Conception, caractérisation et optimisation de SPAD en technologie Dalsa HV CMOS 0.8 μm pour intégration dans un 3D-SiPM

Résumé : Les photodiodes à avalanche monophotonique (SPAD) sont d'intérêts pour les applications requérant la détection de photons uniques avec une grande résolution temporelle, comme en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. En fait, les matrices de SPAD, souvent appelés photomultiplicateurs sur silicium (SiPM), remplacent graduellement les tubes photomultiplicateurs (PMT) et les photodiodes à avalanche (APD). De plus, il y a une tendance à utiliser les matrices de SPAD en technologie CMOS afin d'obtenir des pixels intelligents optimisés pour la résolution temporelle. La fabrication de SPAD en technologie CMOS commerciale apporte plusieurs avantages par rapport aux procédés optoélectroniques comme le faible coût, la capacité de production, l'intégration d'électronique et la miniaturisation des systèmes. Cependant, le défaut principal du CMOS est le manque de flexibilité de conception au niveau de l'architecture du SPAD, causé par le caractère fixe et standardisé des étapes de fabrication en technologie CMOS. Un autre inconvénient des matrices de SPAD CMOS est la perte de surface photosensible amenée par la présence de circuits CMOS. Ce document présente la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués dans une technologie CMOS commerciale (Teledyne DALSA 0.8µm HV CMOS - TDSI CMOSP8G). Des modifications de procédé sur mesure ont été introduites en collaboration avec l'entreprise CMOS pour optimiser les SPAD tout en gardant la compatibilité CMOS. Les matrices de SPAD produites sont dédiées à être intégrées en 3D avec de l'électronique CMOS économique (TDSI) ou avec de l'électronique CMOS submicronique avancée, produisant ainsi un SiPM 3D numérique. Ce SiPM 3D innovateur vise à remplacer les PMT, les APD et les SiPM commerciaux dans les applications à haute résolution temporelle. L'objectif principal du groupe de recherche est de développer un SiPM 3D avec une résolution temporelle de 10 ps pour usage en physique des hautes énergies et en imagerie médicale. Ces applications demandent des procédés fiables avec une capacité de production certifiée, ce qui justifie la volonté de produire le SiPM 3D avec des technologies CMOS commerciales. Ce mémoire étudie la conception, la caractérisation et l'optimisation de SPAD fabriqués en technologie TDSI-CMOSP8G.

Levier synthétique de silice : une approche pour fonctionnaliser les surfaces hydroxylées

La présente recherche couvre les premiers essais d’une nouvelle méthode de fonctionnalisation chimique de surfaces hydroxylées. La méthode consiste à faire réagir ladite surface avec un réactif en excès, le tétrachlorure de silicium (SiCl4), rendant celle-ci chimiquement réactive à n’importe quel alcool externe ajouté par la suite au milieu. L’alcool externe modifie les propriétés de surface du substrat dépendamment de sa composition. Une multitude de fonctionnalités chimiques peuvent être présentes sur l’alcool externe et ce sont elles qui dictent les nouvelles propriétés de surface. Dans l’étude présente, les substrats étudiés ont été la cellulose microcristalline commerciale (MCC), la fibre de chanvre délignifiée et la corde de lin. La MCC est une cellulose fortement hydrolysée et purifiée ayant une structure cristalline la rendant insoluble. L’absence d’impuretés pouvant engendrer des interférences est la raison majeure pour laquelle ce substrat a été employé en premier. Avec des alcools tels que le 1-décanol, le 10-undécènol et le PEG-400, les propriétés de surfaces ont été ajustées et ont permis les premières applications comme substrat fibreux dans des composites de LDPE et de PLA. Une fois modifiés avec le 1-décanol et le 10-undécènol, les substrats ont montré des propriétés surfaciques hydrophobes n’absorbant plus l’eau et montrant des angles de contacts supérieurs à 90o avec celle-ci. Des mélanges à 17 et à 50 % massiques de ces substrats modifiés ont donc été faits avec le LDPE et une caractérisation complète des composites a été effectuée. Les tests mécaniques des composites modifiés de 17 % massique de MCC et de corde ont démontré une claire adhésion substrat-matrice par l’augmentation de la contrainte maximale ainsi que de l’élongation à la rupture. Pour ce qui est des substrats avec PEG-400, la fonctionnalisation a été démontrée et des composites MCC-PLA ont été faits. La modification de la MCC a engendré un changement des propriétés mécaniques sans toutefois surpasser le PLA de départ. Néanmoins, dans tous les cas, l’adhésion substrat-matrice a été améliorée par la réaction et a pu être démontrée par l’étude des fractures et des coupes microtomes au MEB. Finalement, la dispersion et les interactions à l’intérieur des composites de MCC à 17 et à 50 % ont été observées par rhéologie. Les composites modifiés ont montré une meilleure dispersion comparativement aux composites de MCC qui eux engendrent même la formation de réseau substrat-substrat.

Student attitudes towards cooperative learning in education

Abstract: Active or participatory learning by the student within a classroom environment has been fairly recently recognized as an effective, efficient, and superior instructional technique yet few teachers in higher education have adopted this pedagogical strategy. This is especially true in Science where teachers primarily lecture to passively seated students while using static visual aids or multimedia projections. Teachers generally teach as they were taught and lecture formats have been the norm. Although student-learning theories as well as student learning styles, abilities, and understanding strategies have changed, traditional teaching techniques have not evolved past the “chalk and talk” instructional strategy. This research looked into student’s perceptions of cooperative learning or team-based active learning in order to gain insight and some understanding as to how students felt about this learning technique. Student’s attitudes were then compared to student grades to detennine whether cooperative learning impeded or ameliorated academic performance. The results revealed significant differences measured in all the survey questions pertaining to perception or attitudes. As a result of the cooperative learning activities, respondents indicated more agreement to the survey questions pertaining to the benefits of cooperative learning. The experimental group exposed to cooperative learning thus experienced more positive attitudes and perceptions than the groups exposed only to a lecture-based teaching and learning format. Each of the hypotheses tested demonstrated that students had more positive attitudes towards cooperative learning strategies. Recommendations as to future work were presented in order to gain a greater understanding into both student and teacher attitudes towards the cooperative learning model.||Résumé: Lapprentissage actif ou préparatoire par létudiant au sein d’une classe a été reconnu assez récemment comme une technique d’enseignement plus efficace. Cependant, peu d’enseignants ont adopté cette stratégie pedagogique pour l'éducation post-secondaire. Ceci est particulièrement le cas dans le domaine des sciences où les enseignants font surtout usage de cours magistraux avec des étudiants passifs tout en utilisant des aides visuelles statiques ou des projections multimédias. Les professeurs enseignent generalement comme on leur a eux-même enseigné et les cours magistraux ont été la norme par le passé. Les techniques traditionnelles d'enseignernent n'ont pas évolué au-delà de la craie et du tableau noir et ce même si les théories sur l’apprentissage par les étudiants ont changé, tout comme les styles, les habiletés et les stratégies de compréhension d’apprentissage des étudiants. Cette recherche se penche sur les perceptions des étudiants au sujet de l'apprentissage coopératif ou de l'apprentissage actif par équipe de telle sorte qu'on puisse avoir un aperçu et une certaine compréhension de comment les étudiants se sentent par rapport à ces techniques d'apprentissage. Les attitudes des étudiants ont par la suite été comparées aux notes de ceux-ci pour déterminer si l'apprentissage coopératif avait nui ou au contraire amélioré leurs performances académiques. Les résultats obtenus dans l'étude d'ensemble révèlent des différences significatives dans toutes les questions ayant trait à la perception et aux attitudes.