19èmes JNRDM Toulouse, CEMES (Centre d’Elaboration de

19èmes JNRDM Toulouse, CEMES (Centre d’Elaboration de

Matériaux et d’Etudes Structurales) 11, 12, 13 Mai 2016

Livret du conférencier

1 Présentation

Les 19e Journées Nationales du Réseau Doctoral en Micro-nanoélectronique auront lieu les 11, 12et 13 mai 2016 au laboratoire CEMES, fameux notamment pour son développement du microscopeà effet tunnel et donc de la micro/nanoélectronique. Les micro/nanotechnologies ont connu un essorsans précédent ces 20 dernières années, nécessitant, tant dans les laboratoires que dans les entreprises,un nombre croissant de doctorants de haut niveau, capables d’aborder les différents secteurs d’activitédes hautes technologies. Ces secteurs, qui sont essentiellement tirés en avant par les avancées en mi-croélectronique et nanotechnologies, débouchent aussi vers des applications médicales. C’est dans cecadre que s’est créé en 1998, le Réseau Doctoral Européen en Micro-Nanoélectronique (RDEMN). Ceréseau, soutenu au départ par le Ministère de l’Education Nationale, de l’Enseignement Supérieur etde la Recherche, est désormais soutenu par le GIP CNFM (Coordination Nationale pour la Formationen Microélectronique et en nanotechnologies), l’IDEFI FINMINA, l’IDEX, des Ecoles Doctorales dedivers pôles, sans oublier cette année les établissements et organismes Toulousains tels que l’UPS,l’INSA, l’AIME, le CNRS (LAAS), le LABEX NEXT (CEMES, LPCNO) et d’autres partenaires. LesJNRDM sont une vitrine incontournable de ce réseau, en présentant activement un état de l’art de laRecherche française en électronique.

Ces journées sont donc une occasion exceptionnelle pour les doctorants désireux de tisser des liensentre jeunes chercheurs mais aussi avec des industriels, favorisant le rapprochement entre les recherchesacadémique et industrielle. Pour ces JNRDM 2016 organisées pour la 3ème fois à Toulouse (1998, 2003),citons en particulier la cellule Congrès de l’UT3 Paul Sabatier et la direction du CEMES qui nous per-mettra d’accueillir une centaine de doctorants mais aussi des invités de renom comme le groupe ACSIELou la FIEEC ainsi que des chercheurs. Chaque année, c’est avec professionnalisme que les doctorantsprésentent les avancées les plus récentes dans les spécialités de pointe, sous la forme de sessions oraleset posters : nanostructures émergentes, micro-dispositifs pour la biologie, conception/test de circuitsintégrés et system-on-chip, microélectronique de gestion de l’énergie, fiabilité et analyse de défaillance,optoélectronique, éclairage et plasmonique, applications millimétriques et térahertz, microélectroniqueorganique, graphène, spintronique . . .

Des tables rondes seront ouvertes au public avec 4 axes selon la thématique, agir local pour change-ment global : il y aura un axe sur la transition énergétique, un autre sur l’usine du futur, un autre surl’agri/agro et l’électronique, et enfin sur la silver économie et la détection de l’ADN. Le programmeest disponible sur le site internet http ://jnrdm2016.sciencesconf.org/

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2 Remerciements

Les 19e Journées Nationales du Réseau Doctoral en Micro-nanoélectronique auront lieu à Toulouseau CEMES-CNRS avec l’appui d’un comité d’organisation de doctorants selon la tradition du RéseauDoctoral National. Ces doctorants travaillent pour la plupart au LAAS, au CEMES et au LPCNO, etappartiennent aux Ecoles Doctorales GEET et SDM.

Par ailleurs, nous devons souligner que ces journées n’auraient pu exister sans le soutien d’OlivierBONNAUD, Directeur Général du GIP-CNFM, d’Alain CAZARRE, Président du Réseau Nationalet d’Etienne SNOACK, directeur du CEMES qui nous accueille dans son laboratoire. Nous devonsaussi un grand merci aussi à André PEYRE LAVIGNE qui, dans le cadre du club des affiliés duLAAS, a dès le début, pris à bras le corps notre projet dans le sens de l’ouverture à des secteurssocio-économiques nouveaux, le contenu des tables rondes et la recherche des sponsors ; à Marie BRUTet Jérémie GRISOLIA pour leur contribution à la rédaction de certains documents de subventions.

Nous devons également mettre en avant la cellule congrès de l’UT3 Paul Sabatier, sa responsableMarie-Angèle Albouy et nouvelle assistante Laury BOYER, qui nous ont été indispensables dansl’organisation générale logistique. Enfin, nous remercions infiniment les services comptables qui ontassuré les missions des doctorants et la comptabilité avec une grande efficacité et dans la bonnehumeur : Miguel COQK et Delphine Dallie de l’UT3-DSL, Sandrine CALVEL à l’AIME-CNFM, BriceALTMAN à l’INSA. Au LAAS, nous n’oublierons pas de remercier Elena STRAT pour la confectiondes badges et Dominique DAURAT pour la reprographie avec l’accord de la direction.

La réussite de cette conférence tient aussi et avant tout sur les nombreux sponsors de l’événement,nous les remercions tous pour leur soutien. Nous saluons aussi tous les chercheurs et intervenants quiont accepté de venir rencontrer les doctorants des différents pôles nationaux. Enfin merci aux valeureuxdoctorants, qui ont pris le temps de lire leurs mails, de rédiger un article et de venir présenter leurstravaux lors de ces journées.

L’équipe des JNRDM

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3 Commité d’organisation des docto-

rants

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Table des matières

1 Présentation 1

2 Remerciements 2

3 Commité d’organisation des doctorants 4

4 Électronique pour le biomédical 104.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

4.1.1 Vers des microsystèmes en technologie titane pour applications médicales . . . . 104.1.2 Approche IRM multimodale du tronc cérébral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114.1.3 Conception, réalisation et caractérisation d’un patch électronique pour la sur-

veillance des personnes âgées et dépendantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124.1.4 Microsystem for Electrostatic Energy Harvesting with Frequency-up effect for

Biomedical applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134.2 Session poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

4.2.1 Développement de nanosystèmes à base de nanofils pour l’interfaçage neuronal . 144.2.2 Towards an Open Source Fault Injection Tool for Reliability Assessment of VLSI

Circuits & Systems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 154.2.3 ADREAM, BATIMENT INSTRUMENTE ET A ENERGIE OPTIMISEE DU

LAAS-CNRS : SIMULATION ENERGETIQUE DYNAMIQUE EN VUE D’UNEGESTION INTELLIGENTE DE L’ENERGIE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

4.2.4 Transistors HEMT normally-off, normally-on compatibles de la technologie ni-trure de gallium pour des applications de puissance hyperfréquence . . . . . . . 17

4.2.5 Conception d’un réseau LVDC à base de sources d’énergie durable et de plusieurstypes d’éléments de stockage électrochimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

4.2.6 Evaluation de l’impact environnemental du cycle de vie de systèmes d’éclairage . 194.2.7 Sélectivité des multi-capteurs pour la détection des BTEX . . . . . . . . . . . . 204.2.8 Identification et analyse des mécanismes de dégradation de grille dans les tran-

sistors à grande bande interdite AlGaN / GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214.2.9 Détection de luminosité par tag RFID UHF passif . . . . . . . . . . . . . . . . . 224.2.10 Lab on chip for sample preparation and detection of circulating biomarkers in

blood plasma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 234.2.11 Dimensionnement multi-objectif d’une association batterie – supercondensateur

pour une application photovoltaïque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 244.2.12 Analyse de l’approche ” 3-puce ” pour l’intégration de convertisseur multi-phasé 254.2.13 Détection de gaz à l’aide de réseaux verticaux de nanofils de silicium . . . . . . 264.2.14 Référence de tension band-gap en technologie SOI à faible dérive sur une large

gamme de température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

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5 Nanotechnologie 285.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.1.1 ACOM-TEM : potentiel et limites de caractérisation de la microstructure desmatériaux de la microélectronique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

5.1.2 Transistors HEMTs AlGaN/GaN flexibles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295.1.3 Matériaux innovants sans plomb pour l’assemblage de composants électroniques

à basse température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 305.1.4 Etude de matériaux getter pour le packaging de résonateurs en quartz . . . . . . 315.1.5 Stacked NW-FET : l’évolution naturelle du FinFET . . . . . . . . . . . . . . . . 325.1.6 Complexe de [Pt(II)(di-tert-butylsalophen)] pour les diodes électroluminescentes

organiques bistables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 335.1.7 Jauges de contrainte à nanoparticules : étude de l’influence de l’humidité par des

caractérisations électromécaniques couplées à de la diffusion de rayons X . . . . . 345.1.8 Mémoire de type CBRAM basée sur un électrolyte de GeS par sulfurisation d’une

couche d’Ag sous PVD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 355.2 Session poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.2.1 Étude du bruit électrique basse fréquence dans des FinFETs à triple grille sub-10nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

5.2.2 Exploring the Impact of Functional Test Programs Re-Used for At-Speed Testing 375.2.3 Electromigration : Multiphysics Model and Experimental Calibration . . . . . . 385.2.4 Integration of a miniaturized electronic interface for a lab-on-chip bearing micro-

fluidic transistors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395.2.5 Développement d’une plate-forme hyperfréquence pour la métrologie de nano-

dispositifs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 405.2.6 Analyse des déformations et contraintes au sein d’un assemblage électronique . . 425.2.7 High performance thin film transistor with Su8 gate insulators . . . . . . . . . . 435.2.8 A Hybrid Power Modeling Approach to Improve High-Level Power Characteri-

zation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 445.2.9 Dégradation singulière de cellules SDRAM sous contrainte radiative . . . . . . . 455.2.10 Optimisation des tensions d’alimentations de transistors organiques via déposi-

tion de matériaux ferroélectriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 465.2.11 Ultra Thin Body InAs MOSFET with raised S/D contacts for future high per-

formance CMOS devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475.2.12 Couplage fort de capteurs M/NEMS résonants : réjection de la dérive thermique 485.2.13 Améliorer la compréhension des transports de chaleur dans les matériaux nano-

structurés par l’investigation de la conductivité thermique des nanofils de silicium 495.2.14 Conception et optimisation des oscillateurs à 2.5 GHz à très faible consommation

de puissance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

6 Robotique-Numérique 516.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.1 Modèle analytique pour la récupération d’énergie vibratoire d’un capteur sphé-rique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51

6.1.2 Conception et optimisation d’un micro-générateur piézoélectrique à déclenche-ment thermomagnétique pour des capteurs autonomes . . . . . . . . . . . . . . . 52

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6.1.3 Optimisation d’un réseau Zigbee de diagnostic énergétique pour la gestion intel-ligente d’un bâtiment . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

6.1.4 Caractérisation du canal de propagation dans le contexte d’usine du futur . . . . 54

7 Télécommunication-Radiofréquence 557.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

7.1.1 Conception d’un LNA 60GHz en utilisant technologie BiCMOS de 0.25um . . . . 557.1.2 Antenne RF accordable en fréquence par l’intermédiaire de condensateurs va-

riables en technologie CMOS SOI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 567.1.3 5G : Tendances et Perspectives pour la Conception d’Amplificateurs de Puissance 577.1.4 Banc de caractérisation en linéarité de composants actifs par des mesures multi-

tons innovantes : application aux HEMTs GaN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587.2 Session poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7.2.1 Analysis of granularity for automatic biasing control in FDSOI technology withlow voltage supply . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

7.2.2 Auto-Polarisation de la Grille Arrière pour Auto-Calibration de Cellules Analo-giques et Mixtes en Technologie UTBB FDSOI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60

7.2.3 Développement de transistors MOS à grille entourante à base de nanofils verti-caux de matériaux III-V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61

7.2.4 Théorie des oscillateurs verrouillés par injection . . . . . . . . . . . . . . . . . . 627.2.5 Architecture de stockage adaptatif . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637.2.6 Etude théorique des matériaux 2D et des dispositifs associés . . . . . . . . . . . 647.2.7 Caractérisation de photodiodes UTC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 657.2.8 Photoconducteurs en GaAs-BT fonctionnant à une longueur d’onde de 1550 nm,

étude de cavités résonantes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 667.2.9 Multi-Bit Non-Volatile Full Adder based on Spin Transfer Torque Magnetic Tun-

nel Junction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 677.2.10 Analyse hyperfréquence de liquides hétérogènes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 687.2.11 QDI asynchronous circuits for low power applications : a comparative study in

technology FD-SOI 28 nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 697.2.12 Développement de nouvelles architectures de sélecteurs pour mémoires non-

volatiles embarquées dans des plateformes technologiques avancées 28nm . . . . . 707.2.13 Imagerie en onde millimétrique avec un guide d’onde rectangulaire . . . . . . . . 717.2.14 Antennes multibandes pour la récupération d’énergies sans fils . . . . . . . . . . 727.2.15 Conception d’un doubleur de fréquence +4 dBm en technologie BiCMOS 55 nm

en bande W . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737.2.16 SysML Modeling of Power Electronics Converters for Microgrid Applications . . 74

8 Fiabilité-Conception 758.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

8.1.1 Méthodologie de prédiction multi-échelle pour l’évaluation et le durcissement descircuits intégrés complexes face aux évènements singuliers d’origine radiative . . 75

8.1.2 Synthèse de technique non-destructive de localisation de défaut électriques dansles systèmes et composants électroniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

8.1.3 Design challenges for the massively parallel readout of NEMS resonators . . . . 77

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8.1.4 Innovative Test Techniques for Advanced Technology Nodes . . . . . . . . . . . 788.2 Session poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

8.2.1 Optimisation d’un modèle statistique d’empilement de matériaux diélectriquespour la mesure indirecte par réflectométrie spectroscopique des étapes avant etaprès polissage des caissons d’isolation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

8.2.2 Nano-commutateurs optoélectroniques à base de molécules photo-commutables . 808.2.3 Synergie entre vieillissement et sensibilité au rayonnement solaire des technolo-

gies CMOS nanométriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 818.2.4 Modélisation 3D d’un nouveau capteur de champ magnétique : le CHOPFET . 828.2.5 Système de récupération d’énergie et de communication ” Low Power ” RF : Cas

de la NFC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 838.2.6 Caractérisation des couches minces ferroélectriques pour la réalisation des dis-

positifs agiles en fréquence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 848.2.7 Analyse des pertes d’un flyback en mode de conduction discontinue pour la

récupération d’énergie de piles microbiennes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 858.2.8 Etude théorique des propriétés thermoélectriques de nanofils en Ge polyphasé . 868.2.9 Perturbations d’un SMPS sur les fonctions analogiques d’une même puce . . . . 878.2.10 Stability analysis of a non-inverting Buck-Boost converter . . . . . . . . . . . . 888.2.11 Support matériel reposant sur les réseaux sur puce pour l’optimisation des syn-

chronisations interprocessus dans les systèmes manycores . . . . . . . . . . . . . 898.2.12 Etude de la faisabilité d’un système de communications Ultra large bande asyn-

chrone pour réseaux de capteurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 908.2.13 Récupérateur d’énergie radio fréquence Bi-band 900 MHz et 2,4 GHz . . . . . . . 918.2.14 Réflectomètre six-port ultra large bande . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 928.2.15 Auto-assemblage de nanoparticules de Ba1-xSrxTiO3 (x =0.4) pour la réalisation

de condensateurs de découplage intégrés sur interposeur pour l’électronique 3D . 938.2.16 Développement d’un « lab-on-chip » innovant basé sur le contrôle de nanoparti-

cules magnétiques à l’aide de microbobine intégré . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

9 Nanotechnologie 959.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.1.1 Etude et développement de transistors CMOS haute tension et de cellules mé-moires non volatiles en technologie 28nm FDSOI . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95

9.1.2 Etude des propriétés piézoélectriques d’un matériau piézo-électret polymère pourmicro-capteurs de vibrations mécaniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96

9.1.3 Réalisation de structures MIS sur InGaAs par dépôt PECVD du nitrure desilicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97

9.1.4 Mesure du bruit BF : de couches minces de ZnO codopé Mo et In . . . . . . . . 989.2 Session poster . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

9.2.1 Modélisation de système pour la prédiction de défaillance du aux décharges élec-trostatiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99

9.2.2 Évaluation des convertisseurs analogique-numériques pour le secteur automobile 1009.2.3 Evaluation de topologies d’inductances actives pour les récepteurs RF intégrés

et reconfigurables . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

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9.2.4 Soudure hermétique Cu/Sn à basse température à base de dépôts PVD fins àl’échelle du wafer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102

9.2.5 Spectroscopie diélectrique de la cellule unique : suivi de l’électroporation irréver-sible . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

9.2.6 Développement de mémoires non-volatiles embarquées pour les plateformes tech-nologiques avancées 40nm et 28nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104

9.2.7 Méthodologie d’analyse et de prédiction des défauts fonctionnels des circuitsintégrés soumis à des agressions électriques transitoires . . . . . . . . . . . . . . 105

9.2.8 An overview of Spin Field Effect Transistor (Spin-FET) and Logic Device UsingSpin-FET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106

9.2.9 Extraction lumineuse de micro-LED GaN disposées en matrice 2D pour micro-écrans . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107

9.2.10 Validation automatique d’une méthode de migration des tâches sur la plateformeZynq . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108

9.2.11 Optimisation d’un micro-capteur dédié à la spectroscopie diélectrique hyperfré-quence de cellule biologique individuelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109

9.2.12 Méthode de caractérisation de matériaux : Extraction des paramètres . . . . . . 1109.2.13 Les challenges de l’intégration monolithique et hybride pour la photonique sur

silicium . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1119.2.14 Conception d’un déphaseur en bande millimétrique basé sur des lignes couplées

à ondes lentes en technologie BiCMOS 55 nm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1129.2.15 Conception d’un système transdermique intelligent pour délivrer des médica-

ments (TDDS) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113

10 Physique - Fiabilité 11410.1 Session orale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

10.1.1 Contrôle du temps de relaxation de spin d’électron dans les puits quantiquespiézo-électriques InxGa1-xAs/GaAs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

10.1.2 Photoconducteur à cavité raisonnante pour l’échantillonnage optoélectroniquede signaux hyperfréquences . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

10.1.3 Étude par modélisation des évènements singuliers (SET/SEU/SEL) dans lestechnologies CMOS induits par l’environnement radiatif . . . . . . . . . . . . . . 116

10.1.4 Compatibilité électro-magnétiques des circuits micro-ondes multicouches multi-conducteurs en se basant sur la méthode FDTD en 3D . . . . . . . . . . . . . . . 117

10.1.5 Amplificateur optique novateur pour les réseaux de transmission . . . . . . . . . 11810.1.6 Développement d’une plateforme de simulation des procédés des nanotechnolo-

gies : application au dépôt de CuO sur Al(111) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119

11 Liste des participants 122

12 Plan 126

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4 Électronique pour le biomédical

4.1 Session orale

4.1.1 Vers des microsystèmes en technologie titanepour applications médicales

Thomas Sohier 1 , Marion Woytasik 1 , Bertrand Boutaud 2 , Elie lefeuvre 1

1 Institut d’Electronique Fondamentale, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris Saclay, Orsay91405, France

2 LivaNova 4 avenue Réaumur 92140 Clamart - France

Depuis leurs premiers développements, les microsystèmes sont principalement réalisés en siliciumou sur substrat de silicium, matériau de choix par rapport à ses propriétés intrinsèques, mais égalementson prix et sa disponibilité. Toutefois, outre une certaine fragilité mécanique, le silicium n’est pas bio-compatible, limitant ainsi le développement des microsystèmes utilisés dans le médical et le domainede la biologie. Or, la demande de tels microsystèmes connaît une croissance exponentielle, expliquéepar le développement de la télémédecine, le vieillissement de la population, mais aussi la diffusion d’ac-cessoires portables pour le bien-être, le sport... Dans ce contexte, le titane est un matériau de choixpour remplacer le silicium. En effet, le titane possède des propriétés de biocompatibilité et de duretéremarquable déjà exploité dans des implants médicaux. Cependant, les procédés de micro-fabricationadaptés à ce matériau sont très peu étudiés à l’heure actuelle [1]. Mes travaux de thèse s’inscriventdans le projet « MISTIC » portée par l’entreprise LivaNova, leader européen de l’implant cardiaque, encollaboration avec l’entreprise Vegatec et le laboratoire du GREMI (Université d’Orléans). Ce projetporte, dans un premier temps, sur la fabrication d’une pièce d’un implant cardiaque par microtechno-logie sur substrat de titane. Dans un second temps, mes travaux se focaliseront sur la réalisation, aveccette nouvelle filière technologique, de micro-capteurs et micro-actionneurs sur substrat de titane.

[1] M. F. Aimi, ‘Bulk titanium microelectromechanical systems’ , UNIVERSITY OF CALIFORNIASanta Barbara, 2005.

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4.1.2 Approche IRM multimodale du tronc cérébralGermain Arribarat 1

1 Imagerie cérébrale et handicaps neurologiques, Hopital de purpan place du docteur baylac servicede neurologie - pavillon riser 31059 TOULOUSE CEDEX 9

Un des objectifs de la neuroimagerie moderne consiste à identifier des marqueurs pouvant aider lediagnostic et le suivi des maladies. Péran et ses collègues ont développé une méthode d’IRM multimo-dale (IRMm) cerveau entier, basée sur la combinaison de différents indices IRM (e.g. atrophie, dépôtsde fer, dommages microstructuraux). Ce projet vise à fournir un nouvel outil, s’inspirant de l’IRMm,afin de caractériser les changements pathologiques du tronc cérébral.

Pour cela une approche d’optimisation de la résolution spatiale est recherchée en IRM de diffusionet anatomique, du tronc cérébral, ainsi qu’une amélioration des paramètres des séquences nécessaires àla formation de l’image (matrice, bande passante, choix de l’antenne...). Est également envisagée, unerecherche d’algorithme de post-traitement, basée sur des techniques de débruitage et super-résolution.

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4.1.3 Conception, réalisation et caractérisation d’unpatch électronique pour la surveillance des per-sonnes âgées et dépendantes

Bouchta HAJJINE 1 , Christophe ESCRIBA 1 et Jean-Yves FOURNIOLS 1

1 LAAS-CNRS, Université de Toulouse, CNRS, INSA, Toulouse, France

C’est avéré, selon les dernières études du département des affaires économiques et sociales del’ONU, 30% de la population Française dépassera l’âge des 60 ans en 2035. Avec comme effet desmodifications socio-économiques très significatives, notamment dans le secteur d’activité de la santé.Il découle de ce constat une problématique notoire de dépendance des personnes âgées, d’incapacitéà vivre sans accompagnement et pour certaines personnes souffrant de la maladie d’Alzheimer, unbesoin quotidien de surveillance. C’est donc dans ce contexte que le LAAS-CNRS et ses partenairesSigfox, Telecom Design, Axible Technologies avec le centre hospitalier du val d’Ariège se sont regroupésautour du projet SACHA (Search And Computerize Human Acts). L’ambition de notre laboratoire visele développement d’un produit innovant : un patch électronique miniature capable de géolocalisationpour déclencher des alarmes en cas de fugue, de chute ou de déambulation. Au terme d’une étudesur les technologies d’intégration permettant l’obtention de système très miniature notre étude s’estinitialement focalisée sur le dimensionnement d’antennes intégrées 868MHz et 1575,42MHz compatiblesavec les exigences dimensionnelles du projet. Un travail de modélisation aux éléments finis a permisl’obtention d’antennes imprimées présentant un bon compromis intégration/performance. Parce quele patch doit être robuste et totalement étanche, un travail de dimensionnement de bobine impriméea été développé pour assurer une recharge sans fil de la batterie. Plusieurs prototypes ont été testéset validés en centre d’EHPAD. Actuellement un travail en salle blanche du LAAS se poursuit avec lesouhait d’obtenir une version souple du patch.

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4.1.4 Microsystem for Electrostatic Energy Harves-ting with Frequency-up effect for Biomedical ap-plications

Bogdan Vysotskyi ∗1,2, Fabien Parrain 1, Denis Aubry 1, Philippe Gaucher 2, Elie Lefeuvre 1

1Institut d’électronique fondamentale (IEF) – CNRS : UMR8622, Université Paris XI - Paris Sud –bat. 220 rue Andre Ampere 91405 ORSAY CEDEX, France

2Laboratoire de mécanique des sols, structures et matériaux (MSSMat) – CNRS : UMR8579, EcoleCentrale Paris – Grande voie des vignes 92295 CHATENAY MALABRY CEDEX, France

One of the energy sources available inside a human body is the heartbeat. Generally, vibra- tio-nal energy is harvested using an inertial system based on a single mechanical resonator coupled toa transducer. It had been shown that the amount of harvested energy is proportional to operationalfrequency of the transducer. Therefore, the development of frequency up-conversion mechanism is apromising way to unite the low excitation frequency and the need for miniaturized devices with highenergy density. In this work, we present a frequency-up mechanism based on electrostatic pull-in effect.Targeted average output power of the energy harvester is 1mW.

The frequency up-conversion system is composed of two mechanical resonators. The first one is usedto absorb mechanical excitations which are transmitted to the second resonator with high resonantfrequency. Finally, an electrostatic transducer is coupled to the second resonator. The energy transferbetween both resonators results from pull-in and pull-out effects and the small bias voltage appliedbetween the resonators.In this work, design of the resonators, behavioural simulation of the system, fabrication and characte-risation aspects are considered. Simulations of the system are performed using both finite element andanalytical modelling. The microsystem is fabricated using classical Si technologies (UV photolithogra-phy, metal evaporation, DRIE) on SOI. Characterization to be done using pre-built set-up with laserrangefinders to control transducer movement and with an energy harvesting interface circuit.

In terms of this work, a strongly miniaturized electrostatic frequency up-conversion mechanism forenergy harvesting with high power density is presented.

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4.2 Session poster

4.2.1 Développement de nanosystèmes à base de na-nofils pour l’interfaçage neuronal

Adrien Casanova ∗1,2, Marie-Charline Blatche , Aurélie Lecestre , Laurent Mazenq , Fabrice Ma-thieu , Cécile Ferré , Daniel Gonzalez-Dunia , Liviu Nicu , Guilhem Larrieu

1 CNRS, LAAS – CNRS : UPR8001 – 7 avenue du colonel Roche, F-31400 Toulouse, France

2 Univ de Toulouse – Université de Toulouse Paul Sabatier – France

Les neurones sont des cellules hautement spécialisées qui constituent la brique de base de l’archi-tecture cérébrale. Dès lors, l’interface entre une cellule neuronale et un nano-système de détection peutêtre extrêmement intéressante afin de pouvoir comprendre les modes de fonctionnement puis interpré-ter d’éventuels changements de fonctionnement lors d’agressions externes. L’un des pionniers dans lesuivi de l’activité électrique neuronale est P. Fromherz, qui a utilisé des transistors MOSFET planairesà canal long. Cette approche s’est heurtée à la faible sensibilité de détection.Les dispositifs à base de nanofilsoffrent une valeur ajoutée certaine concernant l’interfaçage de disposi-tifs nanoélectroniques avec les cellules vivantes. En effet, leurs sections sont beaucoup plus petites queles dimensions des cellules, les rendant moins intrusifs et leur grand rapport surface/volume permetune forte interaction NF-cellule et donc une grande sensibilité.Nous présenterons ici, une approche top-down utilisant des outils de lithographie conventionnelle, per-mettant de fabriquer des nanofils verticaux de silicium de diamètre proche de la centaine de nanomètresqui formeront la base de nos dispositifs d’enregistrement, rendant possible un enregistrement intra-cellulaire.Couplés à une fonctionnalisation de surface inédite capable de localiser les neurones et de guider lacroissance des prolongements, ces dispositifs nous permettront de stimuler et d’enregistrer précisémentles potentiels d’action générés par ces neurones. Les enregistrements pourront être effectués dans lessomas, mais aussi le long des prolongements dendritiques et cela sur plusieurs semaines. Des transis-tors à nanofils horizontaux disposés le long de ces prolongements permettront également de comparerenregistrements intra et extra-cellulaire.

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4.2.2 Towards an Open Source Fault Injection Toolfor Reliability Assessment of VLSI Circuits &Systems

Imran Wali ∗†1, Arnaud Virazel 2, Alberto Bosio 3, Patrick Girard 4

1 Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, Centre National de la RechercheScientifique - CNRS – France

2 Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Université Montpellier II - Sciences et techniques – France

3 Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc – France

4 Laboratoire d’Informatique, de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS – France Fault

Injection is a powerful technique used to assess the robustness of circuits and systems. It allowsspeeding-up fault occurrences to analyze the system response in terms of fault-tolerance capabilityand performance. Simulation-based fault injection environments incur less cost, time and effort toimplement and offer better controllability and observability than hardware-based approaches. In thiswork we present a gate-level simulation-based fault injection framework that offer high fidelity tomodel transient, permanent and delay faults. It is composed of ”python” and ”tcl” scripts and usesexternal tools like ModeSim and TetraMAX to perform four main tasks ; fault list generation, workloadgeneration, fault injection and fault effect classification. Before this framework can be contributed tothe open source community as a tool, there is a need to enhance its usability by restructuring itscomponents and to make it work with open source logic simulator and ATPG instead of the commercialones.

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4.2.3 ADREAM, BATIMENT INSTRUMENTE ETA ENERGIE OPTIMISEE DU LAAS-CNRS :SIMULATION ENERGETIQUE DYNAMIQUEEN VUE D’UNE GESTION INTELLIGENTEDE L’ENERGIE

Ilias Papas ∗1, Bruno Estibals 1, Christelle Ecrepont 1, Corinne Alonso 1

1 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS) – Institut NationalPolytechnique de Toulouse - INPT, Université Paul Sabatier (UPS) - Toulouse III, CNRS :UPR8001, Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Toulouse – 7 Av du colonel Roche31077 TOULOUSE CEDEX 4, France

L’ambition du LAAS-dans le cadre de l’axe transverse SYNERGY est de créer une plateforme ”bâtiment ” nationale, baptisée ” Georges GIRAULT ”, d’une part dédiée à la caractérisation des sys-tèmes photovolta´’iques, de la cellule à l’application, basée sur les connaissances scientifiques acquisespar le LAAS-CNRS sur la conversion d’énergie électrique photovolta´’ique, et d’autre part, sur l’étudedétaillée du comportement du bâtiment ADREAM, dit à énergie optimisée. L’instrumentation entièred’ADREAM permet aujourd’hui l’analyse de ses données sur trois ans et donc le recul nécessaire àl’étude de son comportement en fonction de la production et des profils de consommations. Ainsi,au fur et à mesure de l’évolution des travaux de recherche, plusieurs sources d’énergies thermiques etélectriques ont été couplées afin de chauffer, refroidir et climatiser le bâtiment, le tout en minimisant laconsommation d’énergie électrique. Les principales synopsis des installations seront présentées : puitscanadien, géothermie, pompes à chaleur, etc. Nous présenterons les premières études sur le fonction-nement des aspects CVC du bâtiment, utilisant les données collectées depuis l’inauguration en 2012,ainsi qu’une simulation thermique dynamique. Un premier bilan des consommations sera effectué, no-tamment électrique. De ces résultats, plusieurs pistes d’amélioration de l’installation, basées sur unediminution de la consommation électrique seront présentées : utilisation de pompes à débit variable,comportement thermique en évolution libre du bâtiment, etc. Finalement, dans le but d’une gestionintelligente de l’énergie et d’une optimisation de la régulation du bâtiment, un modèle MatLab dessystèmes énergétiques sera également présenté.

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4.2.4 Transistors HEMT normally-off, normally-on com-patibles de la technologie nitrure de gallium pourdes applications de puissance hyperfréquence

Linh Trinh Xuan ∗1,2

1 III-V Lab (III-V Lab) – THALES – 1 av. Augustin Fresnel, Campus Polytechnique, 91120Palaiseau, France

2 XLIM (XLIM) – Université de Limoges, CNRS : UMR7252 – 123 av. Albert Thomas, 87060Limoges Cedex, France

Ce travail de thèse porte sur la conception, la caractérisation et la modélisation de transistorsà haute mobilité électronique (HEMT) présentant une fonctionnalité normally-off, à base de nitrurede gallium (GaN), pour des applications de puissance hyperfréquence. Nous avons développé un pro-cess technologique de fabrication de HEMTs normally-off compatible avec des structures épitaxialesnormally-on hyperfréquence standards, permettant l’intégration future de ces composants au sein desamplificateurs RF en MMIC. Ce process repose sur un recess de la couche barrière sous la grille pargravure ionique réactive optimisée, et le dépôt d’une couche d’oxide Al2O3 par plasma-enhanced ato-mic layer deposition (PE-ALD) avant le dépôt du métal de grille. L’implantation d’ions fluorure aprèsrecess a également été considérée. Des composants sur barrières AlGaN et InAlN ont été fabriqués etcaractérisés. Les premiers disposent d’une tension de seuil de 1,4 V, un courant de drain supérieurà 400 mA/mm et une fréquence maximale d’oscillation de 35 GHz. Des transistors normally-off surbarrière InAlN ont été obtenus avec un premier résultat de courant de drain supérieur à 700 mA/mm.Les pièges électriques ont été caractérisés par des techniques récemment développées : la dispersion del’admittance de sortie à basse fréquence, et l’étude de la résistance à l’état passant après commuta-tion. Ces mesures mettent en lumière des différences de comportement électrique entre les composantsnormally- on et normally-off imputables au procédés technologiques spécifiques. Ces résultats, couplésà d’autres mesures de caractérisation DC et petit signal RF, nous permettront d’élaborer un modèleélectro-thermique de ces composants nouvellement développés.

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4.2.5 Conception d’un réseau LVDC à base de sourcesd’énergie durable et de plusieurs types d’élé-ments de stockage électrochimiques

Kolja Neuhaus ∗1, Corinne Alonso†2, Pierre-Louis Taberna 3, Patrice Simon 3

1 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS) – Université Paul Sabatier(UPS) - Toulouse III – 7 Av du colonel Roche 31077 TOULOUSE CEDEX 4, France


3 Centre interuniversitaire de recherche et d’ingenierie des matériaux (CIRIMAT) – Université PaulSabatier (UPS) - Toulouse III, CNRS : UMR5085, Institut National Polytechnique de Toulouse -INPT – Laboratoire de Physique des Poly 118,route de Narbonne 31062 TOULOUSE CEDEX 4,France

Un des défis majeurs à relever pour accompagner l’évolution mondiale des réseaux électriquespasse par l’augmentation de leur rendement, tout en les rendant aptes à une intégration massive deproductions d’énergie renouvelable intermittente (insertion actuellement bloquée à 30%). Pour cela, ilest nécessaire de maîtriser le niveau d’énergie dans un réseau électrique, à chaque instant, quel que soitle point de ce réseau (Haute Tension B (HTB), Haute Tension A (HTA), Basse Tension (BT)) pourassurer une distribution d’électricité de qualité, y compris lors des pointes de consommation et quelleque soit la part d’intermittence. Pour cela, il est nécessaire de développer des solutions innovantesintégrant ces nouveaux types de production d’énergie associé à des moyens de stockage pertinents.Ces travaux de thèse traitent de la modélisation d’éléments de stockage électrochimiques de différentestechnologies et leur utilisation au sein d’un réseau continu basse tension. Ces travaux visent égalementà améliorer la gestion de l’intermittence et du lissage des productions d’énergies renouvelables dans lebâtiment.

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4.2.6 Evaluation de l’impact environnemental du cyclede vie de systèmes d’éclairage

Alexis Vandevoorde ⇤ , Georges Zissis 1, Marc-André Méquignon

1 Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie [Toulouse] (LAPLACE) – Université Paul Sabatier(UPS) - Toulouse III, CNRS : UMR5213, Institut National Polytechnique de Toulouse – 118 Routede Narbonne 31062 TOULOUSE CEDEX 9, France

Le domaine de l’éclairage artificiel consomme près d’un cinquième de la production mondiale d’élec-tricité en phase d’utilisation et génère d’importants impacts environnementaux. Pour évaluer et mai-triser ces impacts tout au long du cycle de vie d’un système d’éclairage, une méthode scientifiquestandardisée a été développé : l’Analyse de Cycle de Vie (ACV).L’ACV d’une lampe à incandescence, d’une lampe fluocompacte (CFL) et d’une lampe à LED a étéréalisé et permet de conclure sur trois aspects :

- La technologie LED a un impact environnemental inférieur aux technologies de l’incandescence et dufluocompacte.

- L’étape d’utilisation de ces systèmes engendre la majorité de l’impact environnemental du cyclede vie du système. Les procédés de fabrication et l’utilisation de ressources constituent la secondeétape la plus impactant pour l’environnement. Transport et fin de vie sont négligeables.

- Le mix énergétique de l’électricité consommé au cours de l’étape d’utilisation affecte toutefois cesdeux conclusions et module à la fois l’impact environnemental des différentes étapes du cycle de vied’un système, mais également leur performance respective.Ainsi, en identifiant les sources d’impacts environnementaux, l’ACV constitue un outil d’aide à ladécision pour accompagner l’écoconception des systèmes d’éclairage. Toutefois, son manque d’opéra-tionnalité doit trouver une solution afin d’aboutir, durablement, sur la réduction de l’empreinte del’homme sur son environnement.

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4.2.7 Sélectivité des multi-capteurs pour la détectiondes BTEX

Alexandre Favard ∗1

1 Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP) –Université de Toulon, Aix Marseille Université, CNRS : UMR7334 – Aix-Marseille Universités 13937Marseille Université de Toulon 83957 La Garde, France

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du projet SMARTY (SMart AiR qualiTY), projet ambitieux quiregroupe des partenaires industriels et académiques. La pollution de l’air est une réalité bien reconnueaujourd’hui et la directive Européenne 2008/50/CE a instauré des obligations de mesure et de seuils àne pas dépasser pour certains polluants.Nous aurons à mettre en œuvre les solutions les plus avancées dans le domaine des microcapteurs etnanocapteurs pour détecter les BTEX (Benzène, Toluène, Ethylbenzène, Xylènes).

Plusieurs phases vont contribuer à structurer l’avancement des recherches :

• Choix du matériau sensible• Réalisation des dispositifs• Tests et récupération des signaux

La première année de thèse a été consacrée à l’identification des matériaux les plus sensibles auxBTEX, en déterminant leurs limites de détection. Nous avons déjà sélectionné plusieurs oxydes métal-liques prometteurs en termes de sensibilité aux BTEX.

En parallèle de cette étude, nous avons développé et réalisé un banc de test complet spécifique aux gazBTEX comprenant :

• Un système automatisé nous permettant de contrôler le débit d’air et l’humidité relative etpouvant générer des concentrations en gaz de l’ordre du ppb.

• Une enceinte climatique contenant un micro-manipulateur, développé au sein du laboratoire,permettant d’effectuer les caractérisations électriques sous gaz.

• Un système d’acquisition de données piloté par LabVIEW. Des premières couches sensibles ontété réalisées et testées.

Les résultats obtenus montrent une bonne sensibilité aux gaz BTEX pour de faibles niveaux de concen-trations, similaire à l’état de l’art réalisé, validant ainsi le système de mesures et les premiers choix dematériaux.

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4.2.8 Identification et analyse des mécanismes de dé-gradation de grille dans les transistors à grandebande interdite AlGaN / GaN

Oana Lazar ∗1, Jean-Guy Tartarin†1

1 Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS) – Université PaulSabatier-Toulouse III - UPS – 7 Avenue du Colonel Roche, 31400 Toulouse, France

Les applications basées sur les technologies GaN permettent de travailler à plus haute fréquenceet à des puissances plus élevées, contrairement aux technologies conventionnelles (Si, GaAs, SiGe).Puisque la gestion thermique, la miniaturisation des composants, et aussi la robustesse des circuitssont des critères à remplir simultanément, de nouvelles architectures de système ont été proposéespour les domaines militaire, spatial et civil. Cependant, des problèmes de fiabilité continuent d’entra-ver le potentiel de ces technologies afin de repousser leurs limites en termes de température de jonctionet/ou de durée de vie. Ce document participe aux enquêtes développées sur l’aspect fonctionnel ducomposant, et est réalisé selon deux axes de recherche : la commande (en verticalité) et le canal (enhorizontalité). Les méthodes d’analyse adressées dans ce papier sont basées sur des outils non-invasifset non-destructifs :- la caractérisation électrique en I-V-T (met en évidence des défauts qui révèlent des faiblesses poten-tielles dans les composants au niveau de la commande du canal) ;

- le suivi du comportement transitoire des dispositifs (évolution temporelle des charges sous la grille,qui se traduisent par des variations de la commande des porteurs dans le canal bidimensionnel).

Ces résultats permettent de remonter à l’origine physique de dégradation des performances des tran-sistors GaN. En définitive, les outils et modèles développés permettent de poser des diagnostics qui, demanière individuelle et collective, favorisent un retour technologique utile aux industriels afin d’amé-liorer leurs procédés technologiques en vue de la qualification des filières technologiques.

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4.2.9 Détection de luminosité par tag RFID UHF pas-sif

Yassin Belaizi 1, Arnaud Vena 1, Brice Sorli 1

1 Institut d’Electronique et des Systèmes, 860 rue St Priest, 34000 Montpellier

Ce papier traite de l’implémentation d’un capteur RFID bas coût pour la détection de luminositéfonctionnant en bande UHF à 867 MHz.

Dans ce travail nous étudions la possibilité de coupler une cellule photovoltaïque de dimensionréduite à une puce RFID (EM4324 de chez EM microelectronic-marin) pouvant fonctionner en modepassif ou semi-passif, c’est à dire assistée par une batterie. Ce capteur se base sur la détection d’unevariation de puissance d’activation de la puce entre ces deux modes de fonctionnement, à savoir unevariation significative de l’ordre de 20dB.

Cette puce est connectée à une cellule photovoltaïque pour réaliser la détection de luminosité.L’énergie reçue contribue ainsi à alimenter l’étiquette RFID lorsque la lumière est disponible, ce qui apour effet de faire commuter la puce du mode passif au mode semi-passif. Ainsi sa puissance d’activa-tion est réduite de manière drastique (de -9dBm à -27dBm).

Plusieurs autres applications peuvent être envisagées tel que la détection de l’intensité lumineusepour l’éclairage public, ou encore l’allongement de la portée de détection de systèmes d’identificationspassifs sans l’usage de batteries. En l’associant à une super capacité, il est également envisageable degarantir une portée de détection bien supérieure aux tags RFID passifs actuels sur une durée prolongée.

JNRDM 2016 22 11-12-13 Mai


4.2.10 Lab on chip for sample preparation and detec-tion of circulating biomarkers in blood plasma

Rémi Malbec 1, Pierre Joseph 1, Thierry Leichlé 1, Marie Brut 1, Aurélien Bancaud 1

1 Laboratoire LAAS CNRS 7 avenue du colonel Roche 31031 Toulouse cedex 4, France

Circulating DNA and RNA have been shown to be relevant markers for the diagnostic and followup of cancer. It can be extracted from liquid biopsies (blood-based analyses) that therefore presentinteresting potential for the follow up of multiple myeloma which is highly invasive and currentlycontrolled by bone marrow aspiration. Another interest of liquid biopsy lies in the early detection ofcancer such as pancreatic cancers. The late stage detection of pancreatic cancer for 80% of the patientswhen surgical resection is no longer effective explains its high mortality rate (nearly 100%). Thereforepancreatic cancer is in need for early detection methods which will allow the therapy to start beforethe metastasis stage of the disease. The development of integrated approach (lab on chips) combiningsample preparation and detection is attractive to provide doctors and biologists a reliable, cheap, andready to use diagnostic tool.

One bottleneck of this approach is the low concentration and broad size repartition of circulatingDNA or RNA. Our goal is to set up a novel technology for oligonucleotide analysis, which relies on apatent of LAAS-CNRS. The concentration and separation by size of in vitro DNA is achieved underthe combined action of hydrodynamic actuation and electrophoresis acting in opposite directions.

JNRDM 2016 23 11-12-13 Mai


4.2.11 Dimensionnement multi-objectif d’une associa-tion batterie – supercondensateur pour une ap-plication photovoltaïque

Jeremy Dulout ∗1

1 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS) – Université Paul Sabatier(UPS) - Toulouse III, CNRS : UPR8001 – 7 Av du colonel Roche 31077 TOULOUSE CEDEX 4,France

Les énergies renouvelables comme le solaire photovoltaïque (PV) et l’éolien présentent une produc-tion intermittente et difficile à prédire précisément. Le stockage de l’énergie permet, a priori, d’assurerà chaque instant l’équilibre entre production et demande, condition nécessaire au bon fonctionnementde tout réseau électrique. Cependant, bien que les éléments de stockage électrochimique (ESE) soientadaptés pour remplir ce rôle, leur coût étant important, il est nécessaire de trouver un compromisentre conditions d’utilisation, performances et capacité de stockage d’énergie. Ce papier présente uneméthodologie d’association d’ESE qui peuvent être plutôt destinés à fournir de l” ’ énergie ” (ESE ayantune grande énergie spécifique exprimée en Wh/kg) comme des batteries au plomb-acide, lithium-ion,Ni-MH avec d’autres ESE de type ” puissance ” comme des supercondensateurs (SC) ou des batterieslithium-ion dédiées. Les résultats comparatifs de plusieurs associations d’ESE sont présentés. Ils sontvalidés par quelques résultats expérimentaux.

JNRDM 2016 24 11-12-13 Mai


4.2.12 Analyse de l’approche ” 3-puce ” pour l’inté-gration de convertisseur multi-phasé

Adem Lale ∗1,2,3

1 Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des systèmes, Laplace – France

2 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes [Toulouse] (LAAS) – Institut NationalPolytechnique de Toulouse - INPT, Université Paul Sabatier (UPS) - Toulouse III, CNRS :UPR8001, Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Toulouse, Laplace – 7 Av du colonelRoche 31077 TOULOUSE CEDEX 4, France

3 Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie [Toulouse] (LAPLACE) – Université Paul Sabatier(UPS) - Toulouse III, CNRS : UMR5213, Institut National Polytechnique de Toulouse – 2 RueCharles Camichel, France

Ce travail se place dans le contexte de l’intégration en électronique de puissance, et plus préci-sément dans l’intégration des convertisseurs de puissance. Un convertisseur multi-phasé est composéde N cellules de commutation. La cellule de commutation classique est composée de deux interrup-teurs commandables associés en série, et de deux diodes de roue libre placées en anti-parallèle de cesinterrupteurs. Les deux composants du haut sont les composants High-Side, et ceux du bas sont lescomposants Low-Side. L’inductance parasite de la maille de commutation, liée à la longueur des in-terconnexions, impacte les performances du convertisseur. La surface de la maille de commutation estdonc un paramètre à optimiser.L’intégration monolithique qui consiste à intégrer plusieurs composants au sein d’une même pucepermet de réduire le nombre de connexions filaires ainsi que le nombre de report de puces. Ce typed’intégration fait émerger de nouvelles architectures de puces.Dans ce papier, les auteurs présentent une approche d’intégration de convertisseur multi-phasé. L’idéeest d’intégrer le convertisseur sous la forme de trois macro-puces génériques. La puce à ” AnodeCommune ” intègre les composants High-Side du convertisseur. Pour la partie Low-Side, la puce ”multi-IGBT ” intègre les IGBTs et la puce ” multi-diode ” intègre les diodes. L’approche a été étudiéedans le cadre d’un convertisseur pont en H. Le convertisseur proposé a été validé par des simulations2D Sentaurus. Puis, deux prototypes de convertisseur ont été réalisés sur PCB et caractérisés : un ponten H proposé et un pont en H classique pour comparer les performances.

JNRDM 2016 25 11-12-13 Mai


4.2.13 Détection de gaz à l’aide de réseaux verticauxde nanofils de silicium

Brieux Durand ∗1,2, Aurélie Lecestre 1,2, Philippe Menini 1,2, Guilhem Larrieu 1,2

1 CNRS, LAAS – CNRS : UPR8001 – 7 avenue du colonel Roche, F-31400 Toulouse, France

2 Univ de Toulouse – Université Paul Sabatier (Toulouse, France) – LAAS, F-31400 Toulouse, France

Les nanostructures unidimensionnelles, telles que les nanofils (NFs) ou les nanotubes, sont trèsprometteuses pour les nouvelles générations de capteurs. Cela s’explique par leur facteur de forme(rapport surface/volume) très élevé, mais aussi par la possibilité de les fonctionnaliser. Les NFs de si-licium, popularisés par Lieber, sont particulièrement attractifs grâce à leur sensibilité importante, leurbiocompatibilité et la diversité de leurs applications possibles (capteurs de gaz, chimiques, biologiques...). L’objectif de cette étude consiste à développer une nouvelle génération de capteurs de gaz ultrasensibles basés sur la nanostructuration du silicium sous forme de nanofils verticaux de manière contrô-lée. Pour atteindre une meilleure reproductibilité, et donc avoir un excellent contrôle sur le nombre deNFs dans chaque réseau, leur espacement, leur diamètre et leur positionnement les uns par rapportaux autres, l’approche top-down a été privilégié. Ces NFs sont contactés électriquement par un pontsuspendu. Ainsi une large surface du NF est disponible, et peut réagir avec le gaz environnant. Cetteapproche permet de réaliser des réseaux de NFs définis par photolithographie optique pour contrôlerparfaitement leur nombre, leur espacement et leur position et obtenir ainsi des dispositifs reproduc-tibles. Les capteurs ont ensuite été caractérisés électriquement sous différentes ambiances gazeuses.Ils ont démontrés une excellente sensibilité pour détecter le dioxyde d’azote (NO2), avec un seuil dedétection de l’ordre du ppb et une bonne sélectivité permettant de discriminer l’ammoniaque (NH3)et NO2 sans être interférer par le monoxyde de carbone (CO) ou propane (C3H8).

JNRDM 2016 26 11-12-13 Mai


4.2.14 Référence de tension band-gap en technologieSOI à faible dérive sur une large gamme detempérature

Emna Chabchoub ∗†1, Franck Badets‡1, Pascal Nouet§2, Mohamed Masmoudi¶3

1 Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives-LETI (CEA-LETI) – Ministère del’Écologie, du Développement durable et de l’Énergie, ministère de l’enseignement supérieur et de larecherche, ministère de l’économie et des finances – 17 Avenue des Martyrs, 38000 Grenoble, France

2 Laboratoire d’informatique, de robotique et de microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS, Nouvelle Université de Montpellier – 161 RueAda, 34090 Montpellier, France

3 Micro Electro Thermal Systems (METS) – ENIS, Route de Soukra Km 2.5, 3038 Sfax, Tunisie

Les références de tension sont des éléments basiques dans les applications hautes températures. Laréférence de tension la plus utilisée est la référence bandgap. Toutefois, on ne trouve pas beaucoup desréférences bandgap allant à des températures supérieures à 150◦C.

Une référence de tension band-gap en technologie SOI compensée au premier ordre avec un faible co-efficient de température sur une plage de température allant jusqu’à 200◦C est proposée. La référencede tension est conçue en utilisant la technologie 0,18mm SOI partiellement deplétée (PD-SOI) de XFab.

L’architecture est basée sur la somme d’un courant proportionnel à la température absolue (PTAT)avec un courant inversement proportionnel à la température absolue (CTAT). Elle exploite les carac-téristiques en température des résistances de diffusion et des résistances Rpoly de la technologie defabrication. Grâce à cette technique, la structure de la référence de tension proposée est simple et al’avantage de ne pas avoir besoin du ”trimming”.

Le circuit produit une tension égale à 1,22V. Les résultats de simulations montrent que le circuitpermet d’obtenir un coefficient de température égale à de 13,21ppm/◦C sur une large marge de tem-pérature allant de -20◦C à 200◦C.

La puissance consommée est inférieure à 44mW sous une tension d’alimentation égale à 1,8V. Dans lessimulations de Monte Carlo, le coefficient de température moyen est 19,84ppm/◦C et la valeur moyennede la tension de sortie de référence est 1.222V.

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5 Nanotechnologie

5.1 Session orale

5.1.1 ACOM-TEM : potentiel et limites de caractéri-sation de la microstructure des matériaux de lamicroélectronique

Alexia Valery ⇤1,2

1 STMicroelectronics (Crolles) (ST-CROLLES) – STMicroelectronics – 850 rue Jean Monnet BP 1638926 Crolles, France

2 Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMAP) – Université Joseph Fourier - Grenoble I,CNRS : UMR5266, Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, Institut NationalPolytechnique de Grenoble (INPG) – 1130 rue de la Piscine, BP 75 38402 Saint Martin D’Hères,France

La caractérisation électrique et physique des matériaux utilisés dans les dispositifs à semi- conduc-teurs est essentielle lors du développement d’un nœud technologique. La réduction permanente desdimensions des transistors a accéléré le développement et a rendu courante l’utilisation de tech-niques permettant d’effectuer des observations morphologiques et chimiques, ainsi que des analysesde contraintes et déformations. Bien que la microstructure des matériaux cristallins utilisés pour lafabrication des grilles, sources, drains et contacts électriques des transistors peut devenir une source devariabilité dans les performances des dispositifs pour les technologies 28nm et au-delà, le couplage desanalyses électriques ou chimiques avec celle de microstructure reste néanmoins manquant. De nouveauxoutils ont été développés ces dernières années permettant de réaliser des cartographies d’orientationet de phase à l’échelle nanométrique. Parmi eux, la technique ACOM implémentée sur un MicroscopeElectronique à Transmission consiste en l’indexation de clichés de diffraction électronique acquis enscannant la surface d’un échantillon à l’aide d’un faisceau électronique en précession. Dans cette étude,nous confirmons qu’une utilisation optimisée de cette technique permet de comparer les morphologies,tailles, et orientations préférentielles des cristaux pour différents processus industriels de fabrication,pouvant par la suite expliquer des mécanismes de défaillance électrique. Les principales limites de latechnique apparaissant lorsque la taille des cristaux est de l’ordre de l’épaisseur de la lame mince, untravail de reconnaissance et d’identification de grains superposés dans l’épaisseur de la lame a été menéafin de diminuer les contraintes nécessairement imposées sur la géométrie de l’échantillon.

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5.1.2 Transistors HEMTs AlGaN/GaN flexiblesSarra Mhedhbi ⇤1, Marie Lesecq 1, Philippe Altuntas 1, Nicolas Defrance 1, Yvon Cordier 2, Abel

Ebongue 3, Gema Tabares Jimenez 2, Benjamin Damilano 2, Etienne Okada 1, Virginie Hoel 1

1 Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN) – CNRS : UMR8520,Institut supérieur de l’électronique et du nunérique (ISEN), Université Lille I - Sciences ettechnologies, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis – avenue Poincaré, Citéscientifique, BP 69, 59652 Villeneuve d’Ascq cedex, France

2 Centre de recherche sur l’hétéroepitaxie et ses applications (CRHEA) – CNRS : UPR10, UniversitéNice Sophia Antipolis [UNS], Université Nice Sophia Antipolis (UNS) – Bat. 5 Rue Bernard Grégory06560 VALBONNE, France

3 3M – Entreprise privée – France

Depuis quelques années, nous assistons à l’essor d’une nouvelle filière électronique sur sup- portsflexibles. De nombreuses applications difficilement atteignables par l’électronique classique sont visées,c’est notamment le cas des tags RFID, des capteurs mobiles, des écrans flexibles... Cette électroniqueest essentiellement basée sur des matériaux organiques dont la faible mobilité (< 1cm2/V.s) [1] limiteconsidérablement les performances hyperfréquences des composants. Dans ce contexte, l’intégrationhétérogène de composants de la filière GaN sur substrat flexible apparait comme une solution pro-metteuse pour des applications de puissance hyper-fréquence nécessitant une certaine conformabilité.Nous présentons ici les résultats obtenus sur un composant HEMT AlGaN/GaN reporté sur un sub-strat flexible. A partir de composants réalisés sur une épitaxie AlGaN/GaN sur substrat silicium, leprocédé de transfert repose sur l’élimination du substrat de croissance et le collage sur le substratflexible [2]. Le substrat flexible utilisé est conçu pour supporter les hautes températures, présente uneconductivité thermique de 0.8 W/m.K, et présente d’excellentes propriétés d’isolation électrique. Pourun composant de longueur de grille 100nm, une densité de courant de 275 mA/mm à VDS=5V etVGS=0V, des fréquences de transition fT = 46 GHz et fmax = 46 GHz ont été obtenues. Pour unetension VDS=5V, un gain en puissance de 12dB à 10GHz associé à un rendement en puissance ajoutéede 14% et une puissance de sortie saturant à 110mW/mm ont été obtenus. Ces résultats montrent lespotentialités de la filière GaN pour l’électronique flexible.

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5.1.3 Matériaux innovants sans plomb pour l’assem-blage de composants électroniques à basse tem-pérature

Pierre Roumanille ∗†1,2, Valérie Baco 1, Corine Bonningue 1, Michel Gougeon 1, Philippe Tailhades1, Philippe Monfraix 2

1 CIRIMAT – Université Paul Sabatier-Toulouse III - UPS – Francdiae

2 IRT Saint Exupéry – IRT Saint exupéry – France

Les nouvelles législations liées à des préoccupations environnementales et sanitaires ont conduit ledomaine de l’électronique à s’affranchir du plomb dans les alliages de brasure. Cette transition vers lebrasage ” sans plomb ” implique l’augmentation des températures d’assemblage ainsi que l’adaptationdes matériaux et des procédés en place. Les études de développement des matériaux de brasure sansplomb portent à la fois sur de nouvelles compositions d’alliages et l’utilisation des nanotechnologiespour améliorer les propriétés des assemblages.En s’appuyant sur l’expérience de l’Institut Carnot CIRIMAT dans le domaine des oxalates de mé-taux, une méthode originale d’assemblage sans plomb et à basse température de composants sur circuitimprimé est étudiée dans le cadre du projet NANO de l’IRT Saint Exupéry. De précédents travauxont montré le potentiel de l’oxalate d’argent comme matériau d’assemblage pour le report de puce.La décomposition thermique de ce type de composé mène à la création de nanoparticules d’argent quifrittent à basse température et basse pression et forment un joint métallique poreux.La démarche proposée ici est d’utiliser de tels composés métal-organiques comme précurseurs de parti-cules métalliques à intégrer à la formulation d’une crème à braser sans plomb. Après identification dansla littérature de quelques composés adaptés et des principales problématiques liées à l’oxydation, lespremiers travaux expérimentaux portent sur la synthèse et la caractérisation d’oxalates de métaux. Lespropriétés physico-chimiques et le comportement en température des composés simples sont d’abordétudiés avant d’effectuer des essais de formulation de crème et d’assemblage.

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5.1.4 Etude de matériaux getter pour le packaging derésonateurs en quartz

Ming Wu ∗†1, Johan Moulin 1, Alain Bosseboeuf 1

1 Institut d’Électronique Fondamentale – Université Paris Sud - Paris XI – France

Certains MEMS nécessitent un packaging sous vide afin d’assurer un fonctionnement optimal. Parexemple, un facteur de qualité élevé pour les microrésonateurs mécaniques ou une isolation thermiquede microbolomètres peuvent être obtenu par un conditionnement sous vide à une pression inférieur à10�2 mbar. D’autre part, dans le cas du packaging sur tranches, le volume interne de la cavité est petit,ce qui rend indispensable l’intégration des films getter pour maintenir une pression faible pendant unelongue période de temps. Enfin, la température de soudure et la température d’activation du getterdoivent être compatibles. Nous avons étudié et comparé la capacité de sorption de films getters detitane, vanadium ou zirconium protégés par une couche ultramince d’or. La composition de ces filmsgetters a été analysée en utilisant différentes techniques : quatre pointes, XRD, MEB, XPS et SIMSsous différentes températures. Les résultats montrent que le système Au/Zr est le meilleur candidatà la fonction de getter grâce au démouillage de l’or après traitement thermique : 70 nm de Zr estoxydé en ZrO2 après un recuit à 300◦C-1h, ce qui correspond à 7.5 10�7 moles d’oxygène absorbé.Toutefois ce système Au/Zr réagit déjà à 200◦C-1h, une température qui peut s’avérer trop basse pourdes applications de packaging sous vide. Ainsi, l’empilement Au/Zr/V/Zr a été proposé pour mieuxcibler la température d’activation autour de 300◦C.

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5.1.5 Stacked NW-FET : l’évolution naturelle du Fin-FET

Loïc Gaben ∗1,2,3


2 CEA - LETI (CEA - LETI) – Université Grenoble Alpes – 38054 Grenoble Cedex, France

3 Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d’Hyperfréquenceset Caractérisation (IMEP-LAHC) – Université Grenoble Alpes – Minatec-INPG 3 parvis Louis NéelBP 257 38016 GRENOBLE CEDEX 1, France

Dans la course à la miniaturisation des transistors, la plupart de l’industrie s’emploie aujourd’huià utiliser et à améliorer les architectures FDSOI ou FinFET. Dans ce contexte, une architecture à basede nanofils de silicium (NW-FET) semble prometteuse autant au niveau des performances que de lasimplicité d’intégration pour les nœuds les plus avancés. En effet, de par la proximité de nos schémasd’intégration, l’architecture NW-FET est ici suggérée en tant qu’une évolution du FinFET. Dans cepapier, on se propose de fournir une revue des performances des architectures à nanofils empilés quenous mettrons face au FinFET aux règles de dessin du nœud 7nm en simulation TCAD. Ces impor-tantes conclusions nous permettent aujourd’hui de focaliser la fabrication sur les géométries favorablesà un gain de performances. Toujours concernant la fabrication de ces dispositifs, nous soulèverons laproblématique de l’intégration dite ” Gate Last ” et notamment du risque de désalignement des grillesempilées. Une solution originale employant la lithographie de la résine Hydrogène Silsesquioxane (HSQ)sera proposée et illustrée : cette résine présente les particularités à la fois de pouvoir être exposée àtravers le silicium constituant les nanofils suspendus et également de devenir le matériau de grillesacrificielle Gate Last.

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5.1.6 Complexe de [Pt(II)(di-tert-butylsalophen)] pourles diodes électroluminescentes organiques bis-tables

Benoit Blondel ∗1,2, Fabienne Alary 3, Cédric Renaud 1, Isabelle Sasaki 2


2 Laboratoire de chimie de coordination (LCC) – CNRS : UPR8241 – 205 Route de Narbonne 31077TOULOUSE CEDEX 4, France

3 Laboratoire de Chimie et Physique Quantiques (LCPQ) – Université Paul Sabatier (UPS) -Toulouse III, CNRS : UMR5626 – 118 Route de Narbonne Bât. 3R1 b4 Toulouse 31062 Toulousecedex 9, France

Durant ces dernières années, les complexes phosphorescents composés de ligands p-conjugués et demétaux (d6 ou d8) ont été l’objet de nombreuses recherches en vue de l’optimisation des diodes électro-luminescentes organiques (OLEDs). En nous inspirant des travaux de C. Che et al. (Chem. An AsianJ., 2014, 9, 10, 2984), nous avons étudié un complexe phosphorescent, le [Pt(II)(di-tert-butylsalophen)]qui permettra la fabrication d’OLEDs à partir de petites molécules aussi bien par voie sèche que parvoie humide.Le [Pt(II)(di-tert-butylsalophen)] est thermiquement stable (Td ⇡ 400◦C) et possède une bande d’émis-sion située entre 575 nm et 750 nm (lmax = 660 nm) lui octroyant une couleur rouge foncée. Le dopagedu Tris-(8-hydroxyquinoline)aluminium (Alq3) avec 5% de ce complexe au sein d’OLEDs monocouchesconduit à l’émission de lumière rouge foncée exclusivement. Ce déplacement de longueur d’onde d’émis-sion, et donc ce changement de couleur, implique un transfert total d’énergie et de charge de la matrice(Alq3) vers le dopant (complexe de platine(II)). De plus, les OLEDs obtenues possèdent une caracté-ristique de résistance différentielle négative (NDR) présente pour de faibles tensions. L’origine de cephénomène reste encore très discutée. Cette caractéristique peut être interprétée par la formation dechemins de conduction localisés sous l’effet d’un champ électrique. D’autres études ont montré quecette caractéristique serait fortement liée à la présence d’une charge d’espace qui tend à moduler l’in-jection des charges. Le caractère bistable de ce type d’OLEDs peut mener à des applications dans lessources de lumière à mémoire.

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5.1.7 Jauges de contrainte à nanoparticules : étude del’influence de l’humidité par des caractérisationsélectromécaniques couplées à de la diffusion derayons X

Lucas Digianantonio 1, Mélanie Gauvin 1, Thomas Alnasser 1, David Babonneau 2, Benoit Viallet1, Guillaume Viau 1, Jérémie Grisolia 1, Alessandro Coati 3, Yves Garreau 3,4, et Laurence Ressier 1†

1 LPCNO, Université de Toulouse, INSA-CNRS-UPS, 135 avenue de Rangueil, 31077 Toulouse Cedex4, France

2 Institut P’, UPR 3346 CNRS, Université de Poitiers, 11 Boulevard Marie et Pierre Curie, 86962Futuroscope Chasseneuil, France

3 SYNCHROTRON SOLEIL, L’Orme des Merisiers Saint-Aubin - BP 48 91192Gif-sur-Yvette, France

4 Université Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité, MPQ, UMR 7162 CNRS, Paris Cedex 13, France

Cette étude traite de l’impact de l’humidité sur la stabilité et les performances de jauges decontrainte à nanoparticules. Ces capteurs résistifs sont constitués d’une assemblée compacte, mul-ticouche, de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre déposées sur un substrat souple par assemblageconvectif. Leur fonctionnement est basé sur la variation de conduction électrique dans l’assemblée denanoparticules soumise à une déformation mécanique. Chaque nanoparticule est entourée de ligandsorganiques qui constituent une barrière électrique mince. Le courant passe entre les nanoparticules àtravers ces barrières par effet tunnel. En première approximation, la résistance tunnel ayant une dépen-dance exponentielle avec la largeur de la barrière, la résistance globale de l’assemblée de nanoparticulesvarie exponentiellement avec la déformation, ce qui confère à ces capteurs une extrême sensibilité com-parée aux jauges métalliques conventionnelles. Néanmoins un inconvénient majeur à l’utilisation deces capteurs réside dans leur susceptibilité à l’humidité. Nous avons donc étudié l’influence de l’humi-dité sur la sensibilité des jauges et la stabilité de la résistance en l’absence de contraintes appliquées.Lorsque l’humidité relative augmente de 0 à 60%, la sensibilité du capteur augmente de 50% et sarésistance au repos de 40%. Des mesures de diffusion de rayons X ont montré que cette augmentationde la résistance au repos était due à un gonflement de l’assemblée de nanoparticules avec l’humidité.Finalement une solution d’encapsulation des capteurs a été développée, elle repose sur l’alternance decouches minces de polymères et d’alumine déposées sur la zone active du capteur.

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5.1.8 Mémoire de type CBRAM basée sur un électro-lyte de GeS par sulfurisation d’une couche d’Agsous PVD

Charles Rebora ∗†1, Luc Favre 1, Marc Bocquet 1, Magali Putero 1, Damien Deleruyelle 1

1 Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP) – AixMarseille Université, CNRS : UMR7334 – Aix-Marseille Universités 13937 Marseille, France

Les mémoires de types Conductive bridge Random Access Memories (CBRAM) font parties desmémoires de types résistives, les plus prometteuses dues à leurs propriétés telles qu’une haute miniatu-risation, une faible consommation de puissance et une commutation rapide. Les CBRAM sont baséessur la formation/dissolution d’un filament métallique (Ag ou Cu) conducteur dans un électrolyte solideest un des électrolytes les plus prometteurs. Le sulfure de Germanium (GeSx) est un électrolyte pro-metteur notamment pour son rapport élevé entre les deux états résistifs. Pour réaliser le basculementen résistance, le GeSx doit avoir suffisamment de soufre (x> 50%) afin de faciliter la migration des ions.Cependant, le soufre à une pression de vapeur élevée (le soufre s’évapore à 19◦C à 1e-6 Torr) ce quirend difficile le dépôt de GeSx (x> 50%) par pulvérisation sous atmosphère inerte. Dans cette étude,nous rapportons la fabrication d’un dispositif CBRAM de structure Ag/GeSx/W obtenu à partir dela pulvérisation d’une cible de GeS. Des analyses EDX montrent que le soufre diminue avec le tempsce qui affecte la fonctionnalité des dispositifs. Nous montrons qu’ajouter une couche d’Ag entre le Wet le GeS permet de fabriquer un dispositif fonctionnel. Des mesures XRD montrent l’apparition denanocristaux d’Ag2GeS3 dus à l’insertion d’une couche d’Ag servant de couche de piégeage pour lesouffre. Suivant ce procédé, les CBRAM exhibent un comportement bipolaire intéressant où le procédéde SET peut être réalisé selon les deux polarités. Ces résultats sont expliqués par un model physiqueimpliquant le transport ionique.

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5.2 Session poster

5.2.1 Étude du bruit électrique basse fréquence dansdes FinFETs à triple grille sub-10 nm

Boudier Dimitri ∗1

1 Groupe de Recherche en Informatique, Image, Automatique et Instrumentation de Caen (GREYC)– Ecole Nationale Supérieure d’Ingénieurs de Caen, Université de Caen Basse-Normandie, CNRS :UMR6072 – Boulevard du Maréchal Juin - 14050 CAEN Cedex, France

Le bruit électrique basse fréquence est utilisé en tant qu’outil de diagnostic non destructif pourestimer la qualité de l’oxyde de grille et du film de silicium des transistors. Les transistors étudiéssont des FinFETs à triple grille à canal N et P, fabriqués à l’imec (Leuven, Belgique) pour le noeudtechnologique 7 nm. La longueur de grille varie de 45 nm à 10 mm, la largeur totale de grille de 245nm à 420 nm et l’épaisseur équivalente d’oxyde est de 1,9 nm.L’étude de l’évolution du niveau de bruit en 1/f en fonction de la tension de grille permet d’identifierl’origine du bruit en 1/f. Le bruit en 1/f dans les transistors à canal N s’explique par le modèle desfluctuations de nombre de porteurs corrélées aux fluctuations de mobilité. Pour les transistors à canalP, le bruit en 1/f suit le modèle des fluctuations de nombre de porteurs en inversion modérée, tandisqu’en inversion forte celui-ci s’explique par le bruit dans les résistances d’accès.L’analyse du bruit de génération-recombinaison en fonction de la température (spectroscopie de bruitréalisée pour des niveaux de courant de drain constants) fournit des informations sur les pièges localisésdans la zone de déplétion du transistor. Dans les transistors à canal N, divers défauts complexes à basede bilacunes ou lacunes, associant hydrogène, phosphore, oxygène (V2H, V2(0/-), V-P, VOH) ont ainsiété identifiés.

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5.2.2 Exploring the Impact of Functional Test Pro-grams Re-Used for At-Speed Testing

Aymen Touati ∗1, Alberto Bosio 2, Patrick Girard , Arnaud Virazel 2

1 Laboratoire d’Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Université Montpellier II - Sciences et techniques, CNRS : UMR5506 – CC 477, 161 rue Ada, 34095Montpellier Cedex 5, France

2 Laboratory of Informatics, Robotics and Microelectronics of Montpellier (LIRMM) – Université deMontpellier, CNRS : UMR5506 – 161, rue Ada - 34000 Montpellier, France

Functional test guarantees that the circuit is tested under normal conditions, thus avoiding anyover- as well as under-test. This work is based on the use of Software-Based-Self-Test that allows aspecial application of functional test to the rocessor-based systems. This strategy applies the so-calledfunctional test programs that are executed by the processor to guarantee a given fault coverage. Themain goal of this paper is to investigate a methodology to improve the delay fault coverage of a giventest set of functional test programs. We propose to exploit existing Design-for-Test architecture toapply in a smarter way the functional programs. Then, we combine those programs with the classicalat-speed LOC and LOS delay fault testing schemes to further increase the delay fault coverage. Resultsshow that it is possible to achieve a global test solution able to maximize the delay fault coverage.

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5.2.3 Electromigration : Multiphysics Model and Ex-perimental Calibration

Giulio Marti ∗1

1 Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (SIMAP) – Université Joseph Fourier - Grenoble I,CNRS : UMR5266, Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, Institut NationalPolytechnique de Grenoble (INPG) – 1130 rue de la Piscine, BP 75 38402 Saint Martin D’Hères,France

Electromigration is one of the main reliability failure mechanisms of interconnects in integratedcircuits. Thereby, electromigration in copper interconnects can cause void nucleation and growth closeto the cathode. The analysis of the resistance development in time, obtained by employing adaptedstructures for electromigration tests ; let us determine the nucleation time, the failure time, and theresistance slope. This paper presents finite element simulations in combination with experimentalresults for the prediction of the critical values of electromigration induced failure. Therefore, a drift-diffusion model for the vacancies is used to describe the pre-voiding stress evolution. Herein, a newlydevelop method employing the Blech test structure and the local sense structure for the calibration ofthe model is proposed. The effective charge (Z*) of this technology has been extracted which is necessaryto calibrate the model for this technology. Furthermore, we propose a post-processing method thatallowed us to find the critical tensile stress for void nucleation.

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5.2.4 Integration of a miniaturized electronic inter-face for a lab-on-chip bearing micro-fluidic tran-sistors

Qiongdi Zhang ∗1, Ming Zhang 1, Antoine Pallandre 2, Lyas Djeghlaf 2, Anne-Marie Haghiri-Gosnet 2

1 Institut d’Electronique Fondamentale (IEF) – Université Paris Sud - Paris XI, Centre National dela Recherche Scientifique - CNRS – France

2 Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN) – Centre National de la RechercheScientifique - CNRS – France

Medical check-up and throughout diagnostics require multiplexed sample treatments and high reso-lution separations. After the separation steps, a sensitive detection of the biomarkers has to be carriedout. One way to efficiently separate groups of bio-molecules under an electric field consists in usingmicro-fluidic lab-on-chips. The electrophoresis takes place to transport molecules under two contribu-tions : the electro-kinetic mobility related to the size and charge of analyte and the electro-osmoticone that depends on the ionic distribution at the liquid/solid interface of micro-fluidic channels. Mostof the time analysts modulate EOF by adjusting pH or the ionic strength of their buffer (electrolyte)or just using surface treatments. However, these strategies cannot lead to real-time surface chargeadjustment that is necessary to optimize difficult bio-separation. Thus by tuning the surface chargeor EOF in real time we may succeed in an important analytical challenge : enslave the motion of thevarious species present in a biological sample. The micro-fluidic transistor has this capability and favorshigh resolution separations. Our group succeeded to integrate low-power consumption fluidic transistorbearing polarizable interface. The polarized layer directly immersed in fluid may drastically modulateEOF in a -1V/+1V gate voltage. The main goal of our work is to develop an embarked electricalcircuit to precisely control a full-matrix of fluidic transistors. By integrating such miniaturized circuitsnext to micro-fluidic architecture, we will fabricate one single functional device capable of performingmultiplexed bio-separations. The overall system has to be multi-modular, autonomous and portablebeing next generation micro-fluidic platforms.

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5.2.5 Développement d’une plate-forme hyperfréquencepour la métrologie de nano-dispositifs

Khadim Daffé ∗1, Gilles Dambrine 1, Kamel Haddadi


Les progrès technologiques constants de la nanoélectronique, en termes de réduction d’échelle, demontée en fréquence, d’apport de nouveaux matériaux complexes ont suscité de nombreux efforts ré-cents dans le domaine du test et de la métrologie. Un des challenges majeurs est de mesurer à l’aided’une station hyperfréquence sous pointes avec précision les propriétés localisées des composants hau-tement miniaturisés, de matériaux de plus en plus complexes, le tout avec des contraintes de testindustriel (temps de mesure, réduction de la surface de silicium dédié au test). Devant un tel chal-lenge, les instruments de mesure hyperfréquence actuels souffrent d’insuffisances majeures : (i) desstructures et des pointes de test inadaptées vis-à-vis de celles des grandeurs dimensionnelles des nano-dispositifs (1 nm / 100 mm) ; (ii) des grandeurs électriques des nano-dispositifs inadaptées vis-à-vis desinstruments HF actuels (impédance d’une centaine de k / 50). Ce travail vise donc à adresser la préci-sion des mesures, la résolution spatiale, l’accroissement de la gamme de fréquences, le développementd’étalons et les techniques de calibrage. En particulier, les études préliminaires ont visé à améliorer laprécision et la répétabilité des mesures électriques. Ainsi, le développement d’une plateforme de testrobotisée mettant en jeu des positionnements piézo-électriques (résolution nanométrique) du contactsonde/dispositif a permis d’augmenter de manière significative les performances en regard des tech-niques conventionnelles basées sur des positionnements manuels (précision ± 2.5mm). Les performancesen termes de répétabilité de mesure dans la bande de fréquences 50MHz-50GHz seront exposées.

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Architecture Reconfigurable Dynamiquement pour lamise en œuvre d’un DCT de taille variable

Marwa Hannachi ∗1

1 Hannachi – Université de Lorraine – France

Dans ce papier, nous proposons de mettre en œuvre une architecture reconfigurable pour implémen-ter la transformée en cosinus discrète (DCT) de taille variable. La reconfiguration dynamique partielleest utilisée pour intégrer à la demande différentes versions du module de calcul DCT. Pour ce faire,nous avons partitionné la région reconfigurable en petites partitions que nous avons ensuite adaptéesaux différentes tailles des tâches matérielles liées au module DCT. L’architecture proposée a été validéesur le SoC Xilinx Zynq-7000. Les résultats obtenus ont montré que le partitionnement proposé permetd’optimiser les ressources matérielles, gérer efficacement la zone reconfigurable et réduire le temps dereconfiguration.

JNRDM 2016 41 11-12-13 Mai


5.2.6 Analyse des déformations et contraintes au seind’un assemblage électronique

Anne-Laure Lebaudy ∗1, Raphaël Pesci 1

1 Laboratoire d’Etude des Microstructures et de Mécanique des Matériaux (LEM3) – Université deLorraine, Université Henri Poincaré - Nancy I, Ecole Nationale d’Ingénieurs de Metz, Arts et MétiersParisTech, CNRS : UMR7239 – 4 rue Augustin Fresnel 57078 METZ CEDEX 03, France

En proposant des technologies de plus en plus performantes et miniaturisées, l’électronique dé-termine les avancées dans de nombreux secteurs industriels : le transport, la gestion de l’énergie, lestechnologies de la santé, le multimédia.L’intégration 3D apparaît comme une solution prometteuse dans le cadre de la miniaturisation descircuits et de la diversification de leurs fonctionnalités. Dans cette architecture, des puces de diffé-rentes natures assurant diverses fonctions du système sont empilées et interconnectées verticalement.Les connexions électriques sont établies entre les différentes puces en exploitant de manière optimalel’aspect tridimensionnel de l’assemblage et permettant une augmentation significative de la densitéd’interconnexion. Cependant, l’empilement de circuits hétérogènes génère des contraintes thermoméca-niques extrêmes induisant des problèmes de fiabilité avec notamment la voilure des puces, des rupturesau niveau des brasures.... Afin d’identifier les étapes critiques de fabrication et l’origine de ces défauts,l’analyse des contraintes et déformations sur ce type de structure est nécessaire.Dans ce but, différentes techniques expérimentales d’analyse de contraintes ont été mises en place afind’obtenir un maximum d’informations sur la répartition des contraintes dans une telle architecture.Une méthode de diffraction des rayons X a été utilisée afin d’évaluer les contraintes dans les matériauxmonocristallins de l’assemblage (substrat de silicium). La méthode de microdiffraction Kossel dans unmicroscope électronique a également été calibrée afin d’obtenir une information plus locale dans cer-tains composants (échelle micrométrique). Les résultats expérimentaux ont été comparés à des modèlesnumériques développés dans cette optique de fiabilisation.

JNRDM 2016 42 11-12-13 Mai


5.2.7 High performance thin film transistor with Su8gate insulators

Xiang Liu ∗1, Emmanuel Jacques †1, Tayeb Mohammed-Brahim ‡

1 Institute of Electronics and Telecommunications of Rennes, University of Rennes 1, – Université deRennes I – France

The solid-state architecture for poly-silicon thin film transistor (TFT) with organic Su8 insulators ispresented in this paper. As a solution-process organic insulator, Su8 gate insulator can meet the demandof the future low-temperature and flexible electronics. We demonstrate that organic Su8 insulator canbe integrated with the microelectronic TFT CMOS processes. In particular, the interface betweenthe organic insulator and inorganic active-layer is also researched to obtain optimized gated insulatorperformance. With series of low-temperature processes (below 120), a high performance TFT withSu8 insulator was fabricated to achieve high on/off ratio (_~ 105), high mobility, excellent stabilityand reproducibility. This solid-state device may prove useful for the following application in flexiblemicroelectronics, organic opto-electronics and sensing- imaging devices.

JNRDM 2016 43 11-12-13 Mai


5.2.8 A Hybrid Power Modeling Approach to ImproveHigh-Level Power Characterization

Alejandro Nocua ∗1, Arnaud Virazel 1, Alberto Bosio 1, Patrick Girard 1

1 Laboratory of Informatics, Robotics and Microelectronics of Montpellier (LIRMM) – Université deMontpellier, CNRS : UMR5506 – 161, rue Ada - 34000 Montpellier, France

Power consumption is the one key concern in today digital design flow. Optimization techniquesare applied at early stages to reduce the power consumed by the chip. Accurate and efficient powermodels at high abstraction levels are needed, as it is at this stage when most of the power saving isaccomplished. High-level power models are constructed with pre-characterized power values based onestimation techniques at different abstraction levels. The most accurate results are obtained at low-abstraction levels, as the complete circuit structure is well known. However, the simulation runtimeis prohibitive to analyze complex circuits. Thus, characterization points based on low-level simulationwithout runtime drawback are desired. In this work, we proposed a hybrid power modeling approachthat takes into account power-related information from different abstraction levels. The major purposeof our approach is to enhance high-level power models by having a fast analysis with a transistor-likeaccuracy. Our approach is composed of b two main phases, a library characterization methodology,and an efficient power estimation flow. As test case, we perform experiments on benchmark circuitssynthesized with a 28nm ”Fully Depleted Silicon on Insulator” (FDSOI) technology. We compare ourresults with transistor simulations results and show that we can achieve an accuracy close to 6% witha runtime speedup close to 60X.

JNRDM 2016 44 11-12-13 Mai


5.2.9 Dégradation singulière de cellules SDRAM souscontrainte radiative

Axel Rodriguez ∗1, Frédéric Wrobel 1,2, Antoine Touboul 1, Frédéric Saigné 1, Françoise Bezerra 3

1 Institut d’Électronique et des Systèmes (IES) – Université de Montpellier – Bâtiment 5 860 Rue St- Priest 34090 Montpellier, France

2 Institut Universitaire de France (IUF) – Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la RechercheScientifique – Maison des Universités, 103 Boulevard Saint-Michel, 75005 Paris, France

3 Centre National d’Etudes Spatiales (CNES) – CNES – 18, Av. Edouard Belin, 31055 Toulouse,France

Une des préoccupations en matière de fiabilité de l’électronique est l’impact de la contrainte ra-diative engendrée par son milieu, qu’il soit spatial, avionique ou terrestre (nucléaire ou civil). Sur lesmémoires de type SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory), les radiations peuventengendrer une perte de données selon plusieurs mécanismes.L’objectif de l’étude présentée est d’approfondir les connaissances sur l’un de ces mécanismes de pertede données, nommé dégradation singulière, qui peut rendre une cellule mémoire non- fonctionnelle,suite à l’interaction d’une seule particule avec les matériaux d’une cellule SDRAM.

Nous présenterons tout d’abord le contexte de l’étude, en établissant à la fois une revue des effetsde dégradation singulière sur cellules SDRAM ainsi qu’une explication de ces effets. Dans une secondepartie, le protocole expérimental employé ainsi que les campagnes d’irradiation effectuées seront dé-crits en détail. Une troisième partie développera les résultats obtenus, en présentant une synthèse surles conditions d’apparition ainsi que les propriétés de ces cellules dégradées. Un mécanisme de dégra-dation sera proposé. Enfin, la dernière partie conclura sur le retour d’expérience apporté ainsi queles nouveautés apportées par ces travaux de thèse. Les résultats ainsi que leur accord avec les étudesprécédemment menées sur ce sujet seront aussi explorés.L’article final consolidera les bases précédemment développées en apportant plus de précisions sur lemécanisme de formation des dommages induits par les radiations.

JNRDM 2016 45 11-12-13 Mai


5.2.10 Optimisation des tensions d’alimentations detransistors organiques via déposition de maté-riaux ferroélectriques

Benjamin Ramos ∗1

1 Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie (LAPLACE) – Université Paul Sabatier - Toulouse III– 118 Route de Narbonne Batiment 3R3 31062 Toulouse Cedex 9, France

Dans ce travail, en vue d’une application OLET (Transistor Organique Lumineux), nous avonsétudié plusieurs diélectriques de grille afin de réduire les tensions d’alimentations. A l’heure actuelle, ils’agit d’un verrou technologique pour une application dans les technologies liées à l’affichage mais égale-ment à l’éclairage pour réaliser un système lumineux ” tout organique ”. Nous avons donc décidé de jouersur les permittivités des diélectriques de grille en utilisant différents matériaux : le PMMA (Poly(methylmethacrylate)), un matériau classique pour ce type de couches et deux matériaux ferroélectriques :le PVDF-TrFE (Poly(vinylidene fluoride-trifluoroethylene)) et le PVDF-TrFE-CFE (Poly(Vinylidenefluoride-trifluoroethylenechlorofluoroethylene terpolymer)).L’utilisation du PMMA sert de référence pour les tensions d’alimentations. Des OFETs type-n ont étéréalisés avec la structure suivante : Verre/ITO/PMMA/PTCDI-C13/Aluminium. Des tensions de 50Vont été obtenues, ce qui concorde avec la littérature.

Pour les matériaux ferroélectriques, nous avons déterminés les paramètres de dépôt (températurede recuit et solvant pour la dilution) et effectué une corrélation avec leurs cristallinités par AFM.Ensuite, nous avons effectué des mesures de capacités électriques en réalisant la structure suivante :Verre/ITO/matériaux ferroélectriques/Aluminium. Un recuit proche de la température de Curie desmatériaux, augmente la valeur de la capacité et réduit la rugosité de surface. Cela permet d’optimiserl’interface entre le diélectrique de grille et le semi-conducteur organique, une étape clé pour tenter delever ce verrou.Actuellement, nous réalisons des OFETs de type-n et de type-p avec les matériaux ferroélectriquespour valider la diminution des tensions d’alimentation. L’étape suivante sera de réaliser un transistorambipolaire puis un OLET.

JNRDM 2016 46 11-12-13 Mai


5.2.11 Ultra Thin Body InAs MOSFET with raisedS/D contacts for future high performance CMOSdevices

Matej Pastorek ∗†1, Ludovic Desplanques 2, Nicolas Wichmann 2, Yoann Lechaux 2, MohammedRidaoui 2, Alain Fadji 3, Xavier Wallart 2, Sylvain Bollaert 2

1 microelectronics – IEMN, Université Lille1, – Avenue Poincaré, CS 60069, 59652 Villeneuve d’AscqCedex, France, France

2 microelectronics – IEMN, Université Lille1 – France

3 microelectronics – IEMN, Université Lille1 – microelectronics, France

Reduction of MOSFET’s operation voltage without decreasing the switching speed is crucial for thedevelopment of low power electronics systems as well as for continuing reduction of the CMOS transistordensity following the Moor’s law. In this situation we propose Ultra thin body InAs MOSFET wherethe III-V canal material exhibits an substantial increase in mobility enabling reduction in operatingvoltage without losing the MOSFET’s performance. In this configuration the canal thickness of severalnanometers improves the electrostatic control leading to the suppression of the short channel effects.However a novel contacting technology compatible with the nanoscale design of the targeted structurehave to be envisaged. To address this issue we developed the selective regrowth contacting technologyof InAs on the ultra thin body heterostructure that includes InAs/InGaAs QW channel of 6 nm usingthe HSQ hard mask pattern enabling the self aligned S/D fabrication. It is observed that the HSQ maskdesign affects the raised contact’s roughness and the formation of adjacent facets close to the dummygate follows the crystal orientation of the device as well. Further design and orientation of the raisedInAs in the HSQ hard mask openings has an significant impact on the device OFF- state metrics suchas Subthreshold swing, Drain induced barrier lowering and Threshold voltage. The devices exhibits anexcellent On-state figures of merit including high Imax current of 1500 mA/mm and the conductanceof 900mS/mm. This suggests that proposed technology represents an excellent fabrication platform forfuture high performance CMOS devices.

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5.2.12 Couplage fort de capteurs M/NEMS résonants :réjection de la dérive thermique

Pierre Prache ∗1,2, Jérôme Juillard†3, Nuria Barniol 2

1 GeePs – Université Paris Sud - Paris XI, Université Pierre et Marie Curie [UPMC] - Paris VI –France

2 Universitat Autonoma de Barcelona (UAB) – Espagne 3 GeePs – Université Paris Sud - Paris XI,Université Pierre et Marie Curie [UPMC] - Paris VI – France

Les capteurs M/NEMS (Systèmes Micro /Nano ElectroMécaniques) résonants représentent unesolution efficace pour des mesures de haut niveau, tel la détection d’espèces chimiques. La fréquencenaturelle du résonateur est comparée à une référence, et le mesurande est déduit. Mais cette fréquenceest modifiée par les paramètres environnementaux. Nous proposons de coupler deux résonateurs dansune boucle et de mesurer leur différence de phase. Cette dernière est sensible au désaccord entre lesrésonateurs, mais ne varie pas lorsqu’une dérive est appliquée aux deux. De plus, l’électronique estlégère, puisqu’aucune fréquence externe n’est requise.L’architecture est composée de trois parties. Premièrement, il y a deux résonateurs M/NEMS (di-mensions : longueur 10mm, largeur : 500nm, hauteur : 900nm, gap : 450nm) co-intégrés avec leuramplificateur en technologie AMS 0.35mm. La fréquence naturelle est à 3.4MHz et le facteur de qualitéautour de 170. Deuxièmement, le mixeur digital, monté sur un PCB séparé, composé de deux com-parateurs, deux portes AND et une porte XOR, génère les tensions d’excitation des résonateurs. Lasynchronisation s’opère lorsque les fréquences naturelles des résonateurs sont proches.

Pour prouver le rejet de la dérive en température, on place les deux résonateurs sur une plaquechauffante et on observe la variation de différence de phase. Puis on fait de même en plaçant seulementun seul résonateur. Lorsque la température est une dérive, elle ne modifie pas la différence de phase,mais lorsqu’elle est la grandeur à mesurer, la différence de phase y est très sensible.

JNRDM 2016 48 11-12-13 Mai


5.2.13 Améliorer la compréhension des transports dechaleur dans les matériaux nano-structurés parl’investigation de la conductivité thermique desnanofils de silicium

Hayat Zaoui ∗1

1 Lampin Evelyne – Centre National de la Recherche Scientifique - CNRS – France

Des transistors nouvelle génération sont fabriqués à partir de nanostructures telles les nanofils. Orla gestion du transport de la chaleur à ces petites échelles est problématique. Des travaux expérimen-taux et numériques montrent que la conductivité thermique augmente dans les nanostructures. Cecipourrait générer un auto-échauffement dramatique du matériau. Nous nous proposons de ce fait d’étu-dier la conductivité de la chaleur dans des nanofils de silicium au moyen de simulations de dynamiquemoléculaire. Nous voulons en effet comprendre la dépendance en longueur. La dynamique moléculaired’approche à l’équilibre (AEMD) est exploitée pour y accéder. L’AEMD est une méthode transitoire oùune différence de température est d’abord initialisée avant que l’approche à l’équilibre soit menée. Ladifférence de température décroit exponentiellement vers 0 avec un temps de décroissance directementlié à la conductivité thermique du nanofil, comme on le montre à partir de la solution de l’équationde chaleur en 1D. Cette méthode est plus rapide que les méthodes stationnaires et permet d’étudierdes systèmes plus grands. Nous avons obtenu la conductivité thermique de nanofils de rayons comprisentre 1 et 7 nm et de longueurs allant jusqu’à 1100 nm. Nous obtenons une dépendance en longueur,encore plus prononcée pour les rayons les plus élevés. Quant aux conséquences sur la distribution delibre parcours des phonons, qu’implique cette forte dépendance en longueur dans les nanofils, elle resteencore à discuter.

JNRDM 2016 49 11-12-13 Mai


5.2.14 Conception et optimisation des oscillateurs à2.5 GHz à très faible consommation de puis-sance

Imen GHORBEL 1, Fayrouz HADDAD 1, Wenceslas RAHAJANDRAIBE 1

1 Laboratoire IM2NP, Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence UMR CNRS7334, Aix-Marseille Université Technopôle de Château Gombert 13453 MARSEILLE Cedex 13,France

La conception d’un oscillateur radiofréquences (RF) performant est devenue de plus en plus difficileà cause de l’évolution des exigences des standards de communication et essentiellement en termes defaible coût, faible consommation, forte intégration, etc. Il s’avère donc nécessaire de mettre en place uneméthodologie de conception d’oscillateurs RF et une approche d’optimisation de leurs performancesafin de respecter ces diverses contraintes.

Dans ce travail, deux topologies d’oscillateurs contrôlés en tension (VCO) RF utilisant deux tech-niques de réduction de la consommation sont étudiées. Les deux techniques utilisées sont la réutilisa-tion de courant et le fonctionnement en régime sous le seuil. Une approche d’optimisation permettantd’améliorer les performances en termes de consommation, de bruit de phase et de Tuning range estprésentée.

Deux oscillateurs ont été conçus et simulés sous l’environnement cadence en utilisant le simulateurSpectre-RF. Les résultats de simulation montrent une très basse consommation de puissance et validentdonc l’efficacité de l’approche d’optimisation. Cependant, la plage de variation de fréquences est faible.Donc, il y a un compromis à faire entre le Tuning range et la consommation de puissance. Ce qui nousa amené à proposer un organigramme présentant l’impact des différents éléments constitutifs du VCOsur ses performances, et par la suite permettant de faciliter le choix optimal de la structure d’oscillateurselon les contraintes des diverses applications.

JNRDM 2016 50 11-12-13 Mai


6 Robotique-Numérique

6.1 Session orale

6.1.1 Modèle analytique pour la récupération d’éner-gie vibratoire d’un capteur sphérique

Daher Diab ∗†1, Fabrice Lefebvre 1, Georges Nassar 1, Adnan Naja 2, Fawaz El Omar 2

1UVHC, IEMN-DOAE – Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis – France

2EDST, LPM – Liban

Dans le cadre de la réalisation d’un capteur sphérique autonome, nous avons développé un modèleanalytique pour la récupération d’énergie vibratoire. Notre capteur de forme sphérique est composéde deux demi-sphères en plexiglas et d’un anneau piézo-électrique en PZ26 pouvait être utilisé enexcitateur ou en capteur. Dans ce travail, l’anneau piézo-électrique a été modélisé selon ses trois modesde vibration principaux : longitudinal, radial et en flexion. Pour chaque mode, l’anneau est décrit parun circuit électromécanique reliant la partie mécanique (forces et vitesses) à la partie électrique (tensionet courant) par l’intermédiaire d’un transformateur. La tension totale c’est la somme des trois tensionsdonnées par les trois modes de vibration, cette tension est appliquée au circuit d’extraction d’énergiepour charger un condensateur.

JNRDM 2016 51 11-12-13 Mai


6.1.2 Conception et optimisation d’un micro-générateurpiézoélectrique à déclenchement thermomagné-tique pour des capteurs autonomes

Adrian Rendon ∗†1, Skandar Basrour 1

1 Techniques of Informatics and Microelectronics for integrated systems Architecture (TIMA) –CNRS : UMR5159, Université Joseph Fourier - Grenoble I, Institut National Polytechnique deGrenoble (INPG) – 46 Av Félix Viallet 38031 GRENOBLE CEDEX 1, France

Ce travail porte sur la thématique de la récupération de l’énergie par transduction piézoélec- trique.L’objectif général est d’assurer l’autonomie, en alimentation électrique, des nœuds d’un réseau decapteurs sans fil. Dans cet article nous décrivons la conception d’un micro-générateur piézoélectriqueoptimisé à travers ses dimensions à l’aide d’un modèle en éléments finis. Le système étudié est unestructure constituée d’une poutre encastrée-libre, munie de deux patchs piézoélectriques collés sur sesdeux faces longitudinales. Nous avons modélisé ce dispositif en 3D sur ANSYS\copyright{} , afin dele caractériser en régime statique et dynamique. Cette étude a été validée par l’intermédiaire d’unmodèle analytique, qui se base sur les hypothèses d’Euler-Bernoulli pour les poutres en flexion. Cettetechnique nous a permis de maximiser la réponse en énergie du dispositif via les dimensions des patchspiézoélectriques. Pour mettre en valeur l’effet de ce procédé, une comparaison des performances dumicro-générateur, avant et après l’optimisation, est établie. L’apport de ce travail réside dans l’approchedu fonctionnement du micro générateur, déclenchement thermomagnétique grâce à l’hybridation piézo-magnétique, et dans la méthodologie d’optimisation et de conception du générateur. Nos résultats ontmontré qu’en appliquant cette technique d’optimisation l’énergie produite par le micro-générateuraugmente de 81% par rapport au dimensionnement initial.

JNRDM 2016 52 11-12-13 Mai


6.1.3 Optimisation d’un réseau Zigbee de diagnosticénergétique pour la gestion intelligente d’un bâ-timent

Frank Itoua Engoti ∗1, Raymond Quéré 1†

1 XLIM (XLIM) – Université de Limoges, CNRS : UMR7252 – 16 rue Jules Vallès, 19100 Brive LaGaillarde, France

La COP21 a conclu sur un accord fixant comme objectif une limitation du réchauffement mondialentre 1,5 et 2 ◦C d’ici 2100. Pour y parvenir, nous devrons être capables de changer nos habitudesde consommation d’énergie. Et afin d’optimiser celle-ci, nous pouvons nous appuyer sur un systèmede gestion automatisé. Dans ce contexte, nous apportons une contribution en élaborant un systèmede diagnostic énergétique d’un bâtiment, basé sur un réseau de capteurs et un réseau d’automates demesures électriques. Au sein d’un bâtiment universitaire, nous avons déployé un réseau zigbee qui apour objectif le diagnostic énergétique dynamique du bâtiment. Les données recueillies constituent lesentrées d’un modèle thermique dynamique développé par une équipe de thermiciens du Génie Civil.Les données du réseau Zigbee sont enregistrées dans une base de données Sql. En parallèle à ce réseaunous avons installé un réseau d’automates fonctionnant en Modbus qui a pour objectif le suivi deconsommation électrique dans le bâtiment. Pour avoir une gestion centralisée de nos réseaux, nousavons installé un logiciel de type SCADA qui regroupe toutes les données de ces deux réseaux sur unmême système de gestion de base de données. Ceci améliore la latence de recherche due au Big datapour la supervision et permet une gestion centralisée.Ce système, permet à partir de l’évolution des grandeurs mesurées dans le bâtiment d’agir sur lesactionneurs en sortie afin d’améliorer la consommation énergétique du bâtiment.

JNRDM 2016 53 11-12-13 Mai


6.1.4 Caractérisation du canal de propagation dans lecontexte d’usine du futur

Albekaye Traoré 1,2 , Hervé Boeglen 1 , Sébastien Boria 2 , Rodolphe Vauzelle 1

1 XLIM UMR CNRS 7252 Université de Poitiers 86962 Futuroscope Cedex, France

2 Airbus Group 1, rond-point Maurice Bellonte 31707 Blagnac Cedex, France

Nos travaux de recherche s’inscrivent dans le contexte de l’usine du futur des lignes d’assemblagesfinaux du groupe Airbus. Ce projet vise à numériser et à automatiser le processus d’assemblage d’unavion à travers des robots collaboratifs, des robots autonomes, de la réalité augmentée, des outilsconnectés et des opérateurs humains. L’ensemble de ces agents doit échanger des commandes de ges-tion, de contrôle et de surveillance au sein d’un Réseau de Capteurs Sans Fil (RCSF) fiable, robuste età faible latence. L’objectif de nos travaux vise à optimiser la qualité de service à travers la prédictiondu comportement du canal de propagation en environnement industriel complexe afin de proposer unmodèle de canal radio efficace. Le milieu industriel, bien qu’indoor, diffère des milieux indoors clas-siques. C’est pourquoi les approches classiques des RCSF ne peuvent pas être utilisées dans un telmilieu. En effet, l’architecture géométrique et les propriétés électriques de ce type de milieu intro-duisent de fortes perturbations électromagnétiques tel que le bruit impulsionnel dû aux équipementsqui peuvent considérablement perturber la communication. Afin de s’adapter à ces perturbations etainsi assurer un bon fonctionnement des technologies de communications sans fil, il est nécessaire deconnaitre précisément le canal de propagation. Pour caractériser efficacement un canal de propagation,on a recours soit à des campagnes de mesure, soit à des simulateurs. Dans ce papier, nous présentonsla caractérisation du canal à travers une approche expérimentale. Cette méthode sera utilisée pourdimensionner efficacement le RCSF dans le contexte d’usine du futur.

JNRDM 2016 54 11-12-13 Mai


7 Télécommunication-Radiofréquence

7.1 Session orale

7.1.1 Conception d’un LNA 60GHz en utilisant tech-nologie BiCMOS de 0.25um

Rafael MARINHO 1, Bruno BARELAUD 1, Julien LINTIGNAT 1, Bernard JARRY XLIM 1

1 UMR CNRS no 7252 123, avenue Albert Thomas - 87060 LIMOGES CEDEX

Ce travail concerne la conception et la simulation d’un amplificateur à faible bruit (LNA) largebande à 60GHz en technologie BICMOS 0,25 micromètres. Les choix des composants ainsi que latopologie du circuit est primordial pour obtenir de faibles valeurs de bruits (NF). Le premier travailconsiste à trouver le bon dimensionnement pour les transistors bipolaires (AE). On simule le NF et fré-quence maximale (fMAX) en fonction du courant de collecteur et de ses dimensions. Dans un deuxièmetemps, nous effectuons des simulations électromagnétiques pour les composants passifs (inductances etcapacités) du circuit afin de prendre en compte les effets parasites liés au substrat silicium. Les réseauxd’adaptation d’entrée et sortie sont deux problèmes qu’il faut impérativement étudier pour obtenir debonnes valeurs de gain et de largeur de bande. Cette dernière caractéristique pour une fréquence de61,5 GHz est de 9 GHz. La topologie du LNA se compose de trois étages cascode qui vont permettrede réduire les problèmes de linéarité et obtenir un gain important sur une large bande. Les résultatsobtenus sont à l’état de l’art pour la technologie utilisée. Le gain du circuit est de 14dB et le facteurde bruit de 6dB à fréquence centrale. La largeur de bande est aussi en accord avec la bibliographie(standard européen). Les résultats sont issus de post-simulation (extracted).

JNRDM 2016 55 11-12-13 Mai


7.1.2 Antenne RF accordable en fréquence par l’in-termédiaire de condensateurs variables en tech-nologie CMOS SOI

Dominique Nicolas 1,2, Essia Ben Abdallah 1, Alexandre Giry 1, Thierry Parra 2, Serge Bories 1

1 CEA, LETI, MINATEC Campus F-38054 Grenoble, France

2 CNRS, LAAS, Univ. Toulouse, UPS F-31400 Toulouse, France

Face au développement d’une multitude d’applications utilisant le spectre hertzien, la mise enplace de nouveux standards fréquentiels mène à des défis importants dans la conception des antennes.Pour répondre aux contraintes parfois sévères en terme de bandes de fréquences sur lesquelle opèrentces standards, les antennes associées doivent couvrir un nombre élevé de bandes de fréquences touten occupant physiquement un faible espace. Un des défis consiste donc à concevoir des antennes quigardent une bonne efficacité lorsqu’elle opèrent à des fréquences inférieures à leur fréquence de ré-sonance naturelle. Pour contrer la perte d’efficacité inhérente à ce régime d’opération, des antennesdites "aperture-tuned" ont été récemment développées. Ces antennes agiles dépendent d’un composantreconfigurable, généralement capacitif. La technologie CMOS à silicium sur isolant (SOI), qui permetde réaliser des condensateurs RF à facteurs de qualité compétitifs et destinés à fonctionner à des puis-sances relativement élevées, représente une solution alternative à celles déjà existantes (notammentMEMS RF) et présente de sérieux avantages. Une antenne miniature dotée d’une capacité variable enSOI 130 nm et fonctionnant dans la bande 520-920 MHz est décrite. Des efficacités de rayonnementallant de 18 à 54 % ont été mesurées.

JNRDM 2016 56 11-12-13 Mai


7.1.3 5G : Tendances et Perspectives pour la Concep-tion d’Amplificateurs de Puissance

Florent Torres ∗1,2, Eric Kerhervé 2, Andreia Cathelin 1


2 Laboratoire IMS – Laboratoire IMS – 351 Cours de la libération 33400 Talence, France

La cinquième génération de réseau mobile (5G) est prévue pour être déployée à l’horizon 2020.Il s’agit du plus ambitieux projet de réseau mobile jamais réalisé qui devra répondre aux attentesd’un marché de masse en pleine expansion. La 5G devra adresser des applications mobiles orientéesutilisateur, secteur en pleine croissance exponentielle, mais pas seulement. La 5G devra aussi porteret supporter une explosion du nombre d’objets connectés lors de l’expansion de l’Internet des Objets.Ces applications nécessitent une augmentation des débits de données et de la couverture réseau, parrapport aux spécifications de la 4G. La réduction du temps de latence et de la consommation desterminaux mobiles sont aussi des points critiques. Même si aucun standard ne devra voir le jour avant2018 ou 2019, les grandes tendances quant aux spécifications sont pressenties et ont été formulé par desanalystes, industriels et les différents acteurs participant à l’élaboration de la 5G. Dans cet article, lesdernières tendances quant aux spécifications attendues pour la 5G seront discutées. Nous discuteronsaussi des différentes bandes de fréquences pressenties pour l’allocation à la 5G. Nous nous intéresse-rons particulièrement au bloc qui consomme le plus d’énergie dans une chaîne d’émission/réception :l’amplificateur de puissance - véritable verrou technologique en matière de linéarité, puissance de sor-tie et consommation - ainsi que la potentialité de la technologie CMOS peu coûteuse pour ce typed’application.

JNRDM 2016 57 11-12-13 Mai


7.1.4 Banc de caractérisation en linéarité de compo-sants actifs par des mesures multi-tons inno-vantes : application aux HEMTs GaN

KAHIL Si Abed Karim 1,2, LAURENT Sylvain 1, QUERE Raymond 1, FLORIOT Didier 2, DRIADSamira 2, BRUNEL Valeria 2

1 Laboratoire XLIM 123, Avenue Albert Thomas 87060 Limoges, France

2 United Monolithic Semiconductors 10 Avenue du Québec 91140 Villebon-sur-Yvette

Un banc load-pull multi-tons, dédié à la mesure de linéarité de composants actifs, est présenté.A titre d’illustration, nous comparons les performances en linéarité de trois technologies HEMT GaNprovenant de deux fonderies concurrentes, les conditions de polarisation et de charges renvoient à desapplications télécom.La mesure repose sur les principaux critères de linéarité : mono et multi-porteuses. Le résultat descaractéristiques temporelles en courant et tension permet d’approfondir l’analyse de distorsion non-linéaire, de mettre notamment en évidence l’influence des effets parasites basse-fréquence, relativementimportante dans les composants à base GaN.Actuellement, ce banc répond à des besoins de caractérisation en linéarité des composants promus àdes applications de télécommunication et radar. Ses potentialités ainsi que son exploitation lui confèreun intérêt industrialo-scientifique majeur.

JNRDM 2016 58 11-12-13 Mai


7.2 Session poster

7.2.1 Analysis of granularity for automatic biasing controlin FDSOI technology with low voltage supply

Otto Aureliano Rolloff ∗†1, Thiago Ferreira De Paiva Leite 1, Rodrigo Possamai Bastos 1, LaurentFesquet 1


Each new technology node provides increasingly smaller and faster circuits. However, miniaturiza-tion is coming to its physical limits and power consumption became a main issue due to the increaseof leakage. Low-Voltage is a classical and well-known method to reduce power consumption. Althoughit reduces the speed of a circuit significantly. This paper describes a method for an autonomous cir-cuit power- and speed-control to compensate this reduction of circuit speed by merging the intrinsiccharacteristics of the Quasi Delay Insensitive (QDI) asynchronous circuits and the biasing capabilitiesof the Fully Depleted Silicon on Insulator (FDSOI) technology. Unlike synchronous circuits, which useclock signals to synchronize and propagate data ; QDI circuits use signals in a handshaking protocolto detect and synchronize data. The same signals can be used to detect circuit activity. In addition,FDSOI technology allows dynamic biasing, which changes circuit speed and power consumption. Itis possible to increase or decrease together the speed and the power consumption of the circuits. Amore complex circuit is separated in blocks which are independently biased depending on its demand.Preliminary results show that the power consumption of a C-Element can be reduced in three ordersof magnitude at the minimum operation voltage. Blocks of an 8 bits asynchronous Adder are currentlybeing studied to determine the granularity for biasing of the circuit and technology. These partialresults point out the capability of the system to operate in low voltage.

JNRDM 2016 59 11-12-13 Mai


7.2.2 Auto-Polarisation de la Grille Arrière pour Auto-Calibration de Cellules Analogiques et Mixtesen Technologie UTBB FDSOI

Zhaopeng Wei ∗1, Yves Leduc , Gilles Jacquemod†

1 Polytech’Nice-Sophia (EpOC - URE UNS 006) – Université de Nice Sophia-Antipolis – 930 routedes Colles 06410 Biot, France

Dans la course à la miniaturisation des circuits électroniques intégrés, plusieurs technologies CMOSsont en compétition. Il semble maintenant acquis que les technologies FDSOI sont mieux adaptées auxtailles nanométriques, car elles peuvent limiter les problèmes dus aux variations aléatoires des dopagesutilisés dans les transistors classiques de type ”bulk”. En technologie UTBB FDSOI, nous nous propo-sons d’utiliser la grille arrière des transistors MOS pour contrôler leur tension de seuil. Ce procédé estutilisé également pour réduire les désappariements entre les transistors et pour symétriser certainescellules sans augmenter la surface et la consommation du circuit. Cela nous offre de nouvelles perspec-tives pour la conception de circuits analogiques et mixtes. Nous proposons donc une nouvelle structure,particulièrement simple, pour réaliser des inverseurs CMOS et différentes portes numériques en logiquecomplémentaire dont les niveaux d’entrée et de sortie sont parfaitement compatibles avec la logiquetraditionnelle. Le contrôle de la grille arrière permet une symétrisation simple et efficace des signauxcomplémentaires de sortie. Dans un premier temps, nous réaliserons des simulations (Transitoires,Monte Carlo, Bruit de Phase, ...) afin de valider notre approche sur un inverseur avant de l’appliquerà des circuits plus complexes. Un oscillateur en anneau rapide et performante basé sur des inverseursen logique complémentaire est le candidat idéal pour réaliser des horloges de qualité en quadratureparfaite. L’étude se poursuivra par l’optimisation d’un VCO utilisant ce concept, puis son intégrationdans une PLL.

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7.2.3 Développement de transistors MOS à grille en-tourante à base de nanofils verticaux de maté-riaux III-V

Nicolas Mallet ∗†1, Guilhem Larrieu‡ , Aurélie Lecestre 1


La miniaturisation du transistor Metal-Oxyde-Semiconducteur (MOS) poursuivit par l’industriede la micro-électronique depuis plusieurs décennies a permis d’atteindre l’année précédente le nœudtechnologique 14 nm. Désormais, des effets de canaux courts, dégradant les performances des tran-sistors, se manifestent avec cette miniaturisation. Des nouvelles architectures ont été proposées pourremplacer l’architecture MOS planaire, par exemple les multigrilles (FinFET). Des travaux récentsau LAAS permettent d’envisager des technologies sub-10nm avec la réalisation d’un FET à base deréseaux de nanofils verticaux en silicium.L’intérêt des nanofils verticaux réside dans la facilité à réaliser une grille entourante, assurant ainsiun meilleur contrôle électrostatique du canal. De plus, cela permet de maximiser leur densité et de lesintégrer dans un transistor à l’aide de procédés compatibles CMOS.

Afin d’améliorer les performances, les matériaux III-V sont de bons candidats pour remplacer lesilicium : meilleure mobilité électronique (InxGa1-xAs) ou de trous (InxGa1-xSb) et consomma- tionénergétique moindre. Cependant, ils apportent de nouveaux challenges tels que le désaccord de mailleavec le Si ou les défauts d’interface entre l’oxyde de grille et le canal. Ce travail vise à répondre à ceschallenges et à réaliser des transistors à base de nanofils verticaux III-V. Deux voies de réalisation desnanofils, top-down et bottom-up, seront considérées. Ils seront intégrés dans un FET après optimisationde deux briques : intégration d’un oxyde de grille high-k avec une faible densité de défauts d’interfaceet des contacts source/drain faiblement résistifs. Toutes ces étapes seront réalisées sur silicium selonun procédé compatible CMOS.

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7.2.4 Théorie des oscillateurs verrouillés par injection

Raphaël Guillaume ∗ 1,2, Yann Deval 3, Andreia Cathelin 2

1 Laboratoire de l’intégration, du matériau au système (IMS) – Institut polytechnique de Bordeaux,Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, CNRS : UMR5218 – 33405 TALENCE CEDEX,France


3 Laboratoire de l’intégration, du matériau au système (IMS) – Institut polytechnique de Bordeaux,Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, CNRS : UMR5218 – 33405 TALENCE CEDEX,France

Ce papier présente une généralisation de la théorie de la synchronisation des oscillateurs proposéepar Huntoon et Weiss en 1946. Cette théorie permet, entre autre, de prédire avec précision la plage decapture et le comportement dynamique d’un oscillateur verrouillé par injection (OVI) en modélisantl’injection série sur sa charge. Notre nouvelle approche nous offre l’opportunité, tout en continuantà considérer l’oscillateur comme une boite noire, de faire ces prédictions peu importe la méthoded’injection. Ainsi, nous disposons d’un outil puissant pour optimiser la conception d’OVI quelles quesoient l’architecture et l’approche d’injection choisies.

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7.2.5 Architecture de stockage adaptatifFirdaous El Mahboubi ∗1


Titre sujet de thèse : Stockage adaptatif pour nœud de capteur sans fil autonome et sans batterie

Titre de poster et clip : Architecture de stockage adaptatif

L’autonomie énergétique est un verrou majeur au déploiement massif de réseau de capteurs sans fildans de nombreuses applications. La récupération d’énergie et le stockage constituent une voie pouraméliorer cette autonomie. Dans certaines applications en environnement sévère (températures ex-trêmes) ou nécessitant des durées de vie élevées, l’utilisation de batteries pour le stockage est prohibée.On a recours dans ce cas à du stockage sur supercondensateurs. Ce type de stockage présente desinconvénients et impose des compromis pour satisfaire au mieux les trois objectifs suivants : obtenirrapidement une tension suffisante lors de la charge initiale (capacité faible), stocker une quantité im-portante d’énergie en limitant la tension d’usage (capacité forte), utiliser au mieux l’énergie stockée.Pour répondre à ces critères apparemment contradictoires, il est proposé une architecture de stockageadaptative composée d’une matrice de supercondensateurs. La structure initiale (série) permet à lasource d’énergie (récupérateur d’énergie) de ‘voir’ une capacité faible au démarrage. Les superconden-sateurs sont ensuite reconfigurés. La structure finale (parallèle) garantit un stockage maximal sans tropmonter la tension. Cette architecture adaptative permet un compromis entre le temps de démarrage,la tension d’usage maximale, l’autonomie du système et le taux maximal d’utilisation de l’énergie.

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7.2.6 Etude théorique des matériaux 2D et des dispo-sitifs associés

Jean Choukroun ∗1

1 Institut d’électronique fondamentale (IEF) – CNRS : UMR8622, Université Paris XI - Paris Sud –bat. 220 Av Georges Clémenceau 91405 ORSAY CEDEX

France Depuis qu’il fut isolé expérimentalement en 2004 pour la première fois, l’intérêt porté augraphène par la communauté scientifique n’a de cesse de croître. En effet, de par sa structure (maillehexagonale de carbone d’un atome d’épaisseur), il présente des propriétés révolutionnaires que ce soitdans le domaine de la science des matériaux mais aussi dans celui de l’électronique qui est le cadrede ma thèse. Conséquence directe de sa structure, son diagramme de dispersion a la particularitéd’être linéaire aux abords des points K et K’ de la première zone de Brillouin d’où découlent descaractéristiques électroniques sans pareil. Aux alentours de ces points de haute symétrie, les électronsse comportent en effet comme des particules relativistes (sans masse) a une vitesse de 106 m/s bieninférrieure à celle de la lumière. Néanmoins l’utilisation directe du graphène en nano-électronique sevoit grandement limitée par le fait qu’il ne présente nativement pas de band gap, ce à quoi on peutremédier notamment en le combinant dans le plan ou en multicouches avec d’autres matériaux 2Dparmi lesquels on peut citer le nitrure de bore, les dichalcogénures (MX2), ou encore le silicène etle phosphorène. Le but de mon étude est d’étudier les propriétés électroniques des assemblages dematériaux 2D via des simulations numériques atomistiques (liaisons fortes, fonctions de Green hors-équilibre), et ainsi de déterminer des structures pouvant être utilisées en nano-électronique en profitantdes caractéristiques exceptionnelles de ces matériaux.

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7.2.7 Caractérisation de photodiodes UTCSara Bretin ∗1, Maximilien Billet 1, Philipp Latzel 1, Fabio Pavanello 1, Emilien Peytavit 1, Jean-

François Lampin 1, Guillaume Ducournau 1, Mohammed Zaknoune 1


Les photodiodes Uni-Travelling-Carrier sont des évolutions des photodiodes PIN. Les performancesaux fréquences TeraHertz de ces dernières sont limitées par le temps de transit des trous dont lamasse effective est plus élevée que celle des électrons. L’innovation tient à la dissociation de la zoneabsorbante de la zone de collection. Les phénomènes de photo-génération résultent de l’utilisationd’une couche absorbante en InGaAs, dopée p afin de ne pas être limité par la dynamique des trous etd’épaisseur limitée afin de limiter le temps de diffusion des électrons dans la couche absorbante. Cettedissociation absorption/collection permet de réduire la taille de la zone absorbante afin d’optimiserle temps de transit des trous et de garder une taille suffisante de collecteur pour assurer un courttemps de charge et décharge de la structure chargée dans un circuit externe. La vitesse de transit descharges est une caractéristique essentielle aux fréquences Téra-Hertz. D’un autre côté, le rendementoptoélectronique de cette photodiode dépend directement de l’épaisseur de la taille de cette zoneabsorbante. Ainsi, plusieurs topologies de photodiodes UTC ont été proposées afin d’en améliorer lesperformances. Par exemple, à l’IEMN, l’utilisation d’électrodes sous forme de grille est mise en œuvreafin d’en améliorer le rendement quantique et d’autre part l’ajout d’un miroir dans la structure del’UTC permet d’avoir une augmentation de réponse en A/W du dispositif sans augmenter l’épaisseurde la zone absorbante. Différentes topologies de photodiodes UTC sont testées en régime continu afind’en évaluer les performances en sensibilité spectrale.

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7.2.8 Photoconducteurs en GaAs-BT fonctionnant àune longueur d’onde de 1550 nm, étude de ca-vités résonantes

Maximilien Billet ∗†1, Philipp Latzel 1, Fabio Pavanello 1, Guillaume Ducournau 1, Jean-FrançoisLampin 1, Emilen Peytavit 1

1 Institut d’électronique de microélectronique et de nanotechnologies (IEMN) – Université desSciences et Technologies de Lille - Lille I, CNRS : UMR8520 – France

L’arséniure de gallium épitaxié à basse température (GaAs-BT) est un matériau présentant toutesles propriétés requises pour des applications dans les domaines hyperfréquences et THz. En effet, cesemiconducteur à temps de vie des porteurs de charge court est très souvent utilisé pour la géné-ration et la détection de ces ondes électromagnétiques par voie optoélectronique, via l’utilisation dephotoconducteurs. Cependant, le GaAs-BT possède un gap Eg=1.42 eV ce qui limite très fortement lephénomène de photoconduction quand le dispositif est éclairé par des photons à l=1.55 mm puisquel’absorption optique est très faible. Il serait pourtant intéressant de pouvoir profiter du matériel dé-veloppé pour la photonique à cette longueur d’onde. Une possibilité est alors d’utiliser des cavitésrésonantes pour augmenter la quantité de lumière absorbée et donc d’accroitre le photocourant généréquand la structure est électriquement polarisée. Deux types de cavités sont comparées. La premièreest appelée Fabry-Pérot (FP) et est constituée d’une couche de GaAs-BT comprise entre deux miroirsd’or servant également d’électrodes. Le miroir de la face supérieure est une couche mince (10 nm)qui transmet une partie de la lumière incidente. Dans la seconde structure, nommée cavité à réseaude diffraction (DGC), cette couche mince est remplacée par un arrangement périodique d’électrodesde période sub-longueur d’onde. Des mesures de photocourant continu (dc) sous éclairement continu(CW) et des mesures de photocourant moyen sous éclairement en régime impulsionnel seront présentéspour une longueur d’onde l=1.55 mm et pour une tension appliquée Vb=1 V.

JNRDM 2016 66 11-12-13 Mai


7.2.9 Multi-Bit Non-Volatile Full Adder based on SpinTransfer Torque Magnetic Tunnel Junction

Erya Deng ∗1, Wang Kang ∗2, Yue Zhang ∗2, Guillaume Prenat ∗3, Lorena Anghel ∗1, BernardDieny ∗3, Weisheng Zhao ∗2

1 TIMA – CNRS – France 2 Electronic and Information Engineering, Univ. Beihang – Chine 3SPINTEC – CEA – France

Emerging non-volatile memories (NVMs) based hybrid logic-in memory architecture has recentlybeen widely investigated in order to overcome the main drawbacks, such as leakage current and longtraffic delay of conventional CMOS logic circuits as technology scales. Spin Transfer Torque basedMagnetic Tunnel Junction (STT-MTJ) is considered as one of the most promising NVM candidates,thanks to its non-volatility, fast access speed, low power and easy 3D integration with CMOS technologyetc. This paper presents an 8-bit full non-volatile magnetic full adder (MFA) based on 1-bit magneticadder (MA) and NV magnetic flip-flop (NV-MFF), performing fast access speed and area efficiency.By using a CMOS 28 nm design kit and a precise STT-MTJ compact model, transient simulationshave been performed to demonstrate its functionality and performances.

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7.2.10 Analyse hyperfréquence de liquides hétérogènesMarie Deburghgraeve ∗1


La spectroscopie diélectrique est une technique de choix pour le Contrôle Non Destructif de maté-riaux sous différentes phases : solide, liquide ou gazeuse. Cette méthode de mesure présente de nom-breux avantages, comme le fait d’être large-bande, non-intrusive et non-destructive. Nous présentonsles résultats obtenus avec la spectroscopie diélectrique pour évaluer la permittivité de liquides hétéro-gènes, et plus particulièrement de solutions colloïdales. Différentes solutions ont été préparées, afin demesurer la permittivité effective du mélange. Le premier échantillon analysé est un mélange modèle,constitué de billes de polystyrènes en suspension dans de l’eau DI. Un ensemble de sept diamètresde billes est étudié. Dans un second temps, nous avons appliqué la technique hyperfréquence pourl’analyse d’une suspension de nanotubes de carbone dans l’eau DI. Le montage utilisé pour réaliser lesmesures est composé d’un guide d’onde coplanaire sur lequel est disposé un canal microfluidique, reliéà un analyseur de réseau vectoriel. Les résultats de mesure sur les solutions modèles nous ont permis demontrer que le contraste de permittivité obtenu pour les différents milieux est bien proportionnel à laconcentration en particules de l’échantillon, ce qui correspond aux différents modèles de la littérature.Nous avons également quantifié la dépendance au diamètre des particules de polystyrène observée. Cerésultat sous-tend le fait que la technique hyperfréquence est dépendante du volume des particuleset permet ainsi une mesure de taille de particule. Finalement, nous avons validé la pertinence de lamesure pour l’étude de solutions colloïdales plus complexes.

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7.2.11 QDI asynchronous circuits for low power ap-plications : a comparative study in technologyFD-SOI 28 nm

Thiago Ferreira De Paiva Leite ∗†1, Rodrigo Possamai Bastos 1, Laurent Fesquet 1


Power consumption is becoming a critical concern in nowadays digital circuits’ design, especiallyfor battery powered portable applications. In this context, asynchronous circuits represent one of thepossible solutions for addressing power consumption issues. They can operate correctly at extremelylow power supplies and are conceptually robust to PVT variation. This paper evaluates the powerefficiency of a synchronous and QDI asynchronous 8-bit Arithmetic Logic Unit in FD-SOI 28nm tech-nology. Results show that the asynchronous architecture presents a better power consumption perthroughput unit relation and has maximum power efficiency at lower power supply level if comparedto its synchronous counterpart.

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7.2.12 Développement de nouvelles architectures desélecteurs pour mémoires non-volatiles embar-quées dans des plateformes technologiques avan-cées 28nm

Jean-Jacques Fagot ∗1, Philippe Boivin 1, Damien Deleruyelle 2

1 STMicroelectronics (Rousset) (ST-ROUSSET) – STMicroelectronics, IM2NP – ZI de Rousset, BP :2, 13106 Rousset Cedex, France

2 Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP) –Université de Toulon, Aix Marseille Université, CNRS : UMR7334 – Aix-Marseille Universités 13937Marseille Université de Toulon 83957 La Garde, France

STMicroelectronics développe aujourd’hui ses technologies les plus avancées (28nm, 14nm, 10nm,etc...) sur substrat Ultra Thin Body and Box (UTTB) SOI et grille de type High-k Metal Gate(HKMG) marquant une rupture technologique au niveau des dispositifs, circuits logiques et analo-giques, mémoires et des matériaux (oxydes, grilles métalliques, etc...). Ce déploiement technologiquevise à proposer des microprocesseurs très performants qui présentent notamment des temps d’accèstrès bas aux modules de mémoire.

Afin de bénéficier de l’apport de nouvelles technologies de mémoire non volatiles en termes de consom-mation, vitesse de programmation et temps d’accès, il est nécessaire de lever les verrous technolo-giques concernant la compatibilité avec la technologie du CMOS. L’industrialisation d’une technologiemémoire, associée à son dispositif de sélection, devra donc permettre de satisfaire les critères de per-formances précédemment évoqués tout en conservant une compatibilité d’intégration avec les partieslogiques pour les nœuds technologiques avancés, notamment grâce à une intégration en fin du procédéde fabrication.

Les nouvelles technologies de mémoires résistives à accès aléatoire (RRAM, OxRAM) ou à Changementde Phase (PCM ou PRAM) sont des candidates prometteuses au remplacement de la technologie desmémoires flash, en raison de leur structure simple et de leur fonctionnement à faible puissance.

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7.2.13 Imagerie en onde millimétrique avec un guided’onde rectangulaire

Pierre Payet 1, Laurent Chusseau 1, Jérémy Raoult 1

1 IES UMR 5214 CNRS Université de Montpellier 860, Rue de St-Priest 34095 MONTPELLIERCedex 05, France

Ce travail porte sur l’utilisation d’un guide d’onde rectangulaire à ondes millimétriques à desfins d’imagerie. Traditionnellement les guides d’ondes rectangulaires ont été utilisés comme sondesd’imagerie pour balayer la surface de matériau afin d’en extraire des informations de topographie ouencore de constante diélectrique locale. Notre objectif est l’inspection de circuit intégré au travers deboitier non décapsulé, ceux-ci présentant de fort contraste topographique et de conductivité. C’est cequi fait d’eux, de parfait échantillons. Le guide offre de fort niveau de signal pouvant permettre unedétection au travers du boitier.

Nous avons monté un banc d’expérimentation mettant en oeuvre une source modulable 60 GHz (l= 5 mm), un guide d’onde rectangulaire polarisé et différents outils de détection et d’interaction avecla sonde. Ce sont ces outils qui nous permettrons d’extraire une image de l’échantillon. Le guide d’ondea dans un premier temps son extrémité totalement ouverte, puis est ensuite masqué ce qui obstruepartiellement la sortie du guide.

Une comparaison de ces deux modes de guide ouvert a été faite pour déterminer l’évolution de larésolution. Intuitivement, nous nous attendons à une meilleure résolution spatiale avec la diminutionde l’ouverture du guide d’onde.

En modulant la source nous avons aussi obtenue un nouveau type d’image millimétrique pourles deux axes de polarisation du guide d’onde. Ces images viennent compléter les informations déjàextraient de celles obtenues sans modulation.

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7.2.14 Antennes multibandes pour la récupération d’éner-gies sans fils

D.H.N Bui 1, T.P. Vuong 1, J. Verdier 2, B. Allard 2, P. Benech 1

1 Laboratoire IMEP–LAHC, UMR 5130 INPG-UJF-CNRS Université Grenoble-Alpes, 38016Grenoble, France

2 Laboratoire Ampère, CNRS UMR 5005 Université de Lyon, INSA, 69621 Villeurbanne

Les communications sans fil, principalement à base d’ondes électromagnétiques, sont omniprésentesdans notre vie quotidienne. La disponibilité de cette énergie ambiante rayonnée peut devenir une sourced’énergie intéressante pour certaines applications à faible consommation. Les bandes de fréquencesintéressantes pour la récupération d’énergie des ondes électromagnétiques sont les fréquences de latéléphonie mobile ( 900 MHz, 1800 MHz, 2,1 GHz et 2,6 GHz) en extérieur et le Wifi ( 2,45 GHz et5,2 GHz) à l’intérieur des bâtiments. Le travail présenté concerne la conception et la réalisation denouvelles antennes multibandes imprimées, pour la récupération d’énergie provenant de champs élec-tromagnétiques ambiants. L’objectif est de créer une antenne qui couvre une large bande de fréquenceet qui soit facile à implémenter non seulement pour notre système de récupération d’énergie électroma-gnétique mais aussi pour d’autres applications comme les capteurs sans fils. Les principales contraintessont les dimensions pour obtenir une antenne compacte et un diagramme de rayonnement omnidirec-tionnel. Pour atteindre l’objectif, une antenne dipôle a été utilisée et modifiée afin de fonctionner avecplusieurs fréquences simultanément. Il s’agit d’une antenne multibandes 3D qui fonctionne à deux desfréquences des téléphones mobiles et à deux des fréquences Wi-Fi. De plus, elle présente l’avantage dela simplicité structurelle et de la facilité à se conformer aux différentes formes de conditionnement dusystème électronique. Les résultats obtenus sont en bon accord entre la simulation et la mesure aussibien les coefficients de réflexion que les gains à différentes fréquences de travail.

JNRDM 2016 72 11-12-13 Mai


7.2.15 Conception d’un doubleur de fréquence +4 dBmen technologie BiCMOS 55 nm en bande W

W. Aouimeur 1,3, J. M. Guerra 1, E. Lauga-Larroze 1, J.-D. Arnould 1, T. Quemerais 2, C. Ga-quière 3

1 Univ. Grenoble Alpes, IMEP-LAHC, 3 parvis Louis Néel, F-38016 Grenoble, France

2 STMicroelectronics Crolles, 820 rue Jean Monnet, F-38920 Crolles, France

3 IEMN, Université des Sciences et Technologies de Lille 1, F-59652 Villeneuve d’Ascq, France

L’objectif principal du projet ANR – BISCIG est d’intégrer en technologie Silicium un système demesure de paramètres S quatre ports en bande G [140-220 GHz], afin d’éviter les méthodes classiquesd’épluchage qui sont de moins en moins précises au-delà de 110 GHz. Ce circuit serait le premier sys-tème de mesure en 4 ports (intégré) proposé dans cette bande de fréquence.

Un des défis de ce système de mesure intégré est de générer au plus près du composant à caracté-riser un signal dont la fréquence couvre toute la bande de fréquence G [140-220 GHz]. Notre approcheconsiste à multiplier par quatre un signal sinusoïdal externe [35-55 GHz]. Cette multiplication estréalisée grâce à deux doubleurs de fréquences larges bandes. Dans ce papier, nous présenterons l’ar-chitecture et les performances attendues du doubleur de fréquence en bande W [70-110] GHz, utilisécomme premier bloc dans cette chaine de multiplication. Ce circuit est conçu en technologie BiCMOS55nm développée par la société STMicroelectronics, afin de profiter de ses performances ft/fmax su-périeures à 300 GHz. Les performances en termes de puissance et de bande passante sont à l’état del’art : Pout de 3.85 dBm à 90 GHz pour une puissance d’entrée de 0 dBm et une bande passante de[70-108 GHz]. Le gain de conversion est supérieur à 3 dB sur toute la bande W. La réjection de lapremière harmonique est supérieure à 10 dB. La surface de circuit est de 0.55 mm2 avec une efficacitéde conversion de puissance de 7.35 %.

JNRDM 2016 73 11-12-13 Mai


7.2.16 SysML Modeling of Power Electronics Conver-ters for Microgrid Applications

Alonso Gutiérrez Galeano 1,2 , Corinne Alonso 1, Fernando Jiménez 2

1 LAAS-CNRS 7, avenue du Colonel Roche BP 54200 31031 Toulouse cedex 4, France

2 Universidad de los Andes Cra 1 Nº 18A- 12 111711 Bogotá, Colombia

Currently, power electronics converters in microgrids have increased their application and com-plexity ; as a result, innovative design methodologies are required. Hardware-inthe-Loop real-timeemulations arise as an interesting modeling alternative to study the behavior of power convertersfor demanding conditions such as the integration to microgrids. This work presents in detail a methodto design and implement in FPGA models of power converters to Hardware-in-the-Loop real-timeemulations. These models are described by the Systems Modeling Language (SysML) and the HiLeSformalism. The proposed approach transforms high level model descriptions from SysML diagrams toHiLeS formalism and Petri nets for implementations in FPGA. Finally, the results of these implemen-tations in embedded hardware are compared with conventional methods of simulation.

JNRDM 2016 74 11-12-13 Mai


8 Fiabilité-Conception

8.1 Session orale

8.1.1 Méthodologie de prédiction multi-échelle pourl’évaluation et le durcissement des circuits inté-grés complexes face aux évènements singuliersd’origine radiative

Nomena Andrianjohany ∗1

1 Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP) – CNRS :UMR7334, Aix-Marseille Université - AMU – Technopôle de Chateau Gombert 60 Rue FrédéricJoliot Curie Bâtiment Néel - 2ème Etage 13453 Marseille Cedex 13, France

La complexité et la miniaturisation des composants électroniques les rendent de plus en plus sen-sibles aux effets singuliers, encore appelés Single Event Effects (SEE). Les SEE sont des perturbationsde fonctionnement dues au passage d’une particule ionisante. Cette sensibilité est observée dans desenvironnements déjà fortement étudiés (domaines spatial, nucléaire) mais aussi pour des applicationsjusqu’à maintenant épargnées par de tels effets tels que l’automobile, l’aéronautique et d’autres do-maines plus présents dans la vie du grand public. Il devient ainsi indispensable pour les concepteurs etles fabricants de composants électroniques complexes (type ASIC) de prédire la sensibilité de nouveauxcomposants ou de nouvelles technologies lors de la phase de design sans avoir besoin de les fabriquer.Les travaux de thèse visent à élaborer une méthodologie de prédiction pour l’évaluation et le durcisse-ment de ces circuits intégrés complexes face aux événements singuliers. Cela permettra aux designerset aux fabricants de s’assurer de la fiabilité de ces composants sans avoir à les fabriquer et sans besoinde procéder à de couteux tests. Les phases de ce projet consistent dans un premier temps à analyserle lien entre le modèle des processus physiques et la défaillance au niveau macroscopique, ensuite àvalider ce modèle sur des structures simples et l’étendre pour les circuits intégrés complexes et, enfin,à consolider le modèle et l’appliquer sur un cas réel de conception pour une validation terminale. Unepartie essentielle du travail consiste à identifier les phénomènes physiques élémentaires et à présenterune approche de modélisation.

JNRDM 2016 75 11-12-13 Mai


8.1.2 Synthèse de technique non-destructive de loca-lisation de défaut électriques dans les systèmeset composants électroniques

Nicolas Courjault ∗1, Vincent Bley 2, Thierry Lebey 3


2 Université de Toulouse – LAPLACE, Université Paul-Sabatier – 118 route de Narbonne 31062Toulouse cedex 9, France„ France

3 LAPLACE – Université Paul Sabatier-Toulouse III - UPS – Université Paul Sabatier, Bâtiment3R3 118, route de Narbonne 31062 TOULOUSE Cedex 9, France

L’analyse de défaillance est un domaine de la fiabilité ayant pour objectif l’étude des défauts ren-contrés dans les systèmes et composants électroniques. Avant d’étudier un défaut, un long travail dedétection et de localisation de ce défaut doit être entrepris. La tâche peut-encore être compliquée sicelle-ci est souhaitée de manière non-destructive, c’est-à-dire sans aucune destruction d’un des élémentsdu composant. Plusieurs techniques de localisation non-destructives existent telles que la microscopiemagnétique, la thermographie par détection synchrone, la tomographie à rayons X, la réflectométrietemporelle etc. Leur utilisation est complexe et dépend du composant ou du défaut mis en jeu. Mestravaux de thèse ont permis d’étudier ces différentes techniques de localisation en fonction du compo-sant ou du défaut mis en jeu.Une synthèse des résultats a été effectuée montrant, par exemple, que la localisation de court-circuitest intéressante par la microscopie magnétique et la thermographie à détection synchrone. Cependantla première est plus intéressante dans les PCB tandis que la seconde se verra appropriée pour les pucessiliciums ou d’un autre matériau. D’autres explications sur ce thème seront fournies dans l’article final.Un approfondissement de la technique de microscopie magnétique sera présenté dans cet article avecnotamment la capacité de cette technique à observer des courants dit ” résistifs, inductifs ou capacitifs”. Un exemple pourra être présenté sur un cas de défaillance d’un actuateur piezo-électrique.

JNRDM 2016 76 11-12-13 Mai


8.1.3 Design challenges for the massively parallel rea-dout of NEMS resonators

Guillaume Gourlat ∗1, Patrick Villard 1, Gilles Sicard 1

1 Laboratoire d’Electronique et des Technologies de l’Information (LETI) – CEA – MINATEC 17,rue des Martyrs, 38054, Grenoble Cedex 9, France

Nano Electro Mechanical Systems (NEMS) constitute a promising solution for mass sensing appli-cation, which requires very high capture efficiency of the analytes, only achievable by the increase ofthe sensing area brought by the co-integration of arrays of sensors with CMOS circuitry.It was shown how the mass of a single particle could be determined by monitoring the two first flexu-ral modes of a NEMS resonator. This is performed with dual-mode measurements based on a PLLscheme. Considering the miniscule capture cross-section of a single NEMS, only the use of dense arraysof resonators makes sense for real-life applications. Usual PLL techniques are too complex and toosurface-consuming when integrated. Smart readout and addressing schemes are then necessary. In thiscontext, the self-oscillating architecture seems more adapted for the circuit This paper will present thedesign challenges implied by the massively parallel readout of thousands of NEMS and will compare theactual measurements techniques in terms of power consumption and robustness to process variationsdue to NEMS fabrications.

JNRDM 2016 77 11-12-13 Mai


8.1.4 Innovative Test Techniques for Advanced Tech-nology Nodes

Darayus Patel ∗1,2, Sylvie Naudet 2, Arnaud Virazel 3, Alberto Bosio 3, Patrick Girard 3

1 Laboratoire d’Informatique de Robotique et de Microélectronique de Montpellier (LIRMM) –Université Montpellier II - Sciences et techniques, CNRS : UMR5506 – CC 477, 161 rue Ada, 34095Montpellier Cedex 5, France

2 STMicroelectronics [Crolles] (ST-CROLLES) – STMicroelectronics, LIRMM – 850 rue JeanMonnet BP 16 38926 Crolles, France

3 Laboratory of Informatics, Robotics and Microelectronics of Montpellier (LIRMM) – UniversitéMontpellier 2 (FRANCE) – 161 rue Ada 34095 Montpellier Cedex 5 - France, France

The introduction of nanometer technologies, has allowed the semiconductor industry to keep pacewith increased performance-capacity demands from consumers. However, new technologies presentfresh challenges & semiconductor test is becoming a dominant factor in overall manufacturing cost.Although important advances have been made, existing test solutions are still unable to exhaustivelycover all types of defects in new technologies (FDSOI 28/14nm). Consequently, advanced technologynodes require innovative solutions to cope with new failure mechanisms under the constraints of higherdensity, lower cost, time to market pressure and usage of low cost test equipment. Furthermore, theadvances and innovations introduced in the myriad domains of electronic design, reliability manage-ment, manufacturing process improvements etc. call for the development of advanced, modular andagile test methodologies. This work addresses the great need & scope to improve & optimize existingtest structures & methodologies with regards to test time, silicon area occupied by test structuresand the ability to analyze the impact of deep submicron effects. The significant contributions enablingthe resolution of state of the art industrial challenges made as part of this work are briefly listed below :

— Silicon test, verification & reliability analysis of innovative test structures used for detectingtiming violations

— Characterization & performance evaluation of high speed digital circuits— Analysis & mitigation of self-heating in Fully Depleted Silicon On Insulator— Capturing timing defects using at-speed testing for standard cells— Measurement & analysis of timing margins & crosstalk for accurate sign-off

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8.2 Session poster

8.2.1 Optimisation d’un modèle statistique d’empile-ment de matériaux diélectriques pour la mesureindirecte par réflectométrie spectroscopique desétapes avant et après polissage des caissons d’iso-lation

Sophia Bourzgui ∗†1,2,3, Emilie Faivre 1, Agnès Roussy 2, Sébastien Sanaur 4, Gaëlle Georges 3,Jakey Blue 2, Jacques Pinaton 1

1 STMicroelectronics (Rousset) (ST-ROUSSET) – STMicroelectronics – ZI de Rousset, BP : 2, 13106Rousset Cedex, France

2 Département Sciences de la Fabrication et Logistique (SFL-ENSMSE) – CMP-GC, École NationaleSupérieure des Mines - Saint-Étienne – 880, route de Mimet 13541 GARDANNE - FRANCE, France

3 Institut FRESNEL (IF) – CNRS : UMR7249, Ecole Centrale de Marseille, Aix- Marseille Université,Aix Marseille Université – Domaine univ. de St-Jérôme 13397 MARSEILLE CEDEX 20, France

4 Centre Microélectronique de Provence - Site Georges Charpak (CMP-GC) (CMP-ENSMSE) –École Nationale Supérieure des Mines - Saint-Étienne – 880, route de Mimet 13541 GARDANNE -FRANCE, France

Dans l’industrie de la microélectronique, les mesures de métrologie sont les éléments indispensablesà la validation des étapes de procédé de fabrication. Ces mesures (épaisseur, constante optique, hauteurde marche...) doivent être fiables jusqu’à l’échelle sub-nanométrique, stable dans le temps et capablede détecter les défauts en ligne afin de déterminer la conformité du produit. Dans le cas de l’étapedu polissage du module de fabrication des tranchées d’isolation du front end, la mesure multicouchedes épaisseurs des matériaux Si3N4 et SiO2 permet de détecter la présence d’oxyde résiduel dansles zones actives, dont l’épaisseur peut être de l’ordre d’une dizaine d’angströms. L’objectif de cetarticle est de détailler un modèle de mesure d’épaisseur adapté à la réflectométrie pour le polissagedes tranchées de dioxyde de silicium, conforme à la mesure en ligne et suffisamment précis pour desépaisseurs sub-nanométriques.

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8.2.2 Nano-commutateurs optoélectroniques à base demolécules photo-commutables

Louis Thomas ∗†1, Yannick Viero 1, David Guérin 1, Dominique Vuillaume 1, Stéphane Lenfant 1,Mohammed Ikbal 2, Schlomo Yitzchaik 2

1 Institut d’électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (IEMN) – CNRS : UMR8520,Institut supérieur de l’électronique et du nunérique (ISEN), Université Lille I - Sciences ettechnologies, Université de Valenciennes et du Hainaut-Cambrésis – France

2 The Hebrew University of Jerusalem – Israël

Afin de développer des composants dotés de nouvelles fonctionnalités, l’électronique moléculairepropose des dispositifs exploitant les propriétés de molécules, nano-objets synthétisables en grandequantité à faible coût parmi un vaste catalogue. Néanmoins, l’intégration des molécules, i.e. les contac-ter aux électrodes, demeure technologiquement complexe.Dans le cadre du projet européen Synaptic Molecular Networks for Bio-Inspired Information Processing(SYMONE), nous avons exploré le potentiel de la transformation photochromique réversible (irradia-tion UV $ irradiation visible ou obscurité) d’un dérivé dithiolé de Spiropyrane (SP) en Merocyanine.Cette conformation est susceptible d’améliorer la conductance de la molécule et de favoriser le trans-port inter-moléculaire, permettant de réaliser des nano- interrupteurs électriques photo-commutables.

Pour intégrer les molécules, nous avons réalisé des films de Langmuir de nanoparticules d’or auto-assemblées fonctionnalisées par SP (SPAuNPs) de 3 et 10 nm de diamètre. Les films de SPAuNPs ontété déposé par dip coating entre des électrodes d’or préalablement lithographiées par Electron BeamLithography (1 nm Ti, 10 nm Au) séparées par un gap nanométrique (20-50 nm) sur un substrat deSi/SiO2 (200 nm).

Nous avons observé après irradiation UV (365 nm) une augmentation de la conductance des com-posants (Ratios ION/IOFF maximums respectivement de 2 et 7 pour les SPAuNPs de 3 et 10 nm).Cette augmentation de conductance est partiellement réversible après une période d’obscurité pourles SPAuNPs de 3 nm et est reproductible durant plusieurs cycles. Ces résultats ouvrent la voie àl’emploi de SP dans des nano-dispositifs pouvant être potentiellement employés dans des mémoires oudes capteurs.

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8.2.3 Synergie entre vieillissement et sensibilité au rayon-nement solaire des technologies CMOS nanomé-triques

Thomas Rousselin ∗1, Guillaume Hubert 2, Marc Gatti 3

1 THALES Avionics (TAv) – Thales (France) – 3 Rue Toussaint Catros, 33185 Le Haillan, France

2 ONERA – ONERA – France

3 Thales Avionics (Thales SAS) – Thales (France) – France

La sensibilité des composants logiques CMOS a largement augmenté ces dernières années avecl’integration technologique et a pris de l’importance en tant que problématique de fiabilité. En effet,la réduction des échelles et de la tension d’alimentation font que les composants sont sensibles à plusde particules ionisantes (protons et muons), et qu’une même particule peut dé- sormais causer deseffets multiples. Ainsi, certains paramètres jugés négligeables sur la sensibilité aux radiations doiventdésormais être integré dans une analyse de fiabilité, notamment pour les systèmes utilisés pour desfonctions critiques et/ou évoluant dans des environnements hostiles en terme de radiations. Nousnous intéresserons ici à la tenue en sensibilité radiation du composant dans le temps, c’est à direl’impact potentiel du vieillissement sur la sensibilité aux radiations. Ces mécanismes de vieillissementsont inhérents à la technologie CMOS et, n’étant pas jugés critiques pour les applications ”grandspublics”, sont tolérés au profit des performances et du coût de conception. Afin de répondre à cetteproblématique, une plate-forme de modélisation circuit a été concue. Elle s’appuie sur une connaissanceprécise de l’environnement radiatif, la modélisation des intéractions des particules sur un systèmeélectronique durant sa vie opérationnelle et l’évaluation de son impact sur son bon fonctionnement. Desrésultats seront présentés pour des technologies CMOS de différents noeuds et procédés technologiques.Ces résultats permettront d’estimer dans quelle mesure l’intégration de ces technologies est possiblespour des applications critiques, et quels moyens doivent être mis en oeuvre pour garantir la fiabilitéde ces systèmes.

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8.2.4 Modélisation 3D d’un nouveau capteur de champmagnétique : le CHOPFET

Laurent Osberger ∗†1, Vincent Frick 2

1 Laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICube) – ENGEES,Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Strasbourg, université de Strasbourg, CNRS :UMR7357 – Laboratoire ICube - Département DESSP (UMR 7357 CNRS/UdS) 23, rue du Loess -BP 20 67037 STRASBOURG Cedex 2, France

2 Laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICube) – ENGEES,Institut National des Sciences Appliquées [INSA] - Strasbourg, université de Strasbourg, CNRS :UMR7357 – 300 bd Sébastien Brant - BP 10413 - F-67412 Illkirch Cedex, France

Dans cet article, nous proposons de modéliser un nouveau type de capteur de champ magnétique :le CHOPFET. Le modèle FEM est réalisé grâce au logiciel COMSOL Multipysics et permet de prévoirle comportement électrique du capteur ainsi que sa sensibilité. Afin de disposer d’un modèle le plusprédictif possible nous avons intégré les principaux effets de second ordre tel que la saturation de lavitesse des porteurs. Le modèle a été validé par des mesures expérimentales et met en évidence lespossibilités d’optimisation de ce capteur.

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8.2.5 Système de récupération d’énergie et de com-munication ” Low Power ” RF : Cas de la NFC

Mathieu Coumba Faye ∗1

1 Institut des Matériaux, de Microélectronique et des Nanosciences de Provence (IM2NP) – AixMarseille Université – Aix-Marseille Universités 13937 Marseille Université de Toulon 83957 LaGarde, France

La Near Field Communication (NFC), est de plus en plus répandue dans les communications pas-sives que l’on retrouve dans les domaines bancaires, d’identification personnelle, médical, etc... Habi-tuellement les antennes utilisées en NFC, ont une taille de l’ordre de 40 cm2 leur permettant de fournirassez d’énergie pour le fonctionnement des circuits. Toutefois la réduction de la taille de cette antenneprésente un fort intérêt dans la mesure où elle facilite l’intégration dans des objets de petite dimensiongéométrique. Cependant, toute réduction de taille conduit à une diminution considérable de l’énergiedisponible pour le circuit, dès lors il est intéressant d’utiliser des systèmes à très faible consommationd’énergie afin de compenser cette baisse d’énergie disponible. Le but de cette présentation est d’exposerune architecture ” haut rendement ” de récupération d’énergie et des blocs analogiques ” Low Power” incluant toute la tête RF applicable à la NFC. Le bloc de récupération d’énergie est constitué d’unrectifier et d’un régulateur de tension et le démodulateur sera basé sur le principe de la démodulationIQ avec une récupération d’horloge à boucle ouverte

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8.2.6 Caractérisation des couches minces ferroélectriquespour la réalisation des dispositifs agiles en fré-quence

Mohamad Rammal ∗1, Areski Ghalem 1, Laure Huitema 1, Aurelian Crunteanu Stanescu 1, ThierryMonediere 1, Damien Passerieux 1, Dominique Cros 1, Valérie Madrangeas 1, Corinne Champeaux 2,Frederic Dumas-Bouchiat 2, Perrine Dutheil 2, Pascal Marchet 2

1 XLIM (XLIM) – CNRS : UMR7252, Université de Limoges – 123 Avenue Albert THOMAS 87060LIMOGES CEDEX, France

2 Science des Procédés Céramiques et de Traitements de Surface (SPCTS) – CNRS : UMR7315,Institut des Procédés Appliqués aux Matériaux, Ecole Nationale Supérieure de CéramiqueIndustrielle, Université de Limoges – SPCTS, Centre Européen de la Céramique, 12 Rue Atlantis,87068 LIMOGES CEDEX, France

Au sein de ce papier, nous présentons la conception, la réalisation ainsi que la caractérisation di-électrique très large bande de couches minces ferroélectrique de Ba(2/3)Sr(1/3)TiO3. Dans un premiertemps, des couches minces de différentes épaisseurs (200 nm et 1470 nm) sont déposées par ablationlaser sur une électrode inférieure optimisée d’Iridium-(Ir)/MgO. A l’issue de la caractérisation structu-rale et microstructurale des films minces, des condensateurs MIM (Métal- Isolant-Métal) sont réalisésgrâce à un procédé de photolithographie optique. Ces dispositifs sont ensuite caractérisés sur une plagefréquentielle allant de 100 MHz à 24 GHz. La variation de polarisation nous permet d’extraire l’agilitédu dispositif. Sous une tension de 10V, l’accordabilité résultante est de l’ordre de 82% et 85% à 2.45GHz (le champ électrique équivalent appliqué est relativement faible et est égal à 220 kV/cm et 75kV/cm respectivement). Concernant les pertes globales du dispositif (incluant les pertes métalliquesainsi que les pertes diélectriques), celles-ci sont inférieures à 2 Ohm. Ces performances sont actuellementmeilleures que l’état de l’art. La combinaison de faibles pertes ainsi que d’une forte accordabilité ouvrela voie vers l’intégration de ces types des matériaux aux seins des diapositifs microondes accordables(antennes, filtres, etc).

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8.2.7 Analyse des pertes d’un flyback en mode deconduction discontinue pour la récupération d’éner-gie de piles microbiennes

Armande Capitaine ∗†1,2, Gaël Pillonnet‡1, Thibaut Chailloux 1, Firas Khaled 2, Olivier Ondel 2,Bruno Allard 2

1 Univ. Grenoble Alpes, F-38000 Grenoble, France – CEA, LETI, MINATEC Campus, F-38054Grenoble, France – France

2 Université de Lyon, INSA de Lyon, 21 avenue Jean Capelle, Villeurbanne, France – LaboratoireAmpère, 21 avenue Jean Capelle, Villeurbanne, France – France

La récupération d’énergie ambiante est une solution efficace et respectueuse de l’écosystème pouralimenter de manière autonome des noeuds de capteurs, promouvant ainsi leur déploiement dans diffé-rents environnements. La pile microbienne benthique (SMFC) est un système récupérant l’énergie dela biomasse sédimentaire à l’aide du métabolisme électro-actif des bactéries présentes naturellementdans le milieu. Bien que prometteuse comme source d’énergie long terme pour des capteurs marins, sesniveaux de puissance (autour de 100mW) et de tension (0,7V en circuit ouvert) nous engage à menerune réflexion sur la conception de son interface électronique de récupération. Cette étape est crucialepour extraire le maximum d’énergie et élever sa tension au minimum requis par le capteur (quelquesvolts). Afin de contrôler l’impédance d’entrée et le gain en tension indépendamment, cet article pré-sente un convertisseur flyback en mode de conduction discontinue. A l’aide d’un modèle complet duflyback validé expérimentalement, nous avons étudié l’origine de chaque perte afin de parvenir à uncompromis nous permettant de concevoir efficacement un flyback, pour des transferts de puissancen’excédant pas la centaine de mW. Nous avons ainsi pu mettre en évidence la prédominance des pertesdues à l’hystérésis du matériau magnétique utilisé pour les inductances couplées ainsi que celles en-gendrées par la commande du commutateur. En suivant cette méthode, nous avons pu concevoir unprototype optimisé atteignant 71% de rendement pour une source d’énergie délivrant 90mW.

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8.2.8 Etude théorique des propriétés thermoélectriquesde nanofils en Ge polyphasé

Brice Davier ∗1,2

1 Institut d’électronique fondamentale (IEF) – CNRS : UMR8622, Université Paris XI - Paris Sud –bat. 220 Av Georges Clémenceau 91405 ORSAY CEDEX, France

2 Laboratoire d’Énergétique Moléculaire et Macroscopique, Combustion (EM2C) – CNRS : UPR288,Ecole Centrale Paris – Grande voie des vignes 92295 CHATENAY MALABRY CEDEX, France

La thermoélectricité est un phénomène intéressant dans la recherche de nouvelles sources d’énergies,car une grande partie de l’énergie actuellement produite est dissipée en chaleur. Les dispositifs thermo-électriques permettent de recycler une partie de cette perte thermique en la convertissant en énergieélectrique, et donc d’augmenter l’efficacité énergétique de nombreux systèmes (e.g. moteurs thermique,systèmes électriques). De plus, les générateurs thermoélectriques sont d’une grande fiabilité et peuventêtre miniaturisés. Ils peuvent donc être aussi utilisés pour alimenter des micro-nanosystèmes auto-nomes. Cependant, leur rendement est faible comparé aux générateurs thermiques classiques. De nom-breuses recherches sont effectuées pour augmenter le facteur de mérite ZT, dont dépend le rendement,en choisissant différents matériaux ou en les nano-structurant. Dans ce but, la conductivité thermiqueet la conductivité électrique du matériau doivent respectivement être minimisées et maximisées. Cetteétude théorique se concentre sur des nanofils en Germanium polyphasé. Ces nanofils, récemment pro-duits expérimentalement, ont la particularité de présenter une alternance quasi-périodique de phasescubiques et hexagonales. Les propriétés thermiques des phases hexagonales du Si et Ge ainsi quedes interfaces polyphasées sont étudiées par des simulations de Dynamique Moléculaire. Ces résultatspermettront de modéliser le comportement des phonons traversant des interfaces complexes, et serontintégrés à un simulateur Monte-Carlo pour le transport de phonons. Après avoir confirmé les propriétésde ces nanofils, ces méthodes seront applicables à une grande gamme de systèmes thermoélectriques.

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8.2.9 Perturbations d’un SMPS sur les fonctions ana-logiques d’une même puce

Eric Feltrin ∗1,2

1 Laboratoire Ampère – Ecole Centrale de Lyon – 36 avenue Guy de Collongue - Ecully, France

2 ST Microelectronics (ST MICROELECTRONICS) – STMicroelectronics – 12 rue Jules Horowitz38019 Grenoble, France

De plus en plus de systèmes sont constitués des circuits intégrés pour le traitement du signal etces circuits sont accompagnés de leur cellule de power management. Pour réduire la consommation etla dissipation thermique, l’intégration du power management avec le cœur numérique et les fonctionsanalogiques associés devient indispensable. Le grand nombre de circuits intégrés fait de l’efficacitéénergétique un enjeu majeur c’est pourquoi une alimentation à découpage (SMPS) a remplacé les ré-gulateurs linéaires (LDO). Mais cette architecture commutant un étage de puissance génère du bruitsusceptible de perturber les autres blocks présents sur la même puce. L’étude de l’émission et de lapropagation des perturbations dues au découpage de l’étage de puissance devient incontournable pourassurer le bon fonctionnement de la puce et notamment des blocks analogiques sensibles.

L’objectif de cette étude est de modéliser la génération et la propagation du bruit dans un systèmeintégré. Trois formes de bruit ont été identifiées : le couplage capacitif de la sortie de l’étage de puis-sance avec le substrat et les interconnexions, les interférences conduites dues les échelons de courantau travers des inductances parasites, les interférences rayonnées par les interconnections et les IOs.

Les modèles de perturbations obtenus sont ensuite comparés à des mesures sur une cellule ”simple”comme une référence de tension puis à un block plus complexe, un convertisseur analogique numérique.La finalité de cette étude est de trouver des solutions pour réduire l’impact du SMPS sur le reste ducircuit.

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8.2.10 Stability analysis of a non-inverting Buck-Boostconverter

Amokrane Malou ⇤ , Bruno Allard 1, Alaa Hijazi 2, Xuefang Lin-Shi 3

1 Ampère (Ampere) – CNRS : UMR5005 – INSA de LYON – Bâtiment Léonard de Vinci - 21 avenueJean capelle – 69621 Villeurbanne cedex, France

2 Ampère – CNRS : UMR5005, Université Claude Bernard - Lyon I (UCBL), Institut National desSciences Appliquées [INSA] - Lyon, Ecole Centrale de Lyon – Bât. 721 LA DOUA 43, boulev. du 11novembre 1918 69622 VILLEURBANNE CEDEX, France

3 Laboratoire Ampère – INSA Lyon – 25 Avenue Jean Capelle 69621 Villeurbanne, France

The trend in batteries will offer a wider and wider voltage range. The need for DC-DC non-invertingBuck-Boost converters is by extent growing to supply tiny systems which need for example a regulatedinput voltage at 3.3 V while the battery voltage can vary from 4.2 V down to about 2 V. The powermanagement solutions need to be efficient to extend the battery life before recharging, dynamicallyperformant to adress line and load transients and cost attractive. The latter conditions often meanhigh integration and above all stable operation whatever the specified working conditions. Literaturecovers abundantly the stability analyses of Buck converters or Boost Converters but to the authors’knowledge, no analysis on Buck-Boost mode stability has been addressed so far. Through a case study,the stability issues of the Buck-Boost mode are pointed out and modeled. Considerations about howto design an efficient Buck-Boost converter are also presented.

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8.2.11 Support matériel reposant sur les réseaux surpuce pour l’optimisation des synchronisationsinterprocessus dans les systèmes manycores

Maxime France-Pillois ∗1,2, Frédéric Rousseau†3,4, Jérôme Martin‡1,2

1 Univ.Grenoble Alpes (Univ. Grenoble Alpes) – Université Grenoble Alpes – F-38000 Grenoble,France

2 CEA, LETI, MINATEC Campus (CEA, LETI, MINATEC Campus) – Commissariat à l’ÉnergieAtomique et aux Énergies Alternatives (CEA) - Grenoble – F-38054 Grenoble, France

3 Université Grenoble Alpes TIMA (Univ. Grenoble Alpes, TIMA) – Université Grenoble Alpes –F-38000 Grenoble, France

4 CNRS, TIMA (CNRS, TIMA) – CNRS : UMR5159, Université Grenoble Alpes – F-38000Grenoble, France

De nos jours, les systèmes embarqués intègrent de plus en plus d’éléments de calculs dans unemême puce. Ces systèmes, appelés manycores, posent la question du passage à l’échelle des méca-nismes de synchronisation interprocessus. En effet, plus le nombre de cœurs est grand, plus le risquede demandes d’accès simultanées est élevé, impliquant des surcoûts : temps d’exécution, messageséchangés et consommation. De nombreux travaux ont été menés afin d’optimiser ces synchronisations.Ils se répartissent en deux catégories. (1) Les solutions logicielles, visant principalement à diminueralgorithmiquement le nombre de messages échangés lors de l’établissement de la synchronisation. (2)L’ajout de supports matériels spécifiques, selon deux axes majeurs : le premier s’appuie sur une zonemémoire dédiée à la gestion des synchronisations ; le second sur l’implémentation de réseaux de contrôlespécifiques. Plus récemment, l’apparition des réseaux sur puce (Networks-on-chip, NoC) et leur paral-lélisme intrinsèque ont ouvert de nouvelles perspectives, notamment avec la conception de mécanismesperformants d’échange de messages.Les différentes solutions étudiées montrent que le coût d’un traitement logiciel des synchronisationsest un frein pour la conception de systèmes fortement parallèles performants. Par ailleurs, la majoritédes solutions existantes sont dépendantes de l’architecture du manycore, notamment de l’existenced’une mémoire partagée. Aussi, nous projetons de concevoir un support matériel pour l’optimisationdes synchronisations interprocessus. Exploitant le parallélisme des NoC et ne reposant pas sur unemémoire partagée, ce mécanisme permettra de maintenir une interface de programmation unique pourles synchronisations entre les différents composants du système sur puce.

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8.2.12 Etude de la faisabilité d’un système de commu-nications Ultra large bande asynchrone pourréseaux de capteurs

Abderrahmane Haloua 1, Nicolas Dehaese 1, Rémy Vauché 1, Jean Gaubert 1, Emmanuel Bergeret 1

1Laboratoire IM2NP 60, rue F. Joliot Curie Bâtiment NEEL Technopôle de Château Gombert 13453Marseille Cedex13 France

Les réseaux de capteurs ont connu un large développement ces dernières années. Ils sont utilisésdans différents domaines tel que la défense, l’environnement, la domotique et le biomédical. L’un despoints-clés pour le bon fonctionnement de ces réseaux est leurs durées de vie. Afin de définir si lescommunications impulsionnelles Ultra large bande (ULB) sont adaptées pour ce type de réseau, uneétude comparative entre différents standards et protocoles de communication est effectuée. Un sys-tème de communication asynchrone à base de wake up radio est étudié avec les différents standards decommunications continues (Zigbee, Bluetooth LE, OOK) et aussi pour les communications impulsion-nelles ULB. Après une brève étude sur les communications asynchrones et leurs avantages en termesde consommations d’énergie par rapport aux communications synchrones et pseudo asynchrones, unétat de l’art des différents standards de communications est établi pour permettre une comparaisondes différents bilans d’énergies. Les systèmes de communications comparés sont composés d’un rangedwake up radio et d’un émetteur/récepteur de communications. Le bilan d’énergie est défini pour uncycle de communications en utilisant deux protocoles (CSMA/CA et MACA-BI) et cela pour différentstopologies de réseau. Cette étude a permis de valider la faisabilité d’un système de communicationsULB asynchrone pour réseau de capteurs ainsi que de définir un cahier des charges de réalisation duTX et RX. Les communications ULB présentent le meilleur bilan d’énergie avec une consommation de182,6nJ/cycle et 332,6nJ/cycle pour des réseaux de 5 et 11 nœuds respectivement.

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8.2.13 Récupérateur d’énergie radio fréquence Bi-band900 MHz et 2,4 GHz

Romain BERGES 1, Ludivine FADEL 1, Laurent OYHENART 1, Valérie VIGNERAS 1, ThierryTARIS 1

1 Laboratoire IMS 351, Cours de la Libération 33405 Talence Cedex, France

Ce papier présente le développement de modules de récupération d’énergie radiofréquence (RF) bi-bandes à 900 MHz et 2.4 GHz, implémentés avec des composants du commerce (COTS) sur substratFR4. La conception des parties antenne et redressement a été orientée afin d’optimiser la sensibilitéen puissance du système. Ainsi le récupérateur arrive à fournir une tension redressée de 1 V jusqu’à3 m à 2.4 GHz pour une puissance d’émission de 27 dBm, et de 11 m à 900 MHz pour une puissanced’émission de 30 dBm Lors de son utilisation en mode bi-bande, le module de récupération RF fournitune tension redressée de 1 V pour une puissance RF à l’antenne de -20 dBm.

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8.2.14 Réflectomètre six-port ultra large bandeTianjun LIN 1, Sijia Gu 1, Tuami Lasri 1

1 Laboratoire IEMN Avenue Poincaré 59652 Villeneuve d’Ascq Cedex, France

Beaucoup d’applications micro-onde nécessitent l’emploi d’un analyseur de réseau. En effet, dansla plupart des cas, les propriétés de réflexion et/ou de transmission d’un matériau sont mesurées aumoyen de cet appareil. Si l’on veut adresser des applications où les aspects de coût, de facilité d’utilisa-tion et de portabilité sont visés il est alors nécessaire de proposer des solutions alternatives à cet outilde mesure. Un candidat potentiel pour cet usage est le réflectomètre six-port. Un des inconvénientsmajor de ce type du système est la faible largeur de bande de fréquence.

Dans cet article, un réflectomètre six-port ultra large bande (UWB) a été étudié et simulé. Il in-clut cinq coupleurs 3dB/90˚ UWB fabriqués à partir d’une technique multi-couches. Les résultats desimulation obtenus pour le coupleur en termes de couplage et de coefficient de transmission sont de3±1.2dB. L’adaptation et l’isolation sont meilleures que 20dB sur toute la bande de fréquence (3GHz-10.6GHz). Le déphasage est pratiquement constant avec une variation de 2˚ autour de 90˚ sur toutela bande.

Le réflectomètre construit à partir de ce type de coupleur a été simulé. Les résultats obtenusmontrent qu’il est possible de mesurer sur une large bande de fréquence le coefficient de réflexion d’unecharge avec une bonne précision.

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8.2.15 Auto-assemblage de nanoparticules de Ba1-xSrxTiO3(x =0.4) pour la réalisation de condensateursde découplage intégrés sur interposeur pourl’électronique 3D

E. Tetsi 1,2,4, G. Philippot 2, I. Bord Majek 1, C. Aymonier 2, J. Audet 3, L. Béchou 1, D. Drouin 4

1 Laboratoire IMS, UMR CNRS 5218, Université de Bordeaux, Talence, France

2 Laboratoire ICMCB, UPR CNRS 9048, Université de Bordeaux, Pessac, France

3 IBM, Bromont, Canada

4 Laboratoire LN2, CNRS UMI-3463, Université de Sherbrooke, Canada 4 Institut Interdisciplinaired’Innovation Technologique, Université de Sherbrooke, Sherbrooke, Canada

Dans le contexte de l’intégration 3D, l’ajout de condensateur de découplage à proximité de la puceest requis afin d’augmenter les performances électriques du module. L’objectif de ce projet est de réa-liser un condensateur de haute densité de capacité (> 8 µF/cm2) dans un espace limité. Pour cela,la permittivité relative du matériau diélectrique doit être la plus grande possible et son épaisseur trèsfaible (~20 nm). Récemment, des films de 190nm d’épaisseur présentant une densité de capacité de1,1µF/cm² ont été déposés par sputtering sur interposeur en verre à Georgia Tech. Afin d’améliorer cerésultat, un double challenge doit être relevé : l’élaboration d’un matériau aux propriétés diélectriquescomparables à ceux de l’état de l’art et l’obtention d’une monocouche homogène via une technologie noncoûteuse. Une collaboration avec l’ICMCB, nous permet de disposer de particules de Ba1-xSrxTiO3(x=0,4) synthétisées par voie supercritique correspondant à ces critères. Cette technologie permet eneffet de produire des nanomatériaux high-k (diamètre de nanoparticules = 20 nm, er=260 à 1kHz,300K). L’approche proposée pour le dépôt de films très minces, repose sur l’auto-assemblage de na-noparticules fonctionnalisées pour favoriser leur adhésion au substrat lors du dépôt par spin ou spraycoating. Néanmoins, pour y parvenir, il est nécessaire d’obtenir une qualité de dispersion stabilisée desnanoparticules et une agrégation limitée. Une fois cette étape accomplie, des condensateurs à base deces matériaux seront alors fabriqués et intégrés sur un interposeur en verre, qui sera assemblé à unepuce par un procédé spécifique à IBM.

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8.2.16 Développement d’un « lab-on-chip » innovantbasé sur le contrôle de nanoparticules magné-tiques à l’aide de microbobine intégré

Olivier Lefebvre 1, Fabrice Mbock Nkot 2, Claire Smadja 2, Emile Martincic 1, Marion Woytasik 1,Mehdi Ammar 1

1 Institut d’Electronique Fondamentale, CNRS, Univ. Paris-Sud, Université Paris Saclay, Orsay F-91405, France

2 Institut Galien Paris-Sud, CNR, Univ. Paris-Sud, Université Paris Saclay, Chatenay-Malabry F-92296, France

Les immuno-essais utilisant les nanoparticules magnétiques (NPM) sont réalisés généralement àl’aide d’un aimant permanent collé au micro-tube de test. L’utilisation d’aimant permet de créer unchamp magnétique puissant pour manipuler les NPM mais reste une technique peu fiable et imprécise,particulièrement pour des immuno-essais effectués dans des « lab-on-chip » (LOC). Dans cette optique,notre objectif est de développer un microsystème pour des immuno-essais à haute sensibilité visant ladétection d’ovalbumine (molécule référence de la détection bactériologique) et utilisant des microbo-bines pour la capture des NPM durant les étapes de bio-fonctionnalisation. Les objectifs principaux sontl’optimisation du rendement pour la reconnaissance biologique, en assurant une meilleure bio-activité(anticorps-ovalbumine), et la détection de très faible concentration de biomarqueur cible (~10 pg/mL).

Le microsystème fluidique est composé de PDMS, moulé à partir de SU8, et de microbobines encuivre électro-déposées sur du silicium. Les microbobines sont enrobées d’une fine couche de PDMSpar « spin-coating ».

L’activité biologique étudiée utilise le protocole ELISA avec l’ovalbumine comme protéine d’inté-rêt. Pour greffer le premier anticorps, nous utilisons les fonctions carboxyliques greffées au préalablesur les NPM. De plus, nous utilisons la BSA (Bovine Serum Albumin) pour empêcher les absorptionsnon-spécifiques sur les parties libres des NPM. La caractérisation de l’immuno-complexe se fait parabsorbance optique et par mesure d’intensité (fluorescence).

En conclusion, nous développons un LOC innovant et original pour des immuno-essais tout-intégré.Le microdispositif ciblé permettra d’ouvrir la voie à des plateformes de diagnostic ultrasensible debactéries présentes à très faible concentration notamment pour la bio-défense.

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9 Nanotechnologie

9.1 Session orale

9.1.1 Etude et développement de transistors CMOShaute tension et de cellules mémoires non vola-tiles en technologie 28nm FDSOI

Dann Morillon ∗1

1 Electronique pour Objets Connectés (EpOC) – Polytech Nice-Sophia, Université Nice SophiaAntipolis (UNS) – EpOC-UNS Polytech’ Nice-Sophia, Dpt Electronique Parc de Sophia Antipolis 930Route des Colles 06410 Biot France, France

L’avancée technologique vers des plateformes CMOS à ultra basse consommation est un des défismajeurs de la microélectronique. Afin de répondre aux exigences des marchés nomades et autres appli-cations émergentes, l’intégration de mémoires embarquées en 28nm est actuellement étudiée. Ce nœudà la particularité d’utiliser des solutions techniques présentant une véritable rupture avec les généra-tions précédentes. Pour les transistors, il introduit l’utilisation d’un oxyde haute permittivité et d’unegrille métallique. Il n’existe pas à ce jour de mémoires non volatiles intégrant ce type de matériaux.Ces travaux de thèse portent sur l’intégration d’un transistor haute tension en 28nm. Ce dispositifest nécessaire aux opérations spécifiques de la mémoire qu’elle soit de type front-end ou back- end.La principale difficulté rencontrée pour réaliser ce transistor en 28nm concerne l’oxyde de grille. Ils’agit sur les technologies actuelles d’une couche épaisse de dioxyde de silicium qui doit garantir debonnes performances et répondre à des critères de fiabilité exigeants. Réaliser un oxyde répondant àces contraintes représente un défi en matière d’innovation et de coût pour la prochaine génération demémoires.Une première étude de faisabilité sur l’association de l’oxyde épais et de l’empilement avec grille mé-tallique a été faite sur des structures capacitives afin d’évaluer la qualité du diélectrique. La tensionde bande plate, la durée de vie de l’oxyde ainsi que les densités de piège ont été extraites sur différentstypes d’empilement. Des essais sur silicium sont en cours pour valider les résultats sur des dispositifsfonctionnels.

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9.1.2 Etude des propriétés piézoélectriques d’un ma-tériau piézo-électret polymère pour micro-capteursde vibrations mécaniques

Achraf Kachroudi ∗1,2, Skandar Basrour 1, Libor Rufer 1, Fathi Jomni 2


2Université de Tunis el Manar, Faculté des Sciences de Tunis, Laboratoire Matériaux, Organisationet Propriétés (LMOP) – 2092, Tunis, Tunisie, Tunisie

L’objectif de ce travail est d’étudier les propriétés piézoélectriques d’un nouveau matériau poly-mère de type Polydimethylsiloxane (PDMS) pour des micro-capteurs de vibrations mécaniques et larécupération d’énergie. Le matériau est micro-fabriqué à l’issue d’un ensemble de simulations à tra-vers des modèles analytiques optimisant sa réponse piézoélectrique. Cette optimisation est réaliséevia le jeu de paramètres géométriques des structures finales. Le matériau est un sandwich de deuxcouches massives faisant des épaisseurs de 55mm séparées par une couche micro-structurée de 40mmd’épaisseur contenant des cavités cylindriques de rayon 50mm et un pas de 150mm. L’ensemble est collépar un traitement plasma d’oxygène. L’ionisation de l’air contenu dans les micro-cavités générera descharges opposées qui s’implantent dans leurs surfaces intérieures. Chaque micro-cavité s’apparenteà un macro-dipôle ce qui permet au matériau final d’émuler les matériaux polymères piézoélectriquesconventionnels comme le Polyfluorure de vinylidène (PVDF). Une étude de la piézoélectricité indirecteet des tests électromécaniques montre que les structures ainsi obtenues assurent un compromis entre lasouplesse (faible module de Young de 300kPa) et une piézoélectricité importante (coefficient piézoélec-trique longitudinal 10 fois plus important que celui du PVDF). Ces propriétés sont très avantageusespour intégrer ces matériaux dans des dispositifs prêts à porter (‘wearable devices’) qui s’adaptent àn’importe quelle taille et forme de surfaces où ils seront intégrés pour la récupération d’énergie.

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9.1.3 Réalisation de structures MIS sur InGaAs pardépôt PECVD du nitrure de silicium

Mohamed Ridaoui ∗†1,2,3, Ahmed Chakroun 4,2, Christophe Rodriguez 2,4, Nicolas Wichmann 1,Sylvain Bollaert 1, Abdelatif Jaouad 4,2, Hassan Maher 2,4


2 Institut Interdisciplinaire d’Innovation Technologique, Université de Sherbrooke (3IT) – 3000Boulevard Université, Sherbrooke, J1K OA5, Québec, Canada

3 Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes - CNRS UMI-3463, Université de Sherbrooke (LN2) –3000 Boulevard Université, Sherbrooke, J1K OA5, Québec, Canada, Canada

4 Laboratoire Nanotechnologies Nanosystèmes - CNRS UMI-3463, Université de Sherbrooke (LN2) –3000 Boulevard Université, Sherbrooke, J1K OA5, Québec, Canada

Les transistors à effet de champs (MOSFETs) à base d’InGaAs sont des candidats intéressantspour les applications en hyperfréquence. Néanmoins, la technologie de fabrication de ces composantsest encore en phase de développement. L’un des défis majeurs face à cette technologie est lié à laforte densité des états d’interface, caractéristique de la surface d’InGaAs et des matériaux III-V engénéral. Ce facteur est responsable de la limitation des performances des transistors. De nombreusesétudes ont été menées afin de développer un procédé de passivation permettant d’assurer des interfacesInGaAs/diélectrique avec des bonnes propriétés électroniques [1].Dans l’objectif de développer un procédé de passivation de la surface d’InGaAs par déposition PECVDdu nitrure de silicium (SixNy), nous avons commencé par étudier l’effet de différents prétraitementschimiques de la surface sur les propriétés de l’interface. Dans ces tests, des capacités MIS ont été réa-lisées en utilisant un procédé développé pour la passivation de GaAs et qui est basé sur la dépositiond’une couche de SixNy par plasma à basse fréquence (LF-PECVD) [2].Les mesures Capacité-Voltage réalisées montrent une bonne modulation du potentiel de surface pourles capacités MIS traitées avec une solution (NH4)2S. En utilisant ce procédé de passivation, nousavons fabriqués une première série de transistors avec une géométrie circulaire, la caractérisation élec-trique de ces dispositifs montre un courant de drain (Id) de l’ordre de 40 mA et une transconductance(Gm) de 7 mS.

I. Krylov et al. Applied Physics (2011).A. Jaouad et al. Electronics Letters (2004).

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9.1.4 Mesure du bruit BF : de couches minces de ZnOcodopé Mo et In

Abicha Agnaou Achahour ∗1

1Unité de Dynamique et Structure des Matériaux Moléculaires (UDSMM) – Université du LittoralCôte d’Opale : EA4476 – Maison de la Recherche en Environnement Industriel - MREI 145 avenueMaurice Schumann 59140 Dunkerque, France

Cette dernière décennie une attention particulière est accordée aux oxydes métalliques, et plus par-ticulièrement le ZnO, dans le domaine de l’optoélectronique due à ses propriétés particulières lorsqu’ilest fabriqué à l’échelle nanométrique (nanograins, nanofils, nanotubes). Les récentes études ont mon-trées qu’à l’échelle nanométrique les propriétés physiques et chimiques des matériaux semiconducteurset des oxydes métalliques (ZnO, SnO2, ITO, WO3...) changent considérablement. Ces nanostructures(nanograins, nanofils, nanotubes) présentent une grande variété d’applications dans le domaine élec-tronique et optoéletronique et constituent de ce fait des candidats très prometteurs pour la fabricationde nanodispositifs (les photodétecteurs, LEDs, les diodes LASER...). Nous présentons ici une étuderéalisée sur des couches minces de ZnO codopé Mo et In déposées sur du verre par spray pyrolyse. Lesrésultats préliminaires présentés dans ce travail concernent l’évolution de la résistance de couche Rshet des mesures de bruit basse fréquence de couches minces de ZnO codopé Mo et In déposées par spraypyrolyse à 460◦C. Les couches minces se différencient par le rapport (In / Zn) dosé à 1%, 2%, 3% et10%. Le rapport molaire de (M / Zn) est gardé constant et fixé à 1%. Les résultats donnent des valeursdu coefficient de bruit KZnO :Mo :In de l’ordre de 2×10�18 cm2/W. Ces valeurs sont environ 400 foisplus élevées que celles trouvées par exemple sur des couches d’or ou de silicium polycristallin dopégermanium (de l’ordre de 5×10�21 cm2/W). Ces valeurs sont généralement obtenues sur des matériauxinhomogènes présentant des défauts à l’échelle microscopique.

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9.2 Session poster

9.2.1 Modélisation de système pour la prédiction dedéfaillance du aux décharges électrostatiques

Fabien Escudie ∗1


De par l’évolution des technologies des semi-conducteurs et la multiplication d’applications em-barquées dans des environnements sévères, les défaillances induites par des décharges électrostatiques(ElectroStatic Discharges - ESD) deviennent une préoccupation majeure. Ces évènements transitoiresde forte puissance peuvent provoquer la destruction du matériel ou induire des fautes logiques toutaussi critiques pour les applications où la sécurité des personnes est en jeu.Mon objectifs est de définir et de valider une méthodologie comportementale de construction de modèledes circuits intégrés (CI), pour simuler l’impact des ESD dans un système.Ce travail se fait dans les cadre du groupe de normalisation WG26 de l’ESDA (ESD Association - ”Mo-dels for System Level Simulations”) qui travaille actuellement sur un standard afin de prédire l’impactdes ESD dans un système.

Un ensemble d’expériences est en cours dans sept laboratoires volontaires.

La méthode est testée sur trois systèmes disparates permettant d’étudier les applications numériques,automobiles et les applications de communication à grande vitesse.Des résultats seront présentés, décrivant le comportement des courbes IV des broches d’un CI exposéesaux ESD (broches d’alimentation, E/S) ainsi que leur niveau de robustesse. A partir de ces paramètres,des modèles CI ont été développés avec l’intention de faire correspondre les simulations transitoires etquasi-statiques aux mesures. Ces modèles sont ensuite utilisés pour simuler des cas d’utilisations où lessystèmes constitués de CI et d’autres éléments peuvent êtres soumis aux ESD. Les simulations nouspermettrons ainsi d’observer le chemin de l’ESD afin de prédire les défaillances du système.

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9.2.2 Évaluation des convertisseurs analogique-numériquespour le secteur automobile

Ludwig Cron*1 , Pietro Maris Ferreira† 2

1 Génie Electrique et Electronique de Paris (GeePs) – CNRS : UMR8507, CentraleSupélec,Université Paris XI - Paris Sud, Université Pierre et Marie Curie (UPMC) - Paris VI – 11 rue JoliotCurie Plateau de Moulon 91192 GIF SUR YVETTE CEDEX, France

2 Laboratoire de génie électrique et électronique de Paris (GeePs) – CNRS : UMR8507,CentraleSupélec, Université de Paris-Sud Orsay, Université Pierre et Marie Curie [UPMC] - Paris VI– 11 rue Joliot Curie 91192 Gif-sur-Yvette, France

Ce papier présente une revue des différentes architectures des convertisseurs analogique/numériquedans le secteur automobile. Ce secteur mettant l’électronique à rude épreuve en ayant de fortes va-riations de température et de la tension d’alimentation. Il est par conséquent nécessaire pour lesconvertisseurs d’avoir une bonne linéarité sur l’ensemble de la plage de températures. Du plus, le coûtdu composant devant être le bas possible, la surface de silicium utilisée doit être minimisé. Ainsi,l’objectif est de comparer les différentes technologies utilisées pour la conception de circuit en hautetempérature et de comparer les principales architectures de convertisseurs analogique/numériques dusecteur automobile. Et ceci afin de mettre en valeur les architectures permettant de réduire la surfacedu die pour un convertisseur de 12 bits effectifs.

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9.2.3 Evaluation de topologies d’inductances activespour les récepteurs RF intégrés et reconfigu-rables

Mohammed Adnan Addou ∗†1, Bruno Barelaud‡1, Bernard Jarry§1, Julien Lintignat¶1

1 XLIM (XLIM) – CNRS : UMR7252, Université de Limoges – 123 Avenue Albert THOMAS 87060LIMOGES CEDEX, France

Ce papier présente un amplificateur à faible bruit à bande étroite (LNA) reconfigurable à l’aided’une inductance active. Dans la plupart des cas, des inductances passives sont utilisées pour la réali-sation de ces LNA. Ces inductances présentent plusieurs inconvénients comme la difficulté de concevoirsimultanément une inductance de grande valeur avec une faible surface et un bon facteur de qualité.Toutes ces considérations nous ont amenés à étudier des solutions de LNA utilisant des inductancesactives. Les principaux avantages de cette dernière par rapport à son équivalente passive sont lespossibilités d’accordabilité des circuits (variation du coefficient de self induction) et le gain de place(surface de silicium). L’absence de couplage magnétique est un autre avantage. L’architecture du LNAréalisé repose sur deux étages d’amplificateurs cascadés à source commune et à résistance de contreréaction. L’inductance active quand a elle, est placée comme charge du deuxième étage pour présenterun faible facteur de bruit et permet l’accord de la fréquence centrale. L’intérêt de cet LNA qui a étéfabriqué, repose sur l’accordabilité en fréquence et sur le fait qu’aucune inductance passive ne soitutilisée puisque nous avons fait appel à une adaptation active. La structure du circuit met en œuvredes transistors MOS de la technologie QUBiC4XI BiCMOS 0,25mm de NXP. Le gain et le facteur debruit mesuré ont respectivement pour valeurs 15dB et 3,5dB pour une consommation de 13mW@2,5V.Ce circuit est reconfigurable de 1GHz jusqu’à 1,6GHz et occupe une surface de (700mm*760mm).

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9.2.4 Soudure hermétique Cu/Sn à basse températureà base de dépôts PVD fins à l’échelle du wafer

Sylvain Lemettre ∗†1, Johan Moulin 1, Sylvain Perrot 1,2, Nathalie Isac 1, Seonho Seok 1, AlainBosseboeuf 1

1 Institut d’Electronique Fondamentale, Université Paris Sud (IEF) – Université Paris Sud - ParisXI, CNRS : UMR8622 – Bât 220, rue André Ampère – Université Paris-Sud Centre scientifiqued’Orsay, F91405 Orsay cedex, France

2 Fogale Nanotech – Université Paris Sud - Paris XI – 125 rue de l’hostellerie - Bât A 30900 NIMES,France

Certains MEMS comme les résonateurs ne fonctionnent de façon optimale que dans un vide poussé.Cet environnement est obtenu en encapsulant le MEMS sous vide dans une cavité. De l’herméticité del’encapsulation dépend la durée du maintien sous vide du MEMS, et donc sa durée de vie.Parmi les différentes techniques d’encapsulation développées, la soudure par phase transitoire liquideCu/Sn (TLP Cu/Sn) présente l’avantage d’être réalisable à basse température (250◦C) – tout en li-vrant des joints résistants à haute température (676◦C). Or une basse température de scellement estun atout, car elle permet l’encapsulation de dispositifs fragiles ou sensibles à la température. L’autreavantage de cette technique de soudure est qu’elle est réalisable à l’échelle du wafer, autorisant ledéveloppement d’un procédé d’encapsulation collectif où l’on scelle un wafer creusé de cavités sur lewafer portant les MEMS.

Les études réalisées précédemment sur la soudure TLP Cu/Sn ont montré que l’herméticité des cordonsétait détériorée par des trous nanométriques dits de Kirkendall, dont l’apparition semble liée à la mé-thode de dépôt des cordons utilisée, la croissance électrolytique. Cette méthode est en effet privilégiéecar elle permet la réalisation de cordons épais (⇡ 20 mm).Pour éliminer ce phénomène, des cordons fins Cu/Sn (⇡ 3 mm) ont été réalisés par des méthodes moinscontaminantes, l’évaporation et la pulvérisation cathodique. La disparition des trous de Kirkendall etl’herméticité de ces cordons soudés à 250◦C ont été prouvées.

JNRDM 2016 102 11-12-13 Mai


9.2.5 Spectroscopie diélectrique de la cellule unique :suivi de l’électroporation irréversible

Amar Tamra ∗1, David Dubuc 2, Marie-Pierre Rols 3, Katia Grenier 2

1 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS-CNRS) – Université PaulSabatier-Toulouse III - UPS – 7 Avenue du Colonel Roche, 31400 Toulouse, France

2 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS-CNRS) – Université Paul Sabatier -Toulouse III – 7 Avenue du Colonel Roche, 31400 Toulouse, France

3 Institut de Pharmacologie et de Biologie Structurale (IPBS) – Université Paul Sabatier - ToulouseIII – 205 Route de Narbonne, 31400 Toulouse, France

L’accès au domaine intracellulaire des cellules viables montre un grand intérêt dans le domaine desapplications biomédicales. L’électroporation est une méthode physique qui vise à appliquer des impul-sions de champ électrique pour perméabiliser la membrane cellulaire et faciliter l’entrée ou la sortie desmolécules d’intérêt. Parmi les applications de l’EP, on trouve l’électrochimiothérapie, l’électrogénothé-rapie, l’électroporation irréversible, etc. Malgré le progrès fait dans ce domaine, de nombreuses lacunesrestent à combler, notamment au niveau de la compréhension des mécanismes impliqués. D’autre part,on se retrouve dans l’ère de la miniaturisation des dispositifs utilisés en biotechnologie où les approchesmultidisciplinaires permettent de produire de réelles avancées technologiques. Le cadre général de nostravaux vise à combiner la miniaturisation des dispositifs, la microfluidique mais aussi la détection parles ondes HyperFréquences des échantillons biologiques. Ce travail démontre l’efficacité de l’utilisationde notre méthode d’analyse : la spectroscopie diélectrique dans le suivi d’une cellule soumise à l’éléc-troporation irréversible. Les résultats expérimentaux indiquent une forte corrélation (R2 > 0,94) avecla technique standard utilisée en biologie : la cytométrie en flux. Néanmoins, l’approche micro-ondesdispose de plusieurs avantages : étude sans marquage, sans contact et en milieu liquide. Notre biocap-teur révèle une augmentation de la capacitance et de la conductance des cellules traitées reflétant uneaugmentation des dommages cellulaires, ce qui est en grande corrélation avec les résultats obtenus ré-gulièrement en biologie. Les dommages cellulaires ont été ensuite quantifié, ce qui rend la spectroscopiediélectrique HF une technique d’intérêt pour les recherches d’électroporation des cellules.

JNRDM 2016 103 11-12-13 Mai


9.2.6 Développement de mémoires non-volatiles em-barquées pour les plateformes technologiques avan-cées 40nm et 28nm

Marjorie Hesse ∗1,2, Arnaud Regnier 1, Pascal Masson 2

1 STMicroelectronics (Rousset) (ST-ROUSSET) – STMicroelectronics – ZI de Rousset, BP : 2, 13106Rousset Cedex, France

2 Electronique pour Objets Connectés (EpOC) – Polytech Nice-Sophia, Université Nice SophiaAntipolis (UNS) – Université de Nice-Sophia Antipolis - URE UNS 006 930, Route des Colles 06903SOPHIA ANTIPOLIS Cedex, France

Les applications avancées à base de microcontrôleurs couvrent de multiples domaines nécessitantune plus grande vitesse de traitement, de multiples périphériques analogiques et de plus fortes capaci-tés de stockage en mémoire non volatile programmable, limitant l’autonomie des systèmes nomades.STMicroelectronics développe aujourd’hui ses nœuds les plus avancés marquant une rupture techno-logique. Dans ce contexte, le développement de la technologie mémoire non-volatile devient un enjeumajeur pour proposer une cellule mémoire dont les performances sont en adéquation avec la spécifi-cité des applications et pour conserver la compatibilité avec l’intégration de la logique sur ces nœudstechnologiques avancés.

L’état de l’art des technologies de mémoire non volatile pour les microcontrôleurs ultra-basse consom-mation est basé sur différents types de technologie de mémoires embarquées dites classiques : NORflash, Split-gate cell, SONOS, EEPROM. Pour les nœuds avancés comme le 40nm, la plupart des four-nisseurs de circuits avec mémoire non-volatile embarquée continuent de travailler sur ces architecturesconventionnelles.

Un nouveau concept d’architecture innovant et encore jamais exploré a été conçu très récemmentà STMicroelectronics Rousset sur des plateformes technologiques 80nm et 40nm. Cette architecturepermet de réduire fortement les courants de programmation et est potentiellement la plus dense pourune mémoire à stockage de charge programmable par bit car sa densité dépend uniquement de la tailledu transistor d’état.Cette étude vise à développer les prochaines générations de mémoires non volatiles à stockage de chargepour les nœuds technologiques avancés 40nm et 28nm et anticiper les freins potentiels de ces avancéestechnologiques.

JNRDM 2016 104 11-12-13 Mai


9.2.7 Méthodologie d’analyse et de prédiction des dé-fauts fonctionnels des circuits intégrés soumis àdes agressions électriques transitoires

Rémi Bèges ∗1,2


2 NXP Semiconductors – NXP semiconductors – 134 avenue du general Eiseinhower, 31650TOULOUSE, France

De nos jours, les systèmes électroniques sont en charge de réaliser des fonctions toujours plus com-plexes, avec des responsabilités croissantes vis-à-vis de notre sécurité. C’est particulièrement le casdans l’automobile, où les airbags et le moteur sont gérés par des systèmes électroniques. Ces systèmesopèrent souvent dans des conditions sévères de fonctionnement (stress électriques, température élevée,vibrations, etc.). Néanmoins, les opérations réalisées sont critiques et se doivent de fonctionner sansinterruption ni comportement imprévu.

Dans ce contexte, il est important de comprendre quels mécanismes peuvent conduire à des fautesde fonctionnement. Cette thèse ce concentre sur l’aspect de la robustesse des circuits intégrés face auxagressions électriques. Un des objectifs est de mettre en place une méthode de travail pour identifierau plus tôt des faiblesses dans l’architecture et le design du circuit intégré.

Cette méthode cherche à fournir des modèles de stress électriques, des bases pour construire desschématiques de simulation réalistes (testbench), ainsi que des outils pour permettre d’analyser effica-cement les résultats de ces simulations.

Il faut également considérer l’application dans laquelle le circuit intégré est amené à opérer. Un circuitintégré ne travaille jamais seul et les développeurs de cartes électroniques ont besoin de simuler lafiabilité de leur application sans connaitre le design de la puce.Pour cela, la méthode essaie d’apporter une solution pour construire des modèles ” boite-noire ” defonctions du circuit intégré. Ces modèles ont pour but d’être rapides à simuler et permettre de validerla robustesse au niveau application.

JNRDM 2016 105 11-12-13 Mai


9.2.8 An overview of Spin Field Effect Transistor (Spin-FET) and Logic Device Using Spin-FET

Gefei Wang ∗†1, Zhaohao Wang 2, Weisheng Zhao 2, Jacques-Olivier Klein 1

1 Institut d’électronique fondamentale (IEF) – CNRS : UMR8622, Université Paris XI - Paris Sud –bat. 220 Av Georges Clémenceau 91405 ORSAY CEDEX, France

2 Beihang University – Chine

Since the conventional electronics facing many bottle necks, spin based devices became the can-didate for the next generation of integrated circuit. Spintronics makes many advantages to the func-tionality of logical operation and information processing compared with traditional semiconductors.A semiconductor channel contacted with two ferromagnetic electrodes constitute a spin field effecttransistor (Spin-FET) which is a foundation device in spintronics. We make a quantitative analysis forthe Spin-FET. We calculate the spin current injection which is the magnitude of the current trans-form to spin polarized current by injecting from the source electrode into the semiconductor channel.The study of spin-orbit coupling caused by the Rashba effect in the semiconductor channel can makea conclusion of the relationship between the gate voltage and the spin precession angle. Detectioncurrent is also given in this paper. Compared with conventional field effect transistors, there are alsotwo types Spin-FET. Parallel and antiparallel Spin-FET models which are complementary with eachother have been introduced at section 3. Different magnetization directions of the source and the drainelectrodes make the different modulation process. Moreover, some simple logic gate can be designed byusing the compact complementary Spin-FET model. The potential of the Spin-FET is very promising.

JNRDM 2016 106 11-12-13 Mai


9.2.9 Extraction lumineuse de micro-LED GaN dis-posées en matrice 2D pour micro-écrans

François Olivier ∗1

1 CEA - LETI (CEA - LETI) – Université Grenoble Alpes – 38054 Grenoble Cedex, France

Les micro-écrans à base de LED GaN sont des dispositifs prometteurs pour de nombreuses appli-cations. Les niveaux de luminance très élevés (jusqu’à 1 million de cd/m2) permettent d’adresser denouveaux marchés (lunette informative, projection, etc.).L’extraction lumineuse est un point critique dans le rendement global des LED GaN. L’indice de ré-fraction élevé du GaN piège une grande partie des rayons dans la LED. De plus, une problématiqueinhérente aux afficheurs est d’émettre la lumière sous le pixel voulu et non sous les pixels voisins(phénomène de cross-talk optique). Dans le cas des micro-écrans émissifs développés au CEA LETI,chaque pixel est une LED de quelques microns de côtés, disposée en matrice à un pas de 10 mm. Lescontraintes en termes de cross-talk sont donc élevées.

Pour quantifier ces points essentiels dans le fonctionnement des micro-écrans, des simulations op-tiques de type tracé de rayon sont réalisées. Ces simulations ont permis de déterminer l’influence desprincipaux paramètres géométriques de notre structure, notamment l’angle des flancs de gravure quipermet un maximum d’extraction à 50◦. Les solutions couramment utilisées dans le domaine de l’éclai-rage pour augmenter l’extraction sont étudiées. Les gains obtenus peuvent atteindre 90%. Enfin, lecross-talk est étudié et des solutions proposées pour limiter le phénomène. Les résultats obtenus parsimulation sont en accord avec les mesures expérimentales.Ces résultats sont importants dans le domaine des micro-écrans à base de LED GaN, où l’augmentationde l’extraction lumineuse doit faciliter le développement de ces dispositifs.

JNRDM 2016 107 11-12-13 Mai


9.2.10 Validation automatique d’une méthode de mi-gration des tâches sur la plateforme Zynq

Arief Wicaksana ∗†1, Olivier Muller 1, Arif Sasongko 2, Frédéric Rousseau 1


2 Institut Teknologi Bandung (ITB) – Indonésie

Le développement dans le domaine du calcul reconfigurable (Reconfigurable Computing) s’orientevers l’utilisation de plateformes hétérogènes intégrant un processeur et un FPGA. Ce type de systèmenous permet d’exécuter des traitements dans les parties reconfigurables et de gérer l’ensemble par leprocesseur générique.

En logiciel, la migration de tâches consiste à déplacer l’exécution d’une tâche d’une unité de cal-cul à une autre. En matériel, il s’agit de déplacer l’exécution d’un accélérateur matériel d’un FPGAvers un autre FPGA. Notre méthode propose une solution capable d’exécuter un accélérateur matérielsur un FPGA, de l’interrompre en cours d’exécution, et de poursuivre son exécution sur un autreFPGA. La validation de la méthode a été faite dans un système incluant deux architectures différentesde la famille Zynq : Zybo et Zedboard.

La méthode repose sur un choix judicieux des états d’exécution de l’accélérateur permettant l’in-terruption, et la sauvegarde des informations nécessaires à sa reprise. Un traitement off-line permet dedéterminer les états en fonction de la contrainte de temps. L’ajout de matériel permet d’extraire lesbits nécessaires à la sauvegarde de l’état. Le processeur du système est capable de générer la sauvegardede l’état, la reprogrammation de FPGA et le transfert de l’état vers le nouvel accélérateur pour unereprise d’exécution.

Il reste à généraliser une telle approche, avec une gestion efficace de la communication autour dela migration de tâche, et de s’adapter à l’hétérogénéité des plateformes et des familles de FPGA.

JNRDM 2016 108 11-12-13 Mai


9.2.11 Optimisation d’un micro-capteur dédié à la spec-troscopie diélectrique hyperfréquence de cel-lule biologique individuelle

Wenli Chen ∗1, Katia Grenier 2, David Dubuc 3


2 Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes (LAAS) – Université Toulouse III - PaulSabatier - IUT de Tarbes – 7 avenue du colonel roche Toulouse, France

3 Laboratory of Analysis and Architecture of System (LAAS-CNRS) – Université de Toulouse – 7avenue du colonel roche Toulouse, France

L’analyse cellulaire est actuellement basée sur des méthodes de détection optique essentiellement.Microscopie et cytométrie en flux impliquent des techniques de coloration et de fluorescence très ef-ficaces notamment en termes de précision et spécificité. Elles peuvent néanmoins être très souventconsommatrice en temps de manipulation, coûteuses et potentiellement invasives vis à vis des cellules.Dans ce contexte, la spectroscopie diélectrique hyperfréquence dédiée à de l’analyse cellulaire constitueune méthode nouvelle et attrayante, en raison de ses caractères non destructif et non invasif, car sansaucun ajout de produits chimiques, de la non-nécessité de préparation et de manipulation des cellules,et enfin compatible avec les dimensions de cellules.

Ce travail présente l’optimisation de la sensibilité d’un biocapteur hyperfréquence dédié à l’analysed’une cellule biologique unique vivante de 40 MHz à 40 GHz, directement dans son milieu de culture.Afin d’améliorer la sensibilité du capteur, différents paramètres ont été évalués tels que la dimensionde la coupure capacitive (2, 5 et 10mm) situées au centre du biocapteur avec différentes tailles de billesde polystyrène (10mm et 20mm). En raison des contraintes technologiques et de reproductibilité desrésultats de mesure, une coupure capacitive de 5 mm est finalement privilégiée.

Ce capteur a ensuite été évalué pour la mesure de cellules biologiques individuelles et vivantes, di-rectement dans leur milieu de culture. Des contrastes capacitif et conductif de 0,4 fF à 5 GHz et 85 mSà 40 GHz, avec des écarts-types associés estimés à 7% et 14% respectivement ont été obtenus.

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9.2.12 Méthode de caractérisation de matériaux : Ex-traction des paramètres

Anoumou Apedjinou 1, Dominique Cros 1, Valérie Madrangeas 1, Damien Passerieux 1, MichelAubourg 1, Jean Michel Le Floch 2, Michael Tobar 2

1 XLIM, UMR CNRS n°7252, Université de Limoges, 123 Av. A. Thomas, 87060 Limoges,France

2 School of Physics, The University of Western Australia, Crawley, WA 6009, Australia

Il s’agit de la description d’une nouvelle méthode de caractérisation qui permet à la fois de dé-terminer la permittivité et l’épaisseur de l’échantillon. Le principe repose sur une cavité résonante detype klystron, couplée par des sondes électriques. Contrairement aux méthodes résonantes classiques,où seulement la fréquence de résonance est utilisée, cette nouvelle structure fait apparaitre deux fré-quences caractéristiques qui permettent donc de déterminer à la fois la permittivité et l’épaisseur del’échantillon, la procédure théorique est présentée puis appliquée à un cas expérimental.

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9.2.13 Les challenges de l’intégration monolithique ethybride pour la photonique sur silicium

Audrey Michard 1,2 , Jean-François Carpentier 1, Pietro Maris Ferreira2

1 STMicroelectronics 850 rue Jean Monnet 38926 Crolles, France

2 GeePs, UMR CNRS 8507 ; Département de Systèmes Électroniques – CentraleSupélec 3 rue JoliotCurie 91192 Gif-sur-Yvette, France

Ce papier présente une revue des principales méthodes d’intégration (monolithique, wire-bondinget flip-chip) permettant d’assembler les puces électronique et photonique d’un transceiver à base d’an-neaux résonants. Les applications de la photonique sur silicium visent en premier lieu les liens datacen-ters, d’où la volonté d’augmenter le débit des données échangées tout en s’assurant que le transceiverrespecte les standards actuels de packaging et de consommation de puissance. Nous analysons ainsipour chacune des méthodes d’intégration sa qualité à partir de ces éléments-clés. Nous montrons quel’intégration monolithique conduit à de faibles impédances parasites mais est plus difficilement adap-table avec des noeuds technologiques réduits. Au contraire l’intégration par wire-bonding bénéficied’une grande flexibilité des procédés de fabrication et permet donc l’optimisation séparée du PIC et del’EIC. Enfin l’intégration par flip-chip permet de combiner les avantages précédents. Cet assemblage3D se justifie également par la réduction de l’empreinte des puces ainsi qu’un couplage facilité desfibres optiques. Par conséquent l’intégration par flip-chip réalise certainement le meilleur compromisen matière d’optimisation des performances du transceiver.

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9.2.14 Conception d’un déphaseur en bande millimé-trique basé sur des lignes couplées à ondes lentesen technologie BiCMOS 55 nm

Zyad Iskandar 1,2, Jose Lugo-Alvarez 1, Farid Bautista 1, Vincent Puyal 2, Alexandre Siligaris 2,Emmanuel Pistono 1, Philippe Ferrari 1

1 Université Grenoble-Alpes, IMEP-LAHC, 3 Parvis Louis Néel, CS 50257- 38016 Grenoble

2 Université Grenoble-Alpes, CEA-LETI, Minatec Campus, F-38054 Grenoble, France

Dans ce travail un déphaseur accordable de type RTPS (Reflection-Type Phase shifter) réalisé entechnologie BiCMOS 55 nm est présenté. Ce déphaseur est destiné à être intégré au niveau de la voieOL d’un réseau d’antennes dédié aux applications de formation et d’orientation de faisceau en bandeV. Le RTPS est composé d’un coupleur à lignes couplées à ondes lentes, et d’une charge réflectivecomposée d’une ligne microruban et de varactors MOS. Une conception originale permet d’obtenir unefigure de mérite à l’état de l’art. Le déphaseur mesuré produit un déphasage de 60° dans une largebande allant 30 GHz jusqu’à 50 GHz avec 5 dB de pertes d’insertion maximales conduisant à une figurede mérite de 12°/dB. Une adaptation meilleure que 10 dB est obtenue sur toute la bande de 20 GHz.La surface du circuit est de 0.18 mm2.

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9.2.15 Conception d’un système transdermique intel-ligent pour délivrer des médicaments (TDDS)

Yassine Talbi 1, Damien Brulin 1, Eric Campo 1, Jean-Yves Fourniols 1

1CNRS, LAAS, F-31400 Toulouse, France - CNRS : UPR8001 - France 2Univ de Toulouse, INSA,F-31100 Toulouse

L’administration des médicaments par voie orale présente des limitations dues à la faible absorptionet à la dégradation enzymatique.

L’administration transdermique est de plus en plus courante, facilitée par le développement despatchs qui fait de cette voie une des plus acceptable.

L’objectif de notre travail de recherche est de concevoir un système transdermique intelligent sousla forme d’un patch électronique pour délivrer des médicaments (TDDS).

La diffusion passive des molécules à travers la peau reste limitée à certains médicaments qui ontdes propriétés pharmacocinétiques et pharmacodynamiques adéquats. Différentes méthodes physico-chimiques ont été étudiées pour améliorer la perméabilité, le challenge est de compromettre la couchecornée d’une façon réversible et sans douleur.

La méthode utilisée dans le cadre de cette étude est l’ionophorèse. Il s’agit d’un procédé électriquequi facilite le mouvement des molécules à travers une membrane sous l’effet d’un faible courant élec-trique. Elle permet d’améliorer la diffusion d’une molécule et de contrôler la quantité de médicamentque l’on veut fournir à l’utilisateur.

Plusieurs tests de diffusion avec une cellule-de-Franz ‘in-vitro’ ont été réalisés en utilisant une peaude porc comme membrane. Dans l’étude présentée, nous avons appliqué une faible intensité de courantsur une durée de 3 heures et l’avons comparé avec une diffusion passive. Une méthode analytique(HPLC) a permis de quantifier la dose de médicament ayant traversée la peau et de démontrer l’amé-lioration de la diffusion. Nous avons mis en avant une corrélation entre la quantité de médicamentdiffusé et les paramètres de commande (courant-temps).

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10 Physique - Fiabilité

10.1 Session orale

10.1.1 Contrôle du temps de relaxation de spin d’élec-tron dans les puits quantiques piézo-électriquesInxGa1-xAs/GaAs

Sawsen Azaizia ∗1, Andréa Balocchi 1, Hélène Carrère 1, Xavier Marie 1

1 Laboratoire de Physique et Chimie des Nano-objets (LPCNO) – Institut National des SciencesAppliquées (INSA) - Toulouse – 135 avenue de Rangueil, 31077 TOULOUSE CEDEX 4 - FRANCE,France

Cet article porte sur une étude expérimentale des propriétés de spin des hétérostructures à puitsquantiques contraints InxGa1-xAs/GaAs. Des expériences de spectroscopie de photoluminescence ré-solue en temps et en polarisation, ont été effectuées, sur deux séries d’échantillons élaborés par épitaxiepar jets moléculaires (EJM) sur substrat d’orientation cristalline (111) B et (001).L’analyse de la dynamique de spin des électrons dans ces puits quantiques montre que le temps derelaxation de spin pour les puits quantiques InxGa1-xAs/GaAs avec une orientation (111) B, dé-croit lorsque la fraction d’Indium augmente de 4 à 12%. En revanche, pour des puits quan- tiquesInxGa1-xAs/GaAs avec des compositions similaires selon la direction (001), la dépendance du tempsde relaxation de spin par rapport à la fraction d’indium est faible. La relaxation de spin dans ces puitsquantiques est attribuée au mécanisme de Dyakonov-Perel qui est contrôlé par l’asymétrie d’inversiondans ces structures1,2.

Les résultats obtenus démontrent que le temps de relaxation de spin des électrons de conductionpeut être contrôlé par la fraction d’indium dans les puits quantiques InxGa1-xAs/GaAs orienté (111)grâce au champ piézoélectrique3 induit par la contrainte interne.

Références :1 Y. A. Bychkov and E. I. Rashba, J. Phys. C 17, 6039 (1984) ; F.T.Vas’ko, JETP Lett. 30, 542

(1979).2 G. Dresselhaus, Phys. Rev. 100, 580 (1955).3 A. Balocchi, Q.H. Duong, P. Renucci, B.L. Liu, C. Fontaine, T. Amand, D. Lagarde, and X.

Marie, Phys. Rev. Lett. 107, 136604 (2011).

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10.1.2 Photoconducteur à cavité raisonnante pour l’échan-tillonnage optoélectronique de signaux hyper-fréquences

Yann Desmet ∗1,2, Emilien Peytavit 2, Loic Menager 1, Stephane Formont 1, Jean-François Lampin2

1 THALES Airborne Systems [Elancourt] – THALES – 1 Bd Jean Moulin 78852 - ELANCOURT,France


Les applications radar et de communications actuelles nécessitent des convertisseurs analogique/numérique (CAN) capable de numériser des signaux hautes fréquences. Dans l’objectif de surpasser lalimitation en fréquence imposée par la gigue temporelle des horloges électroniques nos travaux portentsur le développement d’échantillonneurs optoélectroniques.Dans ces échantillonneurs, l’horloge est fournie par un train d’impulsions optiques généré par un la-ser impulsionnel qui commande l’ouverture d’un interrupteur optoélectronique. En effet, les lasersimpulsionnels présentent une gigue temporelle plusieurs ordres de grandeurs plus faibles que celledes horloges électroniques. Cela permettrait selon la théorie et avec un laser présentant une gigue de1 fs, d’échantillonner un signal à 10 GHz avec 13 bits effectifs contre seulement 6 bits à l’heure actuelle.

L’autre composant clé est l’interrupteur optoélectronique qui est constitué généralement d’un pho-toconducteur ultra-rapide. Nous avons développé à l’IEMN un photoconducteur à photoréponse opti-misée par l’utilisation d’une cavité optique qui nécessite une faible puissance lumineuse de commande.Toutefois, la dynamique de mesure par échantillonnage optoélectronique, et donc le nombre de bitseffectifs, peut être aussi limitée par les harmoniques générées par le comportement non-linéaire duphotoconducteur.Le travail de caractérisation effectué jusqu’ici permet de comprendre la provenance de certains effetsnon-linéaires qui participent à la génération d’harmoniques. Ceci nous a permis de dégager un modèlefiable du comportement du composant et d’en réaliser des simulations. Se basant sur ces résultats, leprojet prévoit la réalisation de nouvelles topologies dans un objectif de linéarisation de l’échantillon-neur.

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10.1.3 Étude par modélisation des évènements sin-guliers (SET/SEU/SEL) dans les technologiesCMOS induits par l’environnement radiatif

Ahmad Al Youssef ∗1,2, Laurent Artola 1, Samuel Ducret 2, Guillaume Hubert 1, Franck Perrier 2

1 Onera - The French Aerospace Lab (Toulouse) – ONERA – F-31055 Toulouse, France

2 SOFRADIR – SOFRADIR – France

Les électroniques embarquées dans le cadre des applications spatiales sont soumises à des envi-ronnements radiatifs naturels qui peuvent s’avérer critiques pour la fiabilité des systèmes numériques.En effet, des dysfonctionnements ponctuels, appelés SEE (Single Event Effect) peuvent être induitsuite à passage d’une particule énergétique. L’un de ces risques, le Latchup (SEL), peut conduire àla destruction du composant par emballement thermique. Les contraintes imposées par l’intégrationtechnologique poussent les fabricants micro-électroniques à prendre en considération la vulnérabilitéSEL de leurs composants tout en considérant les phénomènes de corruption de données (SEU/MBU).C’est dans ce contexte que l’ONERA, a développé des méthodes de prédictions visant à répondre auxbesoins en fiabilité des acteurs de la microélectronique pour ses applications spatiales et avioniques.Cette thèse est le fruit d’une collaboration entre l’ONERA et Sofradir, fabriquant de capteur d’imageinfrarouge.L’objectif de cette thèse est d’étudier ce type effets singuliers (SET/SEU/SEL) induit dans les circuitsde lecture d’imageurs infrarouges refroidis (70-80K) développés par Sofradir, ainsi que leur synergie.A partir de simulations TCAD (Technology Computer Aided Design), les mécanismes de déclenche-ment du phénomène latchup ont été étudiés et ont permis de déduire des tendances de sensibilitéen fonction des paramètres géométriques d’un inverseur CMOS. Une analyse physique spécifique desmécanismes en très basse température a conduit à définir un ensemble de modèles physiques (ShallowLevel Impact Ionization, etc) nécessaire à la modélisation de l’accroissement inattendu de la sensibilitéSEL. Les premiers résultats ont montré une très bonne adéquation avec les mesures expérimentales.

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10.1.4 Compatibilité électro-magnétiques des circuitsmicro-ondes multicouches multiconducteurs ense basant sur la méthode FDTD en 3D

Alaoui Abdallaoui Ismail 1,2 , Descamps Philippe 1 , Kabbaj Hassane 2

1 Normandie Université ENSICAEN/CRISMAT/UMR 6580 6 boulevard Maréchal Juin, 14050 Caencedex 04, France

2 Université Sidi Mohammed Ben Abdellah/FST-FES/Laboratoire LSSC B.P 2202- Routed’Immouzzer, Fès, Maroc

Les circuits électroniques et notamment microondes deviennent de plus en plus rapides à causedes fréquences de travail de plus en plus élevées. L’analyse fréquentielle seule ne peut répondre à uncertain nombre d’interrogations dans ces circuits. Une analyse purement temporelle devient nécessairepour résoudre et répondre à toutes les problématiques. Parmi les problèmes posés dans les circuitsmicroondes, on s’intéresse à deux approches totalement complémentaires :

— l’Intégrité du Signal qui représente le dysfonctionnement des circuits du à la distorsion dessignaux.

— La Compatibilité ElectroMagnétique qui est le résultat de l’encombrement des composants élec-troniques dans les circuits.

La première approche se base sur les modèles de composants et peut prédire parfaitement la qualité dessignaux pendant le placement et le routage des cartes électroniques. En revanche, il sera très difficile demettre en évidence les causes du comportement anormal du circuit en question. La deuxième approchecomplémentaire de la première, et qui est l’analyse par la compatibilité électromagnétique permettrade couvrir les causes du problème tels que diaphonie (Cross Talk), rayonnement et susceptibilité dessystèmes dans le but de corriger le circuit pour qu’il fonctionne correctement.

La méthode de travail adoptée dans ce travail, consiste dans un premier temps à identifier lesdifférents problèmes. Ensuite proposer des solutions via des codes de calcul existants (FDTD) et qu’onpourra développer (2D, 3D) ou bien via des logiciels adaptés tels que Spice, Matlab, MDS.....etc.

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10.1.5 Amplificateur optique novateur pour les réseauxde transmission

Agnès Verdier 1

1 Laboratoire IMS 351, Cours de la Libération 33405 Talence Cedex, France

Porté par le succès des réseaux sociaux, de la vidéo à la demande, et par la multiplication desplateformes mobiles de contenus multimédias, le trafic de données sur Internet continue de croitrechaque année. Afin de répondre à ce besoin d’augmentation du trafic de données, nos travaux visentà augmenter la capacité des systèmes de transmission actuels en développant et en industrialisantun nouvel amplificateur optique de large bande passante. Cet amplificateur optique doit répondre àdes contraintes industrielles (compacité, consommation, fiabilité, coût...) avec des performances degain (>20dB, >100nm), de puissance de sortie et de saturation (~24dBm), et de facteur de bruit(NF<7.5dB). L’optimisation de ces paramètres dépend principalement des matériaux de la coucheactive, tout d’abord étudiés par simulation puis validés lors de mesures expérimentales. L’augmentationde la puissance de saturation implique par exemple une réduction du confinement optique dans le guidetout en conservant des pertes de propagation suffisamment faibles, puis en augmentant la longueur duSOA afin d’y injecter des courants importants. Cette optimisation est similaire à ce qui est nécessairepour obtenir des lasers de forte puissance mais doit tenir compte des contraintes spécifiques à unamplificateur optique à large bande que sont la variation de l’indice de réfraction des matériaux avecla longueur d’onde et l’augmentation de la densité de porteurs selon le régime de fonctionnement.

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10.1.6 Développement d’une plateforme de simulationdes procédés des nanotechnologies : applicationau dépôt de CuO sur Al(111)

Mathilde Guiltat ∗1, Anne Hemeryck 1


Développer les moyens pour prédire et contrôler la structure et les fonctions de matériaux directe-ment intégrés dans les dispositifs de la microélectronique est une des voies de développement envisagéespour accéder à des matériaux aux performances améliorées.Dans ce travail et pour accompagner ce développement, une plateforme de simulation pour les procédésde la microélectronique dédiés au dépôt de couches ultraminces de matériaux directement intégrés estprésentée. La plateforme est conçue par la mise en œuvre de méthodes de modélisation/simulationthéoriques multi-niveaux et bottom-up, mêlant calculs DFT et simulation phénoménologique de typeMonte Carlo cinétique.

La plateforme de simulation est à l’heure actuelle développée pour le dépôt de matériaux énergé-tiques de type thermite Al/CuO déposés sous forme de multicouches par sputtering. Il est admis queles interfaces formées lors du dépôt fournissent au matériau énergétique toutes ses caractéristiques entermes de stabilité, sensibilité et réactivité, jouant tour à tour un rôle d’écran de diffusion mais ausside catalyseur lors de l’allumage. Les ambitions autour de ces matériaux sont de contrôler la formationdes interfaces pour concevoir à façon des matériaux aux performances maitrisées pour une applicationdédiée par une nanoingénierie des interfaces.Dans ce travail, je présenterai la stratégie appliquée allant de :

- l’identification des mécanismes liés à la chimie des interfaces à l’aide de calculs DFT et relativesau dépôt de CuO sur Al(111),

- à leur implémentation dans le simulateur Monte Carlo cinétique,- à l’interfaçage vers la mise à disposition d’une plateforme de simulation pour l’ingénieur.

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Index

AAbderrahmane Haloua, 90Abicha Agnaou Achahour, 98Achraf Kachroudi, 96Adem Lale, 25Adrian Rendon, 52Adrien Casanova, 14Agnès Verdier, 118Ahmad Al Youssef, 116Alaoui Abdallaoui Ismail, 117Albekaye Traoré, 54Alejandro Nocua, 44Alexandre Favard, 20Alexia Valery, 28Alexis Vandevoorde, 19Amar Tamra, 103Amokrane Malou, 88Anne-Laure Lebaudy, 42Anoumou Apedjinou, 110Arief Wicaksana, 108Armande Capitaine, 85Audrey Michard, 111Axel Rodriguez, 45Aymen Touati, 37

BBenjamin Ramos, 46Benoit Blondel, 33Bogdan Vysotskyi, 13Bouchta HAJJINE, 12Boudier Dimitri, 36Brice Davier, 86Brieux Durand, 26

CCharles Rebora, 35

DDaher Diab, 51Dann Morillon, 95Darayus Patel, 78

D.H.N Bui, 72Dominique Nicolas, 56

EE. Tetsi, 93Emna Chabchoub, 27Eric Feltrin, 87Erya Deng, 67

FFabien Escudie, 99Firdaous El Mahboubi, 63Florent Torres, 57François Olivier, 107Frank Itoua Engoti, 53

GGefei Wang, 106Germain Arribarat, 11Giulio Marti, 38Guillaume Gourlat, 77

HHayat Zaoui, 49

IIlias Papas, 16Imen GHORBEL, 50Imran Wali, 15

JJean Choukroun, 64Jean-Jacques Fagot, 70Jeremy Dulout, 24

KKAHIL Si Abed Karim, 58Khadim Daffé, 40Kolja Neuhaus, 18

LLaurent Osberger, 82

120


Linh Trinh Xuan, 17Loïc Gaben, 32Louis Thomas, 80Lucas Digianantonio, 34Ludwig Cron, 100

MMarie Deburghgraeve, 68Marjorie Hesse, 104Marwa Hannachi, 41Matej Pastorek, 47Mathieu Coumba Faye, 83Mathilde Guiltat, 119Maxime France-Pillois, 89Maximilien Billet, 66Ming Wu, 31Mohamad Rammal, 84Mohamed Ridaoui, 97Mohammed Adnan Addou, 101

NNicolas Courjault, 76Nicolas Mallet, 61Nomena Andrianjohany, 75

OOana Lazar, 21Olivier Lefebvre, 94Otto Aureliano Rolloff, 59

PPierre Payet, 71Pierre Prache, 48Pierre Roumanille, 30

QQiongdi Zhang, 39

RRafael MARINHO, 55Raphaël Guillaume, 62Rémi Bèges, 105Rémi Malbec, 23Romain BERGES, 91

SSara Bretin, 65

Sarra Mhedhbi, 29Sawsen Azaizia, 114Sophia Bourzgui, 79Sylvain Lemettre, 102

TThiago Ferreira De Paiva Leite, 69Thomas Rousselin, 81Thomas Sohier, 10Tianjun LIN, 92

WW. Aouimeur, 73Wenli Chen, 109

XXiang Liu, 43

YYann Desmet, 115Yassin Belaizi, 22Yassine Talbi, 113

ZZhaopeng Wei, 60Zyad Iskandar, 112

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11 Liste des participants

Nom Prénom Ville Laboratoire ContactAddou Mohammed

AdnanLimoges XLIM mohammed-

[email protected] Nomena Marseille IM2NP [email protected]

AgnaouAchahour

Abicha Calais UDSMM [email protected]

Al Youssef Ahmad Toulouse ONERA -SOFRADIR

[email protected]

AlaouiAbdallaoui

Ismail Caen LaMIPS [email protected]

Aouimeur Walid Grenoble-Lille

IMEP-LAHC etIEMN

[email protected]

Arribarat Germain Toulouse ICHN-UPS-INSERM

[email protected]

Azaizia Sawsen Toulouse LPCNO [email protected]éges Rémi Toulouse LAAS-NXP [email protected] Yassin Montpellier IES [email protected] Romain Bordeaux IMS [email protected] Miaximilien Villeneuve

d’AscqIEMN [email protected]

lille1.frBlondel Benoît Toulouse LAPLACE

[email protected]

tlse.frBoudier Dimitri Caen GREYC [email protected] Sophia Marseille

GardanneIF -

[email protected]

Bretin Sara Villeneuved’Ascq

IEMN [email protected]

Brousse Kévin Toulouse CIRIMAT [email protected] Do Hanh

NganGrenoble IMEP-

[email protected]

Capitaine Armande Grenoble CEA-LETI [email protected] Adrien Toulouse LAAS [email protected]

Chabchoub Emma Grenoble CEA-LETI [email protected] Wenli Toulouse LAAS [email protected]

Choukroun Jean Paris IEF [email protected] Nicolas Toulouse LAPLACE nicolas.courjault@

intraspectechnologies.com

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Cron Ludwig Gif-sur-Yvette

GeePs [email protected]

Deburghgraeve Marie Toulouse LAAS [email protected] Yann Villeneuve


Diab Daher Valenciennes IEMN [email protected] Lucas Toulouse LPCNO lucas.digianantonio@insa-

toulouse.frDulout Jeremy Toulouse LAAS [email protected] Brieux Toulouse LAAS [email protected] Fabien Toulouse LAAS [email protected]

El Mahboubi Firdaous Toulouse LAAS [email protected] Jean-

JacquesMarseille IM2NP [email protected]

Favard Alexandre Marseille IM2NP [email protected] Mathieu

CoumbaMarseille IM2NP [email protected]

Feltrin Eric Lyon LaboratoireAmpère

[email protected]

Ferreira DePaiva Leite

Thiago Grenoble TIMA [email protected]

France-Pillois

Maxime Grenoble CEA-LETI [email protected]

Gaben Loïc Grenoble ST CEA-LETI

[email protected]

Gefei Wang Paris IEF [email protected] Imen Marseille IM2NP [email protected] Guillaume Grenoble CEA-LETI [email protected]

Guillaume Raphaël Bordeaux IMS [email protected]

Guiltat Mathilde Toulouse LAAS [email protected]

Alonso Toulouse LAAS [email protected]

Hajjine Bouchta Toulouse LAAS [email protected] Abderrahmane Marseille IM2NP [email protected]

Hannachi Marwa Vandoeuvrelès Nancy

Inst. JeanLamour

[email protected]

Hesse Marjorie Nice EpOC [email protected] Zyad Grenoble IMEP-

[email protected]

Itoua Engoti Frank Brive lagaillarde

XLIM [email protected]

Kachroudi Achraf Grenoble TIMA [email protected]

JNRDM 2016 123 11-12-13 Mai


Kahil Si AbedKarim

Limoges XLIM [email protected]

Lale Adem Toulouse LAAS [email protected] Oana Toulouse LAAS [email protected]

Lefebvre Olivier Paris IEF [email protected] Sylvain Paris IEF [email protected]

Lin Tianjun Lille IEMN [email protected]

Liu Xiang [email protected] Rémi Toulouse LAAS [email protected] Nicolas Toulouse LAAS [email protected] Amokrane Lyon Laboratoire

Ampè[email protected]

Marinho Rafael Limoges XLIM [email protected] Giulio Grenoble SIMaP [email protected]

Mhedhbi Sarra Lille IEMN [email protected] Audrey Gif-sur-

YvetteGeePs [email protected]

Morillon Dann Nice EpOC [email protected] Kolja Toulouse LAAS [email protected] Dominique Grenoble CEA-LETI [email protected]

CifuentesAlejandro Montpellier LIRMM [email protected]

Olivier François Grenoble CEA-LETI [email protected] Laurent Strasbourg Laboratoire

[email protected]

Papas Ilias Toulouse LAAS [email protected] Matej Villeneuve


Patel DarayusAdil

Montpellier LIRMM [email protected]

Payet Pierre Montpellier IES [email protected] Pierre Paris GeePs [email protected]

Rammal Mohamad Limoges XLIM [email protected] Benjamin Toulouse LAPLACE [email protected]

tlse.frRebora Charles Limoges XLIM [email protected]

HernandezAdrianAbdala

Grenoble TIMA [email protected]

Ridaoui Mohamed Villeneuved’Ascq


Rodriguez Axel Montpellier IES [email protected]

JNRDM 2016 124 11-12-13 Mai


Rolloff OttoAureliano

Grenoble TIMA [email protected]

Roumanille Pierre Toulouse CIRIMAT-IRT

[email protected]

Rousselin Thomas Toulouse- LeHaillan

ONERA-Thalès

Avionics

[email protected]

Sohier Thomas Paris IEF [email protected] Yassine Toulouse LAAS [email protected] Amar Toulouse LAAS [email protected] Emmanuel Bordeaux IMS [email protected]

Thomas Louis Villeneuved’Ascq


Torres Florent Bordeaux IMS [email protected] Aymen Montpellier LIRMM [email protected]é Albekaye Poitiers XLIM [email protected]

Trinh Xuan Linh Limoges-Palaiseau

XLIM-III-V Lab

[email protected]

Valery Alexia Grenoble SIMaP [email protected] Alexis Toulouse LAPLACE [email protected]

Verdier Agnès Toulouse-Palaiseau

LPCNO-III-V Lab

[email protected]

Vysotskyi Bogdan Paris IEF [email protected] Imran Montpellier LIRMM [email protected] Zhaopeng Nice EpOC [email protected]

Wicaksana Arief Grenoble TIMA [email protected] Ming Paris IEF [email protected]

Zaoui Hayat Villeneuved’Ascq


Zhang Qiongdi Paris IEF [email protected]

JNRDM 2016 125 11-12-13 Mai


12 Plan

JNRDM 2016 126 11-12-13 Mai

Documents

19èmes JNRDM Toulouse, CEMES (Centre d’Elaboration de