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In dieser Dissertation wird beschrieben, wie es durch systematische Anwendung unterschiedlicher Methoden zur Herstellung und Modifizierung von Diamant gezielt und verlässlich möglich ist, die Eigenschaften von Diamanten zu beeinflussen. Es wird gezeigt, wie durch Variation der Parameter bei dem Wachstum von Diamant Einfluss auf dessen Morphologie und Eigenschaften genommen werden kann. Des Weiteren wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem die Oberfläche des Diamanten durch Ozon effizient oxidiert beziehungsweise reduziert werden kann. Um diese veränderte Oberflächenbelegung möglichst genau zu analysieren, wird im letzten Teil der Dissertation eine Methode zur qualitativen und quantitativen Analytik der Oberflächen von Kohlenstoffnanomaterialien beschrieben., This dissertation describes how it is possible to alter the properties of diamond utilizing varying methods for diamond growth and surface modification. It is shown, how by varying the parameters during the growth of diamond, influence can be exerted on its morphology and properties. Furthermore, a procedure is described to efficiently oxidize or reduce the surface of diamond using ozone. In order to analyze this modified surface as precisely as possible, a method for qualitative and quantitative analysis suitable for carbon nanomaterials is presented.

Fluorescent nanodiamonds containing negatively-charged nitrogen-vacancy (NV−) centers are promising for a wide range of applications, such as for sensing, as fluorescence biomarkers, or to hyperpolarize nuclear spins. NV− centers are formed from substitutional nitrogen (P1 centers) defects and vacancies in the diamond lattice. Maximizing the concentration of NVs is most beneficial, which justifies the search for methods with a high yield of conversion from P1 to NV−. We report here the characterization of surface cleaned fluorescent micro- and nanodiamonds, obtained by irradiation of commercial diamond powder with high-energy (10 MeV) electrons and simultaneous annealing at 800 ∘C. Using this technique and increasing the irradiation dose, we demonstrate the creation of NV− with up to 25% conversion yield. Finally, we monitor the creation of irradiation-induced spin-1 defects in microdiamond particles, which we associate with W16 and W33 centers, and investigate the effects of irradiation dose and particle size on the coherence time of NV−., acceptedVersion

The current silicon technology is reaching its theoretical limits and the only road to improve the performance is to use new materials with better properties. Among all possible candidates, diamond is the ultimate semiconductor for power electronics due to its outstanding properties. Besides being the hardest material, diamond possesses the best properties among ultra-wide band gap semiconductors including its high electron-hole mobility, high critical electric field and low dielectric constant. Moreover, it surpasses all competitor materials in terms of thermal conductivity with the highest value reported for any material. All these properties make the ideal performance of diamond devices to be above any other material. However, diamond devices are still under development with several technological limitations and bottlenecks that need to be addressed in order to extract diamond’s full potential.This thesis is dedicated to the development of Schottky barrier diodes and Schottky based transistors (MESFET) based on p-type diamond. The optimization of these components is crucial for the diamond future roadmap for power electronics, as a true demonstration of diamond potential still lacks, and it will definitely attract interest from research and companies further pushing the development of devices and eventually ending up in their commercialization. In order to get demonstrate diamond potential, various challenging objectives were accomplished regarding Schottky contact based devices during this thesis: i) The optimization of metal-diamond junction properties from an electronic, physico-chemical and material science point of view in order to extract the best possible performing Schottky contact. Molybdenum was selected as the best option due to its high Schottky barrier, low ideality factor, great blocking capabilities and good thermal stability. The oxygen termination of diamond interface with molybdenum and its role as a passivation surface were demonstrated to be crucial for the blocking voltage capabilities of the contacts. ii) The design, fabrication and characterization of a vertical Schottky contact based on molybdenum sustaining >2 MV/cm and 1.1 kV. These promising results will allow the fabrication of 10 kV Schottky diodes with reproducibility with the use of thicker diamond layers in the future. iii) The design, fabrication and characterization of a normally-off 1 kV blocking voltage diamond gate-drain Schottky lateral MESFET. The fabricated transistor is the first normally-off MESFET reported in literature and its future implementation into a vertical architecture will allow to boost the performance up to 100 times., La technologie actuelle du silicium atteint ses limites théoriques et la seule façon d'améliorer les performances est d'utiliser de nouveaux matériaux dotés de meilleures propriétés. Parmi tous les candidats possibles, le diamant est le semi-conducteur ultime pour l'électronique de puissance en raison de ses propriétés exceptionnelles. En plus d'être le matériau le plus dur, le diamant possède les meilleures propriétés parmi les semi-conducteurs à bande interdite ultra large, notamment une mobilité électron-trou élevée, un champ électrique critique élevé et une faible constante diélectrique. En outre, il surpasse tous les matériaux concurrents en termes de conductivité thermique, avec la valeur la plus élevée rapportée pour un matériau quelconque. Toutes ces propriétés font que les performances idéales des dispositifs en diamant sont supérieures à celles de tout autre matériau. Cependant, les dispositifs en diamant sont toujours en cours de développement et présentent plusieurs limitations et goulots d'étranglement technologiques qui doivent être résolus afin d'extraire tout le potentiel du diamant.Cette thèse est dédiée au développement de diodes à barrière Schottky et de transistors à base de Schottky (MESFET) basés sur le diamant de type p. L'optimisation de ces composants est cruciale pour le développement de la technologie du diamant. L'optimisation de ces composants est cruciale pour la future feuille de route du diamant dans le domaine de l'électronique de puissance, car une véritable démonstration du potentiel du diamant fait encore défaut, et elle attirera certainement l'intérêt de la recherche et des entreprises, ce qui poussera le développement des dispositifs et aboutira finalement à leur commercialisation. Afin de démontrer le potentiel du diamant, plusieurs objectifs ambitieux ont été atteints concernant les dispositifs à contact Schottky au cours de cette thèse : i) L'optimisation des propriétés de la jonction métal-diamant d'un point de vue électronique, physico-chimique et de la science des matériaux afin d'obtenir le contact Schottky le plus performant possible. Le molybdène a été sélectionné comme la meilleure option en raison de sa barrière Schottky élevée, son faible facteur d'idéalité, ses grandes capacités de blocage et sa bonne stabilité thermique. La terminaison en oxygène de l'interface du diamant avec le molybdène et son rôle en tant que surface de passivation se sont avérés cruciaux pour les capacités de tension de blocage des contacts. ii) La conception, la fabrication et la caractérisation d'un contact Schottky vertical à base de molybdène supportant >2 MV/cm et 1,1 kV. Ces résultats prometteurs permettront la fabrication de diodes Schottky de 10 kV avec reproductibilité grâce à l'utilisation de couches de diamant plus épaisses à l'avenir. iii) La conception, la fabrication et la caractérisation d'un MESFET latéral ave grille et drain Schottky en diamant à tension de blocage de 1 kV. Le transistor fabriqué est le premier MESFET normalement OFF rapporté dans la littérature et sa future implémentation dans une architecture verticale permettra d'augmenter les performances jusqu'à 100 fois.

Silizium ist das derzeit bedeutendste Halbleitermaterial und der gr����te Teil der Halbleiterindustrie basiert auf diesem Material. F��r zuk��nftige Anwendungen kann es aber sinnvoll sein, den Anwendungsbereich von Halbleitermaterialien ��ber den Bereich des Siliziums zu erweitern. Dabei besitzt Diamant als Material gro��es Potenzial f��r die Halbleiterindustrie. Das Potenzial, welches Diamant f��r die Halbleiterindustrie besitzt, wird in dieser Arbeit anhand von zwei Anwendungen demonstriert. Zum einen lassen sich mithilfe von Diamant als Sensor erstmals St��rstellen in Dielektrika charakterisieren. Das Verfahren wird im Rahmen dieser Arbeit basierend auf dem Doppel-Boxcar-Verfahren entwickelt und an den Dielektrika Aluminiumoxid und Siliziumdioxid erprobt. Zum anderen lassen sich auch elektrische Bauteile aus Diamant herstellen. Daf��r wird in dieser Arbeit ein monolithischer diamantbasierter Feldeffekttransistor synthetisiert und charakterisiert. Um diese beiden Anwendungen zu realisieren, m��ssen der Halbleiter und die Dielektrika synthetisiert, charakterisiert und strukturiert werden. Die chemische Gasphasenepitaxie zur Synthese von undotierten und sequenziell dotierten Diamant wird untersucht und optimiert. Des Weiteren wird die Strukturierung der Diamantschichten mithilfe eines optimierten Reaktiven Ionen��tzen Schrittes erreicht. Ebenso wichtig f��r diese beiden Anwendungen sind die elektrischen Eigenschaften des zweidimensionalen Lochgases auf Wasserstoff-Terminiertem Diamant. Die elektrischen Eigenschaften lassen sich durch die Funktionalisierung der Oberfl��che steuern., Silicon is currently the most prevailing semiconductor material and the largest part of the semiconductor industry is based on this material. However, for future applications, it can be advantageous to use additional materials as semiconductors. For this purpose, diamond shows a lot of potential. This work demonstrates the potential of diamond as a semiconductor for the industry. This is exemplified with two applications. On the one hand, for the first time defects in dielectric materials can be characteri- zed using diamond as sensor. This method is developed based on deep level transient spectroscopy and described in this thesis. Here, it is shown for the dielectric materials alumina and silicon dioxide. On the other hand, electric devices based on diamond can be produced. Therefore, a monolithic diamond field-effect transistor is synthesized and characterized. It is essential to optimize the needed processing steps of the semiconductor and dielectric material for these applications. Chemical vapor deposition is employed to grow undoped and sequentially doped diamond films. Furthermore, structuring of these diamond films is achieved by an optimized reactive ion etching process. The electrical properties of the two-dimensional hole gas on hydrogen-terminated diamond are just as important for these applications. They can be tuned by suitable surface functionalization.

In der vorliegenden Publikation wurden stabile kolloidale Lösungen aus CVD-Diamant, Detonationsdiamant sowie artverwandten Materialien hergestellt und charakterisiert Besonderes Augenmerk wurde bei der Zerkleinerung von CVD Diamant daraufgelegt, dass die nanoskaligen Partikel ihre materialspezifischen Eigenschaften auch bei Reduktion der Größe beibehalten. Systematisch wurde die Zerkleinerung in einer Planetenmühle analysiert. Es wurde sowohl die minimal erreichbare Partikelgröße, als auch die Menge an erzeugtem, nanoskaligem Material bewertet. Um die Vermahlung zu verbessern, wurden die Geschwindigkeit der Mühle, die Größe der Mahlkörper, die Dauer der Vermahlung, sowie die eingesetzten Lösemittel variiert. Des Weiteren konnten durch die Vermahlung unterschiedlich hergestellter CVD Diamantfilme in einer Vibrationsmühle die Einflüsse von Schichtdicke und Korngröße der Diamantkristalle untersucht werden. Durch Bearbeitung von Detonationsdiamanten und Kohlenstoffnanozwiebeln wurden stabile kolloidale Lösungen hergestellt, mit Partikelgrößen im unteren Nanometerbereich. Diese sind im alkalischen pH-Bereich stabil sein, hierfür wurde durch Luft und Säureoxidation oxidierter Detonationsdiamant und oxidierte Kohlenstoffnanozwiebeln hergestellt. Mithilfe der thermogravimetrischen Analyse und Infrarotspektroskopie wurde die hierfür optimale Temperatur und Dauer bestimmt., In the present publication, stable colloidal solutions of CVD diamond, detonation diamond and related materials were produced and characterized. During the grinding of CVD diamond, special attention was paid to ensuring that the nanoscale particles retain their material-specific properties even when their size is reduced. The grinding in a planetary mill was analyzed systematically. Both the minimum achievable particle size and the amount of nanoscale material produced were evaluated. In order to improve the grinding, the speed of the mill, the size of the grinding media, the duration of the grinding and the solvents used were varied. Furthermore, the influences of layer thickness and grain size of the diamond crystals could be investigated by grinding differently produced CVD diamond films in a vibration mill. Stable colloidal solutions were prepared from detonation diamonds and carbon nano onions, with particle sizes in the sub-nanometer range. These are stable in alkaline pH range. For this purpose oxidized detonation diamond and oxidized carbon nano onions were modified by air and acid oxidation. The optimum temperature and duration for this was determined with the aid of thermogravimetric analysis and infrared spectroscopy.

Uvod: Danes so ljudje vse manj samozavestni glede svojega videza in nasmeha. Iščejo razne rešitve, kot so plastične operacije, tetoviranje telesa, dentalne korekcije, da bi popravili in zakrili dele, ki jim niso všeč, in da bi sledili modnemu trendu ter izstopali v družbi. Tetovaže in pirsingi lahko povzročijo alergijske reakcije, vnetja in bolečino, zato se danes vse več ljudi odloča za dentalne korekcije, kot so porcelanske luske, beljenje zob in dodajanje zobnega nakita, da bi dosegli estetski in privlačen nasmeh, ki izraža večjo samozavest. Namen: Namen diplomskega dela je predstaviti dentalni nakit, posledice, ki jih lahko pričakujemo pri različnih vrstah dentalnega nakita, vrste dentalnega nakita, materiale, ki se uporabljajo za izdelavo dentalnega nakita, izdelavo dentalnega nakita s sistemom CAD/CAM, predvsem pa je cilj predstaviti dentalni nakit, imenovan grillz. Metode dela: V diplomskem delu smo uporabili deskriptivno metodo dela, pregled tuje in domače literature o dentalnem nakitu in CAD/CAM. V pregled smo vključili strokovne članke in knjige, v časovnem okviru od leta 2005 do 2020. Pomagali smo si s spletnimi bazami Google Scholar, ScienceDirect, PubMed, JPD, JADA, ResarchGate. Uporabljali smo ključne besede, kot so dentalni nakit, grillz, zobni nakit, dentalni materiali, CAD/CAM. Praktični del smo opravili v zobnem laboratoriju, kjer smo si pomagali s strokovno literaturo in upoštevali navodila proizvajalcev. Rezultati: V zobnem laboratoriju smo z računalniško podprto tehnologijo pacientu izdelali dentalni nakit. Razprava in zaključek: Grillz so okrasne prevleke, pogosto izdelane iz zlata, srebra ali drugih plemenitih zlitin, obloženih z dragulji. Običajno so odstranljive, vendar imajo nekateri zobe obdelane tako, da se lahko nakit trajno pritrdi na zob. Izdelek je mogoče izdelati s tehnologijo CAD/CAM, kar je bistveno hitrejše in preprostejše od ročne izdelave v laboratoriju brez pomoči novejše tehnologije. Tehnologija zahteva določeno znanje in razumevanje tehnike za izdelavo želenega izdelka. Introduction: Today, people are less and less confident about their appearance and smile. They look for various solutions, such as plastic surgery, body tattooing, various dental corrections, to fix and cover up parts they do not like, to follow the fashion trends and to stand out in society. Various tattoos and piercings can cause allergic reactions, inflammation, and pain. Therefore, today, more and more people opt for dental corrections such as porcelain veneers, teeth whitening, and adding dental jewelry to achieve an aesthetic and attractive smile. That expresses greater self-confidence in patients. Purpose: The purpose of this thesis is to present what dental jewelry is, what consequences can be expected from different dental jewelry, what types of dental jewelry we know, what materials are used to make dental jewelry, and how dental jewelry is made using CAD/CAM. Above all, the goal is to introduce individuals to dental jewelry called “Grillz”. Methods: In the bachelor’s thesis, we used a descriptive method of work, a review of the existing literature in the field of dental jewelry, and CAD/CAM. We researched both foreign and domestic literature and professional articles and books in the time frame from 2005 to 2020. We used the online databases Google Scholar, ScienceDirect, PubMed, JPD, JADA, ResarchGate. We used keywords, such as dental jewelry, grillz, teeth jewelry, dental materials and CAD/CAM. The practical part was performed in a dental laboratory where we used professional literature for help and followed the instructions of the manufacturers. Results: To make our product, it was necessary to use a dental laboratory, where we made dental jewelry called grillz on a patient, using computer-aided technology. Discussion and conclusion: Grillz are decorative covers often made of gold, silver, or jewel-encrusted precious metals. Generally, they are removable but some have had their teeth altered to permanently resemble a grill. The product can be made using CAD/CAM technology, which is a significantly faster and simpler process than a product that is handmade in the laboratory without the help of newer technology. This technology requires certain knowledge and understanding of the technician to get the desired product.

National audience; Cet article présente la première étape de conception de diode TMBS (Trench MOS Barrier Schottky) 6 kV en diamant. Le choix du diélectrique de la TMBS se révèle être crucial pour obtenir le claquage dans le diamant et atteindre les performances électriques visées. Les résultats des simulations TCAD 2D montrent l'influence des paramètres technologiques et géométriques sur la tenue en tension de la diode TMBS. L'analyse de ces résultats révèle une profondeur de gravure de la tranchée 'd' optimale pour obtenir la tension de claquage la plus élevée et profiter de l'auto-blindage qui est une particularité de la TMBS. Le dopage de la couche P a augmenté de à) pour la même tenue en tension de 5400 V à 300 K.

National audience; Des contacts ohmiques de très bonne qualité électriques et des capacités MIS fonctionnelles sur diamant de type P sont des briques technologiques fondamentales pour envisager la fabrication de composants MOS diamant. La technique de caractérisation des contacts ohmiques par TLM circulaire a été validée et des diodes MIS ont donc été fabriquées. Même si des optimisations sont encore nécessaires, les résultats présentés permettent d'envisager la fabrication d'un démonstrateur de type diode P-TMBS (Trench MOS Barrier Schottky) en diamant.

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy and imaging (MRI) are of extraordinary importance in natural and life sciences. The signal observed in these measurement techniques crucially depends on the degree of nuclear spin polarization. Optically-pumped nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond show an electron spin polarization exceeding 92% [1], which is several orders of magnitude higher than thermal nuclear spin polarization at conditions typical for NMR measurements. This high electron spin polarization can be transferred to nuclear spins leading to a polarization above the thermal, equilibrium condition, the latter being limited by the Boltzmann distribution. The transfer of optically-pumped NV electron spin polarization to nuclear spins is the main topic of this thesis. The polarization transfer via coherent polarization methods was demonstrated with a bulk sample polarized in a conventional electron paramagnetic resonance (EPR) spectrometer. These experiments were repeated on the single electron spin level and a measurement technique was developed working on the principle of polarization read-out via polarization inversion (PROPI). Using this method different polarization techniques were benchmarked including nuclear orientation via electron locking (NOVEL), the integrated solid effect (ISE), and the PulsePol sequence, which was demonstrated to have high robustness whilst keeping good efficiency. Moreover, NOVEL was utilized to demonstrate transfer of polarization from single, shallow NV centres to nuclear spins in oil molecules on the diamond surface. The described dynamic nuclear polarization (DNP) methods are not the only way to speed up NMR measurements. The matrix completion algorithm was applied to a single NV two-dimensional spectrum in order to accelerate data acquisition, leading to a reconstruction of the spectrum by using only 10% of the original measurement data. The findings presented in this thesis might contribute to goals such as hyperpolarized nano-scale sensing, high-signal-tonoise NMR, allowing small sample sizes or fast data acquisition, and the initialization of a quantum simulator based on nuclear spins around a central electron spin. [1] G. Waldherr et al., PRL 106, 157601 (2011)

When the word diamond comes up, the majority of people thinks about engagement rings or gemstones. In fact, it is additionally, one of the most promising host materials for the implementation of advanced technology, exploiting the nature of quantum physics. Such quantum technologies have disruptive potential, ones the quantum effects can be applied in macroscopic, commercial products. The nitrogen-vacancy (NV) centre in diamond is a promising candidate to perform such tasks in the fields of quantum computation, quantum cryptography or metrology. Especially in the field of quantum sensing, the NV sensor impresses with nano-scale spatial resolution paired with high sensitivity. The electronic spin of the atomic-sized point defect can be initialised, manipulated and read-out at ambient conditions and coherence lifetimes are comparably long. Diamond magnetometers based on negatively charged NV centres have shown to be very attractive, and the sensitivity goes down to the single-atom level. In order to exploit such a high sensitivity level for sensing prospects, in this thesis, the NV centres are fabricated well confined in a certain distance to the diamond surface, since the detectable field usually decays with the third power of the distance between sensor and target. The surface depicts a fracture of the spin wise protecting diamond lattice and charge fluctuations affect the stability of NV centres, which are overcome by diamond surface termination. In order to improve the sensitivity further, the sensor density, measurement contrast and interaction time are increased. The nitrogen doping technique, which is applied during a plasma-enhanced chemical vapour deposition (PECVD) diamond growth process is used to fabricate NV centre ensembles aligned along one diamond crystal axis, thereby improving the measurement contrast by a factor up to four. The interaction time limiting spin bath is analysed using the sensor capabilities of the NVs, which leads to enhanced growth strategies and the fabrication of sensitivity optimised NV centre ensembles for magnetometry applications.

Spin-Photonen Verschraenkung stellt die Basis fuer zahlreiche Anwendungen in den Quantentechnologien dar, wie der Quantenkommunikation und von Quantenberechnungen. Vorschlaege zu Quantenberechnungen und Quantennetzwerken benoetigen hoch verschraenkte photonische Vielteilchen-Ressourcenzustaende und Quanten Emitter koennen verwendet werden um diese herzustellen, wenn Spin-Photonen Verschraenkung verwendet wird. Jedoch stellen die bisher vorgeschlagenen Methoden strenge Voraussetzungen an deren Energiezustaende und optischen Uebergaenge. In dieser Dissertation wird ein Protokoll praesentiert, um photonische Ressourcenzustaende herzustellen, welches die Voraussetzungen fuer den Emitter wesentlich lockert, wodurch die Methode fuer eine Reihe von moeglichen Photonenquellen verwendbar ist. Die Verbesserung wird durch Verwendung nur eines einzigen optischen Ueberganges erreicht und durch einen Wechsel in eine zeitliche Domaene. Ein unausgeglichenes Interferometer konvertiert das temporale photonische Qubit in eine Polarisationsbasis, die fuer Quantenlogik und Tomografie nuetzlich ist. Die Dissertation behandelt detailliert die experimentelle Realisierung des Hauptblockes des vorgeschlagenen Protokolls, das prinzipiell skalierbar ist, mit einem Stickstoff-Fehlstellenzentrum in Diamant. Verschraenkung zwischen dem Spin des Emitters und einem Fluoreszenz-Photon wird demonstriert, in der Form eines Bell-Zustandes. Unser Vorschlag weitet das Spektrum an Emittern, die geeignet sind um verschraenkte photonische Zustaende zu generieren und erlaubt eine Steigerung der Leistung fuer bekannte Quellen. Die Dissertationendet mit einem Ausblick in Richtung von Vielphotonen-Zustaenden., Spin-photon entanglement provides the basis for numerous applications in quantum technology, including quantum communication and computing. Proposals for photonic quantum computation and quantum networks rely on highly entangled multipartite resource states, and using spin-photon entanglement, quantum emitters can be employed to produce such states. However, previously proposed methods placed stringent requirements on the energy level structure and optical transitions. In this thesis, a protocol to create photonic resource states is presented which significantly reduces the requirements placed on the emitter, thereby making the method suitable for a variety of candidate sources. The improvement is achieved by using only a single optical transition, and by working in the time domain. An unbalanced interferometer is then used to convert the temporal photonic qubit into the polarization basis, which is useful for quantum logic operations and tomography. The thesis details the experimental realization of the main unit of the proposed protocol, which is in principle scalable, on the nitrogen-vacancy centre emitter platform in diamond. Entanglement is shown between the spin of the emitter and a fluorescence photon in the form of a Bell state. Our proposal broadens the palette of emitters suitable for entangled photon state generation and permits to increase the performance of previously available sources. The thesis concludes with an outlook towards multi-photon state creation.

The design of continuous-time Delta-Sigma analog-to-digital converters is often considered complex and difficult. It requires knowledge, intuition, creativity and technical expertise. Up to now, this type of architecture does not appear in the field of designing integrated electronic circuit for particle detection. However, we believe that it can provide interesting solutions, as we will show here in the case of energy measurement systems.This thesis work is part of a research project entitled DIAMASIC. The aim is to develop an integrated readout electronics of a hodoscope detection system using diamond detectors in the context of beam monitoring for the treatment of tumors using hadrontherapy. This system must allow a spatio-temporal tagging of the used particles known as "hadron" to guarantee the safety of the patient during the treatment. This electronics is composed of two parts: a time measurement system and an energy measurement system. The design of the latter requires an ADC.This manuscript synthesizes the modeling, design and simulation of a continuous-time low-pass Delta-Sigma modulator with a bandwidth of 10MHz (can reach 40 MHz) and targeting a resolution of 8bits with a reasonable power consumption. The first step was to analyze the possible architectures of different modulators in order to guarantee the desired specifications. Following this study, we proposed a topology for a fifth order CRFF (Cascaded Resonator Feed-Forward) modulator with an internal quantizer of 3bits resolution and an oversampling rate of 8. In order to validate these choices and to study the impact of the imperfections linked to each block (non-idealities), we have developed a modeling methodology based on the paradigm known as Model-Based Design (MBD) through the use of SIMULINK graphical models and MATLAB scripts. This approach permitted us to specify the capabilities of each part of the modulator and also to make optimizations in terms of complexity, stability and power consumption. The data extracted from the modeling part are used in the implementation phase in a 130nm CMOS technology. The theoretical sizing of the transistors is done using the gm/Id methodology. The details of this method are discussed for the design of the amplifiers used to build the integrators of the loop filter. The results of different electrical simulations are presented, they show that the proposed architecture reaches a resolution of 8bits in a bandwidth of 10MHz.Finally, a comparison between the modeling results and the different electrical simulations on CADENCE has been presented and the performance gap is analyzed and some solutions are proposed aiming for improvements before the fabrication of the circuit., La conception des convertisseurs analogique numérique de type Delta-Sigma à temps continu est souvent considérée comme complexe et difficile. Elle nécessite des connaissances, de l'intuition, de la créativité et de l'expertise technique. Jusqu'à présent, ce type d'architecture n'apparaît pas dans le domaine de la conception des circuits électroniques intégrées pour la détection de particules. Pourtant, nous pensons qu'il peut apporter des solutions intéressantes, comme nous allons le montrer dans le cas des systèmes de mesure d'énergie.Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre d’un projet de recherche intitulé DIAMASIC. Le but est de développer une électronique de lecture intégrée d’un système de détection hodoscope utilisant des détecteurs diamant dans le cadre de monitorage de faisceaux pour le traitement de tumeurs par hadronthérapie. Ce système doit permettre un étiquetage spatio-temporel des particules utilisées connu sous le nom « hadron » pour garantir la sécurité du patient pendant ce type de traitement. Cette électronique est composée de deux parties : un système de mesure de temps et un système de mesure d’énergie. Pour ce dernier, la conception d’un CAN est nécessaire.Ce manuscrit synthétise les travaux de modélisation, conception et simulation d’un modulateur Delta-Sigma passe-bas à temps continu avec une bande passante de 10MHz (Peut atteindre 40 MHz) et visant une résolution de 8bits avec une consommation raisonnable. Dans un premier temps, nous avons réalisé une analyse des architectures possibles des différents modulateurs pour arriver à garantir le cahier des charges voulu. Suite à cette étude, nous avons proposé une topologie d’un modulateur de type CRFF “Cascaded Resonator Feed-Forward” du cinquième ordre avec un quantificateur interne d’une résolution de 3bits et un taux de sur-échantillonnage de 8. Pour valider ces choix et étudier l’impact des imperfections liées à chaque bloc, nous avons développé une méthodologie de modélisation basée sur le paradigme connu sous le nom du Model-Based Design (MBD) via des modèles graphiques SIMULINK et des scripts MATLAB. Cette approche nous a permis de spécifier les performances de chaque partie du modulateur et aussi de faire des optimisations en termes de complexité, stabilité et consommation. Les données extraites de la partie de modélisation sont utilisées dans la phase d'implémentation en technologie CMOS 130nm. Le dimensionnement théorique des transistors est réalisé en utilisant la méthodologie gm/Id. Les détails de cette méthode sont discutés pour la conception des amplificateurs utilisés dans le filtre de la boucle. Les résultats de différentes simulations électriques sont présentés, elles montrent que l’architecture proposée atteint une résolution de 8bits dans une bande passante de 10 MHz.Finalement, une comparaison entre les résultats de modélisation et les différentes simulations électriques sur CADENCE a été présentée et l’écart de performance est discuté avec des propositions d’amélioration avant la fabrication du circuit.

Quantum technologies are expected to significantly change our world in the next decades and the possible applications are diverse – ranging from quantum computation and encryption to metrology with unprecedented sensitivity. This thesis focuses on quantum sensing and imaging based on single nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond to measure magnetic fields. Its electronic spin qualifies this point defect as a highly sensitive quantum sensor and its atomic size offers nanoscale spatial resolution. The simple optical initialisation and readout, together with the relatively long coherence time at ambient conditions, make NV centres promising candidates for biological applications and in particular for nuclear magnetic resonance (NMR) on the nanoscale. Recording the spectral information on the nanoscale allows to determine the structure of single or just a few molecules. However, the current main problems and challenges include insufficient spectral resolution, artificial signals and overall poor performance. In this thesis new spectroscopic techniques which tackle these issues are presented. First, it is shown that by randomisation of control pulse phases spurious harmonic signals can be suppressed, which otherwise complicate spectrum interpretation and can lead to false signal identification. At the same time the effects of pulse imperfections are mitigated. Furthermore, a protocol allowing to measure with a coherence independent spectral resolution is presented. It is demonstrated that linewidths below 1mHz are possible, which is an improvement of more than seven orders of magnitude compared to traditional methods. Due to its simple implementation, the protocol is relevant for many applications. Initially developed to measure signals oscillating up to several megahertz, it is further shown that modifications allow to extend the frequency range into the gigahertz domain. Finally, quantum frequency discrimination with the task to differentiate between two frequency distributions using a quantum sensor is analysed. An optimised protocol is introduced and the influences of different readout strategies are discussed with respect to the probability to make an incorrect decision. These findings are useful for diagnostic tests in NMR.

Inspired by the adhesive foot proteins of Mussels, polydopamine (PDA) has earned great acclaim as a multifunctional coating in the past decade. Its simplicity in formation, ability to adhere to virtually any surface, unique physicochemical properties, biocompatibility and tailorability through post-functionalization makes PDA an easy approach for fabrication of novel materials used in all fields of research from energy to environmental to biomedical. Nevertheless, PDA has thus far failed to bring about the promised revolution in material science. This may be attributed, in part, to the complex and heterogeneous polymerization mechanism, which is difficult to control, making it challenging to create defined structures e.g. at the nanoscale. New techniques and methods that can provide nanoscale control of the polymerization of dopamine to PDA are needed to achieve the full realization of PDA-based materials. In this dissertation, two new methods are presented that accomplish nanoscale synthetic control of PDA both in bulk solution and on defined scaffold. First, exploiting the reactivity of oxidized intermediates formed during the polymerization of dopamine towards Michael addition and Schiff base reactions, bis-amine-terminated polyethylene glycol (PEG) is copolymerized with dopamine to restrain the polymerization. Hence, PDA PEG cross-linked copolymer (PDA-PEG) nanoparticles with a size of less than 50 nm are prepared in a convenient one-step procedure in aqueous solution. The nanoparticles are stable in buffer solution and exhibit no sedimentation after several weeks. Chemical functionalization was demonstrated by the attachment of amine reactive fluorescent dyes. The PDA-PEG nanoparticles revealed efficient cellular uptake via endocytosis and high cytocompatibility, thus rendering them attractive candidates for cell imaging or for drug delivery applications. Next, the sequence defined spatial programming provided by DNA origami technology was used to fabricate anisotropic PDA nanoarchitectures with nanometer resolution. DNA origami nanotechnology offers systematic design of a large variety of defined DNA nanostructures by self-assembling long scaffold DNA and shorter staple DNA sequences with each DNA staple sequence encoding a specific position that can be precisely modified. Specific staple strands were modified with guanine rich tail sequences yielding DNA origami tiles with G-quadruplex (G4) motifs at defined locations. The G4 motifs were converted to dopamine polymerizing catalytic centers through binding of hemin. These DNA origami decorated with multiple G4 motifs at chosen locations were utilized to control the shape and size of PDA formation at the nanometer scale. Using this technique, we were able to generate various anisotropic PDA nanostructures (i.e. spot, lines, and cross) on the DNA origami tiles. Furthermore, the PDA nanostructures could be released from DNA origami templates by short exposure to acidic medium. Thus, DNA origami was successfully demonstrated as a new nanotechnology to fabricate anisotropic PDA nanoarchitectures with distinct shapes with broad applicability. In addition to PDA, other polycatecholamines can be generated from their respective monomers using the same methods. The distinct functional side groups of each monomer can endow the resulting polycatecholamines with enhanced functionality over that of PDA. For example, the carboxylic acid group of L-DOPA bestows poly(L-DOPA) with a greater hydrophilicity compared to PDA. In the final contribution, this aspect is used to increase the colloidal stability of fluorescent nanodiamonds (fNDs) and produce a theranostic poly(L-DOPA)-fND system. FNDs are unique carbon-based nanomaterials due to their outstanding optical and magnetic properties. However, realization of the full potential of fNDs is often limited by their tendency to aggregate strongly in aqueous solutions. This limitation is addressed by coating fNDs with a thin shell of poly(L-DOPA) increasing the aqueous stability of fNDs while simultaneously enhancing their therapeutic potential. The poly(L-DOPA)-fND hybrid materials are shown to retain the optical and magnetic properties of the original fNDs. Furthermore, the protein Transferrin and indocyanine green were loaded on the poly(L-DOPA) shell to enhance cell uptake and provide an amplified photothermal effect, respectively. The theranostic potential of the integrated biohybrid construct is demonstrated by rapid death of cancer cells when irradiated with a low power IR lamp (~90 mW cm-2). In summary, two methods are presented in this thesis that provide new avenues to control the polymerization of PDA at the nanoscale to achieve globular, fibrillary and anisotropic structures and applications have been highlighted. In addition, the potential to expand the versatility of PDA-like coatings using poly(L-DOPA) is presented.

The development of quantum technologies is one of the big challenges in modern research. A crucial component for many applications is an efficient, coherent spin&ndash, photon interface, and coupling single-color centers in thin diamond membranes to a microcavity is a promising approach. To structure such micrometer thin single-crystal diamond (SCD) membranes with a good quality, it is important to minimize defects originating from polishing or etching procedures. Here, we report on the fabrication of SCD membranes, with various diameters, exhibiting a low surface roughness down to 0.4 nm on a small area scale, by etching through a diamond bulk mask with angled holes. A significant reduction in pits induced by micromasking and polishing damages was accomplished by the application of alternating Ar/Cl2 + O2 dry etching steps. By a variation of etching parameters regarding the Ar/Cl2 step, an enhanced planarization of the surface was obtained, in particular, for surfaces with a higher initial surface roughness of several nanometers. Furthermore, we present the successful bonding of an SCD membrane via van der Waals forces on a cavity mirror and perform finesse measurements which yielded values between 500 and 5000, depending on the position and hence on the membrane thickness. Our results are promising for, e.g., an efficient spin&ndash, photon interface.

The purpose of This PhD thesis was the understanding and the control of nanocrystalline diamond (NCD) films growth at low temperature using distributed antenna array (DAA) microwave plasma assisted chemical vapor deposition process for specific applications. Two approaches were adopted to reach these objectives: (i) a « material » study aimed at demonstrating the potential of the DAA reactor to synthetize NCD films at low temperature with characteristics required by biomedical applications, (ii) a « plasma » study focused on the diagnostics of H2/CH4/CO2 and H2/CH4/CO2/N2 low-pressure discharges used for NCD growth.The first approach dealt initially with the study of NCD film synthesis at low temperature on piezoelectric substrates such as zinc oxide and aluminum nitride for the achievement of Waveguiding Layer Acoustic Wave (WLAW) devices. That was followed by NCD growth on complex shaped substrates destined for NCD coating of titanium implants. The biological properties of NCD/Ti and NCD/Ti6Al4V systems were then investigated. Finally, the NCD growth process improvement was carried out by adding nitrogen to the gas phase.The second approach focused on the characterization of H2/CH4/CO2/N2 plasmas by optical emission and infrared absorption spectroscopy in order to investigate the effects of nitrogen addition in the gas mixture on gas temperature and species concentration. The electronic parameters of the H2/CH4/CO2 discharges, electron density and temperature, were determined as a function of process parameters by Langmuir probe measurement and by a spectroscopic method and the atomic hydrogen density was measured by actinometry., Ce travail de thèse avait pour objectif la compréhension et le contrôle du procédé de croissance de films de diamant nanocristallin (DNC) à basse température par dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma micro- onde distribué (PMD) en vue d’applications spécifiques. Deux axes de travail ont été suivis pour atteindre cet objectif : (i) une étude « matériau » visant à étudier les potentialités du réacteur PMD à réaliser des films de DNC à basse température avec des caractéristiques répondant aux prérequis d’applications biomédicales, (ii) une étude « plasma » s’intéressant à la caractérisation des décharges basse pression H2/CH4/CO2 et H2/CH4/CO2/N2 utilisées pour la croissance.Le premier volet de ces études a porté dans un premier temps sur la synthèse de films de DNC sur des substrats piézoélectriques, tels que l’oxyde de zinc et le nitrure d’aluminium, pour la réalisation de dispositifs à ondes acoustiques guidées (WLAW). Dans un deuxième temps nous nous sommes intéressés à la croissance sur des substrats de géométrie complexe, dont l’aboutissement recherché est la synthèse de DNC sur des implants en titane. Les caractéristiques biologiques de systèmes DNC/Ti et DNC/Ti6Al4V ont ensuite été investiguées. Dans un troisième temps, l’optimisation du procédé d’élaboration des films de DNC a été menée en ajoutant de l’azote dans la phase gazeuse.Le deuxième volet de ces études s’est intéressé à la caractérisation des plasmas H2/CH4/CO2/N2 utilisés pour la synthèse par spectroscopie optique d’émission et spectroscopie d’absorption infrarouge afin d’examiner les effets de l’addition d’azote dans le mélange gazeux sur la température du gaz et la concentration de différentes espèces. Les paramètres électroniques des décharges H2/CH4/CO2, densité et température des électrons, ont été déterminés en fonction des paramètres du procédé par sonde de Langmuir et par une méthode spectroscopique et la densité d’hydrogène atomique a été mesurée par actinométrie.

National audience; Des contacts ohmiques de très bonne qualité électriques et des capacités MIS fonctionnelles sur diamant de type P sont des briques technologiques fondamentales pour envisager la fabrication de composants MOS diamant. La technique de caractérisation des contacts ohmiques par TLM circulaire a été validée et des diodes MIS ont donc été fabriquées. Même si des optimisations sont encore nécessaires, les résultats présentés permettent d'envisager la fabrication d'un démonstrateur de type diode P-TMBS (Trench MOS Barrier Schottky) en diamant.

Antiferromagnetic (AF) materials are currently attracting considerable excitement for low dissipative and ultrafast spintronic devices. However, most of conventional real-space magnetic microscopy techniques cannot probe the AF order at the nanoscale because magnetic moments are mostly compensated, resulting in very low magnetic signals. This is a major obstacle to the fundamental understanding of nanoscale AF order and its response to external stimuli, such as spin polarized currents or electric fields. To release the full potential of antiferromagnets for next-generation spintronics, the nanoscale control and imaging capabilities that are now routine for ferromagnets must be extended to AF materials. In this thesis we prove that scanning magnetometry based on a single nitrogen–vacancy (NV) defect in diamond is ideally suited for imaging complex AF orders at the nanoscale, even under ambient conditions.A promising platform for AF spintronics is BiFeO3 (BFO), a prototypical room-temperature multiferroic material in which the AF order is intimately linked to the ferroelectric one via magnetoelectric coupling. Scanning NV magnetometry here demonstrates its ability to image the AF cycloidal order in BFO by mapping the magnetic stray field it produces. It also permits inferring interesting quantities such as the uncompensated magnetic moment of the spin density wave, and the real-space visualization of the intimate link between the ferroelectric and the AF orders. In order for BFO to make its way into device applications, the thin film form must be employed. The effect of epitaxial constraint on the behaviour of the AF order in strained BFO thin films is investigated. NV magnetometry proved that strain-tuning and electric-field switching, can stabilize a wide variety of complex antiferromagnetic spin textures in BFO thin films.Beyond imaging the static stray field, we demonstrate a new approach for imaging AF textures. It consists of mapping the magnetic noise they locally produce rather than their static magnetic fields. This technique exploits the strong dependence of the NV defect photoluminescence on magnetic fluctuations at the NV spin resonance frequency. As a proof of principle of the efficiency of the technique, the high tunability of synthetic antiferromagnets that host spin waves, is exploited to stabilize different spin textures. These AF textures ranging from domain walls, to exotic spin-spirals and AF skyrmions are imaged through this novel relaxometry technique.; Les matériaux antiferromagnétiques (AF) suscitent actuellement un intérêt considérable pour la conception de futurs dispositifs spintroniques à faible coût énergétique et ultra-rapides. Cependant, l’exploration de ces matériaux novateurs se heurte à des défis d’imagerie magnétique : la plupart des techniques conventionnelles de microscopie magnétique en espace réel ne peuvent pas sonder l'ordre AF aux échelles nanométriques, en raison de la compensation des moments magnétiques donnant lieu à des signaux magnétiques extrêmement faibles. Il s'agit d'un obstacle majeur à la compréhension fondamentale de l'ordre AF à l'échelle nanométrique et de sa réponse à des stimuli externes, tels que des courants polarisés en spin ou des champs électriques. Afin d’exploiter le potentiel des matériaux AF dans une nouvelle génération de dispositifs spintroniques, les capacités de contrôle et d'imagerie à l'échelle nanométrique, qui sont désormais courantes pour l’étude des matériaux ferromagnétiques, doivent être étendues aux matériaux AF. Nous prouvons dans cette thèse que la magnétométrie à balayage basée sur un défaut azote-lacune (NV) dans le diamant, convient parfaitement à l'imagerie d'ordres AF complexes à l'échelle nanométrique, sous conditions ambiantes.Un matériau prometteur pour la spintronique AF est le BiFeO3 (BFO), un multiferroïque opérant à température ambiante dans lequel l'ordre AF est intimement lié à l'ordre ferroélectrique via le couplage magnétoélectrique. La magnétométrie NV démontre ici sa capacité à imager l'ordre AF cycloïdal dans BFO en cartographiant le champ magnétique de fuite qu'il produit. Il permet également de déduire des grandeurs caractéristiques telles que la valeur du moment magnétique non compensé, mais aussi de visualiser en espace réel le lien intime entre les ordres ferroélectrique et AF. Afin que le BFO trouve sa place dans la conception de dispositifs spintroniques, les couches minces doivent être employées. L'effet de la contrainte épitaxiale sur l'ordre AF dans des couches minces de BFO est ici étudié. Il est montré que la contrainte et le contrôle électrique peuvent stabiliser une grande variété de textures de spin AF complexes dans les couches minces de BFO.Au delà d’imager le champ de fuite statique, nous montrons une nouvelle approche pour l'imagerie des textures AF qui consiste à cartographier le bruit magnétique qu'elles produisent localement plutôt que leurs champs magnétiques statiques. Cette technique exploite la forte dépendance de la photoluminescence du défaut NV sur les fluctuations magnétiques à la fréquence de résonance de spin du centre NV. Comme preuve de principe de l'efficacité de cette technique, les propriétés ajustables des antiferromagnétiques synthétiques qui hébergent des ondes de spins sont exploitées, pour stabiliser différentes textures de spin. Ces textures AF telles que les parois de domaine, les spirales de spin et les skyrmions AF sont imagées par cette technique nouvelle de relaxométrie.

National audience; Wireless telecommunication market largely benefits from new nitride technologies, which reach outstanding performance compared with traditional technologies. Current research is opening up many new strategies and alternative solutions to address simultaneously antagonist considerations such as cost, performances and/or reliability. Most AlGaN / GaN HEMTs are fabricated on a low cost, highly resistive silicon substrate or on a much more expensive and supply sensitive SiC substrate. However, the electrical performance constraints required when these technologies are integrating into radar systems, satellites and in telecommunications systems make them dependent to the operating temperature parameter, mainly linked to the high power dissipation during static/dynamic energy transfer. Indeed, these components are capable of generating high power densities in the microwave range. However, the operating frequency increase leads an increase of the power dissipation, generating the self-heating phenomenon which influences the devices performance (ID,max,ft,fmax...). In this context, several solutions were already proposed in the literature (use of composite substrates, passivation of devices, etc.). Furthermore, the layer transfer technology to report HEMTs from growth substrate onto a host substrate with a good thermal conductivity (such as diamond substrate) is a promising solution, still poorly detailed to date. The objective of this thesis work is to improve the heat dissipation and thus the performance and reliability of high-frequency HEMT transistors by using a layer transfer technology. AlGaN / GaN heterostructures are grown on a silicon substrate by MOCVD at CHREA. After the fabrication of HEMTs on a silicon substrate, AlGaN / GaN devices (for which the silicon substrate has been removed) are transferred onto a CVD diamond substrate. This transfer is obtained by thermocompression bonding of sputtered AlN layers on each surface to be assembled (backside of the transistors and diamond substrate). This transfer process has not damaged the functionality of the transistors with short gate length (Lg = 80 nm). The AlGaN/GaN HEMTs with a 2x35 µm development transferred onto diamond of feature a current ID,max = 710 mA.mm-1, a cutoff frequency ft of 85GHz and an oscillation frequency fmax of 144GHz. However, this transfer technique requires optimization phases (especially to reduce thickness and improve the crystalline quality and thermal conductivity of AlN layers) in order to reduce the thermal resistance of this adhesion layer and to limit the self-heating phenomenon noted at the end of this thesis work.; Le marché des télécommunications tire profit des nouvelles technologies Nitrures qui sont en véritable rupture de performances par rapport aux technologies traditionnellement utilisées. Les recherches actuelles ouvrent de nombreuses pistes et solutions alternatives afin de couvrir des contraintes parfois antagonistes de coût, de performances et/ou de fiabilité. La plupart des HEMTs AlGaN / GaN est fabriquée sur un substrat de silicium hautement résistif à faible coût ou sur substrat SiC beaucoup plus onéreux et sensible du point de vue approvisionnement. Les contraintes de performances électriques requises lors de l'intégration de ces technologies dans les systèmes radars, les satellites et en télécommunication rendent les HEMTs très dépendants au paramètre de température de fonctionnement, essentiellement liée à la forte puissance dissipée lors du transfert d'énergie statique/dynamique. En effet, ces composants sont capables de générer des densités de puissance élevées dans le domaine des hyperfréquences. Aussi, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement s'accompagne d'une augmentation de la puissance dissipée engendrant le phénomène d'auto-échauffement qui influe sur les performances des composants (ID,max,ft,fmax...). Dans ce contexte, plusieurs solutions ont déjà été proposées dans la littérature (utilisations des substrats composites, passivation des composants, etc...). De plus, la technologie de transfert des HEMTs d'un substrat de croissance initial vers un substrat hôte de bonne conductivité thermique (tel que le substrat de diamant) est une solution prometteuse, encore peu détaillée à ce jour. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la dissipation thermique et donc les performances et la fiabilité des transistors HEMT hautes fréquences en utilisant la technologie de transfert de couche. Les hétérostructures AlGaN/GaN sont développées sur substrat de silicium par MOCVD au CHREA. Après la fabrication des HEMTs sur substrat de silicium au sein du laboratoire IEMN, les composants (pour lesquels le substrat silicium a été retiré) sont transférés sur un substrat de diamant. Ce transfert est obtenu grâce à un collage par thermocompression de couche d'AlN pulvérisées sur chaque surface à assembler (face arrière des transistors et substrat diamant). Le procédé de transfert développé n'a pas endommagé la fonctionnalité des transistors HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (Lg = 80 nm). Les transistors de développement 2x35 µm transférés sur diamant présentent un courant ID,max = 710 mA.mm-1, une fréquence de coupure ft de 85GHz et une fréquence d'oscillation fmax de 144GHz. Toutefois, la technique de transfert mérite des phases d'optimisations (notamment pour diminuer l'épaisseur et améliorer la qualité cristalline et la conductivité thermique des couches d'AlN) afin de mieux satisfaire aux contraintes de réduction de résistance thermique de cette couche d'assemblage et ainsi limiter le phénomène d'auto-échauffement relevé à l'issue de ces travaux de thèse.

National audience; One of the major challenges of our century is related to the management and consumption of energy. The improvement of power devices is one of the keys to meeting these constraints. The majority of today's power devices are still silicon-based devices. However, the requirements of power electronics in terms of high voltages, high power densities, temperatures and higher frequencies are becoming more severe. Thus, the physical properties of other materials such as wide-bandgap semiconductors make it possible to consider the replacement of silicon for the design and fabrication of higher performance power devices. This is the case of gallium nitride, silicon carbide and diamond. This work focuses on the development and optimization of the fundamental technological steps for the realization of diamond MOS power devices. This is the goal of the ANR MOVeToDIAM project, coordinated by the LAAS-CNRS and heir to the work on diamond done in the laboratory since 2005.Diamond is a wideband semiconductor (Eg = 5.5 eV) particularly suitable for high power applications. It has high carrier mobilities (2200 cm2 / Vs for electrons and 2050 cm2 / Vs for holes), allowing the passage of high current densities, a high breaking field (Ec ~ 10 MV / cm) and a strong thermal conductivity (λ ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitating heat dissipation and thus allowing the fabrication of devices operating at high temperatures.However, despite these promising properties, many technological barriers complicate or prevent the fabrication of diamond power devices.To remove these locks, several technological steps have been studied and optimized in our work to overcome the problems caused by the small sample sizes (2x2mm2 to 3x3mm2).The photolithography steps were developed and optimized for two types of resin (AZ4999 positive and NLOF 2035 negative) using a Spray-Coater and a laser insolation machine, thus greatly improving the minimal resolution of the patterns made on these small samples. The fabrication of two test structures called Transmission Line Method (TLM) and Circular Transmission Line Method (cTLM) to characterize ohmic contacts has also been optimized for diamond samples. If the realization of ohmic contacts on P-type diamond is mastered, the specific contact resistance must be further improved to limit its impact on the electrical performance of the devices. Moreover, according to the literature, no contact made on N-type diamond has shown ohmic behavior, which remains a major obstacle to the development of the diamond industry. The fabrication of ohmic contacts was then optimized on several P-type and N-type diamond samples. Several overdoping techniques were tested on the N-type samp! les. The contacts characterized using the TLM patterns developed show that Phosphorus implantation by PIII gives ohmic contacts, which is explained by the presence of a conductive graphite layer on the surface of the sample.Finally, MIS capabilities were fabricated. The Si3N4 dielectric was chosen for its properties and the quality of its LPCVD deposition in the laboratory. The deposited thickness was optimized and the devices were fabricated on a P-type sample and an N-type sample. The characterized capacities show a rectifying behavior and open the way towards the realization of a diamond MOSFET.; Un des défis de notre époque est lié à la production et à la gestion de l’énergie électrique. Dans ce cadre, l’amélioration des composants à semi-conducteurs de puissance est une des clés pour répondre à ce défi. La grande majorité des composants de puissance actuels sont réalisés à base de silicium. Cependant, les exigences des applications de l’électronique de puissance en termes de tenue en tension, de densité de puissance, de température et de fréquence de commutation sont de plus en plus élevées.Les propriétés physiques intrinsèques des semiconducteurs à large bande interdite (SiC, GaN, Diamant) permettent d’envisager la conception et la fabrication de composants de puissance bien plus performants que les structures tout silicium.Dans ce contexte, nos travaux portent sur le développement et l’optimisation des étapes technologiques permettant la réalisation de composants de puissance MOS en diamant. Ils ont été réalisés dans le cadre du projet ANR MOVeToDIAM, coordonné par le LAAS-CNRS, dans la continuité des travaux sur diamant effectués au laboratoire depuis 2005.Le diamant est donc un semiconducteur à large bande interdite (Eg = 5,5 eV) particulièrement indiqué pour les applications fortes puissances et températures élevées. Il possède de fortes mobilités de porteurs (2200 cm2/V.s pour les électrons et 2050 cm2/V.s pour les trous), permettant le passage de fortes densités de courant, un champ de rupture élevé (Ec ~ 10 MV/cm) et une forte conductivité thermique ( ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitant la dissipation thermique.Cependant, malgré ces propriétés prometteuses, de nombreux verrous technologiques sont encore à lever afin de conduire à la fabrication de composants de puissance sur diamant. Nous avons donc étudié et optimisé plusieurs étapes technologiques critiques afin de pallier les problèmes induits notamment par la petite taille des échantillons (2x2mm2 à 3x3mm2).Les étapes de photolithographie ont été développées et optimisées pour deux types de résine (AZ4999 positive et NLOF 2035 négative) à l’aide d’un Spray-Coater et d’une machine d’écriture directe par laser, améliorant ainsi fortement la résolution minimale, jusqu’à 1µm, des motifs définis sur les échantillons. Afin de caractériser les contacts ohmiques, nous avons développé deux structures de tests : le TLM droit (Transmission Line Method) et le TLM circulaire ou cTLM (Circular Transmission Line Method). Si la réalisation de contacts ohmiques sur diamant de type P est maitrisée, la résistance spécifique de contact doit encore être améliorée pour limiter son impact sur les performances électriques des dispositifs. De plus, d’après la littérature, aucun contact ohmique réalisé sur diamant de type N n’a été réalisé, de par la difficulté d’atteindre de forts niveaux de dopage, ce qui reste de fait! un frein majeur au développement de la filière diamant.La fabrication de contacts ohmiques de type P et de type N a donc été optimisée sur différents échantillons de diamant. Plusieurs techniques de surdopage ont notamment été testées sur les échantillons de type N: la caractérisation électrique à l’aide des motifs TLM montre que l’implantation de phosphore par PIII conduit à un comportement ohmique, ce qui s’explique par la présence d’une couche graphite conductrice à la surface de l’échantillon.Pour terminer, des capacités MIS ont été fabriquées. Le diélectrique Si3N4 a été choisi pour ses propriétés physiques et électriques, et la maîtrise de son dépôt par LPCVD au laboratoire. L’épaisseur déposée a été optimisée et les composants ont été fabriqués sur des échantillons de types P et N. Les mesures C(V) montrent un comportement capacitif pour les capacités MIS de type P ce qui ouvre la voie vers la réalisation d’un MOSFET Diamant.

One of the challenges of our time is related to the production and management of electrical energy. In this context, the improvement of power semiconductor devices is one of the keys to meet this challenge. Most of current power devices are made of silicon. However, the demands of power electronics applications in terms of voltage withstand, power density, temperature and switching frequency are becoming higher. The intrinsic physical properties of wide-bandgap semiconductors (SiC, GaN, Diamond) make it possible to consider the design and fabrication of power devices that are much more efficient than all-silicon structures. In this context, our work focuses on the development and optimization of technological steps enabling the realization of diamond MOS power devices. They were carried out as part of the ANR project MOVeToDIAM, coordinated by LAAS-CNRS, in the continuity of the work on diamond made in the laboratory since 2005. Diamond is therefore a wide bandgap semiconductor (Eg = 5.5 eV) particularly suitable for high power and high temperature applications. It has high carrier mobilities (2200cm2/Vs for electrons and 2050cm2/Vs for holes), allowing the passage of high current densities, a high breaking field (Ec ~ 10 MV/cm) and a strong thermal conductivity (lambda ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitating heat dissipation. However, despite these promising properties, many technological locks are still to be lifted in order to lead to the fabrication of power devices on diamond. We have therefore studied and optimized several critical technological steps to overcome the problems caused by the small sample size (2x2mm2 to 3x3mm2). The photolithography steps were developed and optimized for two types of resin (positive AZ4999 and negative NLOF 203) using a Spray-Coater and a direct laser writing machine, thus greatly improving the minimal resolution, up to 1 µm, of the patterns defined on the samples. In order to characterize ohmic contacts, we have developed two test structures: the Transmission Line Method (TLM) and the Circular TLM (Circular Transmission Line Method). If the realization of ohmic contacts on P-type diamond is mastered, the specific contact resistance must be further improved to limit its impact on the electrical performance of the devices. In addition, according to the literature, no ohmic contact has been made on N-type diamond, because of the difficulty of achieving high levels of doping, which remains a major obstacle to the development of the diamond industry. The fabrication of ohmic contacts on P-type and N-type diamond has been optimized on different samples.[...], Un des défis de notre époque est lié à la production et à la gestion de l'énergie électrique. Dans ce cadre, l'amélioration des composants à semi-conducteurs de puissance est une des clés pour répondre à ce défi. La grande majorité des composants de puissance actuels sont réalisés à base de silicium. Cependant, les exigences des applications de l'électronique de puissance en termes de tenue en tension, de densité de puissance, de température et de fréquence de commutation sont de plus en plus élevées. Les propriétés physiques intrinsèques des semiconducteurs à large bande interdite (SiC, GaN, Diamant) permettent d'envisager la conception et la fabrication de composants de puissance bien plus performants que les structures tout silicium. Dans ce contexte, nos travaux portent sur le développement et l'optimisation des étapes technologiques permettant la réalisation de composants de puissance MOS en diamant. Ils ont été réalisés dans le cadre du projet ANR MOVeToDIAM, coordonné par le LAAS-CNRS, dans la continuité des travaux sur diamant effectués au laboratoire depuis 2005. Le diamant est donc un semiconducteur à large bande interdite (Eg = 5,5 eV) particulièrement indiqué pour les applications fortes puissances et températures élevées. Il possède de fortes mobilités de porteurs (2200 cm2/V.s pour les électrons et 2050 cm2/V.s pour les trous), permettant le passage de fortes densités de courant, un champ de rupture élevé (Ec ~ 10 MV/cm) et une forte conductivité thermique (lambda ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitant la dissipation thermique. Cependant, malgré ces propriétés prometteuses, de nombreux verrous technologiques sont encore à lever afin de conduire à la fabrication de composants de puissance sur diamant. Nous avons donc étudié et optimisé plusieurs étapes technologiques critiques afin de pallier les problèmes induits notamment par la petite taille des échantillons (2x2mm2 à 3x3mm2). Les étapes de photolithographie ont été développées et optimisées pour deux types de résine (AZ4999 positive et NLOF 2035 négative) à l'aide d'un Spray-Coater et d'une machine d'écriture directe par laser, améliorant ainsi fortement la résolution minimale, jusqu'à 1µm, des motifs définis sur les échantillons. Afin de caractériser les contacts ohmiques, nous avons développé deux structures de tests : le TLM droit (Transmission Line Method) et le TLM circulaire ou cTLM (Circular Transmission Line Method).[...]

National audience; One of the major challenges of our century is related to the management and consumption of energy. The improvement of power devices is one of the keys to meeting these constraints. The majority of today's power devices are still silicon-based devices. However, the requirements of power electronics in terms of high voltages, high power densities, temperatures and higher frequencies are becoming more severe. Thus, the physical properties of other materials such as wide-bandgap semiconductors make it possible to consider the replacement of silicon for the design and fabrication of higher performance power devices. This is the case of gallium nitride, silicon carbide and diamond. This work focuses on the development and optimization of the fundamental technological steps for the realization of diamond MOS power devices. This is the goal of the ANR MOVeToDIAM project, coordinated by the LAAS-CNRS and heir to the work on diamond done in the laboratory since 2005.Diamond is a wideband semiconductor (Eg = 5.5 eV) particularly suitable for high power applications. It has high carrier mobilities (2200 cm2 / Vs for electrons and 2050 cm2 / Vs for holes), allowing the passage of high current densities, a high breaking field (Ec ~ 10 MV / cm) and a strong thermal conductivity (λ ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitating heat dissipation and thus allowing the fabrication of devices operating at high temperatures.However, despite these promising properties, many technological barriers complicate or prevent the fabrication of diamond power devices.To remove these locks, several technological steps have been studied and optimized in our work to overcome the problems caused by the small sample sizes (2x2mm2 to 3x3mm2).The photolithography steps were developed and optimized for two types of resin (AZ4999 positive and NLOF 2035 negative) using a Spray-Coater and a laser insolation machine, thus greatly improving the minimal resolution of the patterns made on these small samples. The fabrication of two test structures called Transmission Line Method (TLM) and Circular Transmission Line Method (cTLM) to characterize ohmic contacts has also been optimized for diamond samples. If the realization of ohmic contacts on P-type diamond is mastered, the specific contact resistance must be further improved to limit its impact on the electrical performance of the devices. Moreover, according to the literature, no contact made on N-type diamond has shown ohmic behavior, which remains a major obstacle to the development of the diamond industry. The fabrication of ohmic contacts was then optimized on several P-type and N-type diamond samples. Several overdoping techniques were tested on the N-type samp! les. The contacts characterized using the TLM patterns developed show that Phosphorus implantation by PIII gives ohmic contacts, which is explained by the presence of a conductive graphite layer on the surface of the sample.Finally, MIS capabilities were fabricated. The Si3N4 dielectric was chosen for its properties and the quality of its LPCVD deposition in the laboratory. The deposited thickness was optimized and the devices were fabricated on a P-type sample and an N-type sample. The characterized capacities show a rectifying behavior and open the way towards the realization of a diamond MOSFET.; Un des défis de notre époque est lié à la production et à la gestion de l’énergie électrique. Dans ce cadre, l’amélioration des composants à semi-conducteurs de puissance est une des clés pour répondre à ce défi. La grande majorité des composants de puissance actuels sont réalisés à base de silicium. Cependant, les exigences des applications de l’électronique de puissance en termes de tenue en tension, de densité de puissance, de température et de fréquence de commutation sont de plus en plus élevées.Les propriétés physiques intrinsèques des semiconducteurs à large bande interdite (SiC, GaN, Diamant) permettent d’envisager la conception et la fabrication de composants de puissance bien plus performants que les structures tout silicium.Dans ce contexte, nos travaux portent sur le développement et l’optimisation des étapes technologiques permettant la réalisation de composants de puissance MOS en diamant. Ils ont été réalisés dans le cadre du projet ANR MOVeToDIAM, coordonné par le LAAS-CNRS, dans la continuité des travaux sur diamant effectués au laboratoire depuis 2005.Le diamant est donc un semiconducteur à large bande interdite (Eg = 5,5 eV) particulièrement indiqué pour les applications fortes puissances et températures élevées. Il possède de fortes mobilités de porteurs (2200 cm2/V.s pour les électrons et 2050 cm2/V.s pour les trous), permettant le passage de fortes densités de courant, un champ de rupture élevé (Ec ~ 10 MV/cm) et une forte conductivité thermique ( ~ 20 W.cm-1.K-1) facilitant la dissipation thermique.Cependant, malgré ces propriétés prometteuses, de nombreux verrous technologiques sont encore à lever afin de conduire à la fabrication de composants de puissance sur diamant. Nous avons donc étudié et optimisé plusieurs étapes technologiques critiques afin de pallier les problèmes induits notamment par la petite taille des échantillons (2x2mm2 à 3x3mm2).Les étapes de photolithographie ont été développées et optimisées pour deux types de résine (AZ4999 positive et NLOF 2035 négative) à l’aide d’un Spray-Coater et d’une machine d’écriture directe par laser, améliorant ainsi fortement la résolution minimale, jusqu’à 1µm, des motifs définis sur les échantillons. Afin de caractériser les contacts ohmiques, nous avons développé deux structures de tests : le TLM droit (Transmission Line Method) et le TLM circulaire ou cTLM (Circular Transmission Line Method). Si la réalisation de contacts ohmiques sur diamant de type P est maitrisée, la résistance spécifique de contact doit encore être améliorée pour limiter son impact sur les performances électriques des dispositifs. De plus, d’après la littérature, aucun contact ohmique réalisé sur diamant de type N n’a été réalisé, de par la difficulté d’atteindre de forts niveaux de dopage, ce qui reste de fait! un frein majeur au développement de la filière diamant.La fabrication de contacts ohmiques de type P et de type N a donc été optimisée sur différents échantillons de diamant. Plusieurs techniques de surdopage ont notamment été testées sur les échantillons de type N: la caractérisation électrique à l’aide des motifs TLM montre que l’implantation de phosphore par PIII conduit à un comportement ohmique, ce qui s’explique par la présence d’une couche graphite conductrice à la surface de l’échantillon.Pour terminer, des capacités MIS ont été fabriquées. Le diélectrique Si3N4 a été choisi pour ses propriétés physiques et électriques, et la maîtrise de son dépôt par LPCVD au laboratoire. L’épaisseur déposée a été optimisée et les composants ont été fabriqués sur des échantillons de types P et N. Les mesures C(V) montrent un comportement capacitif pour les capacités MIS de type P ce qui ouvre la voie vers la réalisation d’un MOSFET Diamant.

POUR PARVENIR À UNE accumulation notable et continuer d’exercer leur activité avec une sérénité relative, les trafiquants se doivent de renouveler sans cesse leurs alliances. Le jeu matrimonial participe de cette stratégie. Pour respecter la tradition, le diamantaire se marie d’abord avec une fille du village, cousine croisée matrilatérale le plus souvent. Ensuite, en seconde ou troisième noces, il procède à des unions exogamiques pour échapper au statut d’étranger ou de clandestin. Ses épous...

Sur les traces de la De Beers Consolidated Mines La découverte de l’Eurêka et de Star of South Africa, à la fin des années 1860 tout au sud du continent africain, déclenche une ruée de prospecteurs et d’aventuriers sur les rives de l’Orange et du Vaal rappelant le rush vers l’or californien. D’autres pierres sont bientôt découvertes plus à l’intérieur des terres, dans la colonie anglaise du Cap. Du Big Hole, cette mine profonde de 800 mètres et d’une circonférence de 1,5 kilomètres, seront re...

Des comptoirs officieux où se négocient les précieux cailloux, des activités de façade destinées à masquer des transactions illégales, des villes surgies de nulle part, des communautés humaines qui se recomposent en fonction de cette économie très spéciale : c'est une étrange histoire que celle des diamantaires de la vallée du Sénégal qui nous est donnée à lire ici. Sylvie Bredeloup analyse la façon dont le trafic des diamants a fait naître dans cette région du monde de nouveaux espaces d'échanges et de circulation. Ces formes de mobilité inédites permettent de réinterroger l'articulation entre dynamiques urbaines et entreprenariat économique, entre solidarités migratoires et relations productives. Une recherche qui renouvelle la question migratoire en Afrique subsaharienne.

À LA VEILLE DES Indépendances –d’abord en Sierra Leone puis selon un phénomène tournant, en Guinée, au Liberia, en Côte-d’Ivoire et au Congo Belge– la recherche du diamant enfièvre la vie de plusieurs centaines de milliers de personnes, prospecteurs et trafiquants. Cette course à travers le continent africain - qui s’engage deux décennies après la découverte des premiers gisements et dont les traces subsistent - n’a pas retenu l’intérêt des démographes ou historiens en tant que mouvement migr...

POUR EXISTER ET TENIR leur rang sur un marché déjà solidement verrouillé, pour résister aux attaques répétées des États-nations, les migrants du fleuve Sénégal s’efforcent de mettre en relation les territoires où la pierre s’extrait, se négocie et se taille. Leur force tient précisément dans leur capacité à détecter les marchandises susceptibles d’être échangées ainsi que dans la pugnacité qu’ils mettent ensuite pour se les approprier et pour les faire passer d’un pays à l’autre, d’une région...

LA PLUPART DES DIAMANTAIRES ont démarré leur activité avec un capital financier dérisoire ; les plus chanceux ou les plus pugnaces sont parvenus à faire fructifier rapidement ce capital en jouant sur le différentiel énorme du prix du diamant existant entre les aires de production et de consommation. Mais les trafiquants ont rencontré des difficultés pour sécuriser et faire travailler les revenus tirés de la commercialisation des pierres précieuses. Ils se sont efforcés de réinvestir leur arge...

UNE FOIS ABORDÉ LE RÔLE structurant de l’oligopole sud-africain dans l’organisation de la filière du diamant brut ainsi que l’impuissance des États à contrôler cette économie de plus en plus régulée par la seule circulation marchande qui assure dorénavant le fonctionnement des marchés économiques et financiers, il s’agit de mettre en lumière les trajectoires migratoires et professionnelles des trafiquants de diamants, originaires de la vallée du fleuve Sénégal et plus largement de l’Afrique d...

LE NÉGOCE DU DIAMANT brut semble tenir une place marginale dans les activités des migrants sénégalais, maliens ou mauritaniens. Au regard de l’abondante littérature anthropologique, le commerce rime presque toujours avec mouridisme au Sénégal. Les réseaux marchands impulsés par les « marabouts de l’arachide » ont d’abord été décrits dans leur dimension locale (Cruise O’Brien, 1970 ; Copans, 1980 ; Diop, 1981) puis dans leur expansion internationale (Salem, 1981 ; Ebin, 1993 ; Schmidt di Fried...