Master_MNE

290
Faculté de physique & ingénierie
Master SPI spécialité Micro et nano-électronique (MNE)
Responsables : Frédéric ANTONI et Luc HEBRARD
Objectifs pédagogiques :
La spécialité MNE a pour objectif de former des chercheurs ou des ingénieurs en micro et nano-électronique ayant un
spectre de connaissances étendu, allant de la physique et de la technologie des composants élémentaires et des micro-
capteurs à la conception de circuits et systèmes intégrés mixtes. L’accent est mis sur les phénomènes intervenant dans
les dispositifs nanométriques. La 1re
année de Master MNE permet également à l’étudiant d’acquérir de solides connais-
sances dans les domaines connexes de l’EEA (traitement du signal et automatique). Une organisation du cursus en option
permettra à chacun de personnaliser son parcours en fonction des objectifs personnels.
Description de la spécialité :
La formation s’étale sur deux années. La première année porte sur l’acquisition des bases en électronique analogique
et numérique, en physique du composant, en traitement du signal et en automatique nécessaires pour une étude appro-
fondie, en deuxième année, des technologies de l’intégration, des composants élémentaires (transistors, micro-capteurs)
et de l’intégration de systèmes analogiques et mixtes. Le domaine de la micro-électronique est largement abordé dès la
première année, au travers d’un projet de conception d’un convertisseur analogique-numérique intégré en technologie
CMOS, projet utilisant les logiciels de conception professionnels Cadence® et Altera®… Un choix de modules optionnels
permet aussi à l’étudiant d’approfondir certains domaines comme les technologies de fabrication (travaux pratiques en
salle blanche), les capteurs intégrés, la testabilité des circuits intégrés, les systèmes de communication numériques, la
modélisation des systèmes.
La deuxième année est entièrement axée sur la micro et la nano-électronique. Après un tronc commun d’environ 150
heures couvrant la physique et la technologie des composants élémentaires, ainsi que la conception de fonctions inté-
grées de base en analogique et en numérique, l’étudiant personnalise son parcours en choisissant quatre modules option-
nels de 30 heures parmi douze propositions. Il peut ainsi se spécialiser vers les composants élémentaires avancés (nano-
composants, composants organiques…) et les technologies de fabrication (modélisation des technologies, caractérisation
des matériaux…), ou vers la conception de systèmes intégrés mixtes. Il a aussi la possibilité de panacher ses choix en
optant pour un module orienté « composants et technologie », associé à un module orienté « conception de systèmes ».
Conditions d’admission et/ou conditions d’accès et de pré-requis :
Entrée en première année (M1) :
(i) de plein droit aux étudiants titulaires de la licence “Science Pour l’Ingénieur” (SPI) de l’Université de Strasbourg et ayant
suivi le parcours “Électronique, Signal et Automatique” (ESA).
(ii) sur dossier déposé via la plateforme ARIA et examiné par la commission pédagogique pour les étudiants issus d’un
autre parcours de la Licence SPI ou d’une autre spécialité de Licence de sensibilité EEA. Les candidats extérieurs doivent
présenter une candidature à travers la plateforme ARIA (https://aria.u-strasbg.fr) ou par Campus France, selon le cas
Entrée en deuxième année (M2) :
Admission de plein droit aux étudiants issus du M1 Sciences pour l’Ingénieur de la spécialité correspondante de l’Unistra.
Les candidats extérieurs doivent présenter une candidature à travers la plateforme Aria (https://aria.u-strasbg.fr) ou par
Campus France, selon le cas.
Débouchés :
Les débouchés sont nombreux, tant au niveau national qu’international, que ce soit chez les grands fabricants de micro-
électronique en tant qu’Ingénieur « process » ou « conception », dans les PME/PMI utilisant ou développant des sous-
ensembles électroniques dans leurs produits, ou dans les établissements publics (CNRS, CEA, Universités) ou privés de
recherche.
Poursuites d’études :
En moyenne, un tiers des étudiants poursuit en thèse de doctorat. Les deux autres tiers entrent sur le marché du travail
dans des grands groupes de la microélectronique ou dans des PME développant des systèmes électroniques.

291
Master SPI spécialité Micro et nano-électronique (MNE) (M1)
Master SPI spécialité Micro et nano-électro-
nique (MNE) (M1)
1re
année de master - semestre 1 (M1-S1)
Responsable : Frédéric ANTONI
Enseignements :
Codes
apogée Intitulés Coeff. ECTS
Convo-
cation
Natures et durées des
évaluations
Au cours du
semestre
Session de
rattrapage
PY4AGU42
UE 1 – Introduction à la gestion de
projet et communication
3
PY4JGM71
Introduction à la gestion de projet et
communication
1 oui 1 épreuve écrite (1h)
1 épreuve
écrite (1h)
PY4AGU12
UE 2 - Composants et micro-
électronique 1
6
PY4AGM1A Physique des composants 1 oui 1 épreuve écrite (3h)
1 épreuve
écrite (3h)
PY4AGM1B Microélectronique 1 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGU22
UE 3 - Traitement du signal et
automatique
9
PY4AGM2A Traitement du signal 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGM2B TP traitement du signal 0.5 oui
1 épreuve pratique
(3h)
1 épreuve
pratique (3h)
PY4AGM2C Automatique 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGM2D TP automatique 0.5 oui 1 CC + 1 TP (2h)
1 épreuve
pratique (1h)
PY4AGU32 UE 4 - Électronique 1 12
PY4AGM3A Electronique Analogique 1 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGM3B TP Electronique Analogique 1 0,5 oui
1 épreuve pratique
(2h)
1 épreuve
pratique (2h)
PY4AGM3C Architecture des micro-contrôleurs 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGM3D TP Architecture des micro-contrôleurs 0,5 oui 1 CC + 1 TP (2h)
1 épreuve
pratique (2h)
PY4AGM3E VHDL 1 oui 1 épreuve écrite (2h)
1 épreuve
écrite (2h)
PY4AGM3F TP VHDL 0,5 oui Compte-rendus
1 épreuve
pratique (2h)
Épreuves de TP : les épreuves terminales de TP des différentes matières nécessitent la connaissance du matériel pro-
posé à leurs réalisations. En conséquence, la présence aux TP est obligatoire et seuls les étudiants présents à toutes
les séances de TP prévues dans l’année pourront se présenter aux épreuves correspondantes. Cette clause concerne
également la 2nde
session d’examen.
Report de notes de la session 1 à la session 2 : les notes supérieures ou égales à 10/20 des épreuves d’une UE non
validée sont reportées de la session 1 à la session 2, sans possibilité de renonciation.

292
Volume horaire et enseignants :
Intitulés
Volume horaire
Enseignants
CM TD TP CI
UE 1 – Introduction à la gestion de projet et
communication
10 16
UE 2 - Composants et microélectronique 1
Physique des composants 24 12 D. Mathiot
Microélectronique 1 20 4 L. Hébrard
UE 3 - Traitement du signal et automatique
Traitement du signal 24 10
F. Salzenstein
TP traitement du signal 12
Automatique 24 16
F. Nageotte
TP automatique 12
UE 4 - Électronique 1
Électronique analogique 1 16 10 F. Antoni
TP électronique analogique 1 12 F. Schwartz
Architecture des micro-contrôleurs 16 F. Anstotz
TP architecture des micro-contrôleurs 16 H. Berviller
VHDL 14
F. Dadouche
TP VHDL 16

293
UE 1 - Introduction à la gestion de projet et communication
Gérer un projet efficacement :
• Comprendre les enjeux d’une organisation de projet pour la mise en œuvre du changement dans l’entreprise.
• S’inspirer de différentes méthodologies de gestion de projet et leur spécificité (PMI, Goal PLAN, Méthodes agiles…).
• Savoir anticiper en s’appuyant sur: l’approche qualité, l’approche processus, l’analyse des risques par la pratique du
jeu des projets « horizon » du CIPE, la construction d’objectifs.
• Documenter le projet, capitaliser les connaissances.
UE 2 - Composants et microélectronique 1
Physique des composants
Principes physiques et modélisation des caractéristiques électriques (I-V, C-V) des principaux composants de la microé-
lectronique :
• Jonctions P-N (approfondissement de l’homojonction, hétérojonction)
• Contacts métal/semi-conducteur (ohmiques, Schottky)
• Transistor bipolaire
• Transistor MOS
Microélectronique 1
• Flot de conception d’ASIC mixtes (Application Specific Integrated Circuit)
• Conception analogique au niveau transistor
• Conception numérique à partir de cellules standard
• Dessin des masques
La mise en pratique de ces connaissances fait l’objet du cours de microélectronique 2 du semestre 2.
UE 3 – Traitement du signal et automatique
Traitement du signal
• Synthèse de filtres analogiques.
• Modulations analogiques.
• Synthèse de filtres numériques (filtres à réponse impulsionnelle finie et infinie).
• Analyse spectrale d’un signal échantillonné (transformée de Fourier discrète).
Automatique
• Comprendre l’intérêt des asservissements et des boucles fermées
• Connaître le comportement des systèmes linéaires asservis échantillonnés
• Savoir synthétiser et implémenter un correcteur numérique à partir d’un cahier des charges
• Ouverture vers l’automatique plus avancée
UE 4 - Électronique 1
Électronique analogique 1
• Filtrage de signaux analogiques.
• Fonctions de transfert de Butterworth, de Tchebycheff et filtres de Cauer.
• Synthèses de filtres passifs et actifs.
• Filtres à capacités commutées.
• Amplification sélective en radiofréquence.
• Amplificateurs fonctionnels (logarithmique, exponentiel, multiplieurs…)
Architectures des micro-contrôleurs
Architecture d'unité centrale :
• analyse de l'unité de traitement
• analyse de l'architecture et du fonctionnement de l'unité de contrôle micro-programmée. Construction et codage du
jeu d'instructions.
Connaissance du fonctionnement interne d'un micro-contrôleur (Microchip) au niveau de son architecture et de sa pro-
grammation en assembleur.
Étude et configuration de différents périphériques.
VHDL
Étude du langage de description VHDL : présentation des concepts et méthodes de description de circuits numériques à
l’aide du langage de description matériel VHDL.
Modélisation et simulation numérique :
• Introduction des aspects fondamentaux de la modélisation des circuits et systèmes numériques,
• Simulation logique de circuits modélisés et décrits en VHDL.
Introduction à la synthèse et à l'implémentation de systèmes numériques sur circuits programmables.

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nique (MNE) (M1)
1re
Responsable : Frédéric ANTONI
Enseignements :
Codes
apogée Intitulés Coeff. ECTS
Convo-
cation
évaluations
Au cours du
semestre
Session de
rattrapage
PY4AHU12
UE 1 - Électronique et micro-
électronique 2 9
PY4AHM1A Électronique analogique 2 0.67 oui 1 épreuve écrite (2h) 1 épreuve
écrite (2h)
PY4AHM1B TP électronique analogique 2 0.33 oui 1 épreuve pratique
(2h)
1 épreuve
pratique (2h)
PY4AHM1C Électronique numérique 2 0.67 oui 1 épreuve écrite (2h) 1 épreuve
écrite (2h)
PY4AHM1D TP électronique numérique 2 0.33 oui
Rapport (1/3)
Examen de TP (2/3)
1 épreuve
pratique (2h)
PY4AHM1E CAO microélectronique 1 oui
1 projet (1/3)
1 exam de TP (4h)
(2/3)
1 épreuve
pratique (4h)
PY4AHXO2 UE 2 - UE à choix (1 au choix) 6
PY4AHUOA
PY4AHMCD
PY4HMCIA
Technologie des composants et des
CIs :
- Composants discrets
- Intro. à la technologie des compo-
sants intégrés
2 oui
1 épreuve orale
(30 min)
1 épreuve
orale (30 min)
PY4AHUOB
PY4AHMCA
PY4AHMAF
Architectures de conversion et de
filtrage :
- CAN/CNA
- Architectures de filtrage numérique
2 oui
1 épreuve orale
(30 min)
1 épreuve
orale (30 min)
PY4AHUOC
PY4AHMTN
PY4AHMTA
Testabilité et fiabilité des circuits
intégrés :
- Testabilités des circuits numériques
- Testabilités des circuits analogiques
2 oui
1 épreuve orale
(30 min)
1 épreuve
orale (30 min)
PY4AHUOD
PY4AHMCN
PY4AHMBC
Systèmes de communication
numériques :
- Communications numériques
- Bus de communication
2 oui 1 épreuve orale
(30 min)
1 épreuve
orale (30 min)
PY4AHUOE
PY4AHMCT
PY4AHMSN
Systèmes embarqués :
- Capteurs
- Systèmes numérique embarqués
2 oui 1 écrit + 1 projet +
1 oral (1h45)
1 écrit + 1 oral
(1h45)
PY4AHUOF
PY4AHMSB
PY4AHMMI
Instrumentation :
- Signaux et bruits
- Mesure et instrumentation
2 oui
2 épreuves orales
(30 min)
2 épreuves
orales (30 min)
PY4AHU32 UE 3 - T.E.R 6
PY4HM3A Travail d’étude et de recherche 2 oui Rapport +
soutenance
Report de la
note > = 0
PY4AHU42 UE 4 - Anglais 3
Modalités définies par le CRL
UL20HM01 Anglais 1
PY4AHXO5 UE 5 - UE à choix 6
Mêmes modalités que l’UE 2
1 au choix parmi la liste de l'UE 2 2

295
Epreuves de TP
Les épreuves terminales de TP des différentes matières nécessitent la connaissance du matériel proposé à leurs
réalisations. En conséquence, la présence aux TP est obligatoire et seuls les étudiants présents à toutes les séances de
TP prévues dans l’année pourront se présenter aux épreuves correspondantes. Cette clause concerne également la 2nde
session d’examen.
Report de notes de la session 1 à la session 2
Les notes supérieures ou égales à 10/20 des épreuves d’une UE non validée sont reportées de la session 1 à la session
2, sans possibilité de renonciation.
Accès de droit :
Les étudiants ayant validés la licence mention Sciences pour l’ingénieur, parcours ESA, ont accès de plein droit à la 1re
année du master SPI spécialité Micro et nano-électronique.
Intitulés
Volume horaire
Enseignants
CM TD TP
UE 1 - Électronique et micro-électronique 2
Électronique analogique 2 20 10 Y. Hu
TP Électronique analogique 2 16 Fr. Schwartz
Électronique numérique 2 16
Fr. Anstotz
TP Électronique numérique 2 16
CAO microélectronique 36 Fr. Schwartz, Y. Hu
UE 2 - UE à choix
Technologie des composants et des CIs :
- Composants discrets
- Intro. à la techno composants intégrés et circuits
20
14 16
Fr. Antoni
D. Mathiot, P. Levêque
Architectures de conversion et de filtrage :
- CAN / CNA
- Architectures de filtrage numérique
10
18
6
4
4
8
J.-B. Kammerer
Fr. Anstotz
Testabilité et fiabilité des circuits intégrés :
- Testabilités des circuits numériques
- Testabilités des circuits analogiques
8
12
6
8
8
8
H. Berviller, Fr. Schwartz
J. Michel
Systèmes de communication numériques :
- Communications numériques
- Bus de communication
10
10
6
6 8
F. Salzenstein
J. Michel
Systèmes embarqués :
- Capteurs
- Systèmes numérique embarqués
10
14
6 4
16
J.-B. Kammerer
F. Dadouche
Instrumentation :
- Signaux et bruits
- Mesure et instrumentation
14
14
6
12
H. Berviller, F. Salzenstein
Y. Hu
UE 3 - Travail d'Étude et de Recherche Fr. Antoni
UE 4 - Anglais 16 M. Perrot

296
UE 1 - Électronique et microélectronique 2
Électronique analogique 2
Objectifs : acquérir les connaissances nécessaires pour le fonctionnement des dispositifs électroniques de base comme
les oscillateurs, les boucles à verrouillage de phase, les modulateurs et les démodulateurs d’amplitudes et de fréquences.
Électronique numérique 2
Étude des différentes architectures d’implémentation de systèmes numérique :
• Pré-caractérisé
• Mer de portes
• Circuit programmable (PAL, FPGA, technologies de programmation...)
Méthode de conception de systèmes numériques :
• Synthèse logique automatique
• Conception « top-down », « bottom-up »
Analyse « pire cas », chemin critique, limite de fonctionnement.
CAO microélectronique
Maîtriser la conception de circuits intégrés au travers d’un projet de conception étudié du point de vue théorique au
semestre 1 (cours de microélectronique 1) et réalisé en pratique ici sous forme de 36 h de TP. L’étudiant maîtrisera :
• Le flot de conception d'ASIC mixte
• La synthèse logique
• La saisie de schéma et la simulation circuit
• La simulation logico-temporelle et mixte
• Le dessin des masques (DRC, LVS)
• La post-simulation.
UE 2 - UE à choix
Technologie des composants et des circuits intégrés
Composants discrets :
• Fabrication, utilisation et caractéristiques des résistances, capacités et inductances.
• Composants optoélectroniques, capteurs et émetteurs de lumière.
• Technologies des écrans plats.
• Les fibres optiques.
• Composants hyperfréquences.
• Les accumulateurs et leurs utilisations.
• Les interconnexions en électronique : soudure, brasure et circuits imprimés.
Introduction à la technologie des composants intégrés et circuits :
Connaissances générales sur les enchaînements technologiques permettant la réalisation des circuits intégrés :
• Généralités (loi de Moore, filière type, du sable au substrat de Si)
• Lithographie et gravures
• Formation des films minces (dépôts, oxydation thermique)
• Dopage localisé (implantation ionique et diffusion)
• Principales techniques de caractérisation électrique ["Spreading resistance", effet Hall, C(V) et I(V)]
• Interconnexions et mise en boîtier
TP : réalisation d'une capacité MOS en salle blanche.
Architectures de conversion et de filtrage
CAN/CNA :
• Architectures de bases des convertisseurs analogiques-numériques et numériques analogiques.
• Problèmes liés à l'échantillonnage.
• Sur-échantillonnage (convertisseur Sigma-Delta, augmentation de la fréquence d'échantillonnage par interpolation).
Architectures de filtrage numérique :
• Architectures d'implémentation de filtres numériques câblés (FPGA, Cellules standard...) ou programmés (DSP)
• Représentation des nombres, opérateurs du traitement de signal
• Filtre moyenneur (Comb)
• Filtres FIR et IIR, structures parallèle ou série...
• Application au filtrage numérique en sortie d'un convertisseur Sigma-Delta.
Testabilité et fiabilité des circuits intégrés
Testabilité des circuits numériques :
• Généralités sur la problématique du test industriel
• Modèles de défaillances
• Générations de vecteurs de test
• Simulation de fautes
• Conception en vue du Test, Test intégré
• TP de test de CI numérique sur testeur industriel du CRTC (Centre de Ressources en Test et CAO du pôle CNFM
(Coordination Nationale pour la Formation en Micro-électronique et nano-technologie) de Montpellier.
Testabilité des circuits analogiques :
Nous abordons les tests effectués au cours du processus de fabrication permettant de superviser le processus puis
les tests après fabrication. Ce cours étant lié au cours de fiabilité, nous montrons que les tests doivent non seulement
conduire à l’acceptation ou au rejet d’un circuit mais doivent aussi permettre d’alimenter les bases de données néces-
saires aux études de fiabilités. Les tests normalisés IEEE P1500 sont analysés.
TP de test de CI mixte sur testeur industriel du CRTC (Centre de ressources en test et CAO du pôle CNFM de Montpellier).

297
Fiabilité des circuits intégrés
La fiabilité est vue comme une synthèse des résultats des tests après fabrication. Nous analysons les méthodes mathé-
matiques permettant d’extraire les bonnes informations de la base de données de mesures générée par les tests puis
nous étudions l’aspect prédictif qu’offre la fiabilité pour déterminer la durée de vie d’un système.
Systèmes de communication numérique
Communications numériques :
• Modulations numériques
• Introduction à la transmission ADSL
• Introduction à la théorie de l'information
• Codage entropique
• Codage de canal (codeurs systématiques et codeurs convolutifs)
• Codage des sons et des images
Bus de communication :
Connaître les divers bus de communication très bas niveau servant à véhiculer les informations au sein d’un système
autonome. On aborde le bus simple comme le bus RS232 qui est une référence obsolète pour mesurer les avantages
des bus plus modernes comme le bus I2C et le bus CAN. Ce dernier permet d’introduire les bus de terrain avec leurs
spécificités. On y aborde autant l’aspect électrique que l’aspect protocole de communication.
Systèmes embarqués
Capteurs :
• Définitions générales concernant les capteurs (mesurande, sensibilité, résolution, linéarité, gamme de mesure,
erreurs de mesure...)
• Bruit dans les systèmes électroniques
• Intégration de capteurs sur une puce en silicium
Micro-contrôleurs embarqués :
• Étude des solutions de microprocesseurs embarqués sur FPGA. Processeurs Soft/Hard Core. Conception conjointe
matérielle logicielle.
• Étude des périphériques embarqués et de leur système de communication (BUS) et mode d'accès.
• TP sous forme d'un mini projet de 16 h.
Instrumentation
Mesure et instrumentation :
• Chaîne de mesure instrumentale
• Incertitude de mesure
• Propagation d’erreurs
• Analyse de données
Signaux et bruit :
• Probabilités, variables aléatoires, lois de probabilités.
• Processus stochastiques, stationnarité et ergodicité.
• Analyse spectrale, estimation spectrale, bruit dans les systèmes électriques.
• Applications des propriétés statistiques des circuits électriques.
UE 3 - Travail d'étude et de recherche
Parmi une liste de projets proposés par les enseignants de l'équipe pédagogique du master, les étudiants choisissent un
sujet et réalisent le projet en binôme, sous la tutelle de l'enseignant ayant proposé le projet. Les étudiants peuvent aussi
proposé un projet et doivent alors dans ce cas trouver un enseignant acceptant d'encadrer ce projet.
UE 4 - Anglais
Connaître la langue anglaise pour être à même de lire, écrire et présenter à l'oral un article scientifique.

298
nique (MNE) (M2)
2e
Responsable : Luc HEBRARD
Enseignements :
Codes
apogée
Intitulés Coeff. ECTS
Convo-
cation
Natures et durées
des évaluations
PY4AKUBM UE 1 - Bases de la microélectronique 12
PY4AKMAB Architectures analogiques de base 0.125 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKMNB Architectures numériques de base 0.125 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKMMO Mise en œuvre des outils CAO 0.25 oui 1 épreuve TP (4h)
PY4AKMPC Physique des composants et modèles compacts 0.25 oui 1 épreuve écrite (2h)
PY4AKMTC Technologie des composants intégrés et MEMS 0.25 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKUOP UE 2 - Ouverture professionnelle 6
UL20KM01 Anglais 0.5 Modalités définies par le CRL
PY4AKMAE Assurance qualité (ISO) et éco-conception 0.5 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKX3O UE 3 - UE obligatoire à choix (1 au choix) 3
PY4AKUT1 T1 : Nano-composants
PY4AKMPN Physique des nano-composants 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h)
PY4AKMCU Composants ultimes et technologies associées 0.5 oui
1 épreuve orale
(20 min)
PY4AKUT2 T2 : Composants optoélectroniques et photovoltaïques
PY4AKMCO Composants organiques 0.75 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKMCI Composants inorganiques 0.25 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKUT3 T3 : Bases physiques et modélisation des technologies
PY4AKMBP Bases physiques et modélisation des technologies 1 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKUT4 T4 : Techniques de caractérisations
PY4AKMCM Caractérisation des matériaux 0.75 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKMCC Caractérisation des composants 0.25 oui
1 épreuve orale
(15 min)
PY4AKUC1 C1 : Analogique avancé
PY4AKMAA Architectures analogiques avancées 0.6 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKMCS Conditionnement du signal 0.4 oui 1 épreuve écrite(1h30)
PY4AKUC2 C2 : Numérique avancé
PY4AKMAO Architectures des opérateurs arithmétiques 0.5 oui Epreuve écrite (1h30)
PY4AKMUC Unités de calculs avancées 0.5 oui Epreuve écrite (1h30)
PY4AKUC3 C3 : Capteurs intégrés
PY4AKMMM Modélisation multi-domaine 0.4 oui Epreuve écrite (1h30)
PY4AKMMC Micro-capteur compatible CMOS 0.6 oui Epreuve écrite (1h30)

299
PY4AKUC4 C4 : Systèmes intégrés hétérogènes 1
PY4AKMAS Architectures de systèmes hétérogènes 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKMMH Modélisation haut niveau de systèmes hétérogènes 0.5 oui 1 compte rendu de TP
PY4AKUC5 C5 : Systèmes intégrés hétérogènes 2
PY4AKMOP Outils et projet CAO 1 oui 1 épreuve de TP (4h)
PY4AKUC6 C6 : Systèmes de traitement embarqués
PY4AKMII Capteurs d’imagerie intégrés 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKMTT Transfert et traitement de données d’images 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKUC7 C7 : Processeurs et systèmes embarqués
PY4AKMAP Architectures des processeurs 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKMSE Systèmes d’exploitation embarqués 0.5 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKUC8 C8 : Communication et transfert de données
PY4AKMPR Protocoles de communication 0.4 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKMAT Architectures de transfert 0.6 oui 1 épreuve écrite (1h30)
PY4AKX4O UE 4 - UE obligatoire à choix 3
1 choix parmi la liste des UE 3
Epreuves de TP :
LesépreuvesterminalesdeTPdesdifférentesmatièresnécessitentlaconnaissancedumatérielproposéàleursréalisations.
En conséquence, la présence aux TPest obligatoire et seuls les étudiants présents à toutes les séances de TPprévues dans
l’année pourront se présenter aux épreuves correspondantes. Cette clause concerne également la 2nde
session d’examen.
Contrôle continu :
Le CC est organisé dans chaque matière par l’enseignant, à l’issue des enseignements concernés, selon un calendrier
fixé en début d’année.
Session 2 :
Il n’y a pas de 2nde
session pour le semestre 3. Toutefois, en cas d’absence à une épreuve terminale, une épreuve de
remplacement sera organisée, au cas par cas, dans les circonstances suivantes :
- convocation à un concours de recrutement de la fonction publique ; la convocation doit être déposée au moins 3 jours
avant les épreuves auprès du service de scolarité
- empêchement subit et grave, indépendant de la volonté de l’étudiant et attesté auprès du service de scolarité dans un
délai n’excédant pas 7 jours après les épreuves concernées. Un accident, une hospitalisation, le décès d’un proche sont
des cas recevables dans cette circonstance.
De même, en cas d’absence justifiée à une épreuve de CC, une épreuve de remplacement sera organisée.

300
Intitulés
Volume horaire
Enseignants
CM TD TP
UE 1 - Bases de la microélectronique
Architectures analogiques de base 15 L. Hébrard
Architectures numériques de base 10 Fr. Anstotz
Mise en œuvre des outils CAO 20 Fr. Schwartz
Physique des composants et modèles compacts 30 D. Mathiot, C. Lallement, P. Lévêque
Technologie des composants intégrés et MEMS 15 C. Lallement
Réalisation de transistors en salle blanche 15 Fr. Antoni, Fr. Schwartz, L. Hébrard
UE 2 - Ouverture professionnelle
Anglais 16 CRL (S. Rothe)
Assurance qualité (ISO) et éco-conception 1 14 10 B. Rose
UE 3 - UE obligatoire à choix
T1 : Nano-composants
Physique des nano-composants 14 4 F. Prégaldiny
Composants ultimes et technologies associées 12 D. Mathiot
T2 : Composants optoélectroniques et photovoltaïques
Composants organiques 20 T. Heiser
Composants inorganiques 10 P. Lévêque
T3 : Bases physiques et modélisation des technologies 22 8 D. Mathiot, P. Lévêque
T4 : Techniques de caractérisations
Caractérisation des matériaux 18 P. Lévêque
Caractérisation des composants 4 8 C. Lallement, M. Madec, L. Hébrard
C1 : Analogique avancé
Architectures analogiques avancées 18 L. Hébrard
Conditionnement du signal 12 Y. Hu
C2 : Numérique avancé
Architectures des opérateurs arithmétiques 14 F.r Anstotz
Unités de calcul avancées 16 H. Berviller
C3 : Capteurs intégrés
Modélisation multi-domaine 10 J. Michel
Micro-capteur compatible CMOS 16 4 L. Hébrard, N. Dumas
C4 : Systèmes intégrés hétérogènes 1
Architectures de systèmes hétérogènes 10
J.-B. Kammerer
Modélisation haut niveau de systèmes hétérogènes 4 16
C5 : Systèmes intégrés hétérogènes 2
Outils et projets CAO 4 26 Fr. Schwartz, N. Dumas
C6 : Systèmes de traitement embarqués
Capteurs d’imagerie intégrés 14 Y. Hu
Transfert et traitement de données d’images 16 Fr. Anstotz

301
C7 : Processeurs et systèmes embarqués
Architectures des processeurs 12 H. Berviller
Systèmes d’exploitation embarqués 10 8 E. Schaeffer
C8 : Communication et transfert de données
Protocoles de communication 12
J. Michel
Architectures de transfert 18
UE 1 - Bases de la microélectronique
Architectures analogiques de base
• Méthode de conception de blocs fonctionnels de base en analogique.
• Modèle du transistor MOS (statique, petits signaux).
• Montage émetteur commun, drain commun, grille commune (cascode)
• Etage de gain – Etage suiveur, Etage différentiel.
• Amplificateur opérationnel à deux étages (OTA).
• Techniques de dessin des masques spécifiques à l’analogique.
Architectures numériques de base
Etude, conception et dimensionnement d'une bibliothèque de cellules logiques pré-caractérisées en technologie CMOS
Mise en œuvre des outils CAO
Application de la méthodologie top-down/bottom up pour la conception d'un système intégré mixte en utilisant l'outil de
CAO cadence :
• Conception analogique au niveau transistor
• Conception logique à partir de cellules standards
• Synthèse logique
• Simulation circuit, logico-temporelle et mixte
• Dessin des masques (DRC, LVS)
Physique des composants et modèles compacts
• Rappels de physique des composants élémentaires (semi-conducteurs, jonctions, bipolaire, MOS) et introduction
aux phénomènes opto-électroniques.
• Étude des principaux effets physiques dans les technologies CMOS avancées.
• Étude critique des principaux modèles compacts du TMOS dédiés à la conception.
• Extraction de paramètres.
• Aspects statistiques : Étude du " matching ” - Statistique des paramètres.
Technologie des composants intégrés et MEMS
• Les principales briques technologiques (dopage, oxydation, dépôts, photo-lithogravure) et filière C-MOS standard.
• Les composants : Les matériaux – Les capteurs – Les actionneurs - Les sources d’énergie.
• Les technologies clefs (La microstéréophotolithographie, le LIGA, etc.).
• Les produits microsystèmes (MEMS, MOEMS) et leurs applications.
• Les acteurs et leur marché
Réalisation de transistors en salle blanche
Les TP de fabrication de transistors MOS s'effectuent dans la salle blanche du pôle CNFM-CIME de Grenoble. A l'issue
de ces TP, les étudiants ont réalisé sur des wafers 2 un jeu de transistors NMOS qu'ils caractérisent lors de la dernière
séance.
L'objectif visé est de :
• Appréhender d'un point de vue pratique les différentes étapes technologiques d'un procédé CMOS
• Connaître les principaux équipements nécessaires aux étapes de fabrication (chimie, photolithographie, four d'oxy-
dation, dépôt par PECVD, bâti de pulvérisation, implanteur ionique...)
• Connaître les principaux équipements de caractérisation électrique
UE 2 – Ouverture professionnelle
Anglais
L'objectif visé est d'être capable de :
• Communiquer en anglais avec des professionnels et/ou des chercheurs sur l’avancée des connaissances, sur des
études à réaliser ou des projets à mener, que ce soit par le biais d’articles scientifiques ou dans le cadre de collabo-
rations, réunions, séminaires, colloques ou congrès.
• Rédiger un CV en anglais.

302
Assurance qualité (ISO) et éco-conception 1
• Notion de processus, les référentiels normatifs Qualité et leurs utilisations, Enjeux de la qualité en entreprise, la
démarche de certification.
• Notion de cycle de vie produit : modèle générique de prise en compte des aspects environnementaux dans le pro-
cessus de conception et de développement de produit. L’éco-conception en tant que projet d’entreprise.
UE 3 – UE à choix parmi la liste suivante :
T1 – Nano-composants
Physique des nano-composants
Évolution du transistor MOS (MOSFET), réduction d’échelle (scaling)
Impact sur les caractéristiques électriques de la réduction des dimensions
Études des composants de technologie SOI (silicium sur isolant) :
• Concept de déplétion partielle ou totale
• Les composants multi-grille (DG MOSFET, Tri-gate, etc.)
Simulation 2D de transistors SOI (maillage, modèles physiques, extraction de paramètres, caractéristiques électriques).
Étude des nanotubes de carbone utilisés en tant que transistor (CNTFET) : MOSFET-like CNTFET.
CNTFET à barrière Schottky (CNTFET ambipolaire).
Composants ultimes et technologies associées
En s'appuyant sur l'exemple de l'évolution des technologies CMOS, l'étudiant devra connaître les différentes démarches
permettant la miniaturisation des composants intégrés, en lien avec leurs performances. Les points suivants seront abor-
dés :
• Généralités de la démarche (Loi de Moore – Notions de mise à l'échelle et "feuille de route" – Les points de blocage)
• Miniaturisation des architectures " planar " conventionnelles (Ingénierie des sources/drains - Ingénierie de la grille
– Ingénierie du canal)
• Architectures non conventionnelles (SOI – Grilles multiples – Au delà du T-MOS silicium)
T2 – Composants optoélectroniques et photovoltaïques
Composants organiques
• Principales familles de semi-conducteurs organiques
• Propriétés physiques et optoélectroniques des matériaux semi-conducteurs organiques
• Structures et principes de fonctionnement des dispositifs organiques : diodes électroluminescentes, cellules photo-
voltaïques et transistor à effet de champ.
Composants Inorganiques
• Interaction rayonnement matière (rappels : absorption, génération de porteurs, recombinaisons…)
• Matériaux pour l’optoélectronique (matériaux semi conducteurs, matériaux pour fibres optiques, technologies asso-
ciées…)
• Physique et technologie des dispositifs émetteurs de rayonnement (diodes électroluminescentes, lasers à semi
conducteurs…)
• Physique et technologie des dispositifs récepteurs de rayonnement (cellules photoconductrices, photodiodes, cel-
lules solaires…)
T3 – Bases physiques et modélisation des technologies
Connaître les propriétés du matériau silicium et comment les modifier par la technologie pour fabriquer un composant
intégré :
• Physico-chimie du silicium (cristal parfait, cristal réel, défauts et impuretés).
• Modélisation des étapes technologiques clés (implantation, diffusion, oxydation).
• Application à la TCAD (simulation de composants types, mise en évidence pratique de l'influence de la technologie
sur les performances électriques).
T4 – Techniques de caractérisation
Caractérisation des matériaux
• Principales techniques de caractérisation morphologique (microscopie optique et électronique, microscopie en
champ proche…)
• Principales techniques de caractérisation physico-chimique (analyse par faisceau d’ions, d’électrons ou de pho-
tons…)
• Principales techniques de caractérisation structurale (diffraction des rayons X et des électrons…)
• Principales techniques de caractérisation électrique (résistivité, effet Hall, niveaux profonds…)
•
Caractérisation des composants
• Principales techniques de mesures permettant l’extraction de paramètres électriques de composants
• Extraction des paramètres et validation
• Analyse/exploitation des résultats
• Connaissances de l’environnement de caractérisation lié au développement d’un modèle (couplage entre simulateur
de dispositif/instruments de mesures/outil CAO de caractérisation-optimisation/DUT/simulateur de circuit).

303
C1 – Analogique avancé
Architectures analogiques avancées
• Etude en bruit des étages de base (étage de gain, miroir de courant, étage différentiel), Application à la conception
d’un OTA Miller bas-bruit
• Amplificateurs opérationnels à entrée et sortie différentielles
• Techniques dynamiques de réduction du bruit (auto-zéro, double échantillonnage corrélé, stabilisation par décou-
page)
• Etages cascodés, Etages différentiels cascodés repliés, Etages d’entrée «rail-to-rail», Etages de sortie de classe
AB, Application à la conception d’amplificateurs opérationnels hautes performances et faible tension d’alimentation
• Architectures à très faible tension d’alimention (utilisation de transistors à grilles flottantes, transistor à entrée par
le bulk...)
Conditionnement du signal
Acquérir les connaissances nécessaires pour :
• la pré-amplification à faible bruit et faible consommation dédiée aux micro-capteurs
• les filtres à capacités commutées
• la boucle de verrouillage de phase réalisée en technologie CMOS
• l’analyse de bruit de phase et de jitter dans une source électronique (oscillateurs)
• l’architecture de traitement analogique en mode courant
C2 – Numérique avancé
Architectures des opérateurs arithmétiques
Étude des différentes architectures d'opérateurs arithmétiques (+,-,X,/).
• Analyse des différentes architectures
• Étude des performances
• Comparaison des différentes solutions (performance, surface, complexité, …)
Unités de calculs avancées
• Rappel de l'architecture général d'un processeur
• Architectures des UAL
• Architectures des UAL flottantes,
• Processeurs arithmétiques/multimédias
• Architectures spécifiques : CORDIC
C3 – Capteurs intégrés
Modélisation multi-domaine
Comprendre et maîtriser les avantages et les spécificités du langage VHDL-AMS afin de pouvoir décrire puis simuler un
système hétérogène comportant autant des modules électroniques que des modules mécaniques ou hydrauliques, etc.
Micro-capteurs compatibles CMOS
Phénomènes physiques auxquels le silicium est sensible et pouvant être utilisé pour réaliser des capteurs sur puce (effets
thermo-électriques, galvanomagnétiques, piézo-résistifs, interaction rayonnement/matière)
Avantage de la co-intégration sur la même puce de silicium de l'électronique de conditionnement.
Exemples de micro-capteurs sur silicium :
• Micro-capteurs basés sur des effets thermiques (capteur de température, accéléromètre thermique, anémomètre
thermique...)
• Micro-capteurs magnétiques (Plaque à effet Hall et « spinning-current », MAGFET, capteur magnétique vibrant)
• APS (Active Pixel Sensor)
• Capteurs mécaniques (Accéléromètre, capteur de pression)
Exemples d'applications industrielles et médicales.
• Outils de conception de micro-capteur (Coventor) : exemple de réalisation
C4 – Systèmes intégrés hétérogènes 1
Architectures de systèmes hétérogènes
L'objectif de ce cours est d'apprendre à concevoir sur un exemple concret un système intégré hétérogène comprenant
un ou plusieurs capteurs ou actionneur et l'électronique de conditionnement associée.
Modélisation haut-niveau de systèmes hétérogènes
• Méthodologies de conception Top-Down et Bottom-Up
• Modélisation de systèmes multi-domaines
• Modélisation de l'environnement du système
• Modélisation multi-abstractions
• Exemples de mise en œuvre de la méthode s'appuyant entre autres sur le système développé dans le cours «
architectures de systèmes hétérogènes »

304
C5 – Systèmes intégrés hétérogènes 2
Outils et projets CAO
L’objectif de ce cours est de mettre en œuvre la méthodologie de conception présentée dans l’UE « systèmes intégrés
hétérogènes 1 » en concevant sous l’environnement de CAO Cadence le système étudié d’un point de vue théorique
dans le cours
« architectures de systèmes hétérogènes ».
Les 4 h de cours magistraux permettent de présenter les outils et le projet. Durant les 26 h de TP les étudiants sont guidés
progressivement pour mener à terme le projet de conception.
C6 – Systèmes de traitement embarquée
Capteurs d’imagerie intégrés
• Fonctionnement de capteurs d’images CCD et CMOS (Diode-APS, PhotoFET, Pinned-diodes)
• Caractéristiques de capteurs d’images en termes de résolution, conversion quantique optique-électrique, bruit tem-
porel et bruit FPN (Fixed Partern Noise), dynamique...
• Architecture de traitement analogique dans les pixels (pré-amplification, CDS : Correlated Double Sampling...)
• Architecture de traitement analogique et numérique (conversion analogique-numérique) pour les caméras numé-
riques modernes.
Transfert et traitement de données d’images
Étude des possibilités d'intégration de systèmes de traitement et de transfert d'images au plus près du capteur.
• Bus de transfert (CameraLink, GbE, USB…)
• Filtrage 2D
C7 – Processeurs et systèmes embarqués
Architectures des processeurs
• Architecture des processeurs d'usages généraux (historique, évolutions, RISC, multiprocesseurs)
• Spécificités des systèmes embarqués
• Architectures des processeurs embarqués (ARM, Nios..)
Systèmes d’exploitation embarqués
• Généralités sur les systèmes d'exploitation
• Spécificités architecturales des systèmes embarqués
• Fonctionnement et architectures des systèmes d'exploitation embarqués (contraintes temps réel, périphériques,
systèmes distribués)
C8 – Communication et transfert de données
Protocoles de communication
Connaître les caractéristiques spécifiques des différents protocoles de la couche liaison pour les systèmes de transfert
de données.
Architectures de transfert
Partant de la théorie des systèmes de communications, nous détaillerons les hypothèses pour identifier les solutions
architecturales permettant d’obtenir la fonctionnalité recherchée. Nous identifierons les blocs fondamentaux permettant
de créer une liaison numérique longue distance. Ensuite en prenant en compte les défauts d’une solution technique, nous
analyserons les modules auxiliaires à apporter pour parfaire le système.
UE 4 - UE libre
Une option supplémentaire parmi la liste de l'UE 3
UE 5 - UE libre
UE 6 - UE libre

305
(M2)
2e
Responsable : Luc HEBRARD
Enseignements :
Codes
apogée
Intitulés Coeff. ECTS
Convo-
cation
évaluations
PY4ALUPR UE 1 - Préparation et recherche de stage 3
PY4ALMPR Préparation et recherche de stage 1 oui Dossier
PY4ALUSF UE 2 - Stage de fin d’études 24
PY4ALMSF Stage de fin d’études 1 oui Rapport + soutenance (30 min)
PY4ALUVS UE 3 - Valorisation de stage 3
PY4ALMVS Valorisation de stage 1 oui Dossier
Session 2 : il n’y a pas de seconde session pour le semestre 4.
Admission en 2e
année de master : l’admission est prononcée par le président de l’université, sur proposition de la
commission pédagogique de la Faculté P&I. Sur proposition du jury d’année, l’étudiant n’ayant pas validé sa 1re
année
de master peut exceptionnellement être autorisé à suivre des éléments pédagogiques de la 2e
année. Il reste toutefois
exclusivement inscrit dans la 1re
année non validée. Si cette disposition conduit l’étudiant à acquérir des UE de 2e
année,
ces UE seront définitivement acquises et comptées au crédit de la 2e
année. Les éléments pédagogiques validés ne seront
pas considérés comme acquis pour la 2e
année.
UE 1 - Préparation & recherche stage
Le marché de l’emploi - Le projet professionnel - Le bilan de compétence - CV et lettre de motivation - Management visuel
en entreprise - préparation opérationnelle du stage.
Etude biliographique : dossier à rendre un mois après le début du stage.
UE 2 - Stage industriel ou recherche
Durant le semestre 4, les étudiants effectuent un stage de 5 mois, en laboratoire ou dans l’industrie. L’objectif est d’acqué-
rir une première expérience du métier de chercheur en laboratoire ou d’ingénieur micro-électronicien dans l’industrie.
Les étudiants sont responsables de leur recherche de stage mais sont aidés par l’UE « préparation et recherche de
stage » du semestre 4.
UE 3 - Valorisation de stage
Méthodologie de travail et gestion du projet.
Aspects économiques et stratégiques du stage.
Management et communication du projet (poster…)
Gestion des ressources de l’entreprise.
Bilan de compétences.
Intitulés
Volume horaire
Enseignants
CM TD TP
UE 1 - Préparation et recherche de stage 16 E. Laroche
UE 2 - Stage de fin d’études Stage de 5 mois min.
UE 3 - Valorisation de stage 8 A. Benelhadj, D. Hoenen

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