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 ".

Cette thèse porte sur l’étude des effets de la lumière sur une jonction tunnel magnétique (JTM). Une JTM est constituée d’une couche isolante d’épaisseur nanométrique située entre deux couches magnétiques. Lorsqu’un courant électrique est injecté dans une telle structure, une tension apparaît. Cette tension dépend de l’orientation relative des aimantations des 2 couches magnétiques : c’est l’effet de magnétorésistance tunnel. Nous avons pu montrer dans ce travail de thèse qu’une observation similaire est obtenue lorsque la jonction est irradiée avec de la lumière. En étudiant l’influence du substrat, de la position du faisceau lumineux, de la longueur d’onde de la lumière ainsi que de la réponse du système a un pulse laser, nous avons pu mettre en évidence la présence d’effets photovoltaïque et Seebeck. Ces résultats montrent qu’il est possible, grâce à la lumière solaire, de lire l’information de mémoires magnétiques (type M-RAM) constituées d’une JTM / This thesis is devoted to the study of the effects of light on a magnetic tunnel junction (MTJ). A MTJ is made of a nanometer thick insulating layer sandwiched between the two magnetic layers. When an electric current is injected into such a structure, a voltage can be measured across the insulating layer. This voltage depends on the relative orientation of the magnetizations of the two magnetic layers. This is known as the tunnel magneto-resistance effect. We have shown in this thesis that voltage depending on the orientation of the magnetic layers can be measured when the junction is illuminated with light. By studying the influence of the substrate, the position of the light beam, the wave length of light and the response of the system to a laser pulse, we have been able to demonstrate the presence of photovoltaic and Seebeck effects. These results show that it is possible, thanks to the sunlight, to read the information from magnetic memory (MRAM) made of a MTJ

La compétence du laboratoire dans le domaine du transport électronique a été étendue par un travail métrologique permettant de préciser l’échelle de thermoélectricité notamment en corrigeant l’alumel. Dans une deuxième partie nous avons utilisé l’excellente précision du dispositif expérimental pour mesurer le Pouvoir Thermoélectrique Absolu (PTA) d’échantillons d’Arcelor auparavant caractérisés à haute température par résistivité. Puis nous avons déterminé, pour la première fois, les propriétés de transport électronique de 4 pseudo-alliages en fonction de la température et avons étudié l’effet de leur vieillissement à haute température / The competence of the laboratory in the field of electronic transport has been extended by a metrological work to specify the scale of thermoelectricity correcting that of alumel. In a second part, we used the excellent precision of the experimental device to measure the Absolute Thermoelectric Power (ATP) of Arcelor samples previously characterized at high temperature by resistivity. Then we determined, for the first time, the electronic transport properties of four pseudo-alloys as function of temperature and studied the effect of their ageing at high temperatures

Cette thèse rapporte les mesures de transport réalisées sur des jonctions moléculaires à l'état solide large échelle, mettant en évidence des effets d'interférence quantique. Le premier chapitre pose les bases théoriques de ce phénomène et introduit le formalisme des fonctions de green hors équilibre adapté à la description du couplage molécules/interfaces métalliques. Le second chapitre présente l'état de l'art expérimental dans ce domaine et résume les principales expériences ayant permis de mettre en évidence des effets d'interférences à l'échelle moléculaire. Le troisième chapitre décrit les étapes de fabrication mises en place pour construire les dispositifs mesures pendant ce travail de thèse. Les résultats expérimentaux obtenus sur les mesures de conductance des jonctions moléculaires sont décrits dans le quatrième chapitre et compares a plusieurs modèles théoriques qui confirme la présence d'interférences quantiques. Le dernier chapitre aborde les effets de thermoélectricité qui peuvent avoir lieu dans ces jonctions en présence d'interférence / This thesis reports the transport measurement performed on large scale solid state molecular junctions, highlighting quantum interference effect. First chapter set the theoretical basis of such a phenomenon and introduces the out of equilibrium green's functions formalism which is adapted to the description of coupling molecules/metallic interfaces. Second chapter presents the corresponding experimental state of the art and summarizes the experiments that have contributed to highlight interference effect at the molecular scale. Third chapter describes the fabrication steps optimized to build the devices measured during the thesis work. Experimental results obtained on conductance measurements are described and compared to several theoretical models that confirm the presence of quantum interference. Last chapter deals with thermoelectric effect that can occur in presence of interference

Cette thèse porte sur le développement d’un cogénérateur résidentiel constitué d’un générateur linéaire asynchrone entraîné par deux moteurs Stirling fonctionnant en mode ‘piston libre double effet’. Les critères caractérisant un tel cogénérateur sont décrits ainsi que ses différents modes d’utilisation dans le domaine résidentiel. Les différentes technologies sont passées en revue.Les équations de la mécanique sur lesquelles se fondent le contrôle du couplage thermoélectrique du cogénérateur et sa stabilité y sont définies. Le générateur électrique est modélisé en vue de calculer les grandeurs électriques des équations à bobines couplées et les grandeurs du schéma électrique équivalent, ce schéma permet d’inverser le modèle.Les résultats des modèles analytiques sont validés par des mesures faites sur des maquettes spécialement conçues. Une étude paramétrique de la structure du générateur a permis d’optimiser ses performances. Les équations de la mécanique et le modèle électrique sont utilisés pour poser les bases d’une optimisation ‘système’ du cogénérateur. / This thesis focuses on the development of a residential cogenerator which consists of a linear induction generator driven by two Stirling engines, free-piston double-acting operating mode. The criteria characterizing such cogenerator are described and its various modes of use in the residential sector. The various technologies are reviewed.The equations of mechanics that underlie the control of the coupling of thermoelectric cogeneration and stability are defined.The electric generator is modeled to calculate the electrical coil coupled equations and the magnitudes of the equivalent circuit, this scheme allows us to reverse the pattern. The results of analytical models are validated by measurements on specially designed models. A parametric study of the structure of the generator has optimized its performances. The equations of mechanical and electrical model are used to lay the groundwork for optimization of all the cogenerator, considered as a system.

On assiste aujourd’hui à une évolution des systèmes électroniques nomades vers des fonctionnalités plus avancées. Cette complexification des systèmes électroniques nomades nécessite une augmentation de la puissance de calcul des puces électronique, ce qui se peut se traduire par une utilisation d’une technologie CMOS agressive, mais qui se complète aujourd’hui par une technique appelée intégration 3D. Il ne s’agit donc plus d’une évolution classique à l’échelle du transistor suivant la loi de Moore mais à celle de l’échelle plus large du boîtier / système, on parle alors de la loi de « More than Moore ». L’empilement tridimensionnel (3D) des puces électroniques engendre une augmentation de la densité de puissance totale dissipée par unité de surface de l’empilement final. Cette puissance, résultant essentiellement de l’effet joule dans les transistors et l’interconnexion, est une source de chaleur qui contribue à l’augmentation de la température globale de la puce. L’objectif global de cette thèse est d’étudier les échanges thermiques dans un empilement de puces 3D durant leur fonctionnement. On s’attachera à comprendre les effets géométriques ou matériaux de l’empilement ainsi que l’impact du placement des TSV, Bumps ... sur ces échanges thermiques. L’étude s’appuie sur des simulations numériques validées par des mesures expérimentales sur des empilements 3D. Ces études numérique et expérimentale auront comme finalité de déduire des règles de dessin thermiques qui seront validées sur le dessin de circuits basiques ou plus complexes. Dans la suite, ces différents objectifs seront motivés et abordés en détail. L’établissement d’un modèle thermique basé sur des simulations en éléments finis d’un procédé industriel CMOS 65 nm 3D permettra d’aborder le problème de modélisation de la manière la plus précise possible. En effet, les précédentes simulations ont utilisé des modèles compacts – donc de moindre précision que les éléments finis – et un procédé générique qui ne reflète pas toutes les propriétés des matériaux, et en particulier celles des interfaces. Les résultats ainsi obtenus seront validés par des mesures sur des puces empilées réalisées dans le procédé considéré. Dans cette partie expérimentale, l’objectif est de déterminer une cartographie de la température dans un empilement 3D en utilisant des capteurs embarqués dans le silicium, et ce sous différentes conditions d’opération de la puce 3D. Il en ressortira un modèle numérique validé et calibré par des mesures expérimentales. / Today we are witnessing an evolution of mobile electronic systems to more advanced features. The complexity of mobile electronic systems requires an increase in computing power of electronic chips, which can lead to the use of aggressive CMOS technology, but which now completed with a technique called 3D integration. It is more of a classical evolution across the transistor following Moore's law but that of the wider scale of the packaging / system, it is called the law of "More than Moore". Three dimensional (3D) stack of electronic chip generates an increase in the density of total power dissipated per unit area of the final stack. This power, essentially resulting in the Joule effect transistors and interconnection, is a source of heat which contributes to increase the overall temperature of the chip. The global objective of this thesis is to study the heat transfer in a 3D stack of chips during operation. We will seek to understand the geometric or materials effects of the stack and the impact of the placement of TSV, Bumps ... on these heat exchanges. The study is based on numerical simulations validated by experimental measurements on 3D stacks. These numerical and experimental studies have as a goal to deduce thermal design rules that will be validated in the drawing of basic or more complex circuits. In the following, these goals will be motivated and discussed in detail. The establishment of a thermal model based on finite element simulations of an industrial process 3D CMOS 65 nm will address the problem of modelling the most accurate way possible. Indeed, previous simulations used compact models - so that the lower accuracy of finite elements - and a generic method that does not reflect all of the properties of materials, and in particular interfaces. The results obtained will be validated by measurements on stacked chips carried out within the process concerned. In the experimental part, the objective is to determine a thermal mapping in a 3D stack using sensors embedded in the silicon, and under different conditions of 3D chip process. This will provide a numerical model validated and calibrated by experimental measurements.

Les générateurs thermoélectriques (TEG), associant des modules thermoélectriques à des échangeurs de chaleur adaptés, permettent de produire de l’électricité à partir d’une source chaude et d’une source froide. Leur utilisation, réservée actuellement à des applications de niche, va s’avérer judicieuse pour différentes applications industrielles ou domestiques en raison de la disponibilité imminente de nouveaux matériaux thermoélectriques permettant des rendements améliorés et des coûts moindres. Pour rendre plus attractive l’utilisation des TEG et améliorer le rendement global des futures installations, une conception et une utilisation optimisées sont indispensables.La conception de TEG performants nécessite le développement de modèles numériques intégrant tous les éléments de la chaîne énergétique (source chaude, source froide, échangeurs, convertisseurs électriques). L’objectif de la thèse est de créer un outil de simulation du fonctionnement des générateurs sur l’ensemble du cycle de production de chaleur et donc sur des fonctionnements réels dépendant du temps. Le modèle développé en 3D pour les transferts de chaleur prend en compte la dépendance à la température des propriétés des matériaux et l’effet Thomson pour le modèle thermoélectrique.La validation de cet outil de simulation a nécessité la comparaison des prédictions du modèle à des résultats expérimentaux. Un dispositif expérimental a été complété et amélioré afin de mieux répondre aux attentes des études en régime instationnaire. Ce banc d'essai permet d'effectuer des tests avec différentes configurations de générateur thermoélectrique et différentes conditions de fonctionnement. Le modèle a montré une estimation correcte des températures du système et de la production électrique du TEG. Le modèle numérique est validé et peut être utilisé pour la prédiction du fonctionnement d’un TEG dans diverses conditions. / Thermoelectric generators (TEG), combine thermoelectric modules with heat exchangers, making it possible to produce electricity from a hot source and a cold source. Their use, which is currently reserved for niche applications, will prove useful for various industrial or domestic applications due to the imminent availability of new thermoelectric materials allowing improved yields and lower costs. To make the use of TEGs more attractive and to improve the overall efficiency of future installations, optimized design and use are essential.The high-performance TEG design requires the development of numerical models integrating all the elements of the energy chain (hot source, cold source, exchangers, electric converters).The aim of the thesis is to create a tool for simulating the operation of generators over the entire heat production cycle and thus on real time-dependent operations. The model developed in 3D for heat transfer takes into account the temperature dependence of the properties of the materials and the Thomson effect for the thermoelectric model.The validation of this simulation tool required the comparison of model predictions with experimental results. An experimental device has been completed and improved to match better the expectations of unsteady studies. This test bench allows testing with different thermoelectric generator configurations and different operating conditions.The model showed a correct estimation of system temperatures and electrical output of TEG. The numerical model is validated and can be used to predict the operation of a TEG under various conditions.

L'effet Nernst a connu, ces quinze dernières années, un regain d'attention, en particulier en raison de son comportement dans les cuprates supraconducteurs à haute température critique dopés aux trous. En effet, on observe dans ces composés la persistance tant en température qu'en champ magnétique d'un signal Nernst fini en dehors de la phase supraconductrice, alors que ce dernier n'est censé être non nul, dans le cas de métaux simples, que dans la phase vortex. Ce résultat a revêtu une certaine importance en ce sens qu'il appuyait expérimentalement, parmi d'autres résultats, un scénario de type paires préformées et excitations de type vortex dans la phase normale des cuprates dopés aux trous. Cependant, l'interprétation de l'effet Nernst souffre d'un manque de données expérimentales dans d'autres systèmes à électrons fortement corrélés. C'est initialement ce qui a motivé le travail de cette thèse, qui rassemble des résultats obtenus de 2001 à 2004 au Laboratoire de Physique Quantique - ESPCI à Paris, et qui est majoritairement constitué de mesures d'effet Nernst dans une autre classe de composés à électrons fortement corrélés : les fermions lourds. Plus particulièrement, nous avons mesuré l'effet Nernst à pression nulle dans une fenêtre de température comprise entre 1,5K et 50K et pour des champs magnétiques de 0 à 12T, dans trois composés : CeCoIn5, URu2Si2 et CeRu2Si2. Ces mesures constituent, à l'heure actuelle, les seules mesures d'effet Nernst effectuées sur des fermions lourds. Dans les trois cas, nous avons découvert dans la phase métallique l'émergence d'un effet Nernst géant dont l'amplitude dépasse de plusieurs ordres de grandeur la taille du signal attendu dans un métal simple, et qui atteint celle caractéristique des vortex dans la phase mixte des cuprates, à savoir quelques µV/KT. Plus particulièrement, CeCoIn5 héberge un effet Nernst négatof très important dans la partie non liquide de Fermi de son diagramme de phase, associée à la présence d'un point critique à Bc=5T. Cependant, l'effet Nernst que nous avons mesuré ne présente aucune anomalie à Bc, mais plutôt dans la limite B=0T, où le coefficient Nernst atteint 1µV/KT. L'émergence d'un effet Nernst positif important dans URu2Si2 coïncide avec l'entrée dans la phase ordre caché, et encore ici c'est à bas champ que le coefficient Nernst atteint son maximum de 4µV/KT, qui constitue le plus grand effet Nernst jamais mesuré dans une phase métallique. Enfin, c'est le métamagnétisme de CeRu2Si2 qui semble particulièrement affecter l'effet Nernst, puisque celui-ci présente, à Hm, un changement de signe particulièrement prononcé et coïncidant avec le maximum de chaleur spécifique. Par ailleurs, une des caractéristiques générales frappantes de cette émergence est qu'elle coïncide, dans les trois composés, avec la présence d'un angle de Hall également très élevé, et dont, en particulier dans CeCoIn5 et CeRu2Si2, la structure est assez proche de celle de l'effet Nernst. La présence de ce signal reste encore aujourd'hui particulièrement intrigante, en particulier en l'absence de mesures systématiques sur d'autres composés aux fermions lourds. Cependant, mais de façon très schématique, nous avons montré que la renormalisation de la masse pouvait être un ingrédient à l'origine de cet effet Nernst géant. De plus, pour chacun des composés des pistes peuvent être avancées pour déterminer l'origine de cet émergence : proximité d'un point critique quantique, fluctuations antiferromagnétiques, ondes de densité... Nous discutons en fin de cette thèse les divers scénarios et proposons des mesures futures afin de confirmer ou d'infirmer ces diverses propositions.

Si en site octaédrique régulier la configuration de spin la plus fréquemment observée pour l'ion Co3+ (3d6) est S=0 (LS), un modèle simple faisant intervenir les énergies d'échangecorrélation et de champ cristallin permet de prévoir qu'un allongement de l'octaèdre favorise les états S=2 (HS) ou S=1 (IS). Une telle distorsion se rencontre dans la structure 1222 des cuprates de thallium. Après une mise au point délicate le composé Tl0.9Sr3LaCo2O8.6 a été préparé et caractérisé. Un équilibre de spin IS-HS ainsi que l'existence d'une valence mixte Co3+ / 2+ jouent un rôle important dans l'interprétation des propriétés électroniques. Le comportement de ce nouveau cobaltite est comparé à celui d'autres oxydes de cobalt 2D en particulier sur la base d'un calcul de structure électronique.

Les microgénérateurs thermoélectriques planaires sont de nouvelles sources d'énergie pour l'électronique portable. Nous avons optimisé leur géométrie à l'aide d'un modèle analytique et numérique. La fabrication d'un générateur utilisant comme matériau actif du silicium est également présentée. L'accès à la conductivité thermique est essentiel pour l'ingénierie des matériaux thermoélectriques utilisés dans ces microsystèmes. Le potentiel des méthodes 3omega et Völklein à mesurer cette grandeur sur des couches minces est étudié expérimentalement et par simulations numériques. Le transfert de chaleur entre les microsystèmes et leur environement est étudié par la méthode Völklein. Le facteur de mérite de couches de silicium polycristallin bien qu'améliorés par un facteur trois en diminuant la taille de grains reste faible. Les propriétés électriques de multicouches à base de PbTe ouvrent des perspectives intéressantes pour leur intégration dans les microsystèmes.