Dissertations / Theses on the topic 'Conducteurs électriques'

L'objectif général de ce travail est d'accroître les connaissances fondamentales des Polymères Conducteurs Intrinsèques (PCI), et plus particulièrement de la Polyaniline (PANI) mélangée à du polyuréthane (PU), afin d'améliorer leurs propriétés électriques. Une étude morphologique montre que ces matériaux sont composés de chaines conductrices de type " spaghetti " mélangées dans une matrice isolante. Une première partie de ce travail est consacrée à la caractérisation diélectrique d'échantillons composés de 0.5%, 1%, 5% de PANI déposés sur de la fibre de verre dans une gamme de fréquence de 20 Hz à 20 GHz. Les résultats font apparaître une relaxation diélectrique qui évolue fortement avec la concentration du mélange. Ce phénomène est expliqué par un modèle théorique basé sur une distribution gaussienne des longueurs des îlots conducteurs. Une étude de vieillissement par voie thermique montre que les chemins de percolation finissent par se casser au cours du temps, ce qui entraine une diminution de la longueur moyenne des îlots et une dégradation des propriétés électriques des polymères conducteurs. La 2ème partie de ce travail concerne des mesures de bruit en 1/f sur des échantillons de 5%, 10%, 20%, 50% et 100% de PANI déposés en couche mince. Pour ces mesures, nous avons été amenés à mettre en place des méthodes utilisant des configurations spécifiques et à choisir la mieux adaptée à nos échantillons. Les résultats de cette étude montrent un fort excès de bruit en 1/f comparativement à ceux obtenus sur des matériaux homogènes. Ces excès de bruit sont expliqués par un modèle développé à partir de la morphologie de type " spaghetti ".

Ce travail porte sur la thématique du fluage des conducteurs des lignes électriques aériennes. L’objectif général de ce projet de recherche est d’étudier l’effet de la température sur le fluage des conducteurs. L’approche présentée permet de prédire le fluage des conducteurs en fonction de celui des brins constitutifs. Un banc d’essai du fluage des fils d’aluminium a été conçu et validé avec des essais préliminaires de 100 heures. Le protocole de mise en charge ainsi que l’instrumentation pour la mesure de l’allongement ont été particulièrement étudiés lors des essais préliminaires. Ensuite, le fluage des brins d’aluminium soumis à contraintes variant de 30 à 106 MPa et des températures de 21 et 38 °C a été évalué avec des tests de 1000 heures. L’approche a été validée en comparant les résultats obtenus à des résultats expérimentaux publiés dans la littérature. On peut conclure qu’avec quelques équations analytiques simples, il est possible de prédire le comportement d’un conducteur complet à partir des résultats d’essais sur brins.

Au cours de ce travail, notre objectif a ete de realiser des condensateurs aluminium a electrolytes solides, beaucoup plus performants que ceux actuellement sur le marche. Pour cela, nous avons utilise comme electrolytes solides des metaux organiques a haute conductivite electrique. Ceci nous a conduit au cours du premier chapitre de ce memoire a rappeler les caracteristiques electroniques et structurales que doivent satisfaire ces electrolytes solides, afin de conduire a des systemes conducteurs. Dans le deuxieme chapitre, nous nous sommes interesses a la synthese de donneur - de type tetrathiafulvalene a partir desquels des metaux organiques ont ete elabores. Ceux-ci sont essentiellement des complexes de transfert de charge (ctc) ou des sels d'ions radicaux (sir). Enfin dans le troisieme chapitre, nous avons fabrique et caracterise des condensateurs aluminium experimentaux en utilisant les sels organiques prepares au prealable. A noter que deux methodes differentes de preparation de ces condensateurs ont ete employees : - l'impregnation en phase fondue. - l'electrodeposition a courant constant. Les performances observees doivent encore etre ameliorees.

L'objectif principal de cette thèse a été d'expérimenter de nouvelles voies d'exfoliation des feuillets de graphène dans des matrices polysaccharides telles que la cellulose et le chitosane dopé avec des nanoparticules d'or (Au). Notre stratégie a été d'explorer de nouvelles voies de greffage de molécules et de macromolécules sur des feuillets d'oxyde de graphène (GO). Dans un premier temps, nous avons donc oxydé un graphite commercial par la méthode de Hummers qui est apriori la méthode la plus simple à mettre en oeuvre pour produire une suspension stable de feuillets d'oxyde de graphène totalement exfoliés dans l'eau. L'intérêt de cette oxydation est l'obtention de fonctions acide carboxylique et époxyde susceptibles d'être fonctionnalisées en deux étapes par l'éthylénediamine puis par un polysaccharide tel que la cellulose. En effet, afin d'améliorer la compatibilité du graphite oxydé avec des matrices organiques telle que la cellulose, l'idée est de lui greffer des chaînes polysaccharides. Ces résultats ont permis de mettre en évidence l'exfoliation partielle des feuillets de graphène après fonctionnalisation et l'obtention d'un taux de greffage massique d'environ 35% pour la cellulose. La conductivité électrique des nano-composites correspondants a aussi été étudiée par des mesures diélectriques à des températures variées. L'augmentation de la conductivité électrique après la fonctionnalisation du graphite oxydé a mis en évidence une solvo-thermoréduction simultanément à la fonctionnalisation. Enfin, le dopage de ce matériau par des particules d'or a permis d'obtenir une conductivité électrique de 1.60 10-4 S m-1. En ce qui concerne le matériau composite à base de chitosane, la démarche scientifique a été la même que pour l'analogue cellulose, le taux de greffage massique a été d'environ 68% et nous avons en plus testé son activité catalytique vis-à-vis de la conversion du 4-Nitrophénol en 4-Aminophénol et les résultats obtenus ont été très satisfaisants
The main objective of this thesis has been to experiment a new ways of exfoliation of graphene sheets in polysaccharide matrices such as cellulose and chitosan doped with gold nanoparticles (Au). Our strategy was to explore new routes for the grafting of molecules and macromolecules onto graphene oxide (GO). First, we have oxidized commercial graphite by the method of Hummers which is a priori the simplest method to implement to produce a stable suspension of graphene oxide sheets totally exfoliated in water. The advantage of this oxidation is the formation of carboxylic acid and epoxy functional groups onto the graphite surface that can be functionalized in two stages by ethylenediamine and then by a polysaccharide such as cellulose. Indeed, in order to improve the compatibility of graphite oxide with organic matrix such as cellulose, the idea is to graft it onto polysaccharide chains. These results made it possible to demonstrate the partial exfoliation of the graphene sheets after functionalization and to obtain a percentage of grafting of about 35wt% for cellulose. The electrical conductivity of the corresponding nanocomposites has also been studied by dielectric measurements at various temperatures. The increase of the electrical conductivity after the functionalization of graphite oxide showed a solvo-thermo reduction simultaneously with the functionalization. Finally, the doping of this material by gold particles made it possible to obtain an electrical conductivity of 1.60 10-4 S m-1. Concerning chitosan-based composite materials, the scientific approach was the same as cellulose substrate and we obtained a percentage of grafting of 68wt%. In addition, its catalytic activity for the conversion of 4-Nitrophenol to 4-Aminophenol was of high efficiency

Le développement de nanomatériaux semi-conducteurs s'accompagne d'une complexification de leur structure cristalline et de leur composition chimique. Les interfaces y constituent un élément essentiel, qu'il est nécessaire d'étudier. Pour cela, il faut disposer d'outils de caractérisation adaptés, qui sont décrits dans le premier chapitre de ce mémoire. Ces instruments ont tout d'abord servi à explorer des nano-fils semi-conducteurs à hétéro-structures (chapitre 2), dans lesquels des inclusions poly-types présentent un piégeage du niveau de Fermi en surface, conduisant ainsi à la formation de jonctions surfaciques i-p. Dans un second temps, des nano-cristaux à hétéro-structures ont été analysés (chapitre 3). Les mesures ont révélé une transformation de phase des nano-cristaux sous excitation lumineuse, qui a pour origine une différence de structure cristalline des deux matériaux de base. En parallèle, des études ont été menées sur de nouveaux matériaux à deux dimensions constitués de pores : le Silicène (chapitre 4), l'équivalent du graphène à base d'atomes de silicium uniquement, et des super-réseaux de nano-cristaux semi-conducteurs fusionnés, possédant une structure poreuse (chapitre 5). Dans les deux cas, après avoir étudié la structure cristalline des matériaux, des mesures de transport ont été effectuées grâce à la technique de mesure par microscopie à effet tunnel à pointe multiple. De par la faible résistivité mesurée, ces matériaux servent de système modèle unique pour comprendre le transport dans des réseaux poreux à deux dimensions
The development of semi-conductor nanomaterials takes along with an increase of the complexity regarding their crystalline structure and chemical composition. Interfaces are essential in accounting for the physical properties of the materials and require a thorough investigation. It relies on the use of specific instruments, that are described in the first section of this work. These instruments are then used to explore hetero-structure nanowires, that contain poly-types segments with different Fermi level pinnings at the surface, leading to $i-p$ junctions (section 2). Hetero-structure nanocrystals have also been characterized (section 3). Their study has revealed a phase transformation under light irradiation, that is attributed to the different crystalline structures between their core and their shell. Along with these investigations, novel two-dimensional semi-conductor crystals have been explored due to the exotic electronic structures that they could exhibit. Silicene, the Graphene analog, and porous networks of semi-conductor nanocrystals have been studied (section 4 and 5 respectively). The transport properties have been characterized with multiple probes Scanning Tunneling Microscopy and have revealed the uniqueness of these systems to improve our understanding of the electrical transport in two-dimensional crystals

Ce memoire traite des phenomenes d'electroluminescence dans des isolants polymeres de caracteristiques tres differentes: polyethylene et polypropylene utilises dans l'isolation haute-tension, couches minces hydrocarbonees dont les applications sont du domaine de la science des surfaces. Une methode d'analyse de l'electroluminescence des isolants haute-tension soumis a un champ electrique alternatif et uniforme a ete mise au point. Elle permet la discrimination des signaux parasites lies aux decharges electriques. Le seuil d'electroluminescence est de l'ordre de 0,2 mv/cm: il correspond a l'apparition d'une non-linearite dans les caracteristiques courant-tension de l'isolant. Les spectres d'emission obtenus ne sont pas identiques aux spectres de fluorescence induite par irradiation ultra-violette des materiaux. Des structures constituees d'un dielectrique polymere organique et d'electrodes metalliques epaisses (1000 a) emettent de la lumiere des que le courant de conduction atteint 10#-#7 a/cm#2. L'identification de l'origine de l'emission necessite l'etude des processus de transport electrique dans le film polymere. L'electroluminescence est un effet d'electrode qui fait intervenir la desexcitation radiative de plasmons de surface crees par l'impact des electrons chauds sur le metal porte au potentiel positif. On montre que le phenomene est controle par la nature, l'epaisseur et la rugosite de surface du metal qui constitue l'electrode positive

L’augmentation de la densité d’intégration dans les équipements électroniques et la cohabitation de l’électronique de puissance et de l’électronique de signal dans l’espace limité des systèmes électroniques engendrent des nouvelles contraintes de compatibilité électromagnétique (CEM). Cette thèse, effectuée au sein de l’IRSEEM, s’inscrit dans le cadre du projet E-CEM (Compatibilité ElectroMagnétique des systèmes d’Energie). L’objectif principal de ces travaux de recherche est le développement d’une approche de modélisation permettant une meilleure prédiction des interférences électromagnétique (IEMs) entre les éléments les plus perturbateurs d’une carte électronique et les interconnexions en champ proche. La méthodologie proposée est divisée en deux principales tâches: la modélisation des émissions rayonnées 3D et la prédiction du couplage électromagnétique (EM) entre les structures rayonnantes et les interconnexions (ou lignes de transmission) de types conducteurs au-dessus d’un plan de masse et lignes microrubans. Le modèle d’émission rayonnée 3D est basé sur un réseau de sources équivalentes (dipôles électriques et magnétiques) distribuées sur les surfaces délimitant les dimensions géométriques du dispositif sous test (DST). Les paramètres de ces sources sont déterminés à partir des cartographies des composantes tangentielles du champ EM rayonné, issues soit d’une simulation EM soit d’une mesure champ proche. Ce modèle 3D est ensuite utilisé pour la prédiction du couplage EM avec les lignes de transmission voisines. Pour ce faire, le modèle a été associé avec des formalismes de couplage analytiques (modèles de Taylor, Agrawal et Rachidi) pour prédire les tensions induites aux extrémités de la ligne victime. Cette procédure de modélisation, appliquée pour des cas de test (couplages EM entre un « arceau 3D »/self torique et un conducteur au dessus d’un plan de masse), offre une meilleure précision pour la prédiction du couplage. Ensuite, une nouvelle démarche de modélisation du couplage induit sur les lignes microrubans a été proposée. Cette dernière est principalement inspirée de la première approche. L’idée principale est suscitée du principe d’équivalence de la structure PCB pour s’affranchir du calcul lourd des coefficients associés aux réflexions successives à l’interface air/diélectrique. Les résultats de modélisation ont été validés par des simulations et des mesures champ proche
The large scale integration of embedded electronic equipments in the limited space of electric systems (electric vehicles) generates new constraints in terms of ectromagnetic compatibility (EMC). This thesis is performed in IRSEEM under the E-CEM Project (Electromagnetic Compatibility of Power Systems). Its main objective is the development of an accurate modeling approach for electromagnetic interferences (IEMs) prediction between distrurbing electronic components and interconnections in the near field region. The proposed methodology is divided into two main steps: 3D modeling of radiated emissions and prediction of electromagnetic coupling (EM) between radiating structures and transmission lines: wires above a ground plane and microstrip lines. The 3D radiated emission model is based on a set of equivalent sources (electric and magnetic dipoles) distributed on the surfaces of a volume surrounding the geometrical dimensions of the device under test (DST). The dipoles parameters are calculated referring to the tangential cartographies of EM radiated field components, obtained from either an EM simulation or a near field measurement. The 3D model is then used to predict the EM coupling onto transmission lines. In fact, this model is associated with analytical coupling formulations (Taylor, Agrawal and Rachidi models) to compute the induced voltages at the victim line terminals. This modeling procedure, applied to real test cases (EM coupling between a small arch above a ground plane/toroidal inductor and a wire over a ground plane), provides a much better accuracy for EMI prediction. A novel modeling approach of EM coupling onto microstrip lines has been also proposed. This latter is mainly inspired from the first approach. The main idea is based on the microstrip line equivalence model to avoid the complex computation of the successive reflections and refractions in the two inhomogeneous regions: air region and substrate region. Comparison between modeled, numerical and measured results enables us to validate the proposed model

L'implantation ionique est couramment utilisée dans l'industrie des semi-conducteurs aussi bien pour le dopage des matériaux que pour en améliorer la pureté. Les défauts créés par implantation/irradiation peuvent améliorer ou détériorer les performances des dispositifs électroniques. Nous avons étudié par spectroscopie capacitive les défauts électriquement actifs créés par irradiation dans le 4H-SiC. Nous avons caractérisé l'un de ces défauts, le centre S, en déterminant sa signature et ses cinétiques d'apparition et de recuit. Par ailleurs nous avons étudié les défauts créés par implantation d'hélium à forte dose dans le Si principalement par Microscopie Electronique à Transmission. Nous avons montré que la nature des défauts (cavités et défauts de type interstitiel) et leur évolution au cours d'un recuit dépendent fortement de la température d'implantation. Les effets d'implantations multi-énergies à haute température sont aussi présentés
Ion beam techniques are widely used in semiconductor technology as for the doping of the materials as for improving their purity. The defects created by implantation/irradiation can either enhance or drastically degrade device performances. Electrically active defects created by low fluence irradiation in 4H-SiC have been studied by Deep Level Transient Spectroscopy. Particularly, the S-center has been studied in detail; its signature, formation and annealing kinetics have been investigated. Moreover, defects created by high fluence helium implantation in Si have been mainly studied by Transmission Electron microscopy. We have shown that the nature of defects (cavities and interstitial-type defects) and their evolution during annealing is strongly dependent on the implantation temperature. The effects of multi-energy implantations are also presented

On etudie l'insertion d'un grand nombre de chlorures metalliques (chlorure de cuivre, de fer, d'aluminium, d'antimoine, de cadmium, de manganese, de gallium et d'indium) dans des fibres de carbone choisies (fibres ex-pan, ex-mesophase et ex-benzene). On etudie ensuite les possibilites d'application de ces materiaux comme conducteurs electriques

Les investigations réalisées au sein du tertiaire Bi2O3-M2O3-Pb0 ont permis la mise en évidence d'une solution solide de symétrie cubique à faces centrées, lacunaires en ions O2, de type delta-Bi2O3. Par trempe à l'air, celle-ci peut être préservée à température ambiante dans un large domaine de composition. La diffraction x en fonction de la température a permis de montrer que, pour des concentrations en Y3+ et Pb2+ suffisante, la structure delta Bi2O3 était conservée lors du chauffage jusqu'au domaine d'équilibre à haute température. Il existe cependant une rupture de pente sur la courbe de variation du paramètre de maille, caractérisant l'existence d'un léger réarrangement structural. Les mesures de conductivité électrique et de nombre de transport des ions O2 ont permis de mettre en évidence une conductivité anionique importante (sigma=0,43 /ohm /xcm pour Bi1,53Pb0,27Y0,2O2,622 à 720°C). L'évolution de la conductivité en fonction de la température est en bon accord avec la présence de deux variétés de la solution solide delta. L'effet potentialisateur de Pb2+ a été mis en évidence par l'augmentation de la conductivité et de la stabilité lorsque le rapport Pb2+/(Pb2+ + Y3+) s'accroit. Une étude du système Bi2O3-Sm2O3-Pb0, a permis également de mettre en évidence une solution solide de type delta-Bi2O3. Alors que le domaine de trempe est un peu plus étendu qu'avec Y2O3, le sous-domaine au sein duquel les échantillons gardent au chauffage la structure delta est beaucoup plus restreint. L'évolution relative de sigma en fonction de la composition reflète celle rencontrée au sein du précèdent système

Ce memoire a pour but la fabrication et l'etude des capteurs thermoelectriques et des convertisseurs thermoelectriques a base de tellerures de bismuth et d'antimoine (composes binaires et ternaires). La technique choisie pour l'elaboration de ces materiaux thermoelectriques en couches minces est la mocvd. Apres une breve etude theorique sur les mecanismes de transports dans les semi-conducteurs et les differents parametres de la thermoelectricite ainsi que les effets thermoelectriques, les principales caracteristiques des tellerures de bismuth et d'antimoine sont presentees. Une mise au point sur le principe et la technique de depot de couches minces utilise est presentee. Les resultats de la croissance de ces couches en fonction de certain parametres, notamment la temperature de croissance, les pressions partielles de vapeur et leurs rapports sont presentes. Les caracterisations cristallines, morphologiques, electriques et thermoelectriques ont permis de maitriser la fabrication et la composition des couches et de cerner les meilleurs conditions pour obtenir des echantillons de tres bonne qualite. Ce travail termine en utilisant ces materiaux pour la realisation des convertisseurs thermoelectriques (micromodules peltier) et les capteurs thermoelectriques (capteurs de gaz et de pression). Ces dispositifs thermoelectriques ont ete elabores a partir du binaire bi 2te 3 (type n) et le ternaire (bi 1 xsb x) 2te 3 (type p) sur kapton.

L'ensemble de ce travail a permis, grâce à l'utilisation de la technique de potentiel imposé, de mettre en évidence puis de caractériser, dans l'ovocyte immature de Rana esculenta, une conductance voltage-dépendante sélective aux protons d'une part et de mettre en relation l'alcalinisation que l'activation de cette conductance proton entraîne avec la libération de Ca2+ du réticulum endoplasmique d'autre part. Dans un premier temps, deux conductances ioniques, activées par les dépolarisations sont mises en évidence. La première est une conductance potassique, activée pour un potentiel membranaire au moins égal à -50mV ; elle ne présente pas d'inactivation et est bloquée par les ions tétraéthylammonium (TEA+). La seconde est une conductance sélective aux protons. Sa caractérisation électrophysiologique est effectuée en présence de TEA+ (10nM) et de caféine (10mN) afin d'inhiber respectivement les conductances potassique et chlore Ca2+ dépendante. La conductance proton s'active pour un potentiel membranaire supérieur à 0 mV et ne présente pas d'inactivation, sa constante de désactivation pour un potentiel de -60mV étant de 73plus ou moins 21 ms (n=26). Le potentiel d'inversion du courant proton dépend de l'amplitude et de la durée des dépolarisations ce qui caractérise l'existence d'un phénomène de déplétion intracellulaire des protons conduisant à l'alcalinisation du milieu intracellulaire. L'acidification du milieu extracellulaire ou l'alcalinisation du milieu intracellulaire entraîne une diminution d'amplitude du courant, un déplacement de son seuil d'activation vers des potentiels plus positifs et un ralentissement de sa cinétique de désactivation, alors que l'alcalinisation du milieu extracellulaire ou l'acidification du milieu intracellulaire produit les effets opposés. Cette conductance proton est bloquée par le Ni2+, le Cd2+, le Zn2+ à la concentration de 1 mM. Dans un second temps, il est montré en présence de TEA+ mais en absence de caféine, que des dépolarisations amenant le potentiel à 20 mV ou plus permettent le développement d'un courant oscillant de sens sortant s'ajoutant au courant proton. Ces oscillations ont pour origine l'activation d'une conductance aux ions chlorure activée par l'élévation du taux de calcium intracellulaire causée par la libération du calcium contenu dans les réservoirs intracellulaires sensibles à l'InsP3. Il est aussi montré que l'alcalinisation intracellulaire, engendrée par l'activation du courant de proton, semble être étroitement liée au déclenchement du courant de chlore.

L'objectif majeur de cette thèse vise à déterminer les mécanismes de dopage des oligoanilines et trouver les meilleures conditions d'élaboration de couches minces d'oligoanilines en vue de leur intégration comme matériaux actifs dans les capteurs. Dans un premier temps nous présentons une étude spectroélectrochimique des oligoanilines en solution afin de déterminer leur structure électronique à l'état neutre puis de suivre les modifications de cette structure électronique lors de l'oxydation et de la protonation. A l'aide de ces différents résultats, nous avons pu faire correspondre les variations de position des bandes Raman observées avec les variations des constantes de forces considérées. L'interprétation de ces ajustements nous a amenés à proposer des schémas réactionnels. Ensuite nous présentons les caractérisations cristallographique et optique de monocristaux de terphényldiamine. Deux structures sont ainsi mise en évidence et caractérisées finement, travail déterminant pour l'étude des oligoanilines déposées en couches minces. Les paramètres de dépôts des couches minces sont alors présentés et l'étude de ces couches est réalisée par microscopie à force atomique, microscopie électronique à balayage et enfin par spectroscopie Raman. L'influence des conditions de mise en oeuvre sont mise en avant ainsi que les conséquences sur la morphologie et la nature des espèces dopées. Finalement, après une étude bibliographique sur les capteurs et sur les modèles de conduction dans les polymères et les oligomères conducteurs, une étude des propriétés électriques en fonction du dopage par vapeurs et en fonction de la température est présentée.

Un nouvel alliage d’aluminium à haute tenue en température et bonnes propriétés électriques a été mis au point. Sa microstructure a été caractérisée à très fines échelles afin de parvernir à corréller celle-ci à ses propriétés physiques (mécaniques et électriques) et ainsi obtenir des propriétés phyisiques optimales en modifiant la microstructure de l’alliage. La microstructure de cet alliage a également été modélisée afin de prévoir son évolution et donc l’évolution de ses propriétés physiques en fonction du temps. Enfin, en reliant les caractérisations et la modélisation, il a été possible de calculer des données thermodynamiques encore inconnues pour cet alliage
New aluminium alloy had been developed for electrical cable application. This alloy has good mechanical properties at high temperature, and also good electrical properties. Its microstructure had been characterized at atomic scale with the goal to link microstructure and physical properties. Thanks to this correlation, microstructure was adjusted to optimize the physical properties of this alloy. Microstructure of the alloy was also modelized to predict the evolution of physical properties with time. Finally, linking characterization and modelling, thermodynamical datas had been determined. These datas was unknown for this particular alloy and could be useful for the future

Étude des composés GA(OEP)(SO::(3)CH::(3)), GA(OEP)N::(3), GE(TPMEPP)(N::(3))::(2), GE(OEP)F::(2) et (OEP) IN-MN(CO)::(5). Caractérisation des groupements azido dans les porphyrines de gallium et de germanium. Première liaison simple métat-métal dans la série des métalloporphyrines. Dopage de fluoro-octaethylporphyrines de gallium et d'octaméthylporphyrines de nickel par l'iode moléculaire. Incommensurabilité des réseaux iode et porphyrine, caractère polymérique des métalloporphyrines. Étude de la conductivité électrique

Les techniques multiniveaux constituent une solution intéressante pour la montée en puissance des convertisseurs. Dès que la tension continue d'alimentation dépasse quelques kV, il est nécessaire d'associer des interrupteurs, des cellules de commutation ou des convertisseurs. Parallèlement de telles combinaisons assurent une réduction du contenu harmonique des tensions de sortie au fur et à mesure de l'augmentation du nombre de niveaux. Mais une multitude d'architectures sont susceptibles de répondre à une application donnée, selon la nature, série ou parallèle, de l'association, le nombre de modules associés (Np en parallèle, Ns en série) et le nombre de niveaux des tensions qu'ils délivrent. Le choix est donc particulièrement délicat et la question est de savoir s'il faut utiliser un convertisseur unique de forte puissance ou s'il faut lui préférer une association de modules de puissance réduite. L'objectif de ce travail est de guider le concepteur en examinant les conséquences des paramètres N, Np et Ns sur le dimensionnement des éléments réactifs et les pertes dans les semi-conducteurs, à performances données en termes de tension continue d'alimentation, de puissance délivrée à la charge et de qualité harmonique du courant de charge. Un intérêt particulier a été accordé à l'élaboration d'une stratégie d'élimination d'harmoniques et d'un outil d'évaluation des pertes en conduction et en commutation dans les semi-conducteurs. Pour conclure, un exemple d'application montre que la confrontation des résultats sur les différents critères permet de réduire considérablement le nombre de structures qui méritent d'être retenues et illustre ainsi l'intérêt de la méthode.

Depuis quelques années, l’électronique flexible connait un essor de grande envergure, notamment pour l’affichage sur grande surface comme les écrans plats (LCD, AMOLED..). Une alternative au silicium amorphe (a-Si), abondamment utilisé dans ces technologies, est l’emploi des semi-conducteurs à base d’oxydes métalliques. En effet, ces matériaux aux propriétés électriques remarquables présentent plusieurs combinaisons intéressantes de propriétés peu observées usuellement : ils sont transparents grâce à leur grande bande interdite, leur structure peut être amorphe ou cristalline, la mobilité peut atteindre 10 cm2V-1s-1 dans l’état amorphe, soit une décade de plus que celle du silicium amorphe. Ces travaux de thèse présentent dans un premier temps la mise en place d’un procédé complet de type sol-gel pour l’élaboration de semi-conducteurs de type In-(X)-Zn-O (IXZO) avec différents dopants X (Ga, Sb, Be, Al…). Ce procédé novateur pour ce type de semi-conducteur nous a permis de déterminer la meilleure composition chimique en termes de stabilité et de performances électriques. Après avoir identifié et optimisé les verrous technologiques (composition, dopants, concentration, interfaces…), nous avons caractérisé la nanostructure de ces matériaux et mis en évidence une ségrégation de phase des oxydes élémentaires permettant une compréhension plus fine des propriétés de transport dans ces semi-conducteurs et proposons un modèle de conduction par percolation validé pour une large gamme de dopants étudiés. Finalement, grâce à la mise au point d'un recuit combiné à un procédé lampe flash UV, nous démontrons la faisabilité de l’intégration de ces matériaux sur substrat flexible
Flexible electronics has experienced major advances in these last years. Indeed, the boom of flat panel displays (LCDs, AMOLED.) market is undergoing an exponential increase. One of the alternative solutions to amorphous silicon (a-Si) commonly used nowadays in these products is the development of metal oxide semiconductors. These materials are experiencing a huge consideration in both academic and industrial research, as well as in development labs due to their multiple performances. Besides their high electrical properties, with typical charge carrier mobilities in the order of 10 cm2V-1s-1. They can also be processed giving crystalline or amorphous structures. In this work, we have chosen to develop a complete chemical process based on the sol-gel technique to elaborate ternary metal oxide semiconductors, refered as In-(X)-Zn-O (IXZO) using different metal X as dopants. This innovative process for metal oxide semiconductors has allowed us to determine the best chemical composition, leading to a high stability and excellent electrical performances. Then, after having optimized the technological barriers (composition, doping, concentration, interfaces ...), we have characterized the nanostructure of these materials and evidence a phase segregation of the elementary oxides inside the material. We have also obtained a better understanding of charge transport properties in these semiconductors and assessed a percolation-based conduction model valid over a wide range of metal dopants. Finally, we have developed and optimized a combined thermal and UV flash lamp annealing process and demonstrated the feasibility of the integration of metal oxides on flexible substrates

La recherche de nouveaux semi-conducteurs organiques de type p et n stables à l’air, pour la réalisation de transistors à base de couche mince organique (OTFTs), demeure un enjeu majeure pour le développement de l’électronique organique. Récemment, il a été montré au laboratoire que les distyryl-oligothiophènes constituent une nouvelle classe de semi-conducteurs organiques de type p qui conduisent à des OTFTs présentant de très bonnes mobilités des porteurs de charge associées à une stabilité exceptionnelle des performances électriques à l’air au cours du temps. Au cours de ce travail de thèse plusieurs voies de synthèse ont été développées afin de fonctionnaliser le distyryl-bithiophène (DS2T) avec différents groupements fonctionnels dans le but d’évaluer leurs impacts sur les propriétés électriques des OTFTs. Après, un premier chapitre qui rappelle brièvement l’enjeu économique lié au développement des transistors basés sur les semi-conducteurs organiques et les différents points clés à résoudre, le second chapitre est consacré à la fonctionnalisation du DS2T par des groupements électro-attracteurs du type perfluoroalkyle ou cyano afin d’obtenir des semi-conducteurs de type n. Contrairement à ce qui était attendu, le comportement en film mince révèle un caractère soit isolant soit de type p. Outre les résultats expérimentaux, une étude en « Density Functional Theory » (DFT) visant à mieux comprendre les effets de ces groupements sur le DS2T est décrite. Au cours de la troisième partie, le DS2T a été fonctionnalisé aux extrémités par des chaînes hexyles pour permettre la fabrication des OTFTs par la voie liquide. Les processus de fabrication décrits offrent l’avantage d’être peu onéreux, tout en tirant parti des propriétés de cristal liquide pour une organisation moléculaire optimale dans la phase solide. Les performances des OTFTs préparés à la tournette, par dépôt par goutte et par jet de matière sont décrites et comparées à celles obtenues pour un OTFT préparé par évaporation sous vide. Enfin au cours de la dernière partie, une stratégie de synthèse a été développée pour rigidifier le coeur bithiophène dans le but d’accroître la planéité du semi-conducteur et donc d’améliorer l’empilement de type p dans la phase solide. Tout ceci affin d’accroitre les performances électriques des OTFTs. La structure RX du composé ponté (kite-DS2T) révèle une forme concave totalement inattendue dans la série oligothiophène. Malgré cette forme, a priori pénalisante, une amélioration par un facteur 5 de la mobilité de type p a été obtenue par comparaison au DS2T. Enfin, au cours de la dernière partie de ce chapitre, une première tentative de transformation au niveau moléculaire de ce nouveau semi-conducteur est décrite pour passer d’un système de type p à un système de type n
The research of new air stable p- and n-type organic semiconductors that are the basis of organic thin film transistors (OTFTs) are of key interest in the development of improved organic electronics. Recently, our research group has reported on distyryl-oligothiophenes as a novel class of p-type organic semiconductors with high mobilities and an exceptional stability of electrical performances in air over time. During work done for this dissertation, different synthetic routes were developed in order to functionalize the distyryl-bithiophene (DS2T) with different functional groups to evaluate the impact of chemical substitutions on electronic properties in OTFT devices. The first introductory chapter is dedicated to a short overview of the economic challenges in the development of OTFTs and the different key issues that need to be addressed. The second chapter is devoted to the functionalization of DS2T with different electron-withdrawing groups (EWGs) as perfluoroalkyl chains or cyano groups to obtain n-type semiconductors. Contrary to what has been expected, thin films based on such molecules act as insulating layers or p-type channels. In addition to experimental results, a study by Density Functional Theory (DFT) is described in order to evaluate the effects of such EWGs in DS2T. The third chapter explains how DS2T was end-substituted by two alkyl chains for the fabrication of OTFTs by the solution phase. The described process offers reduced costs with the great advantage of liquid crystalline properties needed for an optimum molecular organization in the solid phase. The performances of OTFTs prepared by spin-coating, drop-casting and by ink-jet are described and compared to those obtained with OTFTs prepared by vacuum evaporation. Finally, a new synthetic route was developed to rigidify the bithiophene core in order to increase the planarity of the semiconducting molecule and as a consequence to increase the p-stacking in the solid phase. The main purpose of the strategy was to increase the OTFT performances. The X-Ray structure of the bridged compound (kite-DS2T) revealed a concave structure unexpected in the oligothiophene series. Despite this molecular structure, unfavourable as a first instance, an increase by a factor 5 in the p-type mobility is obtained for kite-DS2T as compared to DS2T. At the end of this chapter a chemical modification of the new kite-DS2T is described as a first alternative to switch the system from p-type to n-type

Ce travail présente un procédé innovant de mise en œuvre des composites basé sur le dépôt par pulvérisation des dispersions NTC / époxy a été développé. Une mise en œuvre avec succès de composites à renforts fibres de carbone chargés en nanotubes a montré l'adéquation de ce procédé afin de créer un matériau multi-échelles, où l'insertion de nanotubes de carbone en tant que charge conductrice confère au composite à renforts macroscopiques (fibre de carbone) une nouvelle dimension nanoscopique (nanotubes de carbone). En second lieu, les propriétés électriques et mécaniques des composites à renforts fibres de carbone dopés en nanotubes de carbones ont été étudiés. Une influence des NTC sur la conductivité électrique des composites est mise en lumière, contribuant à l'homogénéisation de la conductivité électrique dans le stratifié. Répondant à notre problématique initiale, cette augmentation légère mais sensible permet l'intégration et l'homogénéisation de la fonction conductivité électrique au sein d'un matériau composite multifonctionnel. À l'opposé, peu d'influence des NTC sur les propriétés mécaniques de composites n'a pu être observé dans ce travail de thèse
The main goal of this work was to create multiscale Carbon Fiber-Reinforced Polymers by inserting carbon nanotubes in the matrix of the composite material to improve and homogenize the through-thickness electrical conductivity. Multiscale composites manufacturing was proposed through addition of carbon nanotubes to a standard composite conferring a nano-dimension to the material. A spray deposition technique of CNT / epoxy mixtures was developed. CNT-doped CFRP material in which the matrix came exclusively from the spraying process were successfully produced. An influence of carbon nanotubes on the transverse (Z direction) and orthogonal (Y direction) electrical conductivity could be obtained. A slight but noticeable increase of the conductivity was achieved. More than the inherent values reached, the electrical conductivity was homogenized throughout the whole laminate. This achievement could be one step in order to solve the issue of "edge-glow" on aeronautical structures

Des impulsions de courant d'amplitude élevée (plusieurs centaines de kA) dans la gamme des microsecondes peuvent être appliquées pour générer des champs magnétiques de l'ordre du mégagauss. Cette technologie relative au domaine des haute puissances pulsées a été utilisée pour des travaux de recherche sur la fusion par confinement inertiel, le X-pinch ou la physique des hautes densités d'énergie. De plus, un certain nombre d'applications industrielles telles que le soudage par impulsion magnétique et la fracturation des roches nécessitent une puissance moyenne élevée, une répétabilité et un générateur d'impulsions de forts courants fiable avec une longue durée de vie. Par conséquent, le développement d'un interrupteur à semi-conducteurs rapide fonctionnant dans la gamme de plusieurs centaines de kA est d'une importance considérable.Un interrupteur rapide à courant élevé est l'un des composants les plus complexes d'un générateur de hautes puissances pulsées. Historiquement, seuls les interrupteurs remplis de gaz pouvaient fonctionner dans de telles conditions extrêmes. Cependant, les interrupteurs remplis de gaz présentent plusieurs inconvénients bien connus, notamment une faible fréquence de répétition des impulsions, une durée de vie courte et une instabilité lors du déclenchement. Ils sont également coûteux à utiliser, nécessitant souvent des systèmes de flux de gaz et des chambres de recirculation de gaz pour une opération répétitive. Ces inconvénients ont freiné l'adoption généralisée des technologies de hautes puissances pulsées.Les récents progrès en physique et technologie des semi-conducteurs ont introduit les interrupteurs à semi-conducteurs dans le domaine des hautes puissances pulsées. En particulier, les structures en silicium à haute tension déclenchées en mode onde d'ionisation par impact représentent une solution prometteuse pour les interrupteurs à semi-conducteurs rapides à très fort courant (dizaines à centaines de kA et gradient de courant de plusieurs dizaines de kA/μs).L'objectif principal de cette thèse est de démontrer expérimentalement la capacité des thyristors à haute tension à commuter rapidement des impulsions de courant d'amplitude élevée. Pour atteindre cet objectif, des études expérimentales et théoriques sont entreprises. Dans les travaux expérimentaux, l'accent principal est porté sur une limitation critique mise en évidence dans la littérature, à savoir la surface de section transversale du thyristor. Pour s'affranchir de cette limitation, plusieurs solutions ont été étudiées dans cette thèse, notamment (i) le déclenchement du plus grand thyristor disponible dans le commerce, d'un diamètre de 100 mm avec une tension de claquage statique de 5,2 kV, (ii) le déclenchement en parallèle d'un ensemble de deux et quatre thyristors à haute tension, (iii) la configuration série-parallèle afin d'augmenter simultanément la tension de blocage et la capacité de courant de l'interrupteur. En termes d'étude théorique, la simulation numérique est réalisée pour apporter une meilleure compréhension des phénomènes de claquage par avalanche en mode de commutation par ionisation d'impact
Micro-second range high-current pulses (100s kA) are applied to generate megagauss-range magnetic fields. This high pulsed power technology has been employed in inertial fusion research, X-pinch, and high-energy-density physics. Moreover, a number of industrial applications such as magnetic pulse welding and rock fracturing require high average power, repeatability, and a reliable high-current pulse generator with a long lifespan. Hence, a fast solid-state switch development operating in the range of several hundred kA is of considerable importance.A fast high-current switch is one of the most complex components in a pulsed power generator. Historically, only gas-filled switches could operate under such extreme conditions. However, gas-filled switches have several well-known disadvantages, including low pulse repetition frequency, short lifetimes, and instability in triggering. They are also expensive to use, often requiring gas flow systems, costly gases, and recirculating chambers of gas for repetitive operation. These disadvantages have hindered the widespread adoption of pulsed power technologies.Recent advancements in semiconductor physics and technology have introduced solid-state switches into the pulsed power domain. In particular, silicon high-voltage structures triggered in impact-ionization wave mode present a promising solution for fast high-current solid-state switches (10s-100s kA and 10s kA/μs).The main goal of this thesis is to experimentally demonstrate the capability of high-voltage thyristors to switch fast-high current pulses. to accomplish this goal, two major axes of study are defined as the experimental and theoretical studies. In the experimental work, the main focus is determined based on a key limitation highlighted in the literature, i.e., the cross-sectional area of the thyristor. To eliminate this limitation several solutions have been investigated in this thesis including (i) triggering the largest commercially available thyristor, 100 mm wafer diameter with 5.2 kV static voltage breakdown. (ii) Parallel triggering of an assembly of two and four high-voltage thyristors. (iii) Series-parallel configuration in order to further increase blocking voltage and current capability of the switch simultaneously. In terms of theoretical study, the numerical simulation is conducted to shed light on the avalanche breakdown phenomena in impact-ionization switching mode

La nanotechnologie a pris un rôle clé dans le développement technologique actuel de façon extrêmement grande et interdisciplinaire. L'utilisation de nanofils dans la construction de structures/dispositifs plus complexe peut être entrevue en raison de sa polyvalence. Comprendre la fabrication de nanofils et être capable de les caractériser est extrêmement important pour ce développement. Des dispositifs à base de nanofils semi-conducteurs et ferromagnétiques ont été étudiés dans cette thèse, abordant les techniques de croissance et d'adressage pour des caractérisations électroniques et structurelles, et pour des développements à grande échelle pour des applications industrielles. Les nanofils de cobalt ont été électro déposés à différents pH permettant d'associer le pH de la solution à la caractérisation de la structure cristalline. Les nanofils de semiconducteurs ont été crus par CVD. L'adressage et l'alignement des nanofils ont été faits par diélectrophorèse couplé avec l'assemblage capillaire. Pour caractériser les nanofils, des techniques de lithographie optique et électronique ont été utilisés pour la fabrication des contacts. Une étude d'interface matériaux semiconducteurs/siliciure a été réalisée démontrant que les valeurs de barrière Schottky sont différentes entre des nanofils de silicium et des matériaux massifs. Dans le cas de nanofils InAs la barrière est imperceptible et il a été constaté que le fil de ZnO était de type p. Les applications ont démontrées différents dispositifs, tels que les transistors, les vannes de spin, capteurs de gaz, de l'humidité et de la lumière. Dans le cadre de vannes de spin, la caractérisation de l'interface semiconducteur/ferromagnétique a permis d'associer la valeur de la hauteur de barrière de Schottky à l'épaisseur de SiO2, qui agit comme une barrière à effet tunnel. Grâce aux mesures de transistors à effet de champ (FET) , nous avons pu identifier le type de porteurs de charge pour chaque matériau, extraire leur mobilité, la tension de seuil... Les capteurs ont été fabriqués à base de nanofils en Si, InAs, et ZnO, afin d'être utilisés comme capteurs de lumière, l'humidité et les gaz. Cette thèse propose une amélioration des technologiques actuelles d'adressage de nanostructures et l'utilisation des propriétés à l'échelle nanométrique pour des dispositifs plus efficaces et une large applicabilité, fournissant la base pour de futures études et les réalisations pratiques des nanosciences et des nanotechnologies
Nanotechnology is at the center of nowadays technologies in an increasing and very interdisciplinary manner. Sticking together the manufacturing and characterization of the nano-devices and their constituent nanostructures are keys for the development of the field. This thesis covered studies of ferromagnetic (Co) and semiconductors nanowires (Si, InAs and ZnO) based nanodevices. Nanowires growing and correct addressing techniques were studied for measurements and characterizations set ups and for large-scale industrial applications possibilities. The growing techniques were electrodeposition and CVD. Different pHs were used for the solutions in the case of the Co nanowires growing that were, than, connected by means of electronic lithography. The resulting measurements enabled us to associate the pH to the crystalline structure characterization. The nanowires addressing was made using the dieletrophoresis technique coupled to capillary assembly and also by contacting the isolated nanowire by means of electronic lithography. The contact made in the nanowire was favored by the silicidation technique. For this two different materials, Pt and Ni, compatible with the CMOS technology. A deep study of the interface semiconductor/silicidation was performed and the Schottky Barrier of Si nanowires was verified to be smaller than the barrier in the bulk form of Si. In the InAs nanowires case an imperceptible barrier was found. The ZnO nanowires were found to be of p-type. The following devices were manufactured: top/back-gate transistors, lateral spin valves (local and non-local valves) and multilayer-nanowires based spin valves (local valves). The semiconductor nanowires sensors (gas, humidity and luminosity) were also manufactured and tested. In the spin valves context the interface semiconductor/ferromagnetic material was studied in order to associate the Schottky Barrier height to the SiO2 width that acts as a tunnel barrier. From the semiconductors nanowires based field effect transistors (FETs) measurements it was possible to verify the charge carriers type for each different material, to extract its mobility, threshold voltage and others. The manufactured sensors were made of Si, InAs and ZnO nanowires and the main aim was to use them as gas, humidity and luminosity sensors. The ZnO nanowires have been seen to be light sensitive whereas the Si and InAs nanowires responded to the presence of humidity and of pollutant gases, e.g. the NO2

L’isolation des bobinages des moteurs alimentés par des convertisseurs statiques basés sur la modulation de largeur d'impulsion est soumise à des contraintes électriques provenant de la forme d'onde de la tension d'alimentation. Les phénomènes de nuisances électromagnétiques sur l’ensemble de la chaîne de conversion, les ondes réfléchies dans le câble d’alimentation, ainsi que la non adaptation des impédances du câble et de l’enroulement de la machine peuvent conduire à l’apparition de surtensions aux bornes de la machine suffisamment élevées pour dépasser la tension d’apparition des décharges partielles. Il en résulte une dégradation de l’isolation entre les spires qui, à terme, peut engendrer la défaillance de la machine. La mise en œuvre de composants à semi-conducteurs grand gap, tel que le Carbure de Silicium, permet la réalisation de convertisseurs de forte densité de puissance pour les systèmes d’entraînement à vitesse variable des machines électriques. Les vitesses et les fréquence de commutation élevées de ces composants conduisent à des contraintes électriques en dV/dt plus sévères sur l'isolation des enroulements des moteurs alimentés par de tels convertisseurs. L’étude expérimentale et les simulations numériques réalisées dans le cadre de cette thèse se concentrent essentiellement sur les effets des ondes de tension à forts dV/dt et de la fréquence de commutation élevée sur la robustesse de l’isolation du bobinage des machines électriques alimentées par des onduleurs. Par conséquent, les travaux touchent un certain nombre de questions liées à l’entraînement à vitesse variable, à l’électronique de puissance, aux machines électriques, aux matériaux diélectriques et aux décharges partielles
The insulation of electrical machines driven by power converters with pulse width modulation are subjected to repetitive surges due to fast changing voltage pulses and reflection phenomena in supply cable, as well as non-uniform voltage distribution in the stator winding. The overvoltage at motor terminals may lead to partial discharge inception accelerating winding insulation degradation and causing its premature failure. The implementation of wide bandgap power semiconductors as Silicon Carbide allows to create converters with high power density for variable frequency drive applications. The fast and high frequency switching of electronic devices based on wide bandgap semiconductors increase electrical stresses caused by steep voltage changing rates in controlled electrical machine. It may increase a risk of partial discharges and accelerate insulation aging and destruction. The experimental investigation and numerical simulation study performed in this work is essentially focused on the effects of impulse voltage with high dV/dt and high switching frequency on winding insulation robustness of inverter-fed electrical machines. Therefore, the work covers a number of issues related to electric drives, power electronics, electrical machines, dielectric materials and partial discharges