Architectures avancées des transistors FinFETs: Réalisation, caractérisation et modélisation

The dimensions downscaling for the next nodes of the microelectronics industry is handicapped by technological problems more and more difficult to overcome. Multigate MOS architectures have been proposed to continue further the downscaling. Among them, vertical FinFET structures on SOI (Silicon-on-insulator) are promising candidates.During this PhD, FinFET transistors with gate length down to 10 nm were processed. These transistors exhibit excellent performance, especially in term of short-channel effects control. A detailed investigation of the specific electrostatic effects in FinFET-like devices was performed. It is shown that the corner effect is small if the body remains undoped and that the coupling from the back-gate and drain through the buried oxide is screened for narrow devices. This makes the FinFETs attractive for applications in CMOS advanced integrated circuits.Transport properties in the vertical channels were also investigated. The effect of crystallographic axis and surfaces is discussed, as well as the impact of the mechanical strain.La réduction des dimensions des transistors pour les prochains nœuds technologiques soulève des problèmes technologiques de plus en plus difficiles à surmonter. De nouvelles architectures dites 'multigrilles' sont proposées afin de pouvoir poursuivre la miniaturisation. Parmi ces dispositifs, les transistors verticaux FinFETs sur SOI (Silicium-sur-isolant) sont de prometteurs candidats.Dans cette étude de thèse, des transistors FinFETs ont été fabriqués jusqu'à une longueur de grille de 10 nm. Les transistors montrent d'excellentes performances, en particulier en ce qui concerne le contrôle des effets de canaux courts. Nous proposons également une étude des effets électrostatiques spécifiques intervenant dans ce type de dispositifs. Les effets de coins et les couplages de la face arrière et du drain à travers l'oxyde enterré sont ainsi mis en lumière. Il est montré que les effets de coins sont négligeables si le dopage est faible et que les couplages à travers l'oxyde enterré sont écrantés pour des dispositifs étroits. Ceci rend les structures FinFETs attractives pour la miniaturisation des circuits intégrés MOS.Les propriétés de transport dans les canaux verticaux et horizontaux sont également mises en lumière. Nous montrons et discutons l'effet du changement de plan et d'orientation cristalline ainsi que l'impact des contraintes mécaniques

Réalisation d’un laser à faible courant de seuil, avec des boites quantiques InAs/InP organisées et couplées latéralement

Nous présentons ici la réalisation d’un laser à faible courant de seuil avec des boites quantiques (QDs) organisées et couplées InAs/InP sur subsstrat (311)B pour une émission à 1.55 m. En effet, pour des hautes densités de QDs, une organisation périodique apparaît dans le plan. Cette organisation renforce le couplage latéral inter-boites. Des expériences de magnéto-photoluminescence permettent de mettre en évidence ces effets de couplage. Ce couplage améliore l’injection des porteurs. Une émission laser avec des faibles courants de seuil est obtenue avec de telles boites

Optomécanique dans les résonateurs intégrés et hybrides à cristal photonique bi-dimensionel

Optomechanical systems, in which the vibrations of a mechanical resonator are coupled to an electromagnetic radiation, have permitted the investigation of a wealth of novel physical effects. To fully exploit these phenomena in realistic circuits and to achieve different functionalities on a single chip, the integration of optomechanical resonators is mandatory. Here, we propose a novel approach to heterogeneously integrated arrays of two-dimensional photonic crystal defect cavities on top of silicon-on-insulator waveguides. The optomechanical response of these devices is investigated and evidences an optomechanical coupling involving both dispersive and dissipative mechanisms. By controlling optical coupling between the waveguide and the photonic crystal, we were able to vary and understand the relative strength of these couplings. This scalable platform allows for unprecedented control on the optomechanical coupling mechanisms, with a potential benefit in cooling experiments, and for the development of multi-element optomechanical circuits in the frame of optomechanically-driven signal-processing applications.Les systèmes optomécaniques, dans lesquels les vibrations d'un résonateur mécanique sont couplées à un rayonnement électromagnétique, ont permis l'examen de multiples nouveaux effets physiques. Afin d'exploiter pleinement ces phénomènes dans des circuits réalistes et d'obtenir différentes fonctionnalités sur une seule puce, l'intégration des résonateurs optomécaniques est obligatoire. Ici nous proposons une nouvelle approche pour la réalisation de systèmes intégrés et hétérogènes comportant des cavités à cristaux photoniques bidimensionnels au-dessus de guides d'ondes en silicium-sur-isolant. La réponse optomécanique de ces dispositifs est étudiée et atteste d'un couplage optomécanique impliquant à la fois les mécanismes dispersifs et dissipatifs. En contrôlant le couplage optique entre le guide d'onde intégré et le cristal photonique, nous avons pu varier et comprendre la contribution relative de ces couplages. Cette plateforme évolutive permet un contrôle sans précédent sur les mécanismes de couplage optomécanique, avec un avantage potentiel dans des expériences de refroidissement et pour le développement de circuits optomécaniques multi-éléments pour des applications tels que le traitement du signal par effets optomécaniques

Conception et implémentation d'un réseau composé de quatre VCOs couplés oscillant à 6 GHz

National audienceCe papier décrit la conception et l'implémentation d'un réseau d'oscillateurs couplés totalement intégré en technologie BiCMOS SiGe 0,25 μm. Ce réseau est constitué de quatre VCOs NMOS différentiels couplés au moyen d'une résistance. Pour une tension d'alimentation de 2.5V, une puissance consommée de 125 mW à une fréquence d'oscillation de 6 GHz, le réseau présente un bruit de phase de -127dBc/Hz à 1MHz de la porteuse et un déphasage qui varie de façon continue entre -64° et +64 ° et entre -116° et +116°

Estimation de la perméabilité d'une argilite partiellement saturée par méthode inverse

Une méthode inverse est développée pour identifier la perméabilité d'une argilite en conditions partiellement saturées par interprétation d'essais de séchage. L'essai de séchage consiste à mesurer la variation de masse, dont la cinétique est liée à la perméabilité, d'un échantillon de roche sous humidité relative variable. Les couplages hydromécaniques et la présence de gaz résultent en un problème direct de diffusion non linéaire, résolu par éléments finis. Le modèle de comportement choisi est le modèle thermoporoélastique non linéaire de Coussy, et différents effets de couplage ont été pris en compte. L'interprétation de l'essai de séchage est alors un problème d'identification de paramètres, ramené à un problème inverse, consistant à minimiser une fonctionnelle quantifiant l'écart entre les variations de masse mesurées au cours de l'essai et calculées par éléments finis, lesquelles dépendent des paramètres à identifier, c'est-à-dire des paramètres caractérisant la perméabilité

Calcul couplé fluide-structure pour déterminer les origines du bruit rayonné par un transformateur ferroviaire

Les courants alimentant les transformateurs de traction ferroviaire sont à l'origine d'efforts électromagnétiques (notamment, la magnétostriction) appliqués au circuit magnétique. Ces vibrations peuvent être transmises à la coque extérieure par les cales qui maintiennent le circuit mais aussi par l'huile qui assure isolation et refroidissement. Un modèle éléments finis est utilisés pour étudier le comportement du transformateur, en prenant en compte les couplages fluide-structure, il permet de mettre en évidence les rôles complexes des cales et de l'huile dans la transmission des vibrations

Optimisation rationnelle des performances énergétiques et environnementales d’une centrale à charbon pulvérisé fonctionnant en oxy-combustion

The objective of the thesis is the conception of an optimized oxy-fired pulverized-coal power plant. Such a power plant is constituted of an oxygen production system (ASU), a boiler, power cycle, depollution equipments and a CO2 purification and compression system (CPU). After a first step consists in understanding, analyzing and modeling the different processes composing the oxy-combustion system; the work will focus on the optimization of the performances and the configuration of the power plant by minimizing exergy destructions while ensuring economic competitiveness of the obtained solution. At the end of the thesis, the origins of the exergetic losses in the system as well as the thermal integration scheme allowing the maximization of the energetic gains at power plant level will be identified. Additionally, the most adapted flue gas depollution strategies will be defined and the new integrated process schemes will be evaluated on both a techno-economic and flexibility basis.L’objectif de la thèse est de concevoir un design le plus optimisé possible d’une centrale à charbon pulvérisée fonctionnant en oxy-combustion. Une telle centrale intègre un système de production d’oxygène (ASU), une chaudière, un cycle électrogène, des équipements de dépollution ainsi qu’un système de purification et de compression du CO2 (CPU). Ainsi, dans un premier temps, la thèse portera sur la compréhension, l’analyse et la modélisation des différents procédés qui composent la chaîne d’une centrale fonctionnant en oxy-combustion. Ensuite, les performances et la configuration de la centrale seront optimisées de façon à réduire la destruction d’exergie tout s’assurant de la compétitivité économique de la solution ainsi obtenue. A l’issue de cette thèse, les origines des pertes exergétiques du système étudié et les schémas d’intégration permettant de maximiser les gains énergétique à l’échelle de la centrale seront identifiées. De plus, les stratégies de dépollution des fumées les plus adaptées seront définies et les nouveaux procédés intégrés seront évalués à la fois d’un point de vue technico-économiques et flexibilité

Couplage diffusion d'humidité/ états mécaniques internes dans les polymères et composites - une approche thermodynamique

International audienceNous utilisons une approche thermodynamique, basée sur la définition du potentiel chimique de l'eau, pour établir un modèle couplant la diffusion de l'humidité aux états mécaniques d'un polymère. Le modèle permet de prendre en compte les évolutions, au cours du processus de diffusion, de la masse volumique du polymère et de la capacité maximale d'absorption d'humidité aux frontières. L'approche développée peut s'appliquer à des cas de chargement dissymétriques en termes d'humidité et de pression extérieure. Le modèle ainsi établi permet, entre autres, de prédire les profils de teneur en eau dans l'épaisseur du polymère, tout au long de la phase transitoire du processus de diffusion. Les résultats obtenus montrent l'effet considérable, induit par l'application d'une pression extérieure, sur la cinétique de diffusion de l'humidité dans les polymères

Contrôle actif du bruit acoustique des ventilateurs haute pression

Le contrôle actif du bruit est une technologie en pleine émergence, mais les applications industrielles sont encore rares. Le coût et le manque de robustesse des systèmes de contrôle actif du bruit sont des facteurs importants qui limitent, la plupart du temps, la commercialisation de cette nouvelle technologie. La recherche en contrôle actif du bruit s'oriente donc vers la conception de systèmes peu coûteux et plus performants pour des applications industrielles particulières. Le travail présenté dans ce mémoire de maîtrise s'inscrit dans ce sens. La compagnie Venmar Ventilation désire développer une nouvelle génération d'échangeurs d'air utilisant des ventilateurs centrifuges de type haute pression. L'objectif de ce projet de maîtrise est de concevoir un système de contrôle actif du bruit pour ces nouveaux échangeurs d'air en respectant des contraintes de coûts importantes sans sacrifier la performance et la fiabilité du système de contrôle. Une méthodologie de prise de mesure dans un écoulement turbulent a été développée. L'ensemble des composantes mécaniques a été choisi de façon à obtenir un système de contrôle très compact pouvant être inclus à l'intérieur même de l'échangeur d'air. Le choix, l'optimisation et l'implantation sur un DSP (Digital Signal Processor) autonome de l'algorithme de contrôle permettent d'obtenir un système complet robuste et performant peu importe les conditions géométriques de la canalisation à l'entrée et à la sortie de l'échangeur d'air. Le système de contrôle développé détecte les pannes des composantes mécaniques et la divergence du système. Les réductions de la composante du bruit à éliminer sont en moyenne de 25 dB. À l'heure actuelle, les coûts sont d'environ 75 dollars pour le dispositif de contrôle complet

Contribution à l'étude quantique du carbure de tungstène neutre (WC) et ionisé (WCq+, q=1, 2)

Metal carbides and oxides are more interesting in catalytic and industrial domains. Tungsten carbide WC has been detected as serious substituent of platinum Pt catalytic. The ultimate goal of this thesis is theoretical studies of electronic structure, stability and the bound nature on WC, WO and its cations. Our preliminary research were motiving by the available spectroscopic data on W, W+, W2+, WC et WC2+. We used the methodology (CASSCF/MRCI/MRCI+Q/aug-cc-pV5Z(-PP)) implemented on MOLPRO package to perform quantum calculations with high accuracy taking into account the correlation and relativistic effects with a specific treatment of spin orbit coupling for some low lying excited electronic states of WCn+, (n=0, 1 et 2). Our results are shown in good agreement with those available in the literature. Furthermore, in this work for the first time we demonstrated that a carbide dication (WC2+) is thermodynamically stableLes carbures et oxydes des métaux de transition sont d'une importance capitale dans le domaine industriel voir catalytique. Le carbure de tungstène WC a été identifié comme un bon substituant des métaux nobles tel que le platine dans le domaine catalytique. Le but de ce travail de thèse est d'appliquer des méthodes de chimie quantique les plus poussées pour déterminer la structure électronique, la stabilité et la nature de liaison chimique des diatomiques WC et WC2+. Notre recherche préliminaire est motivée par les données spectroscopiques disponibles sur W, W+, W2+, WC et WC2+. La méthodologie adoptée, CASSCF/MRCI/MRCI+Q/aug-cc-pV5Z(-PP) implémentée dans le code MOLPRO, consiste à réaliser des calculs quantique tenant en compte des effets de corrélation et relativistes avec un traitement spécifique du couplage spin−orbite pour la recherche des courbes d'énergie potentielle de l'état fondamental et des états excités de plus basses énergies de WCn+ (n=0-2) tout en utilisant une base suffisamment étendue. Les résultats de ce travail sont en bon accord avec ceux disponibles dans la littérature. En outre, dans ce travail nous avons confirmé pour la première fois que le carbure diatomique dicationique WC2+ est thermodynamiquement stabl