Dissertations / Theses: 'Diode thermique'

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Chénais, Sébastien. "Nouveaux matériaux laser dopés à l'ytterbium : performances en pompage par diode et étude des effets thermiques." Paris 11, 2002. https://pastel.archives-ouvertes.fr/tel-00119661.

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Abstract:

Ce travail concerne l'étude de nouveaux cristaux dopés à l'ion ytterbium, pour le développement de lasers efficaces (et éventuellement accordables) émettant vers 1 ~. La première partie traite des performances laser en pompage par diode de forte puissance (1 0-15 ~ de nouveaux cristaux: 1'Yb:GGG, l'Yb:'GdCOB, 1'Yb:BOYS (et 1'Yb:CaBOYS), 1'Yb:SYS et 1'Yb:YSO. L'efficacité, l'accordabilité, et le comportement thermique de ces matériaux est discutée, et quelquefois illustrée par une comparaison entre matériaux voisins. Les effets thermiques limitent la montée en puissance dans la plupart de ces nouveaux matériaux: leur étude détaillée fait l'objet de la seconde partie. Nous commençons par une synthèse théorique sur les effets thermiques et thermomécaniques dans les lasers solides. Après une description des différentes méthodes expérimentales d'investigation des effets thermiques, nous décrivons le banc de mesure que nous avons mis en place. Il est basé sur un analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann, et il permet la mesure des lentilles fuermiques (et de leurs aberrations) dans des configurations de pompage longitudinal, en présence (ou non) d'effet laser. Nous décrivons les caractéristiques et les limitations de cet outil en détail. Des mesures de lentilles thermiques sont ensuite rapportées, pour la première fois, dans des matériaux dopés à l'ytterbium. Nous avons mis en évidence d'importants effets non radiatifs qui contribuent à la charge thermique, contrairement à ce qui est généralement admis. Nous détaillons alors comment, avec un modèle analytique simple, on peut déduire de ces mesures le rendement quantique et le coefficient thermo-optique des matériaux considérés. Nous avons également mis en évidence expérimentalement l'influence de la longueur d'onde laser sur la charge thermique, la réduction des effets thermiques dans des cristaux composites, ou encore la contribution significative de l'effet photoélastique à la lentille thermique dans 1'Yb:GdCOB
This thesis is a study of new ytterbium-doped crystals, made for the development of efficient (and sometimes broadly tunable) lasers emitting around 1 J. Ull. The first part presents the laser performance, under high power diode pumping, of new crystals: Yb:GGG, Yb:GdCOB, Yb:BOYS (and Yb:CaBOYS), Yb:SYS and Yb:YSO. The efficiency, tunability and thermal behaviour of these materials is discussed, and illustrated (when possible) by a comparison between materials of similar properties. Thennal effects limit the scaling toward higher powers in most of these materials: a comprehensive study of the se effects is performed in the second part of this thesis. We begin this part by setting the theoretical background necessary to understand thermal and thermomechanical effects in solid state lasers. After a description of the classical techniques employed to investigate thermal effects, we describe the experimental setup we used. It is based on a commercially available Shack-Hartmann wavefront sensor, and enables the measurement of the thermallens (including its aberrations) in end-pumped laser, under lasing and nonlasing conditions. We emphasize on the characteristics and limitations of this technique. Thermal lensing measurements are then reported, for the first time, in ytterbium-doped materials. Significant nonradiative effects have been demonstrated, whereas it is generally admitted that such effects are purely absent. We then explain how, thanks to a simple anâlytical model, it is possible to derive the quantum efficiency and the thermo- optical coefficient from these measurements. We also demonstrated the influence of the lasing wavelength on the thermalload, the reduction of thermal effects by the use of composite crystals, as weIl as the major role played by the photoelastic effect in the thermally-induced lens in Yb:GdCOB

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BESTAOUI, ZAKIA. "Modelisation electrique et thermique de la diode et du transistor mos de puissance. Identification des parametres electriques et thermiques." Nantes, 2000. http://www.theses.fr/2000NANT2019.

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Abstract:

Nous presentons des modeles electriques, simples, capables de predire les comportements statique et transitoire des composants. Le modele de la diode prend en compte notamment les charges stockees au blocage. Le modele du mos tient compte la generation de courant lors de l'amorcage, la resistance a l'etat passant, les capacites inter-electrodes et le seuil de conduction. Nous avons presente ensuite une nouvelle approche originale de type automatique, pour la simulation des convertisseurs de puissance. Le logiciel matlab/simulink a servi de support a cette etude. Des methodes propres a l'automatique pour la determination des matrices d'etat ont ete utilisees pour la determination de modeles de diode et de transistor mosfet de puissance sous forme de modeles internes d'etat. Les resultats simules ont ete valides par des resultats experimentaux. Les techniques de l'automatique ont ete mises en uvre pour l'identification des parametres internes des modeles de diode et de mos, a partir de l'analyse experimentale des signaux d'excitation et de reponse et de la representation d'etat. La qualite de l'estimation depend de la nature du signal d'excitation, de la periode et de la duree d'echantillonnage. Enfin, nous avons etudie le transfert thermique dans le mosfet. L'etude du transfert thermique dans la diode est un cas particulier de celui du mosfet. Un modele de diffusion de chaleur a ete mis au point pour l'etude de l'evolution de la temperature au cours du temps consecutivement a n'importe quelle sollicitation electrique. Il tient compte des conditions de refroidissement et d'implantation du composant. Nous avons aussi presente le dispositif experimental et la procedure utilisee pour identifier certains parametres thermiques en regimes permanent et transitoire et pour etudier leur sensibilite sur les transferts thermique.

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Garrab, Hatem. "Contribution à la modélisation électro-thermique de la cellule de commutation MOSFET-Diode." Lyon, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAL0009.

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Abstract:

La simulation des convertisseurs de puissance et les composants de puissance est un chalenge important des prochaines années. En effet, la réalisation de prototype est de plus en plus longue et coûteuse. Aussi le prototypage virtuel, c'est-à-dire la simulation précise des convertisseurs est-elle fondamentale. Ce travail a analysé les possibilités de la simulation par éléments finis d'une cellule de commutation MOS - Diode. En particulier la modélisation électrothermique de la diode a été réalisée. De plus, une procédure originale d'extraction des paramètres technologiques a permis d'obtenir d'excellents résultats de comparaisons simultation/expérience y compris pour les phases de commutations rapides. Pour atteindre cette objectif, une analyse et une modélisation précise de câblage a été entreprise. Enfin, une analyse des couplages électrothermiques a permis de développer un modèle à base de graphes de liens capable de prendre en compte les gradients de température qui existent notamment dans un autoéchauffement
The simulation of power semiconductor devices and power converters is a strategic research area for the future. Indeed, the fabrication of a prototype demands more and more spend time. So, virtual prototyping, i. E. The accurate simulation of power converters, is a strong need. The job corresponds to the analysis of the possibilities in numerical simulation based on the finite Element-method of the switching cell MOSFET-diode. Particularly, the Electro-thermal modelling of the PIN diode has been obtained. More over an original technological-parameter extraction-method has enabled to obtain excellent agreements between simulation and experiment-results, even in the case of switching phases. This objective has been reached because of the accurate modelling of the wiring elements. Finally, an Electro-thermal coupling analysis has enabled to develop a bond graph model representing temperature gradients that occur during a self-heating phase

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Garrab, Hatem Morel Hervé. "Contribution à la modélisation électro-thermique de la cellule de commutation MOSFET-Diode." Villeurbanne : Doc'INSA, 2005. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=garrab.

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Boukadida, Nourredine. "Etude d'une structure a effet de diode thermique : application au chauffage solaire d'un local." Poitiers, 1986. http://www.theses.fr/1986POIT2287.

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Abstract:

Etude de l'optimisation de l'effet de diode thermique d'une structure pouvant servir de paroi d'un local. Definition d'une structure alveolaire a lamelles. Etude numerique approchee du comportement thermique journalier et annuel d'un local a structure a effet diode

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Boukadida, Nourredine. "Etude d'une structure à effet de diode thermique application au chauffage solaire d'un local." Grenoble 2 : ANRT, 1986. http://catalogue.bnf.fr/ark:/12148/cb37596309f.

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Lacourarie, Fiona. "Caractérisation thermique et lumineuse de diodes électroluminescentes en charge par méthodes locales non intrusives : influence du luminophore." Thesis, Ecole nationale des Mines d'Albi-Carmaux, 2015. http://www.theses.fr/2015EMAC0003/document.

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Abstract:

Le marché des diodes électroluminescentes (LEDs) de puissance est en perpétuelle croissance depuis une vingtaine d’années. Le marché de l’éclairage évolue car les besoins ont changé : nous souhaitons, par exemple, aujourd’hui réduire la consommation électrique, ou avoir des éclairages plus flexibles (couleur, cycle d’allumage, encombrement, …). Les LEDs de puissance permettent d’apporter des solutions où les autres éclairages font défauts. Une étude comparative est menée entre les LEDs et les autres sources d’éclairages. Une LED de puissance émettant une lumière blanche est constituée d’une puce semi-conductrice, d’un substrat, d’un PAD et d’une optique primaire. Différentes méthodes permettent d’obtenir de la lumière blanche avec des LEDs : plusieurs puces, une puce avec un ou des luminophores, ou la méthode PRS-LED. Le luminophore a un rôle optique important et un rôle thermique non négligeable. Après avoir été excité par la lumière émise de la puce, il réémet de la lumière dans une longueur d’onde supérieure. L’efficacité de ce processus dépend de nombreux paramètres, comme la mise en oeuvre du luminophore ou le type de luminophore utilisé. L’étude et la caractérisation des propriétés optiques et thermiques sont faites pour des LEDs commerciales, composées d’une même puce émettant de la lumière bleue, avec et sans luminophore jaune. Afin de maitriser le maximum de facteurs, nous avons mené une étude et un dimensionnement du circuit imprimé (PCB) sur lequel va être implanté nos LEDs. Dans le but d’évaluer les matériaux constituant les LEDs, des analyses au microscope à balayage électronique et par microsonde ont été menées. Ces travaux ont permis de révéler, notamment, la position de la jonction p-n dans la puce et la composition de la couche de luminophore par deux types différents. De plus, afin d’améliorer notre compréhension, une étude comparative a été menée sur trois luminophores jaunes. Ensuite, les deux types de LEDs, puce nue et puce avec luminophore, ont été testés dans le but d’obtenir le flux lumineux et le rendement des LEDs. La caractérisation optique nous a amené à créer un banc pour obtenir la luminance énergétique spectrale sur une partie minime de la puce. D’autre part, nous nous intéressons à la température de jonction de la puce nue, que nous mesurons par différentes méthodes, dont la thermographie infrarouge. Pour cela, l’émissivité a été estimée pour la puce nue et la puce avec luminophore. Puis nous comparons aussi ces différentes méthodes pour le calcul de la résistance thermique Rth j-PAD entre la jonction et le PAD. Le maillage de fils conducteurs implanté sur la surface de la puce est modélisé électriquement. Cette étude, qui est composée de niveaux progressifs de modélisation, permet de comprendre la répartition du courant électrique qui traverse la jonction, et ainsi d’appréhender la répartition du flux lumineux et de la température au niveau de la surface de la puce. Après, un modèle thermo-optique décrit les phénomènes présents au niveau de la jonction d’une puce nue : la conversion de la puissance électrique en lumière bleue et en chaleur, et les transferts de chaleur. Nous complétons ce premier modèle pour obtenir un modèle d’une puce avec le luminophore. Ce dernier modèle prend en compte la photo-conversion du luminophore avec le calcul de flux lumineux à la sortie du luminophore et le calcul de la chaleur due à la photo-conversion. La résolution de ce modèle nous permet d’obtenir la température de jonction d’une puce avec luminophore. La conservation d’énergie du modèle est aussi vérifiée. Le modèle thermo-optique est appliqué à une cartographie de température de surface afin d’obtenir une cartographie de la température de jonction. Ces cartographies sont regroupées avec les clichés de thermographie infrarouge et de luminance énergétique
The high brightness LED market is constantly growing last twenty years. The lighting market is changing as needs have changed: we would like, for example, reduce power consumption, or have more flexible lighting (color, lighting cycle, dimensions ...). High brightness LEDs help provide solutions where others are lighting defects. A comparative study is conducted between the LEDs and other lighting sources.The operation of a high brightness LED emitting white light is explained with the description of each element: chip, substrate, the PAD and optics. Then the different methods of obtaining white light with LEDs are compared: several chips, a chip with one or more phosphors, or PRS-LED method. The phosphor has a significant optical role and an important thermal role. After being excited by the light emitted from the chip, it re-emits light in a greater wavelength. The effectiveness of this process depends on many parameters, such as the implementation of the phosphor, or the type of phosphor used. The study and characterization of optical and thermal properties are made for commercial LEDs, composed of a single chip emitting blue light with and without yellow phosphor. To master the maximum factors, we conducted a study and design of the printed circuit board (PCB) on which will be implanted our LEDs. In order to evaluate the materials constituting the LEDs, analyzes made at scanning electron microscope, and by microprobe were conducted. This work has revealed in particular the position of the p-n junction in the chip, and the composition of the phosphor layer of two different types. Moreover, to improve our understanding, a comparative study will be conducted on three yellow phosphors. Then the two types of LEDs, bare chip and chip with phosphor, were tested in order to obtain the luminous flux and efficiency of LEDs. The optical characterization has led us to create a bench for spectral radiance over a small portion of the chip. Furthermore, we are interested in the junction temperature of the bare chip, which we measure by various methods, including infrared thermography. For this, the emissivity was estimated for the bare chip and the chip with phosphor. Then we also compare these different methods to calculate the thermal resistance Rth j-PAD between the junction and the PAD. The mesh of conductive wires, implanted on the surface of the chip, is electrically modeled. The study, which is composed of three progressive levels of modeling, provides an understanding of distribution of the electric current through the junction, and thus to understand the distribution of the light flow and temperature at the surface of the chip. Afterwards, an optical-thermal model describes the phenomena present at the junction of a bare chip: converting electrical power into blue light and heat, and heat transfer. We complete this first model for a model of a chip with the phosphor. This model takes into account the photo-conversion of the phosphor with the calculation of the luminous flux at the output of the phosphor and the calculation of the heat due to the photo-conversion. The resolution of this model allows us to obtain the junction temperature of a chip with phosphor. The model of energy conservation is also verified. The optical-thermal model is applied to a surface temperature mapping in order to obtain a mapping of the junction temperature. These maps are combined with pictures of infrared thermography and radiance

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Radenac, Erwan. "Etude expérimentale et numérique de l'allumage de compositions pyrotechniques par une diode laser." Poitiers, 1998. http://www.theses.fr/1998POIT2335.

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Abstract:

L'initiation thermique de la combustion de compositions pyrotechniques par une diode laser est un mode d'allumage alliant un niveau de fiabilite eleve a un faible encombrement spatial, ce qui autorise son utilisation dans des systemes embarques de haute precision. Les performances de l'allumeur sont etudiees en mesurant le seuil d'initiation et le delai d'allumage du melange pyrotechnique. Deux montages differents ont ete mis en place, le premier utilisant une fibre optique pour amener l'energie du laser jusqu'a la composition et le deuxieme un systeme de deux lentilles pour refocaliser l'energie sur la composition. Trois melanges pyrotechniques differents ont ete etudies dans la deuxieme configuration d'initiateur. L'etude des performances de l'initiateur a montre que la granulometrie du reducteur, la stoechiometrie du melange, le type d'allumeur et la porosite de la pastille agissent de maniere importante sur les parametres de l'allumage. En ce qui concerne la porosite, son effet peut etre inhibe par introduction d'opacifiant dans la masse de composition pyrotechnique. Afin de pouvoir mettre en evidence le parametre physique qui pilote l'initiation thermique par un laser, des analyses physico-chimiques et une modelisation de l'initiation thermique en phase solide ont ete entreprises. Les resultats de ces etudes ont montre que pour les quatre parametres influant sur l'initiation, c'est essentiellement ceux qui concernent l'aspect chimique qui permettent de justifier les tendances observees. De plus cette etude montre, qu'une bonne adequation entre les resultats de la modelisation et l'experience impose la determination des parametres cinetiques par une methode autre que l'analyse thermique de type dsc. Des moyens specifiques aux reactions pyrotechniques doivent alors etre utilises. C'est donc paradoxalement la cinetique chimique qui controle les parametres de l'allumage lorsqu'une composition pyrotechnique est initiee par un laser avec un effet thermique.

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Fock-Sui-Too, Jen-Luc. "Caractérisation et modélisation de composants IGBT et diode PIN dans leur environnement thermique sévère lié aux applications aéronautiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00525074.

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Abstract:

À l'heure où les préoccupations climatiques sont plus que jamais d'actualité, les problématiques du contrôle, de la gestion et de l'économie de l'énergie prennent une importance considérable dans notre société. Dans le secteur avionique, cela peut se traduire par une nécessité de réduction du poids des aéronefs afin d'économiser le kérosène consommé durant le vol, résultant au final à une réduction drastique d'émission de CO². En adéquation avec les problématiques d'économie d'énergie l'avion plus électrique crée depuis quelques années un nouvel engouement dans le monde aéronautique pour l'actionnement tout électrique. La refonte des systèmes actuels (hydrauliques, mécaniques, pneumatiques) vers des systèmes plus électriques permet de plus de diminuer les coûts de maintenance des équipements et d'augmenter la fiabilité globale des systèmes, en s'affranchissant par exemple des problèmes fluidiques liés à l'hydraulique. Plusieurs projets ont été fédérés autour de ce nouvel élan dont le projet ModErNe dans le cadre duquel les travaux présentés tout au long de ce mémoire de thèse ont été réalisés. La mise en place dans un aéronef de nouveaux dispositifs électroniques de puissance nécessite une parfaite connaissance du comportement des composants notamment sous environnement thermique extrême. Cela permet de dimensionner des systèmes haute puissance et haute température optimisés et sécurisés. La technologie SiC n'étant pas suffisamment mature au lancement du projet ModErNe, celui-ci a eu pour postulat l'utilisation de composants IGBT silicium. L'un des objectifs principaux de ces travaux est alors l'étude par la caractérisation du comportement des IGBT dans une gamme de température allant au-delà de celle établie par les fondeurs (-55°C à +175°C). Ces travaux décrivent ainsi la conception, la réalisation et la mise en place d'un banc de caractérisation électrique en température, de véhicules de test et la procédure de tests utilisée. Un second objectif essentiel de ces travaux se situe au niveau du prototypage virtuel. La modélisation et l'analyse des systèmes sont aujourd'hui incontournables afin d'éviter au maximum les défaillances qui peuvent mettre en danger des fonctions élaborées comme celles liées à la sécurité. Dans ces travaux de thèse nous modélisons le dispositif choisi afin de déterminer par simulation son comportement électrique sous l'influence de conditions de fonctionnement environnementales thermiques sévères. À l'aide d'une analogie électrique l'Équation de Diffusion Ambipolaire est résolu analytiquement pour fournir un modèle (1D) précis et complet de composants de puissance. Une confrontation simulation/ données constructeurs/ mesures expérimentales ouvre une discussion sur l'identification de l'Injection Enhanced effect : un phénomène physique permettant d'améliorer considérablement les performances statiques des composants IGBT, et présent dans certains IGBT selon une configuration structurelle particulière.

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Fock, Sui Too Jean-Luc. "Caractérisation et modélisation de composants IGBT et diode PiN dans leur environnement thermique sévère lié aux applications aéronautiques." Toulouse 3, 2010. http://thesesups.ups-tlse.fr/1094/.

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Abstract:

À l'heure où les préoccupations climatiques sont plus que jamais d'actualité, les problématiques du contrôle, de la gestion et de l'économie de l'énergie prennent une importance considérable dans notre société. Dans le secteur avionique, cela peut se traduire par une nécessité de réduction du poids des aéronefs afin d'économiser le kérosène consommé durant le vol, résultant au final à une réduction drastique d'émission de CO2. En adéquation avec les problématiques d'économie d'énergie l'avion plus électrique crée depuis quelques années un nouvel engouement dans le monde aéronautique pour l'actionnement tout électrique. La refonte des systèmes actuels (hydrauliques, mécaniques, pneumatiques) vers des systèmes plus électriques permet de plus de diminuer les coûts de maintenance des équipements et d'augmenter la fiabilité globale des systèmes, en s'affranchissant par exemple des problèmes fluidiques liés à l'hydraulique. Plusieurs projets ont été fédérés autour de ce nouvel élan dont le projet ModErNe dans le cadre duquel les travaux présentés tout au long de ce mémoire de thèse ont été réalisés. La mise en place dans un aéronef de nouveaux dispositifs électroniques de puissance nécessite une parfaite connaissance du comportement des composants notamment sous environnement thermique extrême. Cela permet de dimensionner des systèmes haute puissance et haute température optimisés et sécurisés. La technologie SiC n'étant pas suffisamment mature au lancement du projet ModErNe, celui-ci a eu pour postulat l'utilisation de composants IGBT silicium. L'un des objectifs principaux de ces travaux est alors l'étude par la caractérisation du comportement des IGBT dans une gamme de température allant au-delà de celle établie par les fondeurs (-55°C à +175°C). Ces travaux décrivent ainsi la conception, la réalisation et la mise en place d'un banc de caractérisation électrique en température, de véhicules de test et la procédure de tests utilisée. Un second objectif essentiel de ces travaux se situe au niveau du prototypage virtuel. La modélisation et l'analyse des systèmes sont aujourd'hui incontournables afin d'éviter au maximum les défaillances qui peuvent mettre en danger des fonctions élaborées comme celles liées à la sécurité. Dans ces travaux de thèse nous modélisons le dispositif choisi afin de déterminer par simulation son comportement électrique sous l'influence de conditions de fonctionnement environnementales thermiques sévères. À l'aide d'une analogie électrique l'Équation de Diffusion Ambipolaire est résolu analytiquement pour fournir un modèle (1D) précis et complet de composants de puissance. Une confrontation simulation/ données constructeurs/ mesures expérimentales ouvre une discussion sur l'identification de l'Injection Enhanced effect : un phénomène physique permettant d'améliorer considérablement les performances statiques des composants IGBT, et présent dans certains IGBT selon une configuration structurelle particulière
At a time where climatic concerns are more than ever relevant, energy control, management and saving are nowadays becoming key points. This can be translate in avionics by weight reduction of the aircraft in order to save jet fuel consumption during flight leading to drastic decrease in CO² discharge. In accordance with saving energy concern the More Electrical Aircraft emphasizes the need for an all electrical actuation of the systems. Besides more electrical systems allow a reduction of maintenance costs as well as an increase of systems global reliability. Several projects has been created according this new vision and one of them is called the ModErNe project. This work has been realized as part of this project. Indeed, the use of power electronics equipment on an aircraft demands to perfectly know power components behavior in particular under harsh thermal environment. One of the main objectives is to experimentally analyze power components electrical characteristics in a range of temperature beyond manufacturer's one (-55°C to +175°C). This work describes the design and the experimental set up of a high and low temperature electrical test bench as well as tests vehicles. The other essential objective concerns virtual prototyping by modeling power components in order to simulate electrical characteristics under operating conditions. By the help of an electrical analogy the Ambipolar Diffusion Equation is analytically resolved allowing the creation of a 1D precise power component model. Then a comparison between simulation results, manufacturers data, and experimental results opens a discussion on the existence of a physics phenomena allowing the drastic reduction of the saturation voltage of certain IGBT: the Injection Enhanced Effect

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Kasali, Suraju Olawale. "Thermal diodes based on phase-change materials." Thesis, Poitiers, 2021. http://www.theses.fr/2021POIT2254.

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Abstract:

Nous étudions dans cette thèse la rectification thermique de diodes thermiques radiatives ou conductive constituées de matériaux à changement de phase.Cette thèse est divisée en trois parties. Dans les premières parties, nous modélisons comparativement les performances d’une diode thermique conductive sphérique et cylindrique constitués de VO2 présentant un transition de phase et des matériaux n’en présentant pas. Des expressions analytiques aux bornes des diodes sont dérivées. Des flux thermiques, des facteurs de rectifications ainsi que les profils de température à l’intérieur de la diode sont obtenus. Nos résul-tats montrent que les différentes géométries de diodes ont un impact significatif sur les profils de température et les flux thermiques, mais moins un sur les facteurs de rectification. Dans ce travail, nous avons obtenu des facteurs de rectification maximaux allant jusqu’à 20.8% et 20.7%, qui sont supérieurs à celui prédit pour une diode plane constituée de VO2. Nous montrons également que des facteurs de rectification similaires à ceux obtenus avec le VO2 dans les géométries sphériques et cylindriques peuvent être atteints avec des matériaux à changement de phase dont le contraste de conductivité est plus important que dans le cas du VO2. Dans la deuxième partie, nous étudions la rectification de diodes thermiques constituées de deux matériaux à changement de phase. Avec, l’idée de générer un facteur de redressement plus élevé que dans le cas d’une diode thermique conductive ne comprenant qu’un matériau à changement de phase unique. Là encore, le travail a conduit à l’établissement d’expressions explicites pour les profils de température, les flux thermiques et le facteur de rectification. Nous avons obtenu un facteur de rectification optimal de 60% avec une variation de température de 250 K couvrant les transitions métal-isolant des deux matériaux. Dans la troisième partie de notre travail, nous avons modélisé et optimisé la rectification thermique de diodes thermiques planes, cylindriques et sphériques radiatives à base de deux matériaux à changement de phase. Nous savons calculer et analyser les facteurs de rectification de ces trois diodes et obtenu les facteurs de rectification optimaux respectifs pour les trois géométries 82%, 86% et 90.5%. Nos résultats montrent que la géométrie sphérique est la meilleure pour optimiser la rectification des courants thermiques radiatifs. De plus, des facteurs de rectification potentiellement supérieurs à ceux prédits ici peuvent être réalisés en utilisant deux matériaux à changement de phase avec des contrastes d’émissivités plus élevés que ceux proposés ici. Ces résultats analytiques et graphiques fournissent un guide utile pour optimiser les facteurs de rectification des diodes thermiques conductives et radiatifs basées sur des matériaux à changement de phase de géométries différentes
The thermal rectification of conductive and radiative thermal diodes based on phase-change materials, whose thermal conductivities and effective emissivities significant change within a narrow range of temperatures, is theoretically studied and optimized in different geometries. This thesis is divided into three parts. In the first part, we comparatively model the performance of a spherical and cylindrical conductive thermal diodes operating with vanadium dioxide (VO2) and non-phase-change materials, and derive analytical expressions for the heat flows, temperature profiles and optimal rectification factors for both diodes. Our results show that different diode geometries have a significant impact on the temperature profiles and heat flows, but less one on the rectification factors. We obtain maximum rectification factors of up to 20.8% and 20.7%, which are higher than the one predicted for a plane diode based on VO2. In addition, it is shown that higher rectification factors could be generated by using materials whose thermal conductivity contrast is higher than that of VO2. In the second part, on the other hand, we theoretically study the thermal rectification of a conductive thermal diode based on the combined effect of two phase-change materials. Herein, the idea is to generate rectification factors higher than that of a conductive thermal diode operating with a single phase-change material. This is achieved by deriving explicit expressions for the temperature profiles, heat fluxes and rectification factor. We obtain an optimal rectification factor of 60% with a temperature variation of 250 K spanning the metal-insulator transitions of VO2 and polyethylene. This enhancement of the rectification factor leads us to the third part of our work, where we model and optimize the thermal rectification of a plane, cylindrical and spherical radiative thermal diodes based on the utilization of two phase-change materials. We analyze the rectification factors of these three diodes and obtain the following optimal rectification factors of 82%, 86% and 90.5%, respectively. The spherical geometry is thus the best shape to optimize the rectification of radiative heat currents. In addition, potential rectification factors greater than the one predicted here can be realized by utilizing two phase-change materials with higher emissivities contrasts than the one proposed here. Our analytical and graphical results provide a useful guide for optimizing the rectification factors of conductive and radiative thermal diodes based on phase-change materials with different geometries

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Alonzo, Zapata Irving. "Experimental Developments and Numerical Simulations of Far-Field Radiative Thermal Transistor Based on Vanadium Dioxide Thin Films." Electronic Thesis or Diss., Limoges, 2024. http://www.theses.fr/2024LIMO0109.

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Abstract:

Des films minces de dioxyde de vanadium (VO₂) ont été développés sur des substrats de saphir-c, saphir-r et Si/SiO₂ (100) en utilisant le procédé de dépôt par ablation laser (PLD) avec une configuration hors axe, permettant des dépôts sur des surfaces de substrat relativement grandes, jusqu'à 5×5 cm². Les films minces de VO₂, post-dépôt, ont été soumis à un traitement thermique rapide afin d’obtenir le contraste le plus élevé (5 ordres de grandeurs pour la résistivité) entre leurs états isolant et métallique pendant la transition de phase autour de 68 °C. Les propriétés physiques des films minces de VO₂ étaient fortement corrélées au type de substrat utilisé.Ce travail concerne la réalisation des dispositifs thermiques innovants en utilisant la variation abrupte de l'émissivité du VO₂ au cours de sa transition métal-isolant (MIT) afin d'amplifier et de moduler le flux de chaleur radiatif en champ lointain. L'émissivité des films minces de VO₂ pendant la MIT a été mesurée avec précision en utilisant la technique de la cavité résonante à ondes thermiques (TWRC) au laboratoire Pprime de Poitiers. Les films ont montré des variations d'émissivité de l’ordre de Δε = 0,38 pendant la MIT pour 200 nm d’épaisseur, chaque film affichant différentes largeurs d’hystérésis.Les émissivités ont été utilisées pour modéliser et simuler des diodes thermiques radiatives et pour explorer théoriquement un transistor thermique radiatif avec une base en VO₂ sur des substrats en saphir-c, saphir-r ou Si/SiO₂. Un transistor thermique radiatif expérimental avec une base en VO₂ sur Si/SiO₂ a été réalisé. Nous avons pu mesurer expérimentalement les densités de flux de chaleur radiative internes ϕ₁ (collecteur-base) et ϕ₂ (base-émetteur) pour déterminer ϕ₃. Le transistor a démontré une performance de commutation thermique de 0,55, une amplitude de modulation thermique de 60 W/m² et un facteur d'amplification thermique de 0,24.Outre une des premières démonstrations expérimentales d’amplification des courants thermiques à travers des transistors thermiques radiatifs et conducteurs à base de VO2, ce travail fournit aussi une source riche de résultats sur les propriétés thermiques et optiques de ce matériau lors de sa transition diélectrique/métal et permet d’imaginer des dispositifs nouveaux (memristor thermique) à des échelles réduites à la centaine de micromètres
Vanadium dioxide (VO₂) thin films were developed on c-sapphire, r-sapphire, and Si/SiO₂ (100) substrates using Pulsed Laser Deposition (PLD) with an off-axis configuration, supporting relatively large substrate surfaces up to 5×5 cm². After deposition, the VO₂ thin films underwent Rapid Thermal Processing (RTP) to enhance the contrast between their insulating and metallic states during the phase change transition at 68°C (5 orders of magnitude for the electrical resistivity). The physical properties of the VO₂ thin films were strongly correlated with the type of substrate used.This work aims to develop innovative thermal devices by utilizing the abrupt change in emissivity of VO₂ across its metal-insulator transition (MIT) to amplify and modulate far-field radiative heat flux. The emissivity of VO₂ thin films during the MIT was measured precisely using the Thermal Wave Resonant Cavity (TWRC) technique at the Pprime laboratory in Poitiers. The VO2 thin films showed emissivity variations of approximately Δε = 0.38 across their MIT for a 200 nm thickness, with each film exhibiting a unique hysteresis loop.These emissivities were used in modeling and simulating radiative thermal diodes and to theoretically explore a radiative thermal transistor with a base of VO₂ on c-sapphire, r-sapphire, or Si/SiO₂ substrates. An experimental radiative thermal transistor with a VO₂ base on Si/SiO₂ was realized. The internal radiative heat flux densities ϕ₁ (collector-base) and ϕ₂ (base-emitter) were measured to derive ϕ₃. The transistor exhibited a thermal switch performance of 0.55, a thermal modulation amplitude of 60 W/m², and a thermal amplification factor of 0.24. This study, among the first to demonstrate thermal heat density amplification in a radiative thermal transistor, provides insights into VO₂'s thermal and optical properties during its MIT, inspiring the development of new devices like thermal memristors at micrometer scales

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JUGIEU, David. "Conception et réalisation d'une matrice de microéjecteur thermique adressable individuellement pour la fonctionnalisation de biopuce." Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2005. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009522.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de développer un système flexible, peu onéreux et performant, permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile) afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande fléxibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à forte densité d'unités d'hybridation. L'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l'originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d'adressage à cette résistance. Il s'agit de diodes réalisées dans la résistance en polysilicium. Ces diodes sont obtenues par diffusion et implantation de zones N et P. La tension de seuil et le courant de fuite de ces diodes ont été paramétrés en fonction des dopages mis en Suvre de façon à ce que seul le micro-éjecteur actionné ne chauffe. Les matrices réalisées ont été caractériésées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l'adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l'éjection. Il a été montré que des gouttelettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation entre 50µs et 50ms.

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Dumonteuil, Maxime. "Solution générique pour l'adressage matriciel de micro-actionneurs thermiques et optimisation de micro-sources thermiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00135620.

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Abstract:

La technologie a aujourd'hui atteint une maturité suffisante pour garantir la réalisation de MEMS avec un rendement de fabrication proche de 100%. Dés lors, on peut sereinement envisager l'intégration à haute densité de micro actionneurs ou de détecteurs pour de nouvelles fonctionnalités. Le travail présenté porte sur la mise en place de systèmes d'adressage matriciel pour des actionneurs thermiques, ainsi que sur la réalisation de source de chaleur à profil de température ajustable, voire configurable. Dans un premier temps, nous effectuerons un tour d'horizon des applications utilisant des micro sources de chaleur. Ceci afin de spécifier les caractéristiques propres à chaque type d'application. Une solution générique au problème d'adressage de source de chaleur sera alors proposée, basée sur des éléments à seuils symétriques en polysilicium. La mise au point de cette solution, impliquant un contrôle du dopage du polysilicium par implantation, sera détaillée. Ensuite nous présenterons les deux projets ayant permis de valider l'utilisation de ce système d'adressage : le projet MicroPyros visant à la réalisation d'une matrice de micro actionneurs pyrotechniques, ainsi qu'un projet visant la réalisation d'une matrice de micro éjecteurs. Pour chacun des deux cas, des études ont été menées, conduisant à des réalisations au sein de la centrale technologique du LAAS CNRS. Les différentes matrices réalisées ont ensuite été testées et validées. Enfin, nous présenterons les résultats du dernier run technologique, visant à permettre la comparaison des réalisations suspendues, sur membranes et sur silicium, ainsi qu'à explorer de nouvelles fonctionnalités basées sur les éléments à seuils symétriques en polysilicium.

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Gangi, Afshin. "Interaction du laser diode 805 nm avec les tissus osteoarticulaires : etude experimentale chez l'animal avec analyse histologique, thermique, modelisation mathematique, resultats cliniques chez l'homme." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 1997. http://www.theses.fr/1997STR13047.

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Abstract:

Cette etude a ete realisee afin d'obtenir des informations precises sur l'effet du laser diode 805 nm sur les tissus osteoarticulaires en vue d'une application chez l'homme pour le traitement percutane des lesions tumorales. Une etude histologique approfondie a ete realisee sur le cochon avec analyse des lesions produites par le tir laser continu de 2 w. Une fibre optique de 400 microns (cur en quartz, gaine en polymere) a ete introduite dans l'os a 5 mm de profondeur. Les donnees histologiques montrent que la necrose de coagulation ne depasse jamais 10 mm dans le plan axial. A partir de 1200 j d'energie delivree, la taille de la lesion n'augmente plus, mais la zone de carbonisation centrale croit. Une etude thermique a aussi ete menee chez l'animal avec une fibre analogue et des thermocouples places a differentes distances du point d'impact en sachant que 50 c suffisent pour produire une necrose de coagulation des osteocytes. La temperature de la pointe de la fibre varie de 170 a 280 selon l'energie delivree, tandis qu'a un rayon de 10 mm, la temperature n'atteint jamais 50. A 5 et 8 mm, les 50 sont atteints systematiquement et l'equilibre thermique est note entre 1000 et 1200 j. Ces resultats confirment que la taille de la lesion est plutot de 16 mm de diametre a la phase d'equilibre et que l'histologie sousestime la taille. Une modelisation mathematique de l'interaction laser-os a ete realisee en considerant les differentes distances. La confrontation des resultats experimentaux et de la modelisation montre une bonne correlation des courbes. La seule difference est une augmentation tres rapide de la temperature dans la partie initiale de la courbe modelisee. Cette etude demontre la faisabilite de la technique avec des lesions produites par laser de facon reproductible et precise. Il est inutile de depasser 1200 j d'energie, etant donne l'equilibre thermique atteint. Pour obtenir des lesions reproductibles, une precoagulation de la fibre etait necessaire. L'application chez l'homme dans les tumeurs osseuses benignes a prouve l'efficacite clinique de ce procede moins invasif que les traitements chirurgicaux classiques

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Koukos, Konstantinos. "Vers les sources optiques compatibles CMOS : corrélation entre élaboration et propriétés des nanocristaux de Si par LPCVD." Toulouse 3, 2009. http://thesesups.ups-tlse.fr/858/.

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Abstract:

Les systèmes sur puce comportant des fonctions optiques ont un vif intérêt pour les futures générations de systèmes embarqués, les telecommunications, l'instrumentation. La faisabilité d'une source silicium compatible avec la technologie CMOS reste à ce jour un verrou majeur pour ouvrir la voie à des systèmes optoélectroniques intégrés. L'utilisation des nanocristaux de silicium dans une matrice de SiO2 est actuellement une voie prometteuse visant à lever ce verrou. L'objectif de cette thèse est d'étudier la faisabilité de sources émettant dans le visible/proche infrarouge à base de nanocristaux de silicium, en explorant les potentialités de dépôts LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). En partant de l'étude des propriétés des nanocristaux, une approche bottom-up a été choisie pour la réalisation des composants de test. Un procédé d'élaboration du matériau actif, compatible avec la technologie CMOS, a été mis au point et nous a permis d'obtenir de façon reproductible des nanocristaux avec les propriétés souhaitées. Les mécanismes d'émission lumineuse ont été étudiés et corrélés avec les propriétés structurales et électriques. Une émission lumineuse intense a été obtenue sous excitation optique. L'obtention d'électroluminescence nécessite quant à elle une optimisation spécifique tant au niveau matériau qu'au niveau procédé technologique. A cette fin, plusieurs voies ont été explorées nous conduisant à établir le compromis entre propriétés optiques et électriques. Au terme de cette étude, nous avons évalué les avantages et inconvénients de cette technique d'élaboration et proposons des solutions pour parvenir à fabriquer un dispositif électroluminescent fonctionnel
Integrated systems comprising on-chip optical functions are of great interest for future generations of embedded, telecommunications sensing and instrumentation applications. The feasibility of a Silicon light source, compatible with CMOS technology remains a major hurdle in the development of systems combining optical and electronic functions on the same chip. The use of silicon nanocrystals embedded in a SiO2 matrix seems to be a promising solution. The objective of this work is to study the feasibility of visible/near infrared light sources using silicon nanocrystals obtained by LPCVD (Low Pressure Chemical Vapor Deposition). Starting with a study of the material properties, we chose a bottom-up approach to fabricate several test devices. A reproducible, CMOS compatible technological process has been established to obtain the active material with the desired properties. The mechanisms of light emission have been studied by different characterization techniques and correlated with the structural and electrical properties. We have obtained intense emission under optical excitation in the visible/near infrared domain. Electroluminescence, however, requires a specific optimization of the active layer. We have explored several different implementations and have identified the tradeoffs between optical and electrical properties. At the end of this study, we have evaluated the advantages and disadvantages of LPCVD as a fabrication method for Si nanocrystals and propose solutions for the implementation of a functional electroluminescent device

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Mostallino, Roberto. "Développement de diodes laser émettant à 975nm de très forte puissance, rendement à la prise élevé et stabilisées en longueur d’onde pour pompage de fibres dopées et réalisation de lasers à fibre." Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0132/document.

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Abstract:

Cette thèse CIFRE adresse le développement de diodes laser, émettant à 975nm, de très forte puissance, rendement à la prise élevé, et stabilisées en longueur d’onde pour pompage de fibres dopées Er/Yb et réalisation de lasers à fibre. La thèse a été développée dans le cadre d’un partenariat étroit entre le Laboratoire IMS, le GIE III-V Lab, principal fondeur français de composants à semiconducteurs III-V pour des applications électroniques et photoniques, et THALES Research & Technology à Palaiseau en région parisienne. Un travail en profondeur de caractérisation et d’analyse a porté sur les aspects thermiques qui contribuent, en particulier,à limiter les niveaux de puissance optique de sortie. Dans ce cadre, nous avons réalisé un ensemble de caractérisations complémentaires au GIE III-V lab et à l’IMS nous permettant d’envisager des solutions correctives d’optimisation technologique portant en particulier sur la profondeur de gravure définissant la largeur de la zone d’émission et la nature du substrat dissipateur. Ces solutions ont été proposées à partir de modélisations physiques mises en oeuvre avec un simulateur dédié, propriété de III-V Lab et de simulations par éléments finis thermiques et thermomécaniques (approche multiphysique) de la structure microassemblée définitive. Ces travaux se sont prolongés par la fabrication et la caractérisation électro-optique et thermique de plusieurs structures verticales : LOC (Large Optical Cavity), SLOC (Super Large OpticalCavity) et AOC (Asymetrical Optical Cavity). Les diodes laser de type LOC et SLOC sont stabilisées en longueur d’onde en intégrant un réseau de Bragg (DFB). Une puissance optique de 8W avec une efficacité de 60% a été obtenue ; ce qui permet de situer ces travaux à l’état de l’art international notamment vis-à-vis de ceux publiés par l’Institut Ferdinand-Braun.L’originalité des travaux menés dans cette thèse nous a permis d’avoir accès à une bourse du Cluster européen « Laserlab » (The Integrated Initiative of European Laser Research Infrastructures), pour conduire des campagnes d’expérimentation à l’Institut Max Born à Berlin dans le groupe du Dr J.W. Tomm. Les travaux ont porté sur la caractérisation thermique de ces diodes laser de forte puissance émettant à 975nm, à double hétérostructure symétrique et asymétrique (SLOC et AOC), en utilisant des techniques complémentaires (microphotoluminescence,photoluminescence résolue en temps, spectroscopie de photocourant et mesures L-I pulsées) et permettant d’évaluer le type de contraintes résiduelles apportées par les étapes de report de la diode Laser ainsi que la cinétique de dégradation catastrophique de type COD
This PhD addresses the development of high-power laser diodes emitting at 975nm withhigh efficiency and wavelength stabilized using a Bragg grating. This thesis was conducted in the framework of a close partnership between IMS Laboratory, the GIE III-V lab, who is themain French founder of III-V semiconductor devices for electronic and photonic applications,and THALES Research & Technology in Palaiseau. An in-depth characterization and analysiswork has addressed thermal aspects that contribute, in particular, to limit the optical outputpower of a laser diode. In such a context, we have carried out a set of complementary characterizations both at III-V lab and IMS allowing us to provide some corrective solutionsfor technological optimization concerning the etching depth of the grooves that defines the emitting stripe of the laser diode and the nature of the submount acting as a thermocompensator.These solutions have been proposed from optical modelling implemented with a dedicated simulator, property of III-V lab, and thermal and thermomechanical (multiphysics approach) finite element simulations of the overall microassembled structure. All this work has resulted in the fabrication as well as electro-optical and thermal characterizations of three vertical structures namely LOC (Large Optical Cavity), SLOC (Super Large Optical Cavity)and AOC (Asymmetrical Optical Cavity). The LOC and SLOC vertical structures have been processed with a Fabry-Perot cavity and also including a Bragg grating (DFB architecture) while the AOC one was only fabricated with a Fabry-Perot cavity. State-of-the-art results aredemonstrated since in particular an optical power of 8W with an efficiency of 60% has been obtained that can be compared to those recently published by the Ferdinand-Braun Institute.The originality of the work carried out in this PhD has allowed us to receive a grant from the European Laserlab Cluster (The Integrated Initiative of the European Laser Research Infrastructures), to conduct dedicated experiments at the Max-Born Institute (Berlin) in thegroup of Dr. J.W. Tomm. The work aimed to characterize mechanical strain of the laser diode induced by the soldering process. Two vertical structures (SLOC and AOC) were investigated using complementary techniques (microphotoluminescence, time-resolved photoluminescence,photocurrent spectroscopy and pulsed L-I measurements), allowing to quantify the level of residual stress provided by the laser diode mounting process as well as the kinetics of the catastrophic degradation process (COD)

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Albach, Daniel. "Gestion de l'émission spontanée amplifiée et de la thermique d'un système laser solide de haute puissance moyenne pompée par diodes – le système laser Lucia." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00504915.

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Abstract:

Le développement du laser a ouvert la voix à l'exploration de nouveaux domaines scientifiques et industriels. Les impulsions laser à haute intensité sont un outil unique pour les études d'interaction lumière/matière et leurs applications. Mais elles sont générées par des systèmes laser reposant sur l'utilisation de milieux à gain en verre pompés par des lampes flashes et sont donc intrinsèquement limitées en termes de cadence et d'efficacité. Le développement, au cours de ces dernières années, des lasers semi-conducteurs a attiré l'attention sur une nouvelle classe de lasers, les « laser solides pompés par diodes » (DPSSL). Ils possèdent une grande efficacité et sont des candidats de choix pour les systèmes compacts à haute puissance moyenne requis pour des applications industrielles, mais aussi en tant que sources de pompe à haute puissance pour des lasers ultra-intenses. Les travaux décrits dans cette thèse s'inscrivent dans le cadre du système laser Lucia (1 kilowatt de puissance moyenne), actuellement en construction au «Laboratoire d'Utilisation des Intenses lasers» (LULI) à l'Ecole Polytechnique, France. La génération d'impulsions laser de durée sub-10 nanosecondes avec des énergies allant jusqu'à 100 joules et des taux de répétition de 10 hertz est principalement limitée par l'émission spontanée amplifiée (ASE) et les effets thermiques. L'étude de ces limitations est le thème central de ce travail. Leur impact est discuté dans le cadre d'un premier jalon énergétique fixé vers 10 joules. Le système laser mis au point est présenté en détails depuis l'oscillateur jusqu'à la fin de la chaine d'amplification. Une discussion complète de l'impact de l'ASE et des effets thermiques est complétée par des vérifications expérimentales. Les modèles de simulation informatique développés sont validés puis utilisés pour prédire les performances du système laser qui, lors d'une première activation, à atteint un niveau d'énergie de 7 joules en régime mono-coup et de 6,6 joules pour un taux de répétition de 2 hertz. Les limitations actuelles sont discutées ainsi que les approches envisagées pour des développements futurs.

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Philandrianos, Cécile. "Etude de l’effet de l’hyperthermie sélective induite par laser diode 1210 nm sur les cicatrices chéloïdes : étude expérimentale et clinique." Thesis, Lille 2, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL2S050/document.

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Abstract:

IntroductionLes cicatrices chéloïdes (CC) sont des pathologies de la cicatrisation cutanée entraînant des gênes fonctionnelles et esthétiques souvent invalidantes. Elles sont liées à un excès de fabrication et une désorganisation du collagène lié en parti à un dérèglement du TGFβ. Les lasers thermiques permettent d'améliorer la cicatrisation par le biais d'une modification de la réponse inflammatoire. En effet, une élévation de la température entre 45 et 53°C entraine une hyperexpression des HSP 70, responsables d’une modification de l’expression du TGFβ. Le laser diode 810nm a déjà prouvé son efficacité mais il est contre indiqué chez les sujets de phototypes foncés qui sont les plus à risque de développer des CC. L'objectif de ce travail était d'évaluer l'effet d’un laser thermique sur les cicatrices chéloïdes chez l’animal et dans le cadre d’une étude clinique.Détermination des paramètres su laserDes études sur des explants de peau, puis sur des sujets volontaires sains ont permis de montrer que la longueur d’onde 1210 nm était la plus adaptée dans cette indication car elle est peu absorbée par la mélanine. Le choix des paramètres du laser ont également été déterminés afin d’obtenir une élévation contrôlée de la température cutanée. En théorie, un tir de laser diode 1210 nm, 5.1W/cm² pendant 10 secondes permet d’élever la température jusqu’à 53°C.Mise au point d’un modèle animal de CCIl n’existe pas de modèle animal de CC permettant d’étudier l’effet d’un laser. Nous avons donc mis au point un modèle pour le besoin de l’étude. Des fragments de CC humaines comprenant le derme et l’épiderme ont été greffés chez 40 souris nudes. Une évaluation clinique et histologique a permis de confirmer la bonne intégration du greffon et la persistance de son caractère chéloïde pendant 4 mois.Etude du laser diode 1210nm chez un modèle animal de CCUne étude du laser 1210 nm a été réalisée sur notre modèle animal. Il a été réalisé des tirs de laser directement sur les greffons et des évaluations cliniques et histologiques ont permis de montrer l’absence d’effet indésirable. La mesure de la température cutanée au moment du tir de laser était de 45°C en moyenne.Etude du laser diode 1210nm après excision intra chéloïdienne : étude cliniqueParallèlement à l’étude animale, il a été réalisé une étude pilote visant à évaluer la faisabilité et la sécurité d’un protocole de traitement des cicatrices chéloïdes utilisant le laser diode 1210nm. Il était réalisé une excision intra cicatricielle, puis la suture était irradiée par le laser 1210nm pendant environs 10 secondes. 20 patients ont été inclus dans l’étude. L’objectif de suivi était de 2 ans, mais l’étude est toujours en cours. Jusqu’à présent, il n’a été noté aucun effet délétère du laser. 8 patients ont bénéficié d’injections de corticoïdes en raison de récidive de la chéloïde à 6 mois.ConclusionCe travail à permis de mettre au point un modèle animal original de cicatrice chéloïde permettant pour la première fois l’étude des lasers in vivo. L’utilisation du laser 1210nm, 5.1W/cm2, pendant 10 secondes à entrainé une élévation de la température cutanée jusqu’à 45°C en moyenne sans aucun effet délétère sur la CC chez la souris. L’utilisation du laser thermique diode 1210 nm après une résection intra chéloïdienne n’a montré aucun signe de toxicité chez l’homme. La température cutanée était de 48°C en moyenne à la fin du tir. Une étude à plus grande échelle reste encore à réaliser afin de démontrer une efficacité de ce traitement prometteur
Introduction Keloid scars (KS) are pathologies of skin healing causing often functional and aesthetic disturbances. They are linked to excess production and disorganization of collagen mostly due to TGF bêta; overproduction. The thermal lasers can improve healing through a modification of the inflammatory response. Indeed, a rise of temperature between 45 and 53 ° C leads to an overexpression of HSP 70, which causes a change in the expression of TGF bêta;. The 810nm laser diode has already proven to be effective but its wavelength cannot used on dark phototypes who are prone to developing KS.The objective of this study was to evaluate the effect of a thermal laser on keloids in animal and in the context of a clinical study.Determination of laser parameters Studies on skin explants, and on healthy volunteers have shown that 1210 nm was the most suitable wavelength for this indication because it is poorly absorbed by melanin. The laser parameters were also carefully determined in order to control the skin temperature elevation. For a 1210 nm laser diode, an irradiance of 5.1W/cm² for 10 seconds leads to a maximum temperature of 53 ° C.Development of a KS animal model. Since, there was no KS animal model of DC , an innovative one was developed for this specific study. Fragments of human KS including the dermis and epidermis were transplanted in 40 nude mice. A clinical and histological evaluation confirmed the successful integration of the graft. At 4 months, it was proven that the KS remained unchanged. Study of the 1210nm diode laser in an KS animal modelThe 1210 nm laser was evaluated on our KS animal model. Laser irradiation was performed on the grafts. Clinical and histological evaluations have shown no adverse reactions. A 45 ° C mean temperature was recorded during laser irradiation .Study of l the 1210nm diode laser after intrakeloid excision. Parallel to the animal study, a pilot study was performed to assess the feasibility and safety of a 1210nm diode laser irradiation. An intrakeloid excision was achieved; the suture was then irradiated for about 10 seconds. 20 patients were included in the study. The study is still ongoing. A 2-year follow up is scheduled. So far, it was noted that no harmful effects of the laser. 8 patients received injections of corticosteroids due to of keloid recurrence at six months.conclusionAn original KS animal model was developed for the first time to study of the in vivo effects of laser irradiation. It was demonstrated that a 1210nm diode laser (5.1W/cm², for 10 seconds) led to a 45°C skin temperature without any deleterious effect. The 1210 nm diode laser after intrakeloid excision showed no signs of toxicity in humans. In humans, the maximum temperature was 48 ° C +/- 3°C . A long term follow-up on a large series of patients is still necessary to confirm the effectiveness of this promising treatment

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Le, Clec’h Julien. "Étude physique de diodes laser de puissance : contraintes, thermique, fiabilité." Nantes, 2012. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=e2407dbd-56c1-4d6f-bd64-d31f1ed15ddf.

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Abstract:

Les contraintes induites au sein des diodes laser à bas de GaAs, mono-modes, fortes puissances, de pompe émettant à 980 nm sont étudiées, afin d’en comprendre les origines, et de les maîtriser lors des étapes du procédé de fabrication des modules laser. Nous nous intéressons ici, aux contraintes induites lors de l’opération de brasure des diodes laser sur leur embase. En effet, il apparaît que la nature de l’embase, l’outil « pick-and-place », et les conditions ther- miques du cycle de brasure jouent un rôle déterminant dans l’obtention de composants performants, et fiables, au travers de la maîtrise des contraintes induites. Ainsi, nous montrons qu’il est possible de concevoir une embase bi-matériaux générant un faible niveau de contrainte dans la diode laser, tout en préservant les caractéristiques thermiques et élec- triques. Nous discutons aussi de la déformée, et donc des contraintes appliquées à la diode laser par l’outil « pick-and-place » en fonction de son état de surface, et montrons la relation entre profil de la diode et qualité de la brasure. Enfin, nous abordons aussi l’aspect paramètres de brasure à travers des suites ordonnées d’essais, mettant ainsi en évidence les conditions optimum à choisir en terme de temps et température de cycle de brasure, de force appliquée sur la diode laser, et de la structure métallique verticale de l’embase
Echanical stress in high-power single-mode pump GaAs-based laser diodes emitting at 980 nm has been studied. The goal is twofold: first of all an understanding of the origin of the stress generated in laser diodes is needed, to then be able to manage this induced stress when manufacturing laser modules. In this document, we focus on the stress generated when soldering a laser diode on its submount. In fact, it appears that the submount itself, the pick-and-place tool used, and the thermal conditions set for the brasing cycle play a crucial role in the manufacturing of high-performance and reliable devices, via the induced stress management. Thereby, we show in this document, that it is possible to design a bi-material submount, generating a low stress level in laser diodes, and preserving the thermal and electrical characteristics offered by efficient submounts. We also discuss the stress applied to the laser diode by the pick-and-place tool, with respect to its surface state, and we show the link between the laser diode profile and the solder joint integrity. Finally, we also address the topic of soldering parameters via successive series of tests, highlighting the optimal conditions to be set in terms of temperature and duration of brasing cycle, in terms of applied force on laser diodes, and in terms of metallic vertical structure of the submount

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Reisdorffer, Frédéric. "Dégradation des diodes électroluminescentes organiques : analyses électriques et thermiques." Nantes, 2013. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=edb2c8d4-524a-44b6-95e9-99cfa7e0a49b.

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Abstract:

Les diodes électroluminescentes organiques sont une des technologies les plus prometteuses pour remplacer les dispositifs actuels d’éclairage ou d’affichage. Dans cette thèse, nous nous intéressons aux défauts extrinsèques et intrinsèques qui peuvent exister dans les diodes électroluminescentes organiques et limitent leur durée de vie. Nous cherchons à caractériser ces défauts par mesures électriques et thermiques. Dans un premier temps, nous déterminons les propriétés électriques d’OLED neuves à base d’Alq3 dans différentes structures par les techniques courant-tensionluminance, la spectroscopie d’impédance et la spectroscopie de pièges profonds par la charge. Dans un second temps, nous caractérisons thermiquement des couches minces d’Alq3 à l’échelle microscopique en utilisant la microscopie thermique à sonde locale, nous informant sur l’organisation des couches. Pour connaître les propriétés thermiques, nous avons utilisé la radiométrie photo thermique et développé la technique de caractérisation 3ω. A partir de ces acquis, nous avons examiné les processus de dégradation des dispositifs sous deux aspects. Pour la dégradation extrinsèque, nous avons analysé des films organiques qui ont été vieillis sous différentes conditions de stockage. La dégradation intrinsèque a été étudiée dans les diodes soumises à un stress électrique prolongé. Les résultats obtenus nous ont permis de conclure que lors du vieillissement des couches, la réorganisation structurale des couches d’Alq3 entraînait des modifications irréversibles sur leurs propriétés
Organic light emitting diodes are one of the most promising technologies to promote display and lighting applications. In this thesis, we have focused on extrinsic and intrinsic defects, which are present in organic light emitting diodes and which limit their lifetime. These defects were characterized by electrical and thermal measurements. First, we determined the electrical properties of a freshly prepared Alq3 based OLED of different structures by techniques such as current-voltage-luminance characteristics, impedance spectroscopy and deep level transient spectroscopy. Next, thin films of Alq3 were characterized at the microscopic scale by scanning thermal microscopy to determine the thermal properties layer organization. To quantify the thermal properties, we have used photo thermal radiometry and we have developed the 3ω method. From these results, we have studied degradation processes by two approaches. Extrinsic degradation processes were studied by analyzing the organic thin film aged under different storage conditions. Intrinsic degradation was studied by applying an electrical stress to the diodes for a long period. The results obtained show that a structural reorganization of the layers during aging process causes irreversible modifications of the diodes properties

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Khoudeir, Majdi. "Modélisation thermique de diodes électroluminescentes au GaAlAs en régimes statique et impulsionnel périodique." Poitiers, 1990. http://www.theses.fr/1990POIT2294.

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Abstract:

Les travaux rapportes dans ce memoire concernent la modelisation du comportement thermique des diodes electroluminescences a heterojonction au gaalas (longueur d'onde: 650 nm). Prenant en compte les processus de recombinaisons dictant le comportement optoelectronique du composant, cette modelisation, applique a l'etude de l'echantillon non enrobe, permet de preciser le profil de temperature dans les differentes regions de la diode. Ceci pour divers niveaux d'excitation en regime statique. Elle permet egalement de determiner l'evolution temporelle de la temperature en reponse indicielle ou sous excitation impulsionnelle periodique. Elle conduit a proposer des soltuions pour l'optimisation du comportement thermique du composant

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Schaub, Emmanuel. "Étude par thermoréflectivité du comportement thermique de diodes laser de puissance pour télécommunication." Bordeaux 1, 1999. http://www.theses.fr/1999BOR10654.

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Abstract:

Pour l'etude du comportement thermique de composants microelectroniques, nous avons developpe un thermometre optique tres haute resolution, base sur le principe de la thermoreflectivite. Sa resolution spatiale est de 0. 4 micrometres. Grace a la mise en uvre d'un photodetecteur differentiel faible bruit, des elevations de temperature aussi faibles qu'une fraction de mk peuvent etre detectees. Nous proposons deux procedures originales d'etalonnage. La premiere est une methode directe qui met en uvre un chauffage externe par module peltier et un asservissement de focalisation. La seconde est une methode analytique reposant sur l'analyse de la reponse indicielle du signal reflectometrique. L'application a l'etude du comportement thermique de diodes laser a permis la mise en evidence de l'effet benefique, pour la dissipation de la chaleur, de la couche d'or deposee sur la face superieure des diodes. Une methode simple et fiable, reposant sur des mesures thermiques, a ete proposee pour la determination de rendement optique de diodes laser. Nous avons mis en evidence le phonomene d'absorption surfacique, responsable de la degradation des diodes laser. Une etude quantitative, faisant appel a un modele thermique analytique, a ete mene. Elle a conduit a la determination du taux d'absorption surfacique, qui s'est avere etre un remarquable critere de fiabilite pour les diodes laser. Ainsi, la comparaison entre diodes de differentes technologies a permis de determiner celles qui sont les plus fiables, en parfait accord avec les mesures de temps de vie realises par le constructeur. Le taux d'absorption surfacique est un critere precis, puisqu'il a permis, pour une technologie donnee, de discriminer les diodes entre elles, selon le vieillissement qu'elles ont subies.

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Combaret, Christophe Macovschi Mihail. "Comportement thermique des composants de protection contre les effets indirects de la foudre." Villeurbanne : Doc'INSA, 2001. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=combaret.

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Chenais, Sébastien. "Nouveaux matériaux laser dopés à l'ytterbium : performances en pompage par diode et étude des effets thermiques." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2002. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00119661.

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Abstract:

Ce travail a comme but l'étude de nouveaux cristaux dopés à l'ion ytterbium, pour le développement de lasers efficaces (et éventuellement accordables) émettant vers 1 µm. La première partie traite des performances laser en pompage par diode de forte puissance (10-15 W) de nouveaux cristaux : l'Yb:GGG, l'Yb:GdCOB, l'Yb:BOYS (et l'Yb:CaBOYS), l'Yb:SYS et l'Yb:YSO. L'efficacité, l'accordabilité, et le comportement thermique de ces matériaux est discutée, et illustrée, lorsque cela est pertinent, par une comparaison entre matériaux voisins. Les effets thermiques limitent la montée en puissance dans la plupart de ces nouveaux matériaux : leur étude détaillée fait l'objet de la seconde partie. Nous commençons par une synthèse théorique sur les effets thermiques et thermomécaniques dans les lasers solides. Après une description des différentes méthodes expérimentales d'investigation des effets thermiques, nous décrivons le banc de mesure que nous avons mis en place. Il est basé sur un analyseur de front d'onde de Shack-Hartmann, et il permet la mesure des lentilles thermiques (et de leurs aberrations) dans des configurations de pompage longitudinal, en présence (ou non) d'effet laser. Nous décrivons les caractéristiques et les limitations de cet outil en détail. Des mesures de lentilles thermiques sont ensuite rapportées, pour la première fois, dans des matériaux dopés à l'ytterbium. Nous avons mis en évidence d'importants effets non radiatifs qui contribuent à la charge thermique, contrairement à ce qui est généralement admis. Nous détaillons alors comment, avec un modèle analytique simple, on peut déduire de ces mesures le rendement quantique et le coefficient thermo-optique des matériaux considérés. Nous avons également mis en évidence expérimentalement l'influence de la longueur d'onde laser sur la charge thermique, la réduction des effets thermiques dans des cristaux composites, ou encore la contribution significative de l'effet photoélastique à la lentille thermique dans l'Yb:GdCOB.

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Combaret, Christophe. "Comportement thermique des composants de protection contre les effets indirects de la foudre." Lyon, INSA, 2000. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2000ISAL0055/these.pdf.

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Abstract:

Les diodes à avalanche de forte puissance, commercialisées en particulier sous la dénomination "transil", constituent une solution séduisante pour la protection de systèmes électroniques contre les effets indirects de la foudre. Ces effets apparaissent par couplage (résistif, inductif ou capacitif) lorsqu'un conducteur électrique se trouve au voisinage direct d'une masse métallique directement frappée par l'éclair. La mise en oeuvre rationnelle et fiable de la diode transil passe par un dimensionnement thermo-électrique aussi précis que possible. Le modèle proposé s'appuie sur des observations de la structure mécanique interne de la diode pour sa partie thermique et sur un schéma de type SPICE pour sa partie électrique. Le calcul des paramètres numériques du modèle ainsi que sa mise en oeuvre ont été validés par rapport à des données expérimentales. D'autre part, le comportement à long terme de la diode transil face aux effets indirects de la foudre est mal connu. La seconde partie de ce travail s'intéresse donc à la mise en évidence de signes avant-coureurs de fragilisation et de dégradation du composant dans ses conditions normales de fonctionnement. Un ensemble expérimental (générations d'impulsions de forte énergie et chaînes d'acquisition) a ainsi été développé. Les essais préliminaires ont montré un comportement différent de la diode soumise, d'une part, à une impulsion de fort courant et faible énergie et, d'autre part, à une impulsion à courant faible et forte énergie. Une étude systématique a ensuite montré les différences entre ces deux comportements. Dans le premier cas, la destruction apparaît de manière imprévisible sans signe précurseur mesurable. Dans le second cas, deux phénomènes conduisant à une augmentation caractéristique du courant de fuite inverse de la diode ont été observés et analysés. Ils apparaissent liés à des phénomènes d'avalanche locale et de mise en place de niveaux profonds au niveau de la jonction
High power avalanche diodes, often sold as "transil" diodes, represent an attractive solution for the protection of electronic systems against lightning induced effects. These effects are generated (resistive, capacitive or inductive coupling) when an electric conductor is very close to metallic mass directly hit by a lightning stroke). Reliable and rational implementation of a transil diode needs a thermo-electrical fitting as sharp as possible. The proposed model is based both on the diode mechanical structure for its thermal side and on a SPICE-like system for its electrical side. The model numerical parameters computation and use have been validated with experimental data. On the other hand, long-term behavior of a transil diode hit by lightning induced effects is not well known. So, the second part of this work concerns degradation and weakening effects appearing in normal work conditions of the component. Experimental equipments (high energy pulses generator and measurement setup) have been developped. Preliminary observations have showed differences in the diode behavior under, in one hand, high energy and low current pulses and, in the other hand, high current and low energy pulses. Then, a systematic study showed differences between these two behavior. In the first case, two phenomena leading to a typical increasing of reverse leakage current have been studied and analysed. They appear to be linked to localized breakdown and setting up of deep levels in the junction

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Feltin, Eric. "Hétéro-épitaxie de Nitrure de Gallium sur substrat de silicium (111) et applications." Nice, 2003. http://www.theses.fr/2003NICE4075.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce mémoire concerne l’hétéro-épitaxie de nitrure de galium sur substrat de silicium (111) par Epitaxie en Phase Vapeur d’OrganoMatalliques pour les applications optoélectroniques associées aux nitrures d’éléments III. Les fortes contraintes biaxiales en tension, issues de l’hétéro-épitaxie sur silicium, mènent à la fissuration des couches de GaN. Les diverses études (expérimentales et théoriques) des contraintes intrinsèque et thermique présentes dans GaN apportent une meilleure compréhension de la croissance de GaN sur Si (111), mais permettent aussi de mieux cerner les limitations liées à la fissuration de GaN sur ce nouveau substrat. L’utilisation de super-réseaux AIN/GaN rend possible le contrôle des contraintes dans GaN et permet d’augmenter significativement l’épaisseur de GaN déposée sur silicium sans fissures. Les performances des démonstrateurs de diodes électroluminescentes InGaN réalisés sur Si (111) permettent d’évaluer les possibilités offertes par les nitrures d’éléments III sur silicium pour la fabrication de composants électroniques u optoélectroniques. La croissance tridimensionnelle de GaN et la technique d’épitaxie par surcroissance latérale (ELO) ont été mises en œuvre sur Si (111) pour améliorer les propriétés optiques et cristalline du matériau épitaxié. Pour la première fois, la densité de dislocations dans GaN sur silicium a été réduite à 5 x 107 cm2 pour des couches de GaN ELO complètement coalescées. Les contraintes présentes dans les couches ELO et les couches fissurées sont correctement décrites par les modélisations concernant la réduction de contrainte à partir des surfaces libres. En accord avec ces modélisations concernant la réduction des dimensions latérales des couches, grâce à l’épitaxie sélective, diminue fortement les contraintes dans les couches épitaxiées et permet d’éviter les fissures
The work presented in this manuscript deals with the epitaxial growth of gallium nitride on silicon (111) substrate by Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy for the optoelectronic applications of III-nitride semiconductors. Cracking of the GaN layers is a consequence of th tensile biaxial stress arising from the epitaxy on silicon. Experimental and theoretical analysis of the thermal and intrinsic stresses give a nes possibilities for the growth of GaN on S1 (111) and a better understanding of the problem of cracks in GaN layers. AIN/GaN superlattices have been used for stress engineering in GaN layers deposited on silicon and to strongly increase the GaN thickness deposited on Si (111) without any crack. InGan on silicon for electronic and optoelectronic applications. Three-dimensional growth process and Epitaxial Lateral Overgrowth (ELO) process have been developed in order to increase the optical and crystalline properties of GaN layers on silicon. For the first time, a decrease of the dislocations density of more than two orders of magnitude has been achieved in fully coalesced layers. The stresses present in ELO layers and cracked layers were explained by theoretical models for the reduction of stress from free surfaces. In agreement with these models, the stress present in GaN on silicon can be relieved and the formation of crack can be avoided by the decrease of the lateral dimensions of the layers

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Jugieu, David. "Conception et réalisation d'une matrice de microéjecteur thermique adressable individuellement pour la fonctionnalisation de biopuce." Toulouse, INPT, 2005. http://ethesis.inp-toulouse.fr/archive/00000072/.

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Abstract:

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l’originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d’adressage à cette résistance. Les matrices réalisées ont été caractériésées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l’adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l’éjection

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Grossard, Ludovic. "Corrélations temporelles et spatiales, structuration spectrale et distorsions thermiques dans l'émission d'un laser pompé par diodes." Limoges, 2000. http://www.theses.fr/2000LIMO0035.

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Abstract:

Les travaux realises, regroupes en trois parties, ont traits aux proprietes spatiales et spectrales de l'emission de lasers solides pompes par diodes. Il s'agit de procedes de structuration et de controle de l'emission laser par filtrage frequentiel ou spatial. Le premier chapitre concerne le couplage de rayonnements continus issus de deux volumes distincts pompes en parrallele au sein d'un meme cristal de yag:nd 3 +. Une fente diffractante de largeur variable introduite dans le resonateur (longueur l) etablit des correlations temporelles dans l'emission avec une periodicite egale soit a 2l/c soit a 4l/c. Le deuxieme chapitre concerne l'etude et la realisation d'un laser yag:nd 3 + emettant deux frequences d'ecart ajustable grace a deux cavites couplees. Un ajustement de l'ecart frequentiel entre 10 ghz et 40 ghz a ete obtenu avec une largeur de raie de battement inferieure a 20 khz a 3 db. Ce laser est une source interessante pour la generation de microondes. Le troisieme chapitre traite de la metrologie fine des gradients d'indice d'origine thermique induits dans un laser yvo 4:nd 3 + en regime de fonctionnement continu. Un faisceau sonde unimodal effectue un aller et retour dans le milieu amplificateur. Son profil de phase est ensuite determine a partir de la mesure de trois profils d'eclairement en utilisant un algorithme iteratif de type gerchberg-saxton. La finalite de cette etude est la compensation des aberrations thermiques par introduction dans le resonateur d'un composant dephaseur presentant les aberrations inverses.

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Bouillaud, Hugo. "Fabrication et optimisation des caractéristiques thermiques de diodes Schottky de la filière GaAs et reportées sur SiHR pour des applications de multiplication de fréquences." Electronic Thesis or Diss., Université de Lille (2022-....), 2023. http://www.theses.fr/2023ULILN043.

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Abstract:

Les besoins exponentiels liés aux applications exploitant le domaine THz nécessitent d'accroitre l'éventail des sources disponibles et d'optimiser leur fabrication. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux diodes schottky en vue de la réalisation de multiplicateurs de fréquences. Notre travail de recherche expérimental a consisté en l'optimisation des caractéristiques de diodes schottky de filière GaAs, par le développement et la mise en œuvre d'un procédé de fabrication innovant. Dans un premier temps, nous avons réalisé des diodes schottky GaAs sur substrat GaAs de différentes tailles, pour élaborer des composants de référence. Nous avons ensuite fabriqué un composant de type flip-chip pour une application de multiplication à 150 GHz en boitier guide d'ondes. Enfin, dans le but d'améliorer les performances en puissance des diodes, nous avons optimisé leur dissipation thermique en transférant leur structure épitaxiale sur un substrat bénéficiant d'une meilleure conductivité thermique : le SiHR (silicium haute résistivité). Le procédé technologique complet de ces fabrications est détaillé, puis la dernière partie de l'étude est consacrée à leurs caractérisations. D'une part, nous avons évalué les éventuelles variations sur les caractéristiques des diodes GaAs sur GaAs, induites par les différentes tailles. D'autre part nous avons comparé les deux technologies sur les substrats SiHR et GaAs. Ce travail montre l'apport que peut présenter ce type de technologie reportée, où une diminution significative de la résistance thermique des composants est observée, et est associée à un gain notable sur la résistance série
The exponential needs associated with applications exploiting the THz domain require to expand the range of available sources and optimize their fabrication processes. In this thesis, we focused on schottky diodes for its use as frequency multipliers. Our experimental research involved optimizing the characteristics of GaAs schottky diodes through the development and implementation of an innovative fabrication process. First, we fabricated GaAs schottky diodes on GaAs substrate with several aspect ratios in order to make a reference in terms of device. Then we fabricated a flip-chip device for a 150 GHz frequency multiplication application in a waveguide block. Finally, in order to enhance the power handling of the diodes, we optimized their thermal dissipation by transferring their epitaxial structure onto a substrate with higher thermal conductivity : SiHR (high resistivity silicon). The complete technological processes for these fabrications are detailed, and the last part of the study is dedicated to their characterization. On one hand, we assessed any variations in the characteristics of GaAs diodes on GaAs induced by the different aspect ratios. On the other hand, we compared the two technologies on SiHR and GaAs substrates. This work demonstrates the potential of this type of transferred technology, where a significant reduction of thermal resistance is observed and is associated with a notable improvement of the series resistance

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Gay, Henquinet Nathalie. "Détection, caractérisation électrique et élimination de défauts dans le silicium. Application à la tenue en tension de diodes PN." Aix-Marseille 3, 1997. http://www.theses.fr/1997AIX30127.

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Abstract:

Des plaquettes de silicium f. Z. Soumises a des traitements a temperature elevee et de longue duree ont ete etudiees. Ces traitements etaient necessaires a la preparation de diodes haute tension pouvant supporter au moins 2kv. Les traitements infliges au materiau sont : des implantations de dopants, des oxydations, des recuits sous oxygene ou azote a des temperatures voisines de 1100c pendant des durees de l'ordre de 5 h voire 100 h. La fabrication de ces diodes a ete suivie etape par etape. Les traitements prolonges a haute temperature sous azote sont nocifs. L'azote diffuse vite sous forme de dimere a travers le materiau et ces diffusions s'accompagnent meme de la generation de dislocations et de la formation de precipites, qui peuvent affecter la tenue en tension. Des techniques de gettering externe ont ete utilisees pour ameliorer les composants ainsi que des echantillons contamines volontairement par du nickel, ce sont la diffusion superficielle ou l'implantation de phosphore, l'alliage aluminium-silicium et grace a la collaboration avec ibs l'implantation d'ions helium suivie de la formation de nanocavites. Le gettering par les nanocavites se revele tres efficace si la dose implantee est superieure a 2 10#1#6 cm##2, la concentration en nickel ne depasse pas le ppma certainement a cause d'une saturation des surfaces de cavites par les contaminants. Au cours des experiences liees a la contamination par le nickel et a la decontamination par effet getter, un phenomene nouveau est apparu : l'auto-gettering par le nickel. Les trois techniques de gettering ont ete appliquees a l'amelioration des diodes et il en est resulte une diminution des courants de fuite et une augmentation des longueurs de diffusion ainsi que de la tenue en tension.

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Leng, Sovannarith. "Identifying and evaluating aging signatures in light emitting diode lighting systems." Thesis, Toulouse 3, 2017. http://www.theses.fr/2017TOU30035/document.

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Abstract:

Dans ce travail, les dégradations des diodes électroluminescentes (DEL) ont été étudiées en identifiant et en évaluant leurs signatures électriques et photométriques en vieillissement accéléré sous stress thermique et électrique. Un prototype de banc de test expérimental a été développé et construit spécifiquement pour cette étude ce qui nous a permis de tester 128 échantillons en appliquant différentes conditions de stress thermiques et électriques. Quatre types différents de DEL ont été étudié avec des caractéristiques techniques similaires (température de couleur, courant nominal, mono-puce,...) mais avec des technologies différentes couvrant les principaux acteurs du marché (Cree, Osram, Philips et Seoul Semiconductor). Les échantillons ont d'abord été caractérisés à leur état initial, puis soumis à des conditions de stress électrique (à 350mA ou 1050mA) et thermique (fixé à 50°C). Les mécanismes de défaillance ont été analysés en étudiant l'évolution des signatures électriques et photométriques. Ces caractérisations ont permis d'évaluer et de déterminer l'origine des dégradations à différents niveaux : puce semi-conductrice, interconnexions, phosphore ou encapsulation du dispositif. Les caractérisations électriques nous ont permis d'identifier les mécanismes de dégradation de la puce semi-conductrice et de déterminer la nature des dégradations au niveau du contact ohmique du dispositif (sous fort courant injecté). Les caractérisations photométriques complètent cette étude en évaluant les dégradations associées à l'optique (encapsulation et packaging)
In this work, the degradation of light emitting diodes (LEDs) is studied by identifying and evaluating their aging signature during the stress time. The custom-made experimental test bench is built for realization of the test measurement. Through this experimental test bench, it allows to test a large amount of LED samples and enable to select different temperature condition and different current stress level. There are four different types of LED with similar characteristic in term of their color temperature, IF, VF, power (1W) and as monochip, but different technology coming from Cree, Osram, Philips and Seoul Semiconductor. The devices are firstly characterized their electrical and photometrical characteristic at their initial state, then they are submitted to different current stress condition at low current stress (350mA) and high current stress (1000mA) while the thermal stress is fixed at one temperature (50°C). The study of these devices failure mechanism is archived by using the primary method based on the electrical and photometrical characterization of the devices that allows to evaluate their degradation at different locations of the device components such as semiconductor chip, interconnection and device's package. The electrical characteristic of the device's I-V curve: at low injected current level and reverse bias allow us to identify the degradation characteristic of device's semiconductor chip, at high injected current level allows us to determine the degradation of device's ohmic contact and photometric characteristic allows us to evaluate the degradation of device's package system

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Tang, Xiao. "Optimisation théorique et expérimentale de composants hyperfréquences de la filière nitrure de gallium à partir d’études physico-thermiques et électriques." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10004/document.

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Abstract:

Le travail de thèse consiste à étudier des composants de la filière nitrure de gallium à partir d’études électriques et d’un modèle physico-thermique. Les dispositifs de cette filière sont très prometteurs pour des applications de puissance en hyperfréquence. Cependant, leurs performances électriques sont limitées par deux causes principales : La première cause est liée à la réalisation des contacts. Dans ce travail, nous avons étudié des contacts Schottky TiN sur hétérostructures AlGaN/GaN sur substrats Si (111) réalisés par pulvérisation magnétron. Une analyse détaillée des paramètres obtenus, tels que la hauteur de barrière, le coefficient d’idéalité et le courant de fuite en polarisation inverse, permet d’optimiser la topologie et le procédé technologique, tels que la température et la durée de recuit, la passivation et le prétraitement de surface. La théorie relative aux mécanismes de conduction à travers le contact est aussi rappelée, montrant que l’effet tunnel assisté par champ électrique et le courant limité par charge d’espace sont les mécanismes dominants. La seconde cause est liée à l’effet d’auto-échauffement important dans les composants de la filière GaNcompte tenu des fortes puissances dissipées, ce qui dégrade leurs performances électriques ainsi que la fiabilité. Dans ce cadre, un modèle physico-thermique basé sur le couplage d’un modèle énergie-balance avec un modèle thermique a été développé. Ce modèle prend en compte la température de réseau en tout point du composant et décrit bien les performances électriques et thermiques des composants de cette filière. Grâce au modèle développé, nous avons d’abord analysé les hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN sur différents substrats à partir de structures TLM, afin d’évaluer leurs performances électriques et thermiques, et ainsi d’optimiser le choix des substrats. Nous avons également étudié les diodes Gunn de la filière GaN avec différentes topologies, ce qui a permis d’optimiser une structure en termes de fréquence d’oscillations et de conversion de puissance, en prenant en compte les effets thermiques. Après une comparaison entre les résultats de simulation et ceux mesurés, il s’avère que le modèle physico-thermique est un outil de prédiction précis et fiable, extrêmement utile pour les technologues et qui permet en outre une meilleure compréhension des phénomènes physiques observés
The work of this thesis is dedicated to study gallium nitride based components by means of electric studies and a physical-thermal model. The GaN based devices are very promising for high-frequency microwave power applications. However, their electric performances are limited by two principal causes: The first cause is related to the contacts realization. In this work, we studied TiN Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures on Si (111) substrates realized by magnetron spray. A detailed analysis of the obtained parameters, such as the barrier height, the ideality factor and the reverse leakage current, permits optimizing the topology and the technological processes, such as the annealing temperature and time, thepassivation and the surface pre-etching. The theory related to the conduction mechanisms through the contact is also recalled, showing that the electric field assisted tunnel effect and the space charge limited current are the dominant mechanisms. The second cause is related to the important self-heating effect in the GaN based components inconsideration of the high dissipated power, which degrades the electric performances and the reliability as well. In this framework, a physical-thermal model based on the coupling of an energy-balance model with a thermal model was developed. Such a model takes into account the lattice temperature everywhere in the device and describes the electric and thermal performances of GaN based components. Thanks to the developed model, firstly the AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures were analyzed on different substrates by means of TLM patterns, in order to evaluate their electric and thermal performances so as to optimize the substrate choice. The GaN based Gunn diodes with different topologies were also studied with the goal to optimize a structure in terms of frequency oscillation and power conversion, taking into account the thermal effects. After a comparison between the simulation results and the measured ones, it is proved that the physical-thermal model is an accurate and reliable predictive tool, which is extremely useful for the technologists and furthermore, permits a better understanding of the observed physical phenomena

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Aubry, Valérie. "Etude des diodes schottky tungstene sur les alliages de silicium-germanium deposes par rtcvd : caracterisations electriques et stabilite thermique." Paris 11, 1994. http://www.theses.fr/1994PA112004.

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Abstract:

Les heterostructures si#1#-#xge#x/si jouent un role de plus en plus important dans les circuits vlsi a base de si. La decroissance rapide de l'energie de bande interdite du materiau si#1#-#xge#x contraint avec la concentration en ge est interessante pour un grand nombre de dispositifs. De telles applications necessitent une bonne maitrise des metallisations. Dans ce memoire, nous montrons l'influence de la composition en ge et de la contrainte sur les proprietes electriques de la diode schottky w sur si#1#-#xge#x de type n et p, et aussi le comportement de ce contact sous traitements thermiques. La hauteur de barriere schottky sur le type n n'est pas sensible aux parametres de depot, alors que la hauteur de barriere sur le type p montre une dependance avec la composition en ge identique a celle de l'energie de bande interdite des films de si#1#-#xge#x. La hauteur de barriere sur le type p est egalement sensible a la contrainte dans la couche: elle augmente avec le taux de relaxation de la meme maniere que l'energie de bande interdite du si#1#-#xge#x. Cela suggere que le niveau de fermi est bloque par rapport a la bande de conduction. Dans un deuxieme temps, nous avons etudie la stabilite thermique du contact w/si#0#,#6#7ge#0#,#3#3 apres des recuits conventionnels et des recuits rapides. Les recuits rapides empechent la formation d'oxyde de w et nous n'observons pas de decomposition de l'alliage, comme c'est le cas au cours des recuits conventionnels. A 1000c, les deux recuits conduisent a la formation de wsi#2 tetragonal. Ce siliciure contient du ge, mais en quantite inferieure a celle presente dans la couche de si#1#-#xge#x de depart. On ne forme pas de compose entre le w et le ge. Quelques mesures electriques ont egalement ete effectuees apres recuits rapides sur la diode schottky w/si#0#,#8#3ge#0#,#1#7 de type p

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Zarco, Pernia Esther. "Optimisation des montages industriels et économie d’énergie par maîtrise de la convection naturelle dans les cavités thermiques diodes." Paris 10, 2013. http://www.theses.fr/2013PA100186.

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Abstract:

L'objectif de notre travail est la quantification et la qualification du transfert de chaleur qui se produit dans les cavités parallélogrammatiques basés sur les différents paramètres qui peuvent intervenir. Cette enceinte est formée de deux parois actives et deux passives, avec l’air comme fluide caloporteur. Les deux premières parois sont toujours maintenues verticales et elles sont appelées actives par le fait qu’elles sont les responsables de la création de l'écoulement de convection naturelle grâce à une différence des températures entre elles. Les deux autres parois passives (horizontales dans un premier cas) sont adiabatiques. Beaucoup de configurations différentes de cette cavité peuvent être étudiées par la simple variation de l'angle d'inclinaison des parois passives par rapport à la direction horizontale. Lorsque l’angle d'inclinaison des parois passives est négatif, la paroi active chaude reste placée au-dessus de la paroi froide, et le transfert de chaleur par convection naturelle diminue par rapport au cas de la cavité carrée (angle nul). La cavité est dite isolante dans le sens du mot convectif. Pour les angles positifs la paroi chaude est située en dessous de la paroi froide. Pour ces configurations la convection naturelle est favorisée en trouvant un transfert maximum pour un angle optimal supérieur à 0°. À part une étude détaillée de la convection naturelle dans ces cavités, la nouveauté de ce travail réside en l’analyse de l’influence d’une masse thermique capacitive formant le mur chaud. Cette investigation, qui a comme but l’étude de l’interaction entre la conduction et la convection naturelle, n'a jamais été étudiée auparavant dans ce type de cavités. Plusieurs matériaux avec des propriétés physiques très différentes seront donc analysés
The aim of this work is the quantification and qualification of heat transfer that occurs in parallelogrammic cavities based on various parameters. This enclosure is formed of two active and two passive walls, with air as the closed fluid. The first two walls are always maintained vertical and they are called active because they create the natural convection flow inside the cavity through a temperature difference between them. The other two passive walls (horizontal at the first time) are adiabatic. Many different configurations of the cavity can be studied by simple variation of the angle of inclination of the passive walls with respect to the horizontal direction. When the inclination angle of the passive wall is negative, the active hot wall is above the cold wall, and the heat transfer by convection decreases compared with the case of the square cavity (angle zero). The cavity is called insulated in the convective meaning of the wall. For positive angles the hot wall is located below the cold one. For these configurations, natural convection is enhanced and we find a maximum transfer rate for an optimum angle greater than 0°. In addition to the detailed study of natural convection in these cavities, the novelty of this work is the analysis of the influence of a capacitive thermal mass forming the hot wall. This investigation, whose objective is the study of the interaction between conduction and natural convection, has never been studied before in this type of cavities. Several materials with very different physical properties will therefore be analyzed

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Antou, Guy. "Améliorations de revêtements barrières thermiques par un procédé de refusion laser in situ utilisant un laser à diodes." Strasbourg 1, 2004. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2004/ANTOU_Guy_2004.zip.

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Les barrières thermiques, réalisées par projection thermique à la torche à plasma d'arc soufflé et constituées d'une couche céramique de zircone stabilisée notamment à l'yttrine (ZrO2-Y2O3), sont largement utilisées pour protéger les composants des turbines à gaz aéronautiques des dégradations à haute température, de la corrosion et de l'oxydation. Toutefois, ces revêtements se dégradent lors des cycles de fonctionnement. Aussi, il existe une véritable difficulté technologique pour élaborer à un coût modéré des barrières thermiques présentant à la fois de faibles caractéristiques de conductivité et une bonne tenue en service. L'originalité de cette étude est donc de modifier les propriétés de barrières thermiques à base de zircone partiellement stabilisée par un procédé de refusion laser in situ couplant la projection thermique à la refusion par irradiation laser. Au final, le procédé de refusion in situ a permis d'architecturer différemment les dépôts barrières thermiques, et notamment : (i) de substituer à la microstructure lamellaire des dépôts projetés une microstructure dendritique colonnaire plus adaptée aux sollicitations thermomécaniques (augmentation de la résistance aux chocs isothermiques pouvant aller jusqu'au doublement du nombre de cycles) ; (ii) d'obtenir une architecture poreuse moins sensible au frittage, d'où une meilleure conservation des propriétés thermiques et mécaniques du dépôt lors de maintiens à hautes températures ; (iii) d'améliorer les propriétés d'isolation thermique de la barrière thermique, notamment en réduisant la conductivité thermique du dépôt d'environ 30 % ; (iv) de diminuer drastiquement sa perméabilité pour lutter contre l'oxydation et la corrosion ; (v) d'obtenir une phase tétragonale métastable plus stable lors de chocs thermiques ; (vi) de conserver les propriétés élastiques du dépôt (module de Young intrinsèque et apparent)
Yttria partially stabilized zirconia thermal barrier coatings (TBCs) are nowadays widely used to protect components of aero gas turbines against degradation at high temperature, corrosion and oxidation. However, these coatings degrade in service conditions. Therefore, to manufacture TBC which present both low thermal conductivity and high life-time is a real challenge. Engineering the coating architecture by an adapted process is a prerequise to modify TBC characteristics. In this study, laser remelting was combined to thermal spraying in order to modify the TBC properties. The purpose was to adapt TBC characteristics during their manufacturing process, without adding one or even more additional steps. In situ laser treatment (i) changes structure from lamellar to dendritic columnar; (ii) generates a pore architecture less sensitive to sintering, inducing then a best conservation of the thermal and mechanical properties during thermal treatments at high temperatures; (iii) improves the thermal insulation properties of the TBC by decreasing its thermal conductivity of about 30 %; (iv) decreases its permeability in order to diminish oxidation and corrosion phenomena; (v) increases the resistance to isothermal shocks (with the possibility to double the number of cycles); (vi) conducts to a metastable tetragonal phase more stable during thermal shocks; (vii) without modifying elastic response of the deposit

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Lewis, Dean. "Réalisation d'un banc optique d'imagerie thermique et thermoélastique pour composants électroniques en fonctionnement : application à l'étude de l'effet Peltier généré aux contacts ohmiques de circuits intégrés et la caractérisation du comportement thermique de diodes laser." Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10598.

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Ce travail s'inscrit dans le cadre de la recherche et du developpement de techniques nouvelles de caracterisation du comportement thermique de composants electroniques en fonctionnement par sondes optiques haute resolution. Il decrit la conception et le developpement de bancs d'imagerie thermique et thermoelastique pour composants electroniques. Nous avons applique cette instrumentation et les methodologies correspondantes a deux etudes. La premiere concerne l'effet peltier genere aux contacts ohmiques de circuits integres. La deuxieme concerne le comportement thermique de diodes laser pour les telecommunications et s'est effectuee en collaboration avec un partenaire industriel

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Cardinali, Vanessa. "Matériaux lasers dopés à l'ion ytterbium : Performances lasers en pompage par diodes lasers et étude des propriétés thermo-optiques à des températures cryogéniques." Phd thesis, Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. https://pastel.hal.science/docs/00/61/31/85/PDF/Doctorat_CardinaliVanessa.pdf.

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Dans les lasers, les gradients de température dans les milieux à gain provoquent des déformations de l'onde laser qui s'y propage. Le but de ma thèse est de mesurer les propriétés thermo-optiques (conductivité thermique, coefficient thermo-optique dn/dT, coefficient de dilatation) de nouveaux matériaux lasers permettant d'atteindre des énergies élevées à de hautes cadences de tir. Ces matériaux sont des céramiques sesquioxydes de scandium Sc2O3, de lutétium Lu2O3 et d'yttrium Y2O3 dopées ytterbium. Les mesures se font à basse température (température de l'azote liquide, 77 K) car les propriétés thermiques sont améliorées lorsque la température du matériau diminue. Ces matériaux ont également été testés en configuration d'oscillateur laser relaxé, montrant ainsi tout l'intérêt de travailler à basse température. Les mesures de ces propriétés représentent un enjeu majeur pour le développement des lasers de forte puissance, d'autant plus que les données de la littérature concernant ces matériaux, dans ces domaines de température, sont quasiment inexistantes. D'autres matériaux comme des cristaux et des céramiques de YAG, des cristaux de fluorure de calcium CaF2 dopés ytterbium, et des verres phosphates dopés néodyme ont également été testés
In solid-state lasers, heat generation in gain medium can introduce wave-front distorsions. The goal of my thesis is to measure thermo-optic coefficients (thermal conductivity, thermo-optic coefficient dn/dT and thermal expansion coefficient) of new laser materials allowing reaching high energy with high repetition rate. These laser materials are ytterbium doped ceramics of sesquioxides of scandium Sc2O3, lutetium Lu2O3 and yttrium Y2O3. These materials have also been tested in a free running laser oscillator: these experiments have shown the interest to work at low temperature. When driven at low temperature (cryogenic cooling), thermal properties of these materials are improved. Thermo-optical values of these materials are actually unknown in the literature, especially at low temperatures. Therefore, measuring these parameters is very important for the development of high-power lasers. Other materials have also been studied: ytterbium doped ceramics and crystals of YAG, crystals of calcium fluoride CaF2 and neodymium doped phosphate laser glass

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Cardinali, Vanessa. "Matériaux lasers dopés à l'ion ytterbium : Performances lasers en pompage par diodes lasers et étude des propriétés thermo-optiques à des températures cryogéniques." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00613185.

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Dans les lasers, les gradients de température dans les milieux à gain provoquent des déformations de l'onde laser qui s'y propage. Le but de ma thèse est de mesurer les propriétés thermo-optiques (conductivité thermique, coefficient thermo-optique dn/dT, coefficient de dilatation) de nouveaux matériaux lasers permettant d'atteindre des énergies élevées à de hautes cadences de tir. Ces matériaux sont des céramiques sesquioxydes de scandium Sc2O3, de lutétium Lu2O3 et d'yttrium Y2O3 dopées ytterbium. Les mesures se font à basse température (température de l'azote liquide, 77 K) car les propriétés thermiques sont améliorées lorsque la température du matériau diminue. Ces matériaux ont également été testés en configuration d'oscillateur laser relaxé, montrant ainsi tout l'intérêt de travailler à basse température. Les mesures de ces propriétés représentent un enjeu majeur pour le développement des lasers de forte puissance, d'autant plus que les données de la littérature concernant ces matériaux, dans ces domaines de température, sont quasiment inexistantes. D'autres matériaux comme des cristaux et des céramiques de YAG, des cristaux de fluorure de calcium CaF2 dopés ytterbium, et des verres phosphates dopés néodyme ont également été testés.

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Benmansour, Adel. "Contribution à l'étude des mécanismes de défaillances de l'IGBT sous régimes de fortes contraintes électriques et thermiques." Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13752/document.

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Abstract:

Depuis ces dernières années, parmi tous les composants de puissance, l’IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) occupe une place prépondérante, On le retrouve dans une multitude d’applications et il est devenu un composant de référence de l’électronique de puissance. Dans cette thèse, nous nous intéresserons au fonctionnement de l’IGBT en conditions thermiques et électriques extrêmes. À l'aide de la simulation physique bidimensionnelle d'un modèle d'IGBT de type Punch Through à structure de grille en tranchée, on s'intéressera plus particulièrement aux limites des aires de sécurité, et plus précisément aux mécanismes qui peuvent amener à la défaillance du composant. Une étude expérimentale présentera le comportement de différentes structures d’IGBT dans différents modes de fonctionnement, on traitera plus particulièrement l’influence de la température et de la résistance de grille sur ces modes de fonctionnement. Enfin, une proposition d’amélioration d’IGBT sera développée en simulation mettant en œuvre une couche tampon SiGe
For these last years, the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has occupied a dominating place comparing to other power components. Used in a multitude of applications, it became the component of reference in power electronics domain. In this thesis, I will be interested in operation of the IGBT in extreme thermal and electrical conditions. Using the simulation of a bi-dimensional physical model of a Punch Through Trench IGBT, I will be interested more particularly in the limits of the SOA (Safe Operating Area), and more precisely in the mechanisms which can lead to the failure of the component. An experimental study will present the behaviour of various structures of IGBT in various electrical and thermal operating conditions, more particularly the influence of the temperature and the gate resistance. Lastly, a proposal for an improvement of IGBT will be developed in simulation by implementing a layer SiGe in the N+ buffer layer of the IGBT

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Moussodji, Moussodji Jeff. "Caractérisation et modélisation électro-thermique distribuée d'une puce IGBT : Application aux effets du vieillissement de la métallisation d'émetteur." Thesis, Cachan, Ecole normale supérieure, 2014. http://www.theses.fr/2014DENS0013/document.

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Abstract:

Les convertisseurs de puissance structurés autour de puces de puissance (IGBT, MOSFET, diodes, ...) sont de plus en plus sollicités dans les systèmes de transport, du ferroviaire à l'aéronautique, en passant par l'automobile. Dans toutes ces applications, la fiabilité des composants constitue encore un point critique. C'est notamment le cas dans la chaîne de traction de véhicules électriques (VE) et hybrides (VH, où les puces sont souvent exposées à de fortes contraintes électriques, thermiques et mécaniques pouvant conduire à la défaillance. Dans ce contexte, l'amélioration des connaissances sur les effets des dégradations des composants semi-conducteurs de puissance et leurs assemblages dus au stress électrothermiques et thermomécaniques est incontournable. En particulier sur la puce semi-conductrice elle-même, siège d'interactions physiques importantes, et en son voisinage immédiat. Les objectifs de la thèse sont de mettre en lumière les stress électro-thermiques et mécaniques dans les puces et leurs effets sur la puce et son voisinage immédiat et à évaluer les effets de dégradations à l'aide de modèles distribués. Les travaux comportent ainsi deux volets. Un volet expérimental original visant la caractérisation électrothermique de puce de puissance (IGBT et diode) sur la base de micro-sections. La piste suivie par cette approche devrait permettre de rendre possible la caractérisation d'un certain nombre de grandeurs physiques (thermiques, électriques et mécaniques) sur les tranches sectionnées des puces sous polarisation (en statique, voire en dynamique) et ainsi contribuer à l'amélioration des connaissances de leur comportement. Ainsi, des cartographies de distributions verticales de température de puce IGBT et diode et de contraintes mécaniques sont présentées. C'est à notre connaissance une voie originale qui devrait permettre de d’ouvrir un large champ d'investigation dans le domaine de la puissance.Le second volet est théorique et consiste à mettre en place un modèle électrothermique distribué de puce IGBT. Cette modélisation comme nous l'envisageons implique de coupler dans un unique environnement (Simplorer) une composante thermique et une composant électrique. Le développement choisi passe par l'utilisation de modèle physique d'IGBT tels que celui de Hefner. Ce modèle est ensuite appliqué pour étudier le rôle et les effets du vieillissement de la métallisation de puce lors de régimes électriques extrêmes répétitifs tels que les courts-circuits. Un aspect original du travail est la démonstration par analyse numérique du mode de défaillance par latch-up dynamique à l'instant de la commande d'ouverture du courant de court-circuit. Ce phénomène bien qu'ayant été observé lors de vieillissement d'IGBT par répétition de courts-circuits n'avait à notre connaissance pas encore été simulé. La modélisation distribuée de la puce et la simulation du phénomène nous a ainsi permis de vérifier certaines hypothèses
Power modules, organized around power chips (IGBT, MOSFET, diodes, …), are increasingly needed for transportations systems such a rail, aeronautics and automobile. In all these application, power devices reliability is still a critical point. This is particularly the case in the powertrain of hybrid or electric vehicle in which power chips are often subjected to very high electrical and thermal stress levels such as hybrid or electric vehicle, power devices are subjected to very high electrical, thermal and mechanical stress levels which may affect their reliability.Thus, the ability to analyze the coupled phenomena and to accurately predict degradation mechanisms in power semiconductors and their effects due to electro-thermal and thermo-mechanical stress is essential. Especially on the semiconductor chip where significant physical interactions occur and its immediate vicinity. The aim of this work is to highlight the electro-mechanical and thermal stress and their effects on the semiconductor chip and its immediate vicinity, by evaluating the effects of damage using distributed models. This work consists of two parts :An original experimental approach concerning the elctro-thermal characterization of cross section power chips (IGBT and diodes). In this approach, it is exposed for the first time, an original way to characterize vertical thermal distributions inside high power silicon devices under forward bias. Thus, the vertical mapping of temperature and mechanical stress of IGBT and diode chip are presented. The impact of this work that is opens a wide field of investigations in high power semiconductor devices. The second part is theoretical and aims to implementing a distributed electro-thermal model of IGBT chip.The modeling strategy consists on a discretization of the power semiconductor chip in macro-cells with a distributed electro-thermal behavior over the chip area. In case of the IGBT devices each macro-cell is governed by the Hefner model and electrically linked by their terminals. Temperature variable used in these macro-cells are obtained by a nodal 3D-RC thermal model. This allows the distributed electro-thermal problem to be solved homogeneously and simultaneously by a circuit solver such as Simplorer. The aim of this model is to allow the accurate analysis of some effects ine the electrical and thermal coupling over the chip. Especially, this model should allow explaining some effects such as the contacts position over the die metallization and the ageing of the emitter metallization of the chip. In a first step, the model is used to clarify how the current and the temperature map are distributed over the chip according to the relative positions between cells and wire bond contacts on the top-metal during short-circuit operation. In a second step, we will show how dynamic latch-up failures may occur when trying to turn-off a short circuit process

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Gatard, Emmanuel. "Analyse des phénomènes physiques dans les diodes p-i-n : contribution à la modélisation électrothermique pour les applications de puissance RF et hyperfréquences." Limoges, 2006. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/0b9b8206-a9ad-4e98-8108-afdd5506fda2/blobholder:0/2006LIMO0065.pdf.

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Les diodes p-i-n sont largement utilisées dans les applications RF et hyperfréquences telles que les déphaseurs, commutateurs, atténuateurs et limiteurs. L'évaluation précise des grandeurs électriques aux accès du composant, l'étude de la fiabilité et des effets thermiques passent aujourd'hui par le couplage de modèles électriques et thermiques. Les modèles actuels de diodes en hyperfréquences sont de simples résistances contrôlées en courant sans effet non-linéaire, ni prise en compte de la température. Dans ce contexte, le comportement électrique de la diode a été largement analysé à l'aide de simulations physiques. Ainsi, un modèle électrique non-linéaire a pu être développé et implanté dans un simulateur circuit. Une méthodologie de modélisation thermique non-linéaire à partir d'une description 3D éléments finis a également été développée. Finalement, un modèle électrothermique non-linéaire de la diode p-i-n a été proposé et validé avec succès par de nombreuses mesures. Le modèle développé a été mis à profit pour la simulation d'un limiteur forte puissance en bande S
P-I-N diodes are widely used in active, passive microwave applications including phase shifters, switches, attenuators and limiters. An accurate prediction of electrical behavior, reliability and thermal management of semiconductor power devices goes through the coupling of thermal models with electrical models. Conventional p-i-n diode models at microwave frequencies are simply current controlled resistance without nonlinear effect and temperature dependence. In this context, the diode electrical behavior was largely studied thanks to physics-based simulations. Thus, a nonlinear electrical model was developed in forward as in reverse bias operation and implemented in a commercial circuit simulator. A nonlinear thermal reduced model of the diode was also developed from a 3D finite element description and implemented in a circuit simulator. Finally, a nonlinear electrothermal p-i-n diode model was proposed and successfully validated with small and large signal measurements. The developed model was used to enable the simulation of high power S band limiters

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DUPONT-NIVET, ERIC. "Epitaxie en phase vapeur aux organometalliques de gainp et algainp sur gaas : application a la realisation de diodes et de lasers a heterojonctions." Paris 7, 1987. http://www.theses.fr/1987PA077108.

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Abstract:

Principes de base de la methode movpe et problemes poses par sa mise en oeuvre. Cas particuliers de gainp et de algainp. Analyse des mecanismes de la methode movpe. Proprietes des interfaces gainp/gaas, algainp/gaas et algainp/gainp et presentation de puits quantiques algainp/gainp. Realisation de dispositifs optoelectroniques: presentations de diodes electroluminescentes a homojonctions en gainp et algainp, examen des travaux des principales equipes epitaxiant algainp, presentation de lasers a heterojonctions algainp/gainp/algainp

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Brassé, Ludovic. "Etude et réalisation d'amplificateurs guides d'ondes appliqués aux microlasers." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2000. http://www.theses.fr/2000GRE10196.

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Dans le cadre des recherches sur une source laser de puissance compacte en nd : yag, ce memoire presente l'etude et la realisation d'amplificateurs guides d'ondes appliques aux microlasers. Les microlasers en nd : yag sont des sources monolithiques et miniatures pompes par diode laser et emettant a 1m. Il apparait que l'augmentation de la puissance des microlasers permet de repondre a de nouvelles applications potentielles. Nous avons donc modelise, dans un premier temps, le fonctionnement en regime continu et impulsionnel des amplificateurs guides d'ondes planaires pompes transversalement pour dimensionner les dispositifs. La modelisation a pris en compte les phenomenes susceptibles de limiter le gain de l'amplificateur : l'upconversion, la saturation de l'absorption de la pompe. Nous avons ensuite realise les structures guidantes par epitaxie en phase liquide (epl) en utilisant, pour la premiere fois avec les couches epitaxiees de yag (y 3al 5o 1 2), un nouveau solvant : le melange bi 2o 3/b 2o 3. Cette mise au point technologique a necessite l'emploi de 9 techniques de caracterisation pour controler les parametres de croissance de nos couches. Deux types de structures ont ete synthetises : des guides multicouches pour pompage par la gaine et des guides possedant une simple couche active enterree par une couche de protection. Dans une derniere etape du travail, un banc de test des guides d'ondes realises a permis de montrer l'amplification dans ces dernieres structures avec des valeurs comparables a celles prevues par la theorie.

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El, Makoudi Ikram. "Étude et fabrication de transistors à enrichissement de la filière InAlAs/InGaAs pour applications millimétriques faible bruit." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10069/document.

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Pour les applications électroniques analogiques, des composants fonctionnant en hautes fréquences avec un faible niveau de bruit sont nécessaires. Pour le développement de circuits numériques hauts débits de type DCFL, il faut utiliser des transistors à effet de champ à tensions de seuil positives. De plus, la tenue en tension est aussi une contrainte. La structure HEMT métamorphique à enrichissement AlInAs/GaInAs sur GaAs développée par la société OMMIC en 2007 répond à ces exigences et constitue le point de départ de cette étude. Le but de cette thèse est en effet de fournir une structure de HEMTs à enrichissement (E-HEMTs) de la filière AlInAs/InGaAs pour applications faible bruit sur substrat InP, afin de tirer profit de sa forte mobilité électronique, tout en maintenant de bonnes caractéristiques statiques et dynamiques. Notre travail d’optimisation, de réalisation et de caractérisation de structures permet d’atteindre des fréquences de coupure FT, FMAX de respectivement 204 GHz et 327 GHz, pour un NFmin de 0.96 dB et un gain associé de 13.2 dB à 30 GHz, pour des structures présentant d’excellentes performances statiques : tension de seuil positive de 30 mV, tension de claquage grille - drain de –7 V, transconductance de 1040 mS/mm. Ces résultats placent ce HEMT sur InP à l’état de l’art des transistors HEMTs à enrichissement, et en font un concurrent des transistors HEMTs à déplétion pour les applications faible bruit
The increasing needs of high frequency electronic systems combined with constant efforts in miniaturization require low noise and high frequency Field Effect Transistor with high operation voltage. For digital applications, enhancement mode HEMT is needed. The enhancement-mode metamorphic AlInAs/GaInAs HEMT on GaAs substrate developed in OMMIC in 2007 meet these requirements and it represents the starting point of our study. The aim of our work is to provide AlInAs/InGaAs E-HEMTs for low noise applications, on InP substrate in order to take advantage of its high electronic mobility, while maintaining high static and dynamic performances. We first optimized the structure, then we realized and characterized E-HEMTs which reach high cutoff frequencies, such as 204 GHz for FT and 327 GHz for FMAX, combined with a low noise figure of 0.96 dB and an associated gain of 13.2 dB at 30 GHz. These structures also show high static performances such as a 30 mV threshold voltage, a gate-to-drain breakdown voltage of –7 V, and a high transconductance of 1040 mS/mm. These results make this pseudomorphic E-HEMT on InP substrate at the state of the art of the enhancement mode HEMTs, and it even competes with the best low noise applications depletion mode HEMTs

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Ayvazyan, Vigen. "Etude de champs de température séparables avec une double décomposition en valeurs singulières : quelques applications à la caractérisation des propriétés thermophysiques des matérieux et au contrôle non destructif." Thesis, Bordeaux 1, 2012. http://www.theses.fr/2012BOR14671/document.

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Abstract:

La thermographie infrarouge est une méthode largement employée pour la caractérisation des propriétés thermophysiques des matériaux. L’avènement des diodes laser pratiques, peu onéreuses et aux multiples caractéristiques, étendent les possibilités métrologiques des caméras infrarouges et mettent à disposition un ensemble de nouveaux outils puissants pour la caractérisation thermique et le contrôle non desturctif. Cependant, un lot de nouvelles difficultés doit être surmonté, comme le traitement d’une grande quantité de données bruitées et la faible sensibilité de ces données aux paramètres recherchés. Cela oblige de revisiter les méthodes de traitement du signal existantes, d’adopter de nouveaux outils mathématiques sophistiqués pour la compression de données et le traitement d’informations pertinentes. Les nouvelles stratégies consistent à utiliser des transformations orthogonales du signal comme outils de compression préalable de données, de réduction et maîtrise du bruit de mesure. L’analyse de sensibilité, basée sur l’étude locale des corrélations entre les dérivées partielles du signal expérimental, complète ces nouvelles approches. L'analogie avec la théorie dans l'espace de Fourier a permis d'apporter de nouveaux éléments de réponse pour mieux cerner la «physique» des approches modales.La réponse au point source impulsionnel a été revisitée de manière numérique et expérimentale. En utilisant la séparabilité des champs de température nous avons proposé une nouvelle méthode d'inversion basée sur une double décomposition en valeurs singulières du signal expérimental. Cette méthode par rapport aux précédentes, permet de tenir compte de la diffusion bi ou tridimensionnelle et offre ainsi une meilleure exploitation du contenu spatial des images infrarouges. Des exemples numériques et expérimentaux nous ont permis de valider dans une première approche cette nouvelle méthode d'estimation pour la caractérisation de diffusivités thermiques longitudinales. Des applications dans le domaine du contrôle non destructif des matériaux sont également proposées. Une ancienne problématique qui consiste à retrouver les champs de température initiaux à partir de données bruitées a été abordée sous un nouveau jour. La nécessité de connaitre les diffusivités thermiques du matériau orthotrope et la prise en compte des transferts souvent tridimensionnels sont complexes à gérer. L'application de la double décomposition en valeurs singulières a permis d'obtenir des résultats intéressants compte tenu de la simplicité de la méthode. En effet, les méthodes modales sont basées sur des approches statistiques de traitement d'une grande quantité de données, censément plus robustes quant au bruit de mesure, comme cela a pu être observé
Infrared thermography is a widely used method for characterization of thermophysical properties of materials. The advent of the laser diodes, which are handy, inexpensive, with a broad spectrum of characteristics, extend metrological possibilities of infrared cameras and provide a combination of new powerful tools for thermal characterization and non destructive evaluation. However, this new dynamic has also brought numerous difficulties that must be overcome, such as high volume noisy data processing and low sensitivity to estimated parameters of such data. This requires revisiting the existing methods of signal processing, adopting new sophisticated mathematical tools for data compression and processing of relevant information.New strategies consist in using orthogonal transforms of the signal as a prior data compression tools, which allow noise reduction and control over it. Correlation analysis, based on the local cerrelation study between partial derivatives of the experimental signal, completes these new strategies. A theoretical analogy in Fourier space has been performed in order to better understand the «physical» meaning of modal approaches.The response to the instantaneous point source of heat, has been revisited both numerically and experimentally. By using separable temperature fields, a new inversion technique based on a double singular value decomposition of experimental signal has been introduced. In comparison with previous methods, it takes into account two or three-dimensional heat diffusion and therefore offers a better exploitation of the spatial content of infrared images. Numerical and experimental examples have allowed us to validate in the first approach our new estimation method of longitudinal thermal diffusivities. Non destructive testing applications based on the new technique have also been introduced.An old issue, which consists in determining the initial temperature field from noisy data, has been approached in a new light. The necessity to know the thermal diffusivities of an orthotropic medium and the need to take into account often three-dimensional heat transfer, are complicated issues. The implementation of the double singular value decomposition allowed us to achieve interesting results according to its ease of use. Indeed, modal approaches are statistical methods based on high volume data processing, supposedly robust as to the measurement noise

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Fayad, Paul B. "Analyse par spectrométrie de masse d’hormones stéroïdiennes dans les eaux usées et abattement par oxydation chimique." Thèse, 2013. http://hdl.handle.net/1866/11187.

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Solliec, Morgan. "Analyse par spectrométrie de masse des antibiotiques vétérinaires liés à l’élevage porcin." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/13571.

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Abstract:

L’élevage des porcs représente une source importante de déversement d’antibiotiques dans l’environnement par l’intermédiaire de l’épandage du lisier qui contient une grande quantité de ces molécules sur les champs agricoles. Il a été prouvé que ces molécules biologiquement actives peuvent avoir un impact toxique sur l’écosystème. Par ailleurs, elles sont aussi suspectées d’engendrer des problèmes sanitaires et de contribuer à la résistance bactérienne pouvant mener à des infections difficilement traitables chez les humains. Le contrôle de ces substances dans l’environnement est donc nécessaire. De nombreuses méthodes analytiques sont proposées dans la littérature scientifique pour recenser ces composés dans plusieurs types de matrice. Cependant, peu de ces méthodes permettent l’analyse de ces contaminants dans des matrices issues de l’élevage agricole intensif. Par ailleurs, les méthodes analytiques disponibles sont souvent sujettes à des faux positifs compte tenu de la complexité des matrices étudiées et du matériel utilisé et ne prennent souvent pas en compte les métabolites et produits de dégradation. Enfin, les niveaux d’analyse atteints avec ces méthodes ne sont parfois plus à jour étant donné l’évolution de la chimie analytique et de la spectrométrie de masse. Dans cette optique, de nouvelles méthodes d’analyses ont été développées pour rechercher et quantifier les antibiotiques dans des matrices dérivées de l’élevage intensif des porcs en essayant de proposer des approches alternatives sensibles, sélectives et robustes pour quantifier ces molécules. Une première méthode d’analyse basée sur une technique d’introduction d’échantillon alternative à l’aide d’une interface fonctionnant à l’aide d’une désorption thermique par diode laser munie d’une source à ionisation à pression atmosphérique, couplée à la spectrométrie de masse en tandem a été développée. L’objectif est de proposer une analyse plus rapide tout en atteignant des niveaux de concentration adaptés à la matrice étudiée. Cette technique d’analyse couplée à un traitement d’échantillon efficace a permis l’analyse de plusieurs antibiotiques vétérinaires de différentes classes dans des échantillons de lisier avec des temps d’analyse courts. Les limites de détection atteintes sont comprises entre 2,5 et 8,3 µg kg-1 et sont comparables avec celles pouvant être obtenues avec la chromatographie liquide dans une matrice similaire. En vue d’analyser simultanément une série de tétracyclines, une deuxième méthode d’analyse utilisant la chromatographie liquide couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) a été proposée. L’utilisation de la HRMS a été motivée par le fait que cette technique d’analyse est moins sensible aux faux positifs que le triple quadripôle traditionnel. Des limites de détection comprises entre 1,5 et 3,6 µg kg-1 ont été atteintes dans des échantillons de lisier en utilisant un mode d’analyse par fragmentation. L’utilisation de méthodes de quantifications ciblées est une démarche intéressante lorsque la présence de contaminants est suspectée dans un échantillon. Toutefois, les contaminants non intégrés à cette méthode d’analyse ciblée ne peuvent être détectés même à de fortes concentrations. Dans ce contexte, une méthode d’analyse non ciblée a été développée pour la recherche de pharmaceutiques vétérinaires dans des effluents agricoles en utilisant la spectrométrie de masse à haute résolution et une cartouche SPE polymérique polyvalente. Cette méthode a permis l’identification d’antibiotiques et de pharmaceutiques couramment utilisés dans l’élevage porcin. La plupart des méthodes d’analyse disponibles dans la littérature se concentrent sur l’analyse des composés parents, mais pas sur les sous-produits de dégradation. L’approche utilisée dans la deuxième méthode d’analyse a donc été étendue et appliquée à d’autres classes d’antibiotiques pour mesurer les concentrations de plusieurs résidus d’antibiotiques dans les sols et les eaux de drainage d’un champ agricole expérimental. Les sols du champ renfermaient un mélange d’antibiotiques ainsi que leurs produits de dégradation relatifs à des concentrations mesurées jusqu’à 1020 µg kg-1. Une partie de ces composés ont voyagé par l’intermédiaire des eaux de drainage du champ ou des concentrations pouvant atteindre 3200 ng L-1 ont pu être relevées.
Swine production is a major source of antibiotic release into the environment via manure spreading on agricultural fields. It has been shown that these biologically active compounds may have a toxic impact on ecosystems. Moreover, they are also suspected to cause health problems and contribute to bacterial resistance that could lead to difficult-to-treat infections in humans. Therefore, control of these substances in the environment is necessary. Several analytical methods are proposed in the scientific literature to identify these compounds in various matrices. However, few of these methods allowed the analysis of these contaminants in matrices derived from intensive livestock farming. Furthermore, the analytical methods available are often subject to false positives, given the complexity samples and the equipment used and do not take into account the metabolites and degradation products. Finally, concentration levels reached with these methods are sometimes outdated since the evolution of analytical chemistry and mass spectrometry. In this context, new analytical methods have been developed to investigate and quantify the antibiotics derived from swine husbandry to propose alternative, sensible, selective and robust approaches to quantify these molecules. A first analytical method has been proposed based on an alternative sample introduction technique using the laser diode thermal desorption interface with an atmospheric pressure chemical ionization source coupled to tandem mass spectrometry. The objective was to provide a simpler and faster analysis while reaching levels suitable for the studied matrix. This alternative sample introduction method coupled with an efficient sample processing allowed the analysis of several classes of veterinary antibiotics in swine manure in a short analysis time. Detection limits ranged between 2.5 and 8.3 µg kg-1 and are comparable with those obtained with liquid chromatography in a similar matrix. In order to simultaneously analyze a series of tetracyclines, a second analytical method using liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry (HRMS) was proposed. The use of HRMS was motivated by the fact that this mass spectrometer is less sensitive to false positive that the traditional triple quadrupole given the complexity of the studied matrix. Detection limits between 1.5 and 3.6 µg kg-1 have been achieved in swine manure using a fragmentation analysis mode to avoid false positives. Targeted screening methods are interesting approaches when contaminants are suspected to be present in a sample. However, a non-included contaminant in this targeted analysis method could not been detected even at a high concentration. In this context, a non-target compound screening method focused on veterinary pharmaceutical compounds in swine manure was developed using liquid chromatography coupled to high-resolution mass spectrometry. A polymeric SPE cartridge was used to collect polar compounds including pharmaceuticals prior analysis. This method allowed the identification of antibiotics and pharmaceuticals of commonly used in swine farming. Most of the analytical methods available in the literature focus on parent compounds, regardless degradation products. The approach used in the second method of analysis was applied and extended to other classes of antibiotics to measure concentrations of several antibiotic residues in soils and drainage waters of an experimental agricultural field. Field soil contained a mixture of antibiotics and their related degradation products with concentrations measured up to 1020 µg kg-1. Some of these compounds have migrated through the field via drainage waters wherein concentrations up to 3200 ng L-1 were observed.

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Roy-Lachapelle, Audrey. "Nouvelles stratégies pour l’analyse des cyanotoxines par spectrométrie de masse." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/13570.

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Les cyanobactéries ont une place très importante dans les écosystèmes aquatiques et un nombre important d’espèces considéré comme nuisible de par leur production de métabolites toxiques. Ces cyanotoxines possèdent des propriétés très variées et ont souvent été associées à des épisodes d’empoisonnement. L’augmentation des épisodes d’efflorescence d’origine cyanobactériennes et le potentiel qu’ils augmentent avec les changements climatiques a renchéri l’intérêt de l’étude des cyanobactéries et de leurs toxines. Considérant la complexité chimique des cyanotoxines, le développement de méthodes de détection simples, sensibles et rapides est toujours considéré comme étant un défi analytique. Considérant ces défis, le développement de nouvelles approches analytiques pour la détection de cyanotoxines dans l’eau et les poissons ayant été contaminés par des efflorescences cyanobactériennes nuisibles a été proposé. Une première approche consiste en l’utilisation d’une extraction sur phase solide en ligne couplée à une chromatographie liquide et à une détection en spectrométrie de masse en tandem (SPE-LC-MS/MS) permettant l’analyse de six analogues de microcystines (MC), de l’anatoxine (ANA-a) et de la cylindrospermopsine (CYN). La méthode permet une analyse simple et rapide et ainsi que la séparation chromatographique d’ANA-a et de son interférence isobare, la phénylalanine. Les limites de détection obtenues se trouvaient entre 0,01 et 0,02 μg L-1 et des concentrations retrouvées dans des eaux de lacs du Québec se trouvaient entre 0,024 et 36 μg L-1. Une deuxième méthode a permis l’analyse du b-N-méthylamino-L-alanine (BMAA), d’ANA-a, de CYN et de la saxitoxine (STX) dans les eaux de lac contaminés. L’analyse de deux isomères de conformation du BMAA a été effectuée afin d’améliorer la sélectivité de la détection. L’utilisation d’une SPE manuelle permet la purification et préconcentration des échantillons et une dérivatisation à base de chlorure de dansyle permet une chromatographie simplifiée. L’analyse effectuée par LC couplée à la spectrométrie de masse à haute résolution (HRMS) et des limites de détections ont été obtenues entre 0,007 et 0,01 µg L-1. Des échantillons réels ont été analysés avec des concentrations entre 0,01 et 0,3 µg L-1 permettant ainsi la confirmation de la présence du BMAA dans les efflorescences de cyanobactéries au Québec. Un deuxième volet du projet consiste en l’utilisation d’une technologie d’introduction d’échantillon permettant des analyses ultra-rapides (< 15 secondes/échantillons) sans étape chromatographique, la désorption thermique à diode laser (LDTD) couplée à l’ionisation chimique à pression atmosphérique (APCI) et à la spectrométrie de masse (MS). Un premier projet consiste en l’analyse des MC totales par l’intermédiaire d’une oxydation de Lemieux permettant un bris de la molécule et obtenant une fraction commune aux multiples congénères existants des MC. Cette fraction, le MMPB, est analysée, après une extraction liquide-liquide, par LDTD-APCI-MS/MS. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et des concentrations entre 1 et 425 µg L-1 ont été trouvées dans des échantillons d’eau de lac contaminés du Québec. De plus, une analyse en parallèle avec des étalons pour divers congénères des MC a permis de suggérer la possible présence de congénères ou d’isomères non détectés. Un deuxième projet consiste en l’analyse directe d’ANA-a par LDTD-APCI-HRMS pour résoudre son interférence isobare, la phénylalanine, grâce à la détection à haute résolution. La LDTD n’offre pas de séparation chromatographique et l’utilisation de la HRMS permet de distinguer les signaux d’ANA-a de ceux de la phénylalanine. Une limite de détection de 0,2 µg L-1 a été obtenue et la méthode a été appliquée sur des échantillons réels d’eau avec un échantillon positif en ANA-a avec une concentration de 0,21 µg L-1. Finalement, à l’aide de la LDTD-APCI-HRMS, l’analyse des MC totales a été adaptée pour la chair de poisson afin de déterminer la fraction libre et liée des MC et comparer les résultats avec des analyses conventionnelles. L’utilisation d’une digestion par hydroxyde de sodium précédant l’oxydation de Lemieux suivi d’une purification par SPE a permis d’obtenir une limite de détection de 2,7 µg kg-1. Des échantillons de poissons contaminés ont été analysés, on a retrouvé des concentrations en MC totales de 2,9 et 13,2 µg kg-1 comparativement aux analyses usuelles qui avaient démontré un seul échantillon positif à 2 µg kg-1, indiquant la possible présence de MC non détectés en utilisant les méthodes conventionnelles.
Cyanobacteria have a very important place in aquatic ecosystems and a significant number of species are considered harmful given their production of toxic metabolites. These cyanotoxins have various chemical proprieties and have often been associated with poisoning episodes. The frequency of cyanobacterial blooms is increasing and the study of cyanobacteria and their toxins is of increasing interest, especially considering the potential increase associated with climate changes. Given the chemical complexity of the cyanotoxins, the development of simple, sensitive and fast detection methods is an analytical challenge. Considering these issues, the development of new analytical approaches for the detection of cyanotoxins in water and fish samples contaminated with harmful cyanobacterial blooms have been proposed. A first approach consists of the use of an on-line solid phase extraction coupled to liquid chromatography and tandem mass spectrometry (SPE-LC-MS/MS) for the analysis of six microcystins (MCs), anatoxin-a (ANA-a) and cylindrospermopsin (CYN). This method allows a simple and rapid analysis and enables the chromatographic separation of ANA-a and its isobaric interference, phenylalanine. The detection limits ranged from 0.01 to 0.02 µg L-1 and concentrations in lake waters were found between 0.024 and 36 µg L-1. A second method consists of using manual solid phase extraction (SPE) coupled to high resolution mass spectrometry (HRMS) for the determination of b-N-methylamino-L-alanine (BMAA), ANA-a, CYN and saxitoxin (STX) in contaminated lake water. The analysis of two conformational isomers of BMAA was done to improve the selectivity. Dansyl chloride-based derivatization allows simplified chromatography. The detection limits were obtained between 0.007 and 0.01 µg L-1. The analysis of bloom water samples detected concentrations of cyanotoxins between 0.01 and 0.3 µg L-1 allowing the confirmation of the presence of BMAA in algal blooms in Québec. A second part of the project consists in the use of an alternative sample introduction technology for MS analysis. It enables ultra-fast analysis (< 15 seconds/sample) without the use of a chromatographic step, and is called laser diode thermal desorption (LDTD) coupled with atmospheric pressure chemical ionization (APCI). The first LDTD project consists of the analysis of total MCs via Lemieux oxidation in order to obtain a common moiety of all MCs existing congeners. This fraction, the MMPB, is analyzed after a liquid-liquid extraction step, with the LDTD-APCI-MS/MS. A value of 0.2 µg L-1 was obtained for detection limit and concentrations between 1 and 425 µg L-1 have been found in contaminated water samples. In addition, a comparison with a parallel analysis using MCs congeners’ standards suggested the possible presence of undetected MCs or isomers. A second project involves the direct analysis of ANA-a using LDTD-APCI-HRMS in order to solve the isobaric interference, phenylalanine, which is possible due to the high resolution detection. The LDTD offers no chromatographic separation and by using HRMS, we can distinguish ANA-a signals from those of phenylalanine. A value of 0.2 µg L-1 was obtained as detection limit and the method has been applied on water bloom samples with a positive concentration of 0.21 µg L-1. Finally, using the LDTD-APCI-HRMS combination, analysis of total MCs has been adapted to fish tissues to determine the unbound and bound MCs and compare the results with standard analysis. The use of digestion with sodium hydroxide prior to Lemieux oxidation followed by SPE purification yielded a detection limit of 2.7 µg kg-1. Total MCs concentrations were found between 2.9 and 13.2 µg kg-1 in real field-collected contaminated fish samples and comparison was made with standard analysis which yield a single positive sample with a concentration of 2 µg kg-1. This indicates the possible presence of undetected MCs using conventional analytical methods.

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Dissertations / Theses on the topic 'Diode thermique'

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