Evolution in prostheses for sprinters with lower-limb amputation

Depuis une quinzaine d'années, les progrès techniques en appareillage ont été le facteur déterminant de la progression des performances des sportifs amputés de membre inférieur. Pour l'amputé tibial, la prothèse de course comprend un manchon gel et une emboîture solidarisés par un accrochage distal ou un vide virtuel. Par ses qualités dynamiques, le pied en fibre de carbone, garni de pointes, assure des performances remarquables. Pour l'amputé fémoral, équipé des mêmes pieds prothétiques, le genou est à biellettes et à contrôle des phases d'appui et pendulaire. Par rapport au coureur valide, le temps d'appui sur le membre appareillé est raccourci tandis que celui sur le membre sain est allongé. L'asymétrie du sprint de l'amputé tibial est discrète. C'est le travail des extenseurs de hanche qui est la principale compensation au déficit de propulsion dû à l'amputation. Chez l'amputé fémoral, l'absence de genou aggrave l'asymétrie. L'extension totale du genou prothétique, précoce en fin de phase oscillante et persistant pendant toute la phase d'appui, impose une compensation par une augmentation d'extension de la hanche controlatérale. Les transferts de charge de travail entre côté amputé et sain, par l'intermédiaire d'une hyperlordose lombaire, mettent en jeu le bassin, le tronc et les épaules. Les amputés sportifs font progresser la recherche en appareillage. Leurs orthoprothésistes acquièrent avec eux un savoir-faire dont bénéficient leurs patients non-sportifs.For about 15 years, technical advances in prosthetic treatment have been the main factor in the increased performance of athletes with lower-limb amputation. For trans-tibial amputation, the prosthesis for sprinting is composed of a gel liner and a socket joined by a locking or virtual vacuum liner. Because of these dynamic properties, the carbon prosthetic foot equipped with tacks ensures outstanding performance. For trans-femoral amputation, a hydraulic swing and a stance control unit are added to the same prosthesis. In comparison with the able-bodied runner, athletes with amputation have smaller loading times in the prosthetic limb and larger ones in the sound limb. The length of the energy-storing prosthetic foot is determined by the “up-on-the-toes” running gait. The sprinting gait with trans-tibial amputation is almost symmetrical. The hip extensor effort is the main compensation of propulsion reduction with lower-limb amputation. With trans-femoral amputation, the lack of knee increases the asymmetry. The total prosthetic knee extension (early in late-swing phase and lasting during total stance phase) compensates with extension of both hips, especially the opposite one. The amputation and sound limb load transfer with lumbar hyperlordosis concern the pelvis, trunk and shoulders. Because of athletes with amputation, research in prosthetic treatment has progressed. The development of orthotics and prostheses for such athletes has benefited non-athletes with amputation

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Index Terms -Automotive radar, millimeter-wave receivers and transmitters, millimeter-wave imaging, low-noise amplifiers, power amplifiers, monolithic inductors and transformers

Structures Al-Al2O3-InP : Analyse des processus de dérive et évaluation des hauteurs de barrières par photoémission interne

Drift phenomena of electrical characteristics of MIS devices on InP are presently a major difficulty for the development of this type of device and the matter of dispute in the literature. In this work, a novel analysis of these phenomena is proposed on the basis of internal photoemission studies of Al-Al2O3-InP structures. Among other applications, this technique gives access to the determination of the insulator-semiconductor barrier height and permits to control the filling of interface traps. Al 2O3 is deposited by electron-gun evaporation. Prior to the deposition, InP substrates were prepared by first chemico-mechanically polishing them with a bromine-methanol solution followed by several chemical treatments resulting either in etching of the native oxide (HF solution) or in the formation of a stable oxide (NH4OH solution). For comparison, photoemission measurements are also carried out on Al-Al2O3-Si structures whose insulator is deposited in the same conditions and silicon substrate submitted to a classical chemical treatment. The barrier height χ n which conduction electrons have to overcome to reach the Al 2O3 conduction band is significantly lower for InP (2.8 ± 0.1 eV) than for Si (3.1 ± 0.1 eV). Results are practically independent of the chemical treatment of the semiconductor surface. The comparison of these results with the reported values of the electronic affinities of InP and Si reveals the contribution of an interface dipole of 0.65 ± 0.1 eV at the Al2O3-InP interface with regard to the Al2O 3-Si interface. The difference (0.3 ± 0.1 eV) observed in the values of χn for InP and Si is not sufficient to account for drift phenomena in InP-MIS structures on the basis of the injection and trapping of hot electrons in Al2O 3. The correlation between photoemission measurements and drifting behaviour of the devices shows that their stability depends strongly on the quality of the deposited insulator. It is further demonstrated that the formation of a stable native oxide results in the limitation of drift phenomena and in the reduction of the dispersion of electrical characteristics due to a poor reproductibility of the fabrication conditions of the gate insulator.L'instabilité des caractéristiques électriques des structures MIS sur InP est actuellement un problème majeur pour le développement de ce type de dispositif et constitue la matière d'une polémique très ouverte dans la littérature. Dans ce travail, nous proposons une nouvelle approche de ces phénomènes fondée sur l'étude de la photoémission interne de structures Al-Al2O 3-InP. Cette technique permet, entre autres, la mesure directe de la hauteur de barrière semiconducteur-isolant et le contrôle du remplissage des pièges d'interface. Al2O3 est déposé par évaporation au canon à électrons. Avant le dépôt, les substrats d'InP subissent un polissage mécano-chimique Br-CH3OH, suivi de divers traitements chimiques conduisant soit au décapage de l'oxyde natif (solution HF), soit à la constitution d'un oxyde stable (solution NH4OH). En vue de comparaison, les mesures de photoémission sont aussi effectuées sur des structures Al-Al 2O3-Si dont l'isolant a été déposé dans les mêmes conditions, après avoir soumis le substrat de silicium à un traitement chimique classique. La hauteur de barrière χn, présentée aux électrons de conduction de l'InP par l'Al2O3 (2,8 ± 0,1 eV) est sensiblement plus faible que dans le cas du silicium (3,1 ± 0,1 eV). Les résultats ne dépendent pas, au premier ordre, du traitement chimique des substrats. La comparaison de ces résultats avec les valeurs rapportées dans la littérature de l'affinité électronique de l'InP et du Si, indique une contribution dipolaire relative de 0,65 ± 0,1 eV à l'interface Al2O3-InP par rapport à l'interface Al2O3-Si. La différence observée (0,3 eV ± 0,1 eV) entre les valeurs de χn pour l'InP et le Si n'est pas suffisante pour expliquer les phénomènes de dérive observés dans les structures MIS-InP sur la base de processus d'injection, suivis de piègeage, de porteurs chauds à l'intérieur de l'alumine. La corrélation des résultats de mesure de photoémission et des caractéristiques de dérive des dispositifs montre que ces dernières sont fortement tributaires de la qualité de l'isolant déposé et que leur dispersion, pouvant résulter d'une mauvaise reproductibilité des conditions de fabrication de l'isolant est considérablement réduite, de même que leur amplitude limitée, en présence d'un oxyde natif stable à la surface du semiconducteur

Influence de la technique de dépôt d'isolant et des modes de décapage du semiconducteur sur les propriétés électriques de structures métal-Al 2O3-InP

Le but de cette étude est d'identifier l'influence de l'oxyde natif de InP sur les propriétés électriques de l'interface InP-Al2O 3 en vue de la réalisation de transistors à effet de champ à grille isolée. Des structures métal-Al 2O3-InP ont été réalisées par trois techniques différentes de dépôt de la couche d'alumine sur des substrats InP (1, 0, 0) de type n : pulvérisation ionique réactive, évaporation par canon à électrons, évaporation thermique réactive. Deux traitements chimiques préalables de la surface ont été testés : le premier à base de HF tendant à éliminer l'oxyde natif, le deuxième à base de NH4OH favorisant la formation d'un oxyde natif continu et stable. Les deux techniques de dépôt par évaporation n'entraînant pas la dégradation de l'interface n'ont pas d'influence propre sur les caractéristiques électriques de l'interface Al2O3-InP contrairement à la technique par pulvérisation ionique réactive. Par contre la formation d'un oxyde natif stable entraîne une réduction notable de la densité d'états d'interface (Nss = 4 x 1011 eV-1 cm-2 au voisinage de la bande de conduction). Par rapport au traitement HF, le traitement NH4OH devrait donc conduire à une augmentation de la mobilité effective des électrons dans le canal d'un transistor InP MISFET