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CSIComité
Comitéde de
SuiviSuivi
Individuel
Individu
2019
2019
ies.univ-montp2.fr
SOMMAIRE CSI 2019
Département Capteurs Composants Systèmes
ALARAB Mohammad Bouclier acoustique pour robot sous-marin d’exploration karstique ..................... 6
EL BEYROUTHY Johnny Caractérisation et modélisation des sources de bruit BF dans les transistors
bipolaires développés en technologie BiCMOS 55 nm...........................................7
ESSABBAR Moad Microscopie acoustique non-linéaire..........................................................................8
FAUCON Déborah Étude de la corrélation entre microstructure et ultrasons dans l’alliage de ta6v :
application au contrôle non destructif........................................................................9
JOLLY Claire Développement d’un micro capteur piézoélectrique en quartz............................10
KECHAF Alexandre Contribution à l’amélioration des caractéristiques de gyromètres thermiques en
environnement sévère...............................................................................................11
KRET Joanna Élaboration, characterization and modelling of multijunction solar cells for high
concentration photovoltaic........................................................................................12
PEILLON Sébastien Caractérisation thermique de couches minces par méthodes électrothermiques
......................................................................................................................................13
POLITI Bastien Indoor energy micro-sources for energetically autonomous nomadic devices....14
SAGGIN Benjamin Étiquette rfid-capteur uhf faible cout avec une solution de lecture simple, fiable
et efficace. Applications au smart packaging alimentaire et au diagnostic
sante.............................................................................................................................15
Département Photonique et Ondes
ABBES Alaeddine Sources térahertz photomelangées par antennes photoconductrices térahertz
multipolaires................................................................................................................18
DÍAZ THOMAS Daniel Mir interband cascade vcsels ...................................................................................19
GERBERT Sebastian Novel terahertz detectors/emitters based on ultrafast 2d systems for imaging
and telecommunication applications .......................................................................20
KUDASHOVA Anastasiia Terahertz near-field biological sensors for proteins investigation in watery
conditions ...................................................................................................................21
MAËS Clément Plasmonique active pour l’infrarouge sur semiconducteur fortement dopé.........22
MERIGUET Yoann Development of biosensors for terahertz spectroscopy of proteins......................23
MONGE BARTOLOMÉ Laura Toward mid-ir optoelectronics on silicon photonic integrated circuits.................24
RIO CALVO Marta Epitaxial growth of gasb on on-axis silicon using a gaas nucleation layer............25
ROUSSEAU Roman Capteur qepas pour la surveillance de la qualité de l’air........................................26
SABBANI Wail Conception d’une lampe à leds uv-c, destinée aux nouveaux traitements des
maladies fongiques des plantes................................................................................27SOMMAIRE CSI 2019
SIMOZRAG Bouzid Développement technologiques de composants optoélectroniques a base
d’antimoniure..............................................................................................................28
TRZPIL Wioletta New opto mechanical resonator for photo-acoustic gas detection.......................29
VIGNE Nathan Laser à semiconducteur iii-v non-conventionnels : du vortex aux solitions
spatiaux........................................................................................................................30
Département Systèmes d’Énergie Fiabilité Radiations
AGUIAR Ygor Predictive tools and «radiation hardening by design» (RHBD) for SEU and set in
digital circuits..............................................................................................................33
BOUISRI Samir Developpement de nouveaux capteurs intégrés à base de matériaux
luminescents pour la dosimétrie...............................................................................34
CECCHETTO Matteo Neutron induced see: experimental and simulation study of impact in
high-energy accelerator environment.......................................................................35
DA COSTA LOPES Israel Bridging methodology from component to system-level for the assessment of
coupled radiation and degradation constraints in digital systems........................36
DARDIE Jason Étude des effets des rayonnements sur les matériaux et systèmes électroniques
......................................................................................................................................37
GUAGLIARDO Salvatore Predictive tools and «radiation hardening by design» (RHBD) - SEL and
temperature effects....................................................................................................38
HEDGE Sneha Évolutions de la méthode de l’onde thermique pour la mesure de charges
électriques dans des couches minces, composants et systèmese........................39
JEBLI Mourad Développement d’un convertisseur haute performance dc/dc a fort courant
impulsionnel................................................................................................................40
NGOM Catherine Methodology development using X-rays and pulsed laser for the evaluation of
radiation effects in advanced semiconductor components....................................41
NGUYEN Tran Hoang Modélisation et simulation du phénomène de bits collés......................................42
NISKANEN Kimmo Coupled aging & radiation effects on emerging power devices...........................43
OUKMS Abdellah Evaluation du champ électrique dans des couches isolantes minces a l’aide
d’une technique a stimulus thermique.....................................................................44
PEREZ Flavien Modélisation des effets de dose cumulée (TID) sur les technologies UDSM sur
SOI..............................................................................................................................45
PISCINI Lorenzo Étude d’une machine haute fréquence et hautes performances pour une
application aéronautique...........................................................................................46
RAJKOWSKI Tomasz System-in-package (sip) radiation qualification requirements ...............................47CSI 2019
Département
Capteurs Composants Systèmes
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 5BOUCLIER ACOUSTIQUE POUR ROBOT SOUS-
MARIN D'EXPLORATION KARSTIQUE
Mohammad ALARAB
L’exploration du réseau karstique souterrain présente un intérêt majeur pour
l'inspection et la protection des ressources en eau douce. Le projet ALEYIN
soutenu par le LabEx NUMEV, vise le développement d’un robot sous-marin
adapté à ce type de missions périlleuses.
Notre objectif consistente à concevoir et mettre en œuvre un système
ultrasonore, appelé bouclier acoustique, pour aider ce robot sous-marin à la
navigation dans les environnements confinés. Ce système devra détecter les
obstacles pour éviter les collisions et autocentrer le robot dans son milieu.
Les données acquises par ce système pourront également servir à
reconstruire une carte 3D du karst.
Pour cela, une première étape était la modélisation de ce milieu particulier
et peu référencé. En effet, dans l'eau turbide, l'interaction des ultrasons
avec les particules en suspension se traduit par une atténuation acoustique
importante diminuant la portée des ondes, ne permettant plus la détection
des obstacles, mettant alors le robot en danger. Pour prédire cette
atténuation, choisir la bonne fréquence et envoyer la puissance acoustique
adéquate, une recherche des modèles décrivant ce phénomène a été menée.
Le modèle théorique le plus adapté a été sélectionné et revalidé
expérimentalement sur un banc de mesure réalisé à l'IES. Ce banc a
également permis de valider la faisabilité d'un système d'évaluation de la
qualité de l'eau, c’est-à-dire de retrouver la taille des particules et leurs
concentrations dans une solution inconnue. Des premiers tests concluants ont
été menés avec de l'eau prélevée par des plongeurs dans un siphon d’une
grotte immergée.
Les études à venir viseront la réverbération et la réflexion sur les parois
complexes des karsts, afin de faire le bon choix de capteurs. Enfin une étude
de leur mise en service au sein d'un réseau sera effectuée pour trouver la
meilleure configuration, qui sera validée en piscine puis sur le terrain.
Mots clés : Acoustique, capteur, robot sous-marin, eau turbide, particules en suspensions, karst
Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2018
Département IES : Capteurs Composants Systémes - Groupe : M2A
Directeur de thèse : Lionel LAPIERRE
Co-directeur ou encadrant : Didier LAUX - Franck AUGEREAU
Type de financement : 1/2 LabEx NUMEV - 1/2 IES
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 6Caractérisation et modélisation des sources
de bruit BF dans les transistors bipolaires
développés en technologie BiCMOS 55 nm
Johnny EL BEYROUTHY
Les HBTs sujets de cette étude sont issus de la technologie la plus récente
B55 (BiCMOS 55 nm) et de la technologie mature B9MW (BiCMOS 130 nm) de
STMicroelectronics. Les caractérisations électriques menées sur les HBTs sont
une étude statique I-V et la mesure du bruit du courant d'entrée dans la
gamme 1 Hz - 100 KHz. Les HBTs B55 sont déclinés en 3 versions se
différenciant au niveau du collecteur pour des applications High Speed (HS),
Medium Voltage (MV) et High voltage (HV). Les transistors HS ont présenté le
gain statique en courant le plus élevé et le niveau de bruit 1/f le plus bas,
les transistors HV ont présenté le gain le plus faible et le niveau de bruit 1/f
le plus élevé. En ce qui concerne l'évolution du bruit en 1/f les trois HBTs ont
montré le même comportement, une évolution quadratique de SIb à 1 Hz
avec Ib et une évolution inversement proportionnelle à la surface
d'émetteur. On peut conclure que les sources du bruit 1/f sont localisées à
l'interface de la jonction émetteur-base et en déduire les paramètres du
modèle SPICE associé. Des HBTs issus d'une évolution de la technologie B55
pour laquelle l'étape d'activation des dopants par recuit thermique fait appel
à un recuit laser ont été testés. Une légère amélioration du niveau de bruit
1/f a été observée. Des HBTs des 3 technologies ont été soumis à un
environnement radiatif sous rayons X et d'autres sont actuellement soumis à
un environnement gamma, afin d'évaluer la dégradation de leurs
performances en statique et en bruit BF et HF. Le protocole de test établi en
1ère année de thèse a été mis en oeuvre en incluant les mesures de bruit.
Les transistors B9MW se dégradent très rapidement contrairement aux
transistors B55. Leur tenue en dose est plus faible et leur niveau de bruit en
1/f augmente fortement. L'effet des irradiations se traduit par la création ou
l'activation de pièges situés au niveau de l'oxyde spacer à la jonction B-E.
Mots clés : BiCMOS, HBT, bruit BF, bruit 1/f, modèle SPICE, recuit laser, irradiation.
Année de thèse : 2A - T0 : 25/09/2017
Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M@CSEE
Directeur de thèse : PASCAL Fabien
Co-directeur ou encadrant : SAGNES Bruno
Type de financement : contrat européen TARANTO - H2020 ECSEL
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 7MICROSCOPIE ACOUSTIQUE NON-LINÉAIRE
Moad ESSABBAR
La microscopie acoustique est une technique d'imagerie haute résolution qui
permet d’étudier en profondeur les propriétés mécaniques et la structure
interne des matériaux complexes. L’une de ces proprietés est le coefficient
de non-linéarité qui représente la déformation que l’onde subit en traversant
le matériau. Cette déformation résulte en une transformation de l’onde
émise, initialement monofréquentielle, en une onde multifréquencielle, qui
contient des harmoniques de la fréquence originale.
Grâce à la géométerie focalisée des transducteurs utilisés en microscopie
ultrasonore, cet effet non-linéaire est intensifié dans la zone focale,
permettant ainsi l’aquisition des fréquences harmoniques générées, afin de
les utiliser pour l’imagerie non- linéaire.
Une série de simulations de cet effet non-linéaire a été faite, dans des
milieux mono et multi-couches. Ensuite, un banc expérimental (Scanning
Acoustic Tank) a été mis en place pour étuder le champ non-linéaire généré.
Afin d’obtenir des images haute résolution du champ de pression non-
linéaire, un hyprophone aiguille a été conçu et fabriqué, permettant
l’aquisition avec précision des ondes harmoniques.
Une caractérisation de l’équipement expérimental a ensuite été effectuée
pour s’assurer de la linéarité du système de mesure utilisé. Les images
obtenues du champ harmonique mettent en évidence l’existence d’effets
non linéaires générés par l’échantillon placé dans la zone focale ainsi que la
possibilité de les mesurer.
Mots clés : Microscopie acoustique, non-linéaire, imagerie harmonique
Année de thèse : 2A - T0 : 15/10/2017
Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A
Directeur de thèse : Emmanulel LE CLEZIO
Co-directeur ou encadrant : Gilles DESPAUX
Type de financement : Contrat de recherche
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 8ETUDE DE LA CORRELATION ENTRE
MICROSTRUCTURE ET ULTRASONS DANS
L'ALLIAGE DE TA6V : APPLICATION AU
CONTROLE NON DESTRUCTIF
Déborah FAUCON
Dans le domaine de l’aéronautique, le contrôle par ultrasons permet le
contrôle de santé et la caractérisation non destructive des pièces
métalliques et composites. L’état microstructural d’un alliage métallique est
conditionné par les traitements thermomécaniques effectués au cours du
processus d’élaboration. Dans le cas de l’alliage de titane TA6V, le
traitement thermomécanique est le traitement β. Lors de ce traitement, des
hétérogénéités de microstructures peuvent apparaître sur des pièces
forgées. Ce phénomène dégrade les propriétés mécaniques attendues et doit
être détecté. Pour contrôler ces zones d’hétérogénéités, deux techniques
ultrasonores complémentaires peuvent être mises en œuvre. La première
méthode est la spectroscopie ultrasonore. Elle permet de mesurer
l’atténuation en fonction de la fréquence. L’atténuation est une grandeur
corrélée à la microstructure de l’alliage inspecté et notamment à la taille
des grains. La seconde méthode réside dans l’analyse du bruit rétrodiffusé.
Le bruit ultrasonore résulte des réflexions aléatoires des ondes sur les
cristallites aléatoirement réparties. Les signaux rétrodiffusés dépendent de
la profondeur sondée. Ils permettent d’estimer l’atténuation en fonction de
la profondeur et donc de détecter d’éventuelles hétérogénéités de taille de
grain à une distance donnée. Parce que le bruit de structure et l’atténuation
sont intimement liés, la première année de thèse a essentiellement porté sur
l’optimisation des mesures d’atténuation par spectroscopie ultrasonore. Les
résultats expérimentaux ont montré que l’atténuation permettait de
distinguer avec une forte sensibilité deux échantillons de microstructures
différentes. L’analyse du bruit rétrodiffusé sera effectuée sur un banc de
mesure dédié, permettant de réaliser des C-scan.
Mots clés : Contrôle non destructif (CND), TA6V, microstructure, ultrasons (US)
Année de thèse : 1A - T0 : 01/04/2018
Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A
Directeur de thèse : Didier LAUX
Co-directeur ou encadrant : Eric ROSENKRANTZ, Jean-Yves FERRANDIS
Type de financement : CIFRE
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 9DEVELOPPEMENT D'UN MICRO CAPTEUR
PIEZOELECTRIQUE EN QUARTZ
Claire JOLLY
Ce doctorat a pour objectif de réaliser un MEMS (MicroElectro Mechanical
Structure) en couches minces de quartz sur substrat SOI (Silicon On Insulator)
surpassant les caractéristiques de l’état de l’art. Ce MEMS est un capteur
piézoélectrique de haute sensibilité avec un grand facteur de qualité (Q ≈
106), de faible coût et non toxique. L’objectif de la première année de thèse
est d’adapter les technologies de micro fabrication aux couches minces de
quartz en trouvant les paramètres rendant le matériau et les differents
procédés compatibles. Le quartz est réalisé par procédé chimique sol-gel.
Cette technologie est une enduction par immersion aboutissant à la
croissance du matériau sur silicium. Ce procédé a été optimisé en vue de
l’obtention d’une couche de quartz parfaitement épitaxiée, de grande
qualité et intégrée sur silicium. Puis, quatre étapes de microfabrication ont
été développées et adaptées à la microstructure du quartz. La première
étape réalise une ouverture dans le quartz permettant de mettre le Si
(électrode inférieure) en contact avec le futur dépôt de métaux. La
deuxième étape dépose les électrodes de Cr/Pt par lift-off. La troisième
étape correspond au retrait des couches de quartz et de Si. La quatrième
étape réalise la suspension des structures en éliminant la couche sacrificielle
de SiO2 par acide fluorhydrique. La complexité de cette étape réside dans la
protection du quartz et des électrodes qui s’avèrent vulnérables à l’acide.
Cette étape technique est en cours de finalisation. Plusieurs verrous
technologiques ont été identifiés et contournés. Egalement, une propriété
essentielle concernant la microstructure du quartz a été mise en évidence :
celle-ci doit être plane (rugosité RMS < 3 nm) pour permettre la bonne
adhérence de la résine protectrice. Ainsi, le procédé a été optimisé selon ce
besoin. Une collaboration avec le LAAS-CNRS a été etablie permettant
l’optimisation de la dernière étape (protection lors de la gravure humide).
Mots clés : MEMS, capteur, quartz, micro fabrication
Année de thèse : 1A - T0 : 01/10/2021
Département IES : Capteur Composants Systèmes - Groupe : M²A
Directeur de thèse : Benoit CHARLOT
Co-directeur ou encadrant : Adrien CARRETERO
Type de financement : Bourse de l'école doctorale I2S
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 10CONTRIBUTION À L'AMÉLIORATION DES
CARACTÉRISTIQUES DE GYROMÈTRES
THERMIQUES EN ENVIRONNEMENT SÉVÉRE
Alexandre KECHAF
Le travail de thèse porte sur un gyromètre fluidique MEMS à échanges
thermiques et plus particulièrement sur l’amélioration de ses
caractéristiques. Ce travail est la suite d’un premier travail (thèse de M.
Kock, soutenu en novembre 2017) et s’inscrit dans le cadre du projet ANR
ASTRID AGYR.
Il y est considéré deux types de détections thermiques pour le capteur : le
gyromètre dit à jet (GTJ, exploitant le phénomène de convection forcée) et
celui dit à expansion (GTE, exploitant la phase transitoire du phénomène de
convection naturelle, sous la forme d’une dilatation – contraction du gaz,
localisé temporellement et spatialement).
L’objectif est de développer un triptyque modèle numérique, modèle
analytique et modèle expérimental cohérent pour les différents types de
détections thermiques. Et démontrer d’une amélioration effective du
capteur (carcan de spécification couvrant : l’étendue de mesure, la
sensibilité, la linéarité, la tenue aux chocs, la bande passante, la précision,
la dérive de biais, pour ne définir que ceux-ci) en environnement sévère
(choc jusqu’à quelques 10 000g). Le développement d’un modèle analytique
sera un axe de travail secondaire par rapport à l’amélioration des autres
modèles, tous types de fonctionnements confondus.
Mots clés : Convection; Capteur de température; Gyromètre MEMS; Effet de Coriolis; Décharge Corona;
Année de thèse : 1A - T0 : 03/06/2019
Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : M2A
Directeur de thèse : Alain GIANI
Co-directeur ou encadrant : Philippe COMBETTE
Type de financement : Bourse DGA
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 11ELABORATION AND MODELLING OF
MULTIJUNCTION SOLAR CELLS FOR HIGH
CONCENTRATION PHOTOVOLTAICS
Joanna KRET
The main goal of my PhD thesis is a research on the antimonide based solar
cells in order to evaluate the potential of those materials for photovoltaic
applications. My main tasks include therefore the fabrication,
characterization and numerical analysis of our solar cells. The fabrication
step involves extensive works in the clean room for which I’ve been trained
during the first year of my PhD. These works contributed to the development
of state-of-the-art AlGaAsSb and GaSb solar cells. These results are already
reported in two papers (one been currently revised). A deeper analysis of the
above mentioned GaSb solar cell performance under concentrated light was
of my big interest during the second year of my PhD. This is due to its very
fast degradation occurring with the increasing light concentration, whose
origin we could have not found with 1D numerical analysis. We developed
therefore a temperature-dependent 3D in-house solver based on distributed
circuit units, taking into account some spatial effects such as the lateral
conduction and the impact of the metal contact grid. I’ll present the results
of those 3D analysis during an international conference (EUPVSEC September
2019) and are the subject of an article, I’m currently working on as a first
author. My future work will concern the modelling and fabrication, followed
by a further characterization of entirely antimonide-based triple junction
solar cell. The optimization work was conducted this year and led to the
determination of physical laws for III-Sb compounds, which is the subject of
another paper being presently in preparation. We hope also that the
practical realization of those solar cells will provide us with satisfying
results, which we aim to publish as well.
Mots clés : Multijunction solar cells, antimonide materials, high concentration photovoltaics.
Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017
Département IES : Capteurs Composants Systèmes - Groupe : MACSEE
Directeur de thèse : Yvan Cuminal
Co-directeur ou encadrant : Frédéric Martinez, Stéphanie Parola
Type de financement : MESR
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 12CARACTÉRISATION THERMIQUE DE COUCHES
MINCES PAR MÉTHODES
ÉLECTROTHERMIQUES
SébastienPEILLON
La thèse, cofinancée par la région et l'EPF - Ecole d'ingénieurs, accompagnée
par l'IES, a pour objectif la réalisation d'un benchmark de méthodes
électrothermiques pour la caractérisation thermique de couches minces. Elle
est réalisée sous la direction de Yvan CUMINAL et Christophe RODIET. Deux
méthodes visent à être comparées : la méthode opto-électrothermique (EPF)
et la méthode 3-oméga (IES). La première repose sur une excitation thermique
brève par laser couplée à une mesure électrique, tandis que la seconde utilise
un chauffage par effet Joule et une mesure électriques par le biais d'un ruban.
En amont de la thèse débutée en mi-Février 2019, un papier de congrès a été
soumis sur les biais imputables à la chaîne de mesure de la méthode opto-
électrothermique. Cet article, accepté et publié dans les actes avec DOI, a
conduit à la présentation d'un poster lors du congrès. Ce sujet a également
été valorisé par une acceptation aux conférences internationales PVSEC à
Marseille (annulée pour cause de budget) et CONFERE en Irlande (déplacement
non acté, pris en charge par l'EPF si validé). La suite de la thèse s'articulera
autour des deux méthodes. Le développement de la méthode opto-
électrothermique se poursuivra dans la lignée des travaux amorcés et
valorisés, avec notamment le développement à l'EPF d'un banc de mesure. La
méthode 3-oméga dispose d'ores et déjà d'un banc à l'IES monté lors d'une
thèse dirigée par Philippe COMBETTE. Il s'agira alors de prendre en main cette
expérimentation afin de caractériser thermiquement dans un premier temps
des matériaux test, des matériaux en céramique (bulk puis couches minces),
ainsi que des matériaux poreux - en lien avec le projet REDYNOV (les résultats
obtenus pour ces matériaux poreux ne seront pas utilisés pour le benchmark).
Ces parties expérimentales se coupleront à la réalisation et l'utilisation de
modèles thermiques, ainsi qu'à l'application de méthodes inverses pour
l'obtention des propriétés thermiques des matériaux.
DŽƚƐĐůĠƐ͗ĂƌĂĐƚĠƌŝƐĂƚŝŽŶƚŚĞƌŵŝƋƵĞƉĂƌŵĠƚŚŽĚĞƐŝŶǀĞƌƐĞƐ͖ĐŽƵĐŚĞƐŵŝŶĐĞƐ͖ϯͲŽŵĠŐĂ͖ŽƉƚŽͲĠůĞĐƚƌŽƚŚĞƌŵŝƋƵĞ
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Comité de Suivi Individuel 2019
Page 13INDOOR ENERGY MICRO-SOURCES FOR
ENERGETICALLY AUTONOMOUS NOMADIC
DEVICES
Bastien POLITI
My work is in the field of research called "Energy Harvesting". Research theme
that focuses on studying the means of energy recovery that surrounds devices
with low energy consumption (about 100 µW) for their power supply. However,
my case study presents additional constraints. The device I am aiming to make
autonomous has a power consumption of more than 30 mW, consumption level
much higher than that of the devices generally studied in this field. In
addition, this device is mainly used in office environments, where the
surrounding energy sources are poorly distributed, with the exception of light
energy. During my second year I developed a model that estimates the
recoverable energy as a function of the lighting environment. This model bases
its estimations on the measurements of light spectra and the characteristics
(electrical and optical) of commercial photovoltaic (PV) converters. By
studying and processing light spectrum in order to establish the power
theoretically generated by the chosen PV converter technology, it is possible
to estimate the energy theoretically recoverable by it in this environment. In
order to verify the accuracy of this estimate, I made a light harvesting
prototype with PV converters, an electronic board that both optimizes the
extraction of the generated energy and stores it in the battery of the device
to be powered and, finally power measurement instruments. The
measurements made it possible to compare the energy actually recovered to
my estimations in the exact same environment. Results of this comparison
shows that the model estimations are close to reality. The model will now
allow me to establish by simple measurements of the light spectrum of an
environment, whether or not it can allow to harvest enough energy for our
device and with what kind of PV converter.
Mots clés : Energy harvesting, Autonomy, Light Energy, Photovoltaic Conversion, Light Specta Analysis
Année de thèse : 2A - T0 : 06/06/2019
Département IES : CCS - Groupe : M@CSEE
Directeur de thèse : Alain FOUCARAN
Co-directeur ou encadrant : Nicolas CAMARA
Type de financement : CIFRE N°2017/0331
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 14ÉTIQUETTE RFID-CAPTEUR FAIBLE COUT.
APPLICATIONS AU SMART PACKAGING
ALIMENTAIRE ET AU DIAGNOSTIC SANTE.
Benjamin SAGGIN
Ma thèse s'appuie sur le projet ANR LabCom « Smart Passive RFID Lab » (SPIDLab), et
plus particulièrement sur le projet européen H2020 GLOPACK dont l’un des
objectifs est le suivi de la maturation des aliments à travers un emballage
intelligent. L'objectif est l’étude et la réalisation de capteurs-RFID analogiques
(pas de transmission numérique de la valeur mesurée) fonctionnant en bande
UHF, idéalement sensible au mesurande cible uniquement. Un moyen de lecture
RFID- capteur sera proposé avec le traitement des données capteurs pour en
extraire une information fiable et robuste de la mesure en s’affranchissant des
grandeurs d’influences, sources de nuisances.
À ce jour, une conception d'étiquette a été proposée ; elle fait appel à une
capacité interdigité enduite d’un biopolymère (le gluten de blé) et mise en
parallèle de l'antenne pour créer un élément parasite ; la mesure se fait par
détection de la puissance d'activation du circuit de communication. Les tests
menés jusqu’ici nous ont permis d'ajuster l'épaisseur de gluten et ont confirmé
que la conception actuelle remplissait ses objectifs. Une autre conception
d'antenne sera proposée dans laquelle sera introduite un élément parasite de
plus grande qualité afin d'obtenir une plus grande sensibilité. Une plateforme
logicielle commune à tous les lecteurs RFID a été proposée. Par abstraction du
matériel, cette librairie permet plus simplement d’exécuter des fonctions
évoluées sur des lecteurs RFID différents. Plusieurs algorithmes sont ou seront
testés pour accéder au mesurande cible en retirant, au maximum, les autres
grandeurs d'influences. Ils permettent, par exemple de : mesurer le facteur de
réflexion de l'antenne de l'étiquette ; estimer la distance de l'étiquette par
mesure de phase et balayage en fréquence ; ...
La combinaison des améliorations matérielles et des techniques de mesure
permettra d'accéder à une fiabilité accrue pour les capteur-RFID analogiques.
Mots clés : RFID, Capteur, Instrumentation, Emballage intelligent
Année de thèse : 2A - T0 : 01/04/2018
Département IES : Capteur/Composant/Système - Groupe : M2A
Directeur de thèse : Brice SORLI
Co-directeur ou encadrant : Arnaud VENA
Type de financement : ANR LabCom SPIDLab/H2020 GLOPACK
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 15CSI 2019
Département
Photoniques et Ondes
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 17SOURCES TERAHERTZ PHOTOMELANGEES
PAR ANTENNES PHOTOCONDUCTRICES
TERAHERTZ MULTIPOLAIRES
Alaeddine ABBES
Aujourd'hui, le gap THz a montré des applications potentielles dans les
domaines de la spectroscopie THz, du contrôle non-destructif industriel, de
la sécurité, des télécommunications, de l'astronomie et du spatial et plus
récemment dans le domaine pharmaceutique et biomédical. Il existe
plusieurs sources THz basées sur des méthodes électroniques
(multiplicateurs) ou optiques (rectification optique). Ces sources sont
souvent d'utilisation coûteuses ou difficiles de par leur encombrement. Dans
le cadre de cette thèse, nous utilisons une approche photonique basée sur le
battement optique d'une source VeCSEL bifréquence recemment développée
au laboratoire, en excitant un matériau photoconducteur. Ce dernier,
modulant la conductivité d'une antenne polarisée, rayonne dans le gap THz :
ces sont des antennes photocondutrices. Cette méthode est basée sur le
photomélange, elle exploite des technologies photoniques matures mais
reste limitée en terme de puissance de sortie disponible.
Au cours de cette thèse, des manipulations ont été effectuées afin de mieux
maîtriser cette source photonique et de déterminer l'origine physique de la
très grande différence de fréquence du battement optique du VeCSEL mais
les résultats ne sont pour l'instant toujours pas satisfaisants.
Nous avons ensuite caractérisé une antenne photoconductrice simple
fabriquée au laboratoire et les premiers résultats montrent des défauts liés
au contact métal/semiconducteur. Actuellement, nous simulons des
nouvelles antennes photoconductrices THz multipolaire spécialement conçue
pour récuperer toute la puissance THz disponible que la source photonique
puisse offrir. En perspective, des nouvelles antennes photoconductrices THz
multipolaires seront fabriquées et caractérisées.
Mots clés : VeCSEL bifréquence, photomélange, THz, antennes photoconductrices
Année de thèse : 2A - T0 : 02/10/2017
Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : TéHO
Directeur de thèse : Stéphane Blin
Co-directeur ou encadrant : Luca Varani
Type de financement : Contrat doctoral handicap
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 18MIR INTERBAND CASCADE VCSELS
Daniel Andrés DÍAZ THOMAS
The mid infrared (MIR) spectral range is of particular interest for
spectroscopic applications. Tunable diode laser absorption spectroscopy
(TDLAS) can thus be used for highly selective and sensitive gas detection in
this range. Vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs) are particularly
well suited to TDLAS due to their intrinsic characteristics such as low
threshold current, single frequency emission with a circular low divergent
output beam. However, there is no VCSEL emitting in the 3-5 µm range and
oparating in continuous wave at room temperature.
During my first year of PhD, I designed, processed and studied interband
cascade lasers to get efficient active region emission at 3.3 µm. During the
second year, I focused my work on the study of the electro-optical
confinement and semiconductor distrubuted Bragg reflector (DBR). For the
electro-optical confinement, it has been choosed to use the well established
Al(Ga)As oxidation process despite the large lattice mismatch between III-Sb
and III-As materials. First, I realized structures owing ohmic characteristic
with low electrical resitivity through the GaAs/GaSb interface. Moreover, in
spite of the high dislocation density related to the large lattice mismatch, it
has been found a good crystalline quality and surface roughness of 0.5 nm. I
also designed, fabricated and characterized AlAsSb/GaSb DBRs. Simulations
of reflectivity as a function of pair numbers and optical losses led us to
fabricate 24 pairs DBR with low n-type concentration to reach a Rmax of
99.96%. Reflectivity measurements carried out with a FTIR, showed a stop-
band centered at 3.3 µm with reflectivity higher than 99.5%.
During my third year of PhD, I will design, process and study VCSEL structures
taking into account the optimizations determined on the interband active
region, DBRs and metamorphic electro-optical confinement.
Mots clés : MIR, VCSEL, ICL, antimonide, nanotechnology, photonic.
Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017
Département IES : Photonique et ondes - Groupe : NanoMIR
Directeur de thèse : Laurent CERUTTI
Co-directeur ou encadrant : Alxeï BARANOV
Type de financement : xcrédits ANR
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 19NOVEL THZ DETECTORS/EMITTERS BASED
ON ULTRAFAST 2D SYSTEMS FOR IMAGING
AND TELECOMMUNICATION APPLICATIONS
Sebastian GEBERT
The thesis is devoted to the design, fabrication and characterization of novel
terahertz detectors/emitters based on 2D Dirac systems such as graphene
and graphene-like materials, e.g. HgCdTe, HgTe/CdTe and InAs/GaSb. To
achieve a deeper physical understanding of the THz detection/emission
different optical and electrical measurements, including low temperatures
and high magnetic fields, are necessary. Therefore, since November 2018 a
new magneto-optical setup, dedicated to the characterization of the chosen
structures, is currently developed. This setup allows the use of different THz
sources producing monochromatic or broadband radiation in the pulsed and
continuous wave regime. As part of the TeraApps project, it is also envisaged
to attend a secondment at Julius-Maximilians-University Würzburg.
Moreover, it is mandatory to attend regular training events, e.g. soft skills
(23/01 - 24/01) and THz technology/applications (11/04-12/04), as well as
participating in the 29th International Traveling Summer School (12/07-
20/07). The targeted breakthrough of the thesis is to prove that the
investigated samples can be used as detectors or as tuneable THz sources.
Mots clés : Terahertz, Detectors, 2D Dirac matter
Année de thèse : 2A - T0 : 15/11/2018
Département IES : Département Photoniques & Ondes - Groupe : TEHO
Directeur de thèse : Luca Varani
Co-directeur ou encadrant :
Type de financement : European
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 20SYSTEM-IN-PACKAGE (SIP) RADIATION
QUALIFICATION REQUIREMENTS
Tomasz RAJKOWSKI
Project is conducted as cooperation of 3D-Plus company and University of
Montpellier within H2020 Marie Curie program RADSAGA. It aims in
developing radiation test methodology for 3D-Plus System-in-Package (SiP)
components. Last year activities were focused mainly on performing system-
level radiation tests of specific SiP module of 3D-Plus: Point-of-Load
converter (PoL). Performed tests include Total Ionizing Dose (TID) and Single
Event Effect (SEE) tests in “standard test facilities” (Co-60, heavy ions), as
well as tests in not standard test facilities (mixed field, highly penetrating
ultrahigh energy heavy ions). Conclusions made after those test campaigns
refer to defining pass/fail conditions for component-level and system-level
tests, penetration of the radiation in the systems and the possibility to
induce errors in the system, applicability of novel test facilities (like CHARM
mixed-field facility at CERN) and accelerated tests. In addition, analysis of
the test data show interesting corelations between different test methodes
and facilities (e.g. laser tests help in explaining results obtained during
ultrahigh energy heavy ions tests) as well as anti- corelations of results
obtained in different facilities (e.g. degradation due to cumulative effects in
X-Ray facility and in ultrahigh energy heavy ions facility). Alternative
approach for qualification of the system, based on modeling by Bayesian
network is also under evaluation - first model of PoL is under preparation
and its parameters will be corelated with results of the TID system-level
tests. Next steps include further analysis of the test data, further system
level tests in standard and non-standard facilities, analysis of already
existing standards (like ESCC 22900 or ESCC 25100) and their applicability for
system-level tests and qualification, as well as evaluation of influence of 3D
module package on sensitivity of the system in this package.
Mots clés : radiation, system, qualification, testing, methodology
Année de thèse : 2A - T0 : 03/01/2018
Département IES : Systèmes Energie Fiabilité Radiations - Groupe : RADIAC
Directeur de thèse : Frédéric Saigné
Co-directeur ou encadrant : Pierre Wang (3D Plus), Prof. Ari Virtanen (Univeristy of Jyväskylä), Prof.
Alessandro Paccagnella (University of Padova)
Type de financement : European Commission - Marie Skłodowska-Curie grant (RADSAGA)
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 21PLASMONIQUE ACTIVE POUR
L'INFRAROUGE SUR SEMICONDUCTEUR
FORTEMENT DOPÉ
Clément MAËS
Le cadre de ma thèse est l'imagerie multispectrale infrarouge et la
plasmonique. J’explore le potentiel des semiconducteurs fortement dopés
pour remplacer les métaux afin de simplifier l’intégration d’un
photodétecteur et de modifier la fréquence de résonance des plasmons. Des
calculs électromagnétiques ont été effectué pour déterminer les structures
géométriques et les propriétés optiques d'architectures « GMR » (Guided-
Mode Resonance) usuellement constituées d'un guide d’onde en diélectrique,
siège de la résonance et d'un réseau en diélectrique/métal pour le couplage
de l'onde incidente/transmise et le mode guidé. J’utilise des
semiconducteurs avec un guide d’onde en semiconducteur intrinsèque et un
réseau en semiconducteur fortement dopé. Le dimensionnement du
composant a été réalisé à l’ONERA, puis fabriqué dans la salle blanche de
l’IES et caractérisé à l'ONERA. La réponse en transmission sous faisceau
collimaté, les dépendances angulaire (j’ai développé un banc de
caractérisation dédié) et en température ont été mesurées. En parallèle,
j’étudie un empilement approprié permettant, par application d’une tension
électrique, de déplacer les électrons libres issus du dopage à l’interface
réseau-guide, ce qui modifierait alors localement l’indice de réfraction et
donc directement les conditions de guidage de la lumière par variation de
phase.
Mots clés : nanophotonique, infrarouge, semiconducteurs, électromagnétisme, plasmonique
Année de thèse : 2A - T0 : 02/10/2017
Département IES : Photonique et Ondes - Groupe : Nanomir - Groupe : Nanomir
Directeur de thèse : Thierry Taliercio (IES) - Riad Haïdar (ONERA)
Co-directeur ou encadrant : Grégory Vincent (ONERA)
Type de financement : ONERA
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 22DEVELOPMENT OF BIOSENSORS FOR
TERAHERTZ SPECTROSCOPY OF PROTEINS
Yoann MERIGUET
Brownian diffusion of freely moving biomolecules is usually considered to
drive the dynamics of the molecular machinery maintaining cellular functions
and thus life. However, the high efficiency and rapidity of the encounters
between cognate partners of biochemical reactions inside living cells calls
for a more convincing explanation with respect to purely thermal-
fluctuations-driven random walks. It has been surmised that a suitable
interplay between Brownian diffusion and selective electrodynamic
interactions acting at a long distance (>100Å) could accelerate the encounter
times of interacting biomolecules in living matter. The switching on of
collective oscillations out-of-thermal equilibrium of an entire molecule is
essential to generate giant oscillating molecular dipole moments. Up to now,
no experimental evidence indicates that these collective vibrations, that
should lie in the terahertz-frequency (THz) range, are sufficiently intense to
activate some interactions between biomolecules. However, since these
collective molecular oscillations are accompanied by the creation of a large
dipole moment entailing the activation of electrodynamic long-range
interactions, THz spectroscopy should see a change in absorption coefficient,
even in aqueous medium. Since THz extinction in water is huge, the
emergence of this spectral feature must be associated with the activation of
a giant dipole moment related to the activation of a coherent oscillation of
the whole molecule. During the two first year of my thesis, I have observed
these oscillations out of equilibrium and in a liquid medium, unlike recent
studies which mainly use dry or low-hydrated proteins. I have also
demonstrated, for different proteins, the first observation of an out-of-
equilibrium collective oscillations in agreement with the theoretical model.
For the third year of my thesis, I would like to demonstrate that this
phenomenon is universal by using new proteins. I also would like to use new
type of detectors to improve the detected signal.
Mots clés : Spectroscopy, Terahertz, Proteins, Biosensors
Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017
Département IES : Electronique - Groupe : Spectroscopie Terahertz
Directeur de thèse : Jérémie Torres
Co-directeur ou encadrant : Dominique Coquillat
Type de financement : 50% Région Occitanie, 25% IES, 25% L2C
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 23TOWARD MID-IR OPTOELECTRONICS ON
SILICON PHOTONIC INTEGRATED CIRCUITS
Laura MONGE BARTOLOME
Technology is moving towards faster, miniaturized and more efficient
devices. Silicon photonics is a potential solution, however, its indirect
bandgap does not allow efficient Si-based lasers. Therefore, integration of
direct bandgap III-V materials on Si is widely studied. The ultimate goal of
this work is to demonstrate the monolithic integration of GaSb-based lasers
on PICs. One of the most important challenges regarding the monolithic
integration is to allow the integration of different components on the same
wafer. This year I have been working on preliminary steps toward this aim by
developing high-quality laser facets without cleavage.
The first investigations were made using wet etching of the facets with
various etching solutions based on citric and tartaric acids. However, non-
uniform etching of the different materials of the laser structure makes
unfeasible to get smooth flanks. This approach has thus been discarded.
Next, we have studied dry etching with an inductively coupled plasma based
on a BCl3/Cl2/Ar gas mixture. Since this technique combines chemical and
physical etching, a anisotropic profile is obtained. However, a high quality
mask is needed to get vertical and smooth flanks. High quality mask is
obtained by using vacuum contact photolithography and hard bake of the
resist. We also fabricated cleaved facets laser diodes as reference. The
devices have been characterized in the same conditions at RT and in CW
regime. The turn-on voltage and serial resistance are similar for both, 0.7V
and 2.5Ω respectively. On the other hand, the current threshold is in the
same range (48mA), although slightly higher for the etched facet diodes.
Using the differential quantum efficiency method, internal losses of 11.4 cm-
1 are calculated for the cleaved facet laser and the etched facet reflectivity
is then estimated to 0.24, to be compared to 0.30 for typical cleaved facets.
Next step is to implement this process to laser diodes monolithically grown
on Si substrates.
Mots clés : optoelectronics, Si photonics, integration, GaSb
Année de thèse : 2A - T0 : 01/04/2018
Département IES : Photonique - Ondes - Groupe : nanoMIR
Directeur de thèse : Eric Tournié
Co-directeur ou encadrant : Michaël Bahriz
Type de financement : Projet européen H2020
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 24EPITAXIAL GROWTH OF GASB ON ON-AXIS
SILICON USING A GAAS NUCLEATION LAYER
Marta RIO CALVO
The combination of the silicon (Si) technology with the optical and electrical
advantages of the III-V semiconductors is under active consideration for
developing novel optoelectronic devices. Particularly, the integration of
antimonides on silicon has attracted great attention since they provide short-
, mid- and long-wavelength infrared emission and high electron/hole mobility.
Although numerous studies have been performed, the direct epitaxial growth
of III-V materials on silicon remains a challenge due to the defect generation.
In particular, the growth of polar semiconductors on non polar ones creates a
defect called antiphase boundaries (APBs) which clearly degradate the devices
performances. One common way to avoid the formation of APBs is to use tilted
Si substrates. However, no intentional off-orientation is mandatory for
compatibility with the well-established silicon industry.
During my second year of PhD, I have continued to work on molecular beam
epitaxy growth method and sample characterization by reflection high-energy
electron diffraction, x-ray, atomic force microscopy and photoluminescence.
I have also made a Transmision Electron Microscopy study at the Paul Drude
Institute (Berlin) in order to obtain a more complete growth characterization.
In particular, I have achived the growth of GaSb on on-axis Si substrates
without emerging APBs using a GaAs nucleation layer. Additionaly, I have
started the growth of GaSb lasers on Si (001) and I have also begun to study
the epitaxial growth on Si patterns. The next objective will be to decrease the
density of threading dislocations, to improve the device characteristics. To
sum up, the purpose of this work is to open up the way to grow and
characterize lasers of GaSb on on-axis Silicon, which will allow the
development of a new optoelectronic technology.
Mots clés : epitaxy, silicon photonics, optoelectronics, integration, GaSb
Année de thèse : 2 year - T0 : 01/10/2017
Département IES : Photonique - Ondes - Groupe : nanoMIR
Directeur de thèse : Eric Tournié
Co-directeur ou encadrant : Jean Baptiste Rodriguez
Type de financement : Bourse ministérielle
Comité de Suivi Individuel 2019
Page 25CAPTEUR QEPAS POUR LA SURVEILLANCE
DE LA QUALITE DE L’AIR
Roman ROUSSEAU
Cette thèse se porte sur le développement d’un capteur multi-gaz/multi-
laser basé sur la spectroscopie photo-acoustique par lasers accordables et
destiné à la mesure et au contrôle de la qualité de l’air ambiant. Bien que
des capteurs soient déjà présents sur le marché, ils présentent de
nombreuses limitations (faible compacité, mauvaise sélectivité,
complexité…) Le capteur développé sera compact et permettra une
détection multi-espèces, tout en conservant des performances équivalentes,
voire meilleures, en termes de sensibilité et de sélectivité.
Des capteurs de gaz hautes performances et bas-coûts peuvent être obtenus
avec la spectroscopie photo-acoustique (QEPAS, Quartz Enhanced
Photoacoustic Spectroscopy). Cette thèse implique la mise en œuvre de
sources laser infra-rouges et d’une cellule de détection (spectrophone)
QEPAS afin d’assurer une compacité optimale au niveau optique et
électrique.
Durant cette seconde année, le travail s’est porté sur l'optimisation du
système de détection photoacoustique. En particulier, une méthode originale
de caractérisation du résonateur acoustique a été proposée et mise en
œuvre. Les résultats obtenus ont permis de raffiner les modèles théoriques
existants avec l'ajout de facteurs correctifs. Ce travail a donné lieu à une
publication.
Le développement d'une électronique spécifique au capteur QEPAS, afin de
rendre le capteur compact, est en cours avec la société Valotec.
D'autres aspects de spectroscopie ont été également abordés, comme la
description du signal photoacoustique théorique. Les premières
modélisations ont donné des résultats intéressants.
Les futurs travaux concernent la mise en œuvre du prototype compact avec
son électronique et la mesure des performances en détection.
Mots clés : Capteur, Laser infra-rouge, Optique, Spectroscopie, Qualité de l'air
Année de thèse : 2A - T0 : 01/10/2017
Département IES : Photonique et ondes - Groupe : NanoMIR
Directeur de thèse : Aurore VICET
Co-directeur ou encadrant : /
Type de financement : ANR
Comité de Suivi Individuel 2019
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