioneering research on graphene-based electronics at Georgia Tech, epitaxial graphene on SiC, along with other synthesized graphene, has been extensively investigated for possible applications in high frequency analog circuits. With a combined effort from academic and industrial research institutions, the best cut-off frequency of graphene radio-frequency (RF) transistors is already comparable to the best result of III-V material-based devices. However, the power gain performance of graphene transistors remained low, and the absence of a band gap inhibits the possibility of graphene in digital electronics. Aiming at solving these problems, this thesis will demonstrate the effort toward better high frequency power gain performance based on mono-layer epitaxial graphene on C-face SiC. Besides, a graphene/Si integration scheme will be proposed that utilizes the high speed potential of graphene electronics and logic functionality and maturity of Si-CMOS platform at the same time.

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'intéressent à la génération et à la mise en œuvre de séquences de test pour le test de conformité de contrôleurs logiques. Dans le cadre de ces travaux, le Grafcet (IEC 60848 (2002)), langage de spécification graphique utilisé dans un contexte industriel, a été retenu comme modèle de spécification. Les contrôleurs logiques principalement considérés dans ces travaux sont les automates programmables industriels (API). Afin de valider la mise en œuvre du test de conformité pour des systèmes de contrôle/commande critiques, les travaux présentés proposent: - Une formalisation du langage de spécification Grafcet. En effet, l'application des méthodes usuelles de vérification et de validation nécessitent la connaissance du comportement à partir de modèles formels. Cependant, dans un contexte industriel, les modèles utilisés pour la description des spécifications fonctionnelles sont choisis en fonction de leur pouvoir d'expression et de leur facilité d'utilisation, mais ne disposent que rarement d'une sémantique formelle. - Une étude de la mise en œuvre de séquences de test et l'analyse des verdicts obtenus lors du changement simultané de plusieurs entrées logiques. Une campagne d'expérimentation a permis de quantifier, pour différentes configurations de l'implantation, le taux de verdicts erronés dus à ces changements simultanés. - Une définition du critère de SIC-testabilité d'une implantation. Ce critère, déterminé à partir de la spécification Grafcet, définit l'aptitude d'une implantation à être testée sans erreur de verdict. La génération automatique de séquences de test minimisant le risque de verdict erroné est ensuite étudiée.

L'aluminium est fabriqué en phase liquide à 1000°C dans une cuve à électrolyse par réduction de l'alumine dissoute dans un bain fluoré contenant essentiellement de la cryolithe Na3AlF6. Les parois latérales des cuves d'électrolyse sont revêtues par des briques réfractaires, dites " dalles de bordure ", à base de SiC lié par Si3N4. Ces dalles, qui déterminent en grande partie la durée de vie de la cuve d'électrolyse, sont soumises à la corrosion par le bain, l'aluminium liquide et les gaz fluorés dégagés. Afin de contribuer à une meilleure connaissance des mécanismes de corrosion de ces dalles, l'étude des échantillons " post-mortem " prélevés des cuves industrielles a été effectuée. La mise au point d'un dispositif de simulation de corrosion en laboratoire a permis de suivre l'évolution du matériau en fonction de la composition de l'agent de corrosion. Ces études ont permis de mettre en évidence la forte réactivité de la phase liante de la dalle dans tous les zones de la cuve. Le rôle majeur de sodium, qui provient du bloc cathodique et la pâte de brasque, comme accélérateur de la corrosion de la dalle a été confirmé. La corrélation entre l'oxydation et la corrosion a été démontrée. La dissolution de SiO2 dans le bain fluoré a été étudiée par RMN haute température in situ et par RMN MAS à température ambiante sur les échantillons solidifiés. Nous avons montré la formation de phases aluminosilicatées (albite et néphéline) qui ont une solubilité non négligeable dans la cryolithe.

Les nanostructures de semi-conducteurs de faibles dimensions (comme les nanofils(NFs)) sont devenues l'objet de recherches intensives pour explorer de nouveaux phénomènes émergents à l'échelle nanométrique et sonder leur possibilités d' utilisation dans l'électronique du futur. Parmi les différents nanofils semi-conducteurs, SiC a des propriétés très particulières, comme une large bande interdite, une excellente conductivité thermique, un haut champ électrique de claquage, une stabilité chimique et physique, une haute mobilité des électrons et une haute biocompatibilité.Nous proposons dans cette étude ; d'examiner une nouvelle approche pour fabriquer des nanostructures de SiC par l'approche " top-down ". Cela permet l'élaboration de nanostructures cristallines de SiC de haute qualité monocristalline avec un niveau de dopage contrôlé. Le comportement de nanostructures de SiC gravées a également été étudié en fonction de polytypes et des orientations cristallographiques.Nous avons également étudié les trois principaux sujets de SiC nano-devices pour atteindre une excellente performance. Pour répondre à ces questions, deux types de SiC nanoFET (SiC NFFET et SiC NPFET) ont été fabriqués et caractérisés par l'utilisation de nanofils de SiC et de nanopiliers de SiC préparés respectivement par les méthodes " bottom-up " et " top-down ".

This dissertation aims at developing techniques to achieve high power density in motor drives under the performance requirements for transportation system. Four main factors influencing the power density are the main objects of the dissertation: devices, passive components, pulse width modulation (PWM) methods and motor control methods. Firstly, the application of SiC devices could improve the power density of the motor drive. This dissertation developed a method of characterizing the SiC device performance in phase-leg with loss estimation, and claimed that with SiC Schottky Barrier Diode the advantage of SiC JFET could benefit the motor drive especially at high temperature. Then the design and improvement of the EMI filter in the active front-end rectifier of the motor drive was introduced in this dissertation. Besides the classical filter design method, the parasitic parameters in the passive filter could also influence the filtering performance. Random PWM could be applied to reduce the EMI noise peak value. The common-mode (CM) noise reduction by PWM methods is also studied in this dissertation. This dissertation compared the different PWM methods’ CM filtering performance. Considering the CM loop, the design of PWM methods and switching frequency should be together with the CM impedance. Variable switching frequency PWM (VSFPWM) methods are introduced in the dissertation for the motor drive’s EMI and loss improvement. The current ripple of the three-phase converter could be predicted. Then the switching frequency could be designed to adapt the current ripple requirements. Two VSFPWM methods are introduced to satisfy the ripple current peak and RMS value requirements. For motor control issue, this dissertation analyzed the principle of the start-up transient and proposed an improved start-up method. The transient was significantly reduced and the motor could push to high speed and high power with speed sensorless control. Next, the hardware development of modular motor drive was introduced. The development and modification of 10kW phase-legs and full power test of a typical 30kW modular converter is realized with modular design method. Finally, the techniques developed in this dissertation for high power density motor drive design and control are summarized and future works are proposed.

In this thesis, CMs of linear and non-linear multiple antenna receivers, in particular linear minimum mean squared error (LMMSE) and LMMSE with decision feedback (LMMSE-DF), are developed. To develop these CMs, first a simple analytical expression of the distribution of the post processing signal to interference and noise (SINR) of an LMMSE receiver is developed. This expression is then used to develop SINR- and ABER-based CMs. However, the analytical forms of these CMs are derived only for the following scenarios: (i) any number of receive antennas with three users having arbitrary received powers and (ii) two antenna receiver with arbitrary number of equal received power users. For all the other scenarios a semi-analytical CM is used. The PHY abstractions or CMs are next used in the evaluation of a random access cellular network and an ad hoc network. Analytical model of the random access cellular network is developed using the SINR- and ABER-based CM of the LMMSE receiver. The impact of receiver processing is measured in terms of throughput. In this case, the random access mechanism is modeled by a single channel S-Aloha channel access scheme. Another analytical model is developed for single and multi-packet reception in a multi-channel S-Aloha channel access. An emph{ideal} receiver is modeled in this case, i.e. the packet(s) are successfully received as long as the total number of colliding packets is not greater than the number of antennas. Throughput and delay are used as performance metrics to study the impact of different PHY designs. Finally, the SINR-based semi-analytical CMs of LMMSE and LMMSE-DF are used to evaluate the performance of multi-hop ad hoc networks. Throughput is used as the performance evaluation metric. A novel MAC, called S-MAC, is proposed and its performance is compared against another MAC for wireless networks, called CSMA/CA(k).

Graphene is a single sheet of graphite. While bulk graphite is semimetal, graphene is a zero bandgap semiconductor. Band structure calculations show graphene has a linear energy dispersion relation in the low energy region close to the Dirac points where the conduction band and the valence band touch. Carriers in graphene are described as massless Dirac fermions in contrast to massive carriers in normal metals and semiconductors that obey a parabolic energy dispersion relation. The uniqueness of graphene band structure indicates its peculiar electronic transport properties. In this thesis work, single- and multi-layer graphene films epitaxially grow on either the Si face or the C face of SiC substrates in a homemade induction vacuum chamber by thermal decomposition of SiC at high temperatures. The surface morphology and crystal structure of epitaxial graphene are studied with surface analysis tools. The transport properties of epitaxial graphene are studied by magnetotransport experiments. An epitaxial graphene film turns out to be a multilayered graphene because carriers in epitaxial graphene act as those in single layer graphene. Top gated and side gated epitaxial graphene field effect transistors (FETs) have also been successfully fabricated. These systematic studies unambiguously demonstrate the high quality of epitaxial graphene and the great potential of epitaxial graphene for electronic applications