ZENATI Mohamed LE DIPLOME DE MAGISTER : MICRO-OPTO-ELECTRONIQUE ETUDE DES PROPRIETES OPTOELECTRONIQUES DE NANOSTRUCTURES GRINSCH

Save this PDF as:
 WORD  PNG  TXT  JPG

Dimension: px
Commencer à balayer dès la page:

Download "ZENATI Mohamed LE DIPLOME DE MAGISTER : MICRO-OPTO-ELECTRONIQUE ETUDE DES PROPRIETES OPTOELECTRONIQUES DE NANOSTRUCTURES GRINSCH"

Transcription

1 République algérienne démocratique et populaire Ministère de l enseignement supérieur et de la recherche scientifique UNIVERSITE D ORAN FACULTE DES SCIENCES DEPARTEMENT DE PHYSIQUE MEMOIRE Presente Par Monsieur Pour obtenir LE DIPLOME DE MAGISTER Spécialité : PHYSIQUE Option : MICRO-OPTO-ELECTRONIQUE Intitulé : ETUDE DES PROPRIETES OPTOELECTRONIQUES DE NANOSTRUCTURES GRINSCH À BASE D'ANTIMONIURES III-Sb ET APPLICATIONS Soutenu le.2010 devant le jury composé de MM. M. SEBBANI, Professeur, Université d Oran, Président A. KADRI, Professeur, Université d Oran, Rapporteur L. DAHMANI, M.C.A., Université d Oran, Co/Rapporteur A. ZAOUI Professeur, U. J. Liabès Sidi Bel Abbès Examinateur K. ZITOUNI, Professeure, Université d Oran, Examinatrice

2 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION 1 CHAPITRE I: Confinement Quantique dans les Hétérostructures 4 1. Introduction Confinement Quantique 2.2 Système non confiné à 3 dimensions Dimensionnalité d un système et confinement classique Confinement Quantique.10 3 Hétérostructures à Puits quantiques Hétérostructures de Type I, de Type II et de Type III Hétérostructures à Simple Puits Quantique, Hétérostructures à Double Puits Quantiques, Hétérostructures à Multi-Puits Quantiques Super-Réseaux.29 4 Hétérostructures à Géométries Particulières du Puits Quantique Puits Carrés (abrupts), Puits Graduels Puits Quantiques Graduels Puits Quantiques Triangulaires Puits Quantiques à variation Parabolique du potentiel Puits Quantiques à variation hyperbolique du potentiel Puits Quantiques à variation complexe du potentiel.35 5 Conclusion 36

3 CHAPITRE II: Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : 1. Introduction 2. Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé: GRINSCH 3. Hétérostructures Modulées a. Modulation de composition b. Modulation de dopage.. c. Modulation de bandes d énergies.... d. Modulation d Indice de Réfraction.. e. Confinement Séparé. 4. Différents types d Hétérostructures GRINSCH 4.1 GRINSCH à Puits imbriqués abrupts. 4.2 GRINSCH à Puits imbriqués linéaires. 4.3 GRINSCH à Puits imbriqués paraboliques Structures GRINSCH Laser. 5. Conclusion.. CHAPITRE III : Propriétés des matériaux antimoniures III-V. 1. Introduction. 2. Propriétés des matériaux binaires:. 3. Propriétés des alliages ternaires : GaInSb,GaAsSb,InAsSb,AlGaSb,GaPSb 4. Propriétés des alliages Quaternaires : InGaPSb.AlGaPSb Propriétés des alliages Quinaires : AlInGaPSb 6. Techniques de fabrication : MOCVD, MBE 7. Conclusion CHAPITRE IV: Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb 1. Introduction 2. Propriétés des Hétérostructures GRINSCH à base d antimoniures III-Sb 3. Etude des Lasers à structure GRINSCH d antimoniures III-Sb 4. Conclusion

4 CHAPITRE V : Applications. 1. Introduction 2. Applications en métrologie 3. Applications environnementales 4. Applications en détection.. 5. Applications en télécommunications 6. Applications médicales.. 7. Applications spatiales et militaires. 8. Conclusion CONCLUSION

5 Remerciements Cette thèse de magister a été effectuée sous la direction du Professeur A.KADRI et Monsieur L.DAHMANI, M.C.A. dans le cadre de la Post-graduation de Micro-optoélectronique et au sein de Laboratoire d Etude des Matériaux Optoélectronique et Polymère (LEMOP) dirigé par Madame le Professeure K.ZITOUNI au Département de Physique (Faculté des sciences) de l Université d Oran. Je commence d abord de remercie Monsieur le Professeur A.KADRI et Madame la Professeur K.ZITOUNI de m avoir accepté dans le laboratoire LEMOP mais aussi de m avoir rentré dans le monde de la recherche ; le monde du travail scientifique ; le monde du savoir : savoir penser, travailler, et exprimer des idées. Tout simplement pour nous rendre des hommes pour mieux servir notre pays, des hommes qui ne craignent pas l impossible, qui sont capables de vivre son bonheur dans l honneur et la science et le bonheur se trouve ici. Je remercie les membres des jurys ; Le Président : Professeur M. SEBBANI de l Université d Oran, Le Rapporteur : Professeur A. KADRI de l Université d Oran, Le Co/Rapporteur : M.C.A. L. DAHMANI de l Université d Oran, L Examinateur : Professeur A. ZAOUI de l Université. J. Liabès Sidi Bel Abbès l Examinatrice : Professeure K. ZITOUNI de Université d Oran, Je remercie mes parents de m avoir soutenu depuis le début afin de pouvoir réaliser mon rêve et je remercie également mon frère A.KADER et mon ami K.WARET et MUSTAPHE mes sœurs de leurs encouragement leur soutient et leurs soutien moral. Un grand remerciement pour mes cousins F.TCHAME et T.BEL KADA qui m ont soutenue de prés et de loin. Je tiens à remercie tous mes collègue de post-graduation de cette ambiance scientifique.

6 Introduction 1 Introduction Les Lasers à semiconducteurs «Infra-Rouge» (Proche et Moyen Infra-rouge) sont très recherchés dans différents domaines d applications : les Télécommunications, la détection, la métrologie, la spectroscopie à distance, les mesures d environnement, la médecine, Il existe plusieurs types de matériaux semiconducteurs utilisés dans ces Lasers. On peut citer principalement : - les matériaux II-VI et surtout ceux de la famille de HgTe/CdTe et - les matériaux III-V avec les 4 grandes familles : Antimoniures, Arséniures, Phosphures et plus récemment les Nitrures. Dans ce travail, nous nous intéressons plus particulièrement aux Lasers à semiconducteurs III-V basés principalement sur les alliages Antimoniures III-Sb, mais combinant également les alliages Arséniures III-As et, surtout phosphures III-P dans des configurations complexes de matériaux impliquant 4 atomes pour les alliages quaternaires et 5 atomes pour les alliages quinaires. - Les alliages quaternaires impliquent 2 atomes du groupe III (soit In-Ga ou Al-Ga) et 2 atomes du groupe V (P-Sb). - Les alliages quinaires impliquent quant à eux 3 atomes du groupe III (soit In-Ga-Al) et 2 atomes du groupe V (P-Sb). L utilisation de ces matériaux complexes quaternaires et quinaires est dictée d abord par la nécessité de confiner suffisamment les porteurs de charges, électrons et trous, ainsi que les photons dans une même zone : la zone active du Laser. Ceci passe par la réalisation de structures Lasers également complexes dites Lasers à Hétérostructures Quantiques impliquant un ou plusieurs puits quantiques et surtout plusieurs couches de matériaux très différents par leurs énergies du gap et leurs affinités électroniques. L utilisation de ces matériaux complexes quaternaires et quinaires est également dictée par la nécessité d accommoder toute une série d'effets indésirables, parmi lesquels d abord et avant tout les effets d autocontraintes d interfaces qui apparaissent à cause Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

7 Introduction 2 de la différence des paramètres de réseau des différentes couches de matériaux impliqués. La combinaison des matériaux doit être choisie de manière à produire non seulement le bon confinement, mais également, elle doit être capable d accommoder les effets d autocontrainte qui doit être maintenue dans une limite acceptable. La combinaison des matériaux doit être également capable de nous affranchir des autres effets indésirables tels que la non-miscibilité des différents matériaux (lacune de miscibilité) qui est due aux propriétés chimique de chaque matériau et son affinité chimique avec les autres. Cette combinaison de matériaux est également mise en œuvre pour nous affranchir des effets physiques indésirables tels que la fuite des porteurs de charges, l effet Auger et les processus de recombinaisons non radiatifs. Cependant, étant donné la complexité et le nombre de paramètres du Laser à optimiser, il est nécessaire en plus d envisager d utiliser des structures particulières dites Hétérostructures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé GRINSCH (pour l Anglais Graded Index Separate Confinement heterostructures) qui permettent, d une part, d améliorer de manière sensible le confinement des porteurs de charges et des photons, mais aussi, d autre part, de mieux nous affranchir des différents effets indésirables cités ci-dessus. Les GRINSCH permettent de s affranchir des problèmes d auto-contrainte d interface trop forte grâce à la variation graduelle de la composition d alliage dans différentes couches pour rattraper la différence de paramètres de mailles. De même, cette variation graduelle de composition dans les GRINSCH permet de réaliser des couches tampons épaisses qui à leur tour, servent à bloquer les défauts et les impuretés résiduelles à l origine des centres de recombinaison non radiatifs. Enfin ces améliorations dues aux structures GRINSCH se traduiront par une réduction de la densité de courant de seuil du Laser ainsi que par un accroissement important de Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

8 Introduction 3 son gain, ce qui aura pour effet de faire intervenir moins de porteurs de charges, d où une réduction de l ensemble des effets indésirables qui varient proportionnellement aux densités de porteurs, dont l Effet Auger. Ce Mémoire est organisé en 4 chapitres en plus d une Introduction, d une conclusion et d une annexe. Au chapitre I, nous étudions les Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH (Graded Index & Separate confinment Heterostructures). Nous partons de la notion même d Hétéro-structures à Puits Quantiques: les Hétérostructures de type I, de type II et de type III. Nous développons ensuite les Hétérostructures à Simple Puits Quantique, à Multi-puits Quantiques et les Super-réseaux. Nous accordons une attention particulière à la forme du puits : Puits carrés, triangulaires, paraboliques, hyperboliques. Nous montrons enfin l intérêt des Hétérostructures GRINSCH en considérant différents types : GRINSCH à Puits imbriqués abrupts, à Puits imbriqués linéaires, à Puits imbriqués paraboliques. Au Chapitre II, nous étudions les matériaux d intérêt pour les applications dans les Lasers infrarouge PIR et MIR. Nous étudions les différents matériaux Antimoniures et Phosphures. Nous considérons toute la gamme des binaires, ternaires, quaternaires et quinaires. Nous calculons dans chaque cas les variations en fonction de la composition d alliage des principaux paramètres: notamment le gap, la masse effective et la contrainte engendrée par leurs juxtapositions. Nous citons enfin les principales Techniques de fabrication de ces matériaux et hétérostructures : la MOCVD et la MBE Au chapitre III, nous traitons les Propriétés des lasers GRINSCH III-Sb ou nous étudions les propriétés structurales et ses avantages par rapport aux autre type de laser à base d antimoniures III-Sb et on va introduire la notion Hétéro structures Au Chapitre IV, nous présentons les différentes applications des lasers GRINSCH que nous avons optimisé. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

9 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 4 Chapitre I Confinement Quantique dans les Hétérostructures 1. Introduction 2. Le Confinement Quantique 2.1. Système non confiné à 3 dimensions 2.2. Dimensionnalité d un système et confinement classique 2.3. Confinement Quantique 3. Hétérostructures à Puits quantiques Hétérostructures de Type I, de Type II et de Type III Hétérostructures à Simple Puits Quantique, Hétérostructures à Double Puits Quantiques, Hétérostructures à Multi-Puits Quantiques Super-Réseaux 4. Hétérostructures à Géométries Particulières du Puits Quantique 4.1. Puits Carrés (abrupts), Puits Graduels 4.2. Puits Quantiques Triangulaires 4.3. Puits Quantiques à variation Parabolique du potentiel 4.4. Puits Quantiques à variation hyperbolique du potentiel 4.5. Puits Quantiques à variation complexe du potentiel 5. Conclusion Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

10 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 5 1. Introduction Afin de comprendre le rôle et l intérêt des hétérostructures à Gradient d indice et à confinement séparé GRINSCH (de l anglais Graded Index Separate Confinement Heterostructures), il est très important de développer dans ce chapitre les effets de confinement quantique qui est obtenu dans les hétérostructures fabriquées à partir de matériaux différents et qui remplissent un certain nombre de conditions dont les conditions de quantification. Nous décrirons les différents aspects du confinement quantique et ses conséquences sur les propriétés électroniques et optoélectroniques des hétérostructures. Nous commençons d abord par le cas le plus simple d un seul puits quantique inséré entre deux barrières et nous décrirons la physique des électrons, des trous et des photons qui en résulte. Nous dégagerons les principaux paramètres et leur lien avec la structure quantique. Nous décrirons ensuite la notion de type d hétérostructure, c est-à-dire du type de confinement, à savoir les Hétérostructures de type I, de type II et de Type III. Nous étudierons alors la variété très riche des hétérostructures à puits quantiques qui sont différentes par les matériaux qui les forment, mais également par leur conception, leur géométrie, la nature du confinement qui en résulte et les conséquences physiques qui en découlent pour les porteurs de charges et pour les photons. Il s agit avant tout du nombre de puits et de barrières impliquées : les hétérostructures à Simple Puits Quantique, les hétérostructures à Double Puits Quantique, les Hétérostructures à Multipuits Quantiques et les Super-réseaux. Il s agit ensuite de décrire les effets de couplage entre les puits quantiques qui est contrôlé d abord par les épaisseurs de barrière qui séparent les puits. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

11 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 6 Nous soulignerons également les effets inhérents à la symétrie de la structure en étudiant deux cas extrêmes : les hétérostructures symétriques et les hétérostructures assymétriques. Nous considérons ensuite des hétérostructures plus complexes dans lesquelles on procède au contrôle de la variation de potentiel à l interface afin de contrôler le désalignement de bande de conduction et de valence d une couche de matériau à l autre. Il en résulte des fromes de puits et de barrières quantiques très différentes : les Puits abrupts, les Puits graduels, les Puits triangulaires, les Puits à variation linéaire du potentiel, les Puits à variation parabolique et hyperbolique du potentiel. Ces hétérostructures complexes sont à la base des structures GRINSCH que nous étudierons au Chapitre II. Avant de clôturer ce chapitre nous considérerons l intérêt du confinement quantique et ses conséquences sur les performances des composants optoélectroniques : les Lasers. 2. Le Confinement Quantique 2.1. Système non confiné à 3 dimensions Dans le réseau cristallin d un semiconducteur à 3 dimensions (3D) (voir figure I.1), les électrons et les trous sont libres de se déplacer dans le cristal où ils ne sont soumis qu au potentiel périodique cristallin V c (r) qui en définitive modifie leur masse qui devient une masse effective m*. Ces électrons et ces trous libres à 3D sont décrits par des fonctions d ondes de Bloch bien connues, de la forme : Ψ n,k (r) = u n,k (r). e ik.r u n,k (r) = u n,k (r + R) (I.1a) (I.1b) Les propriétés de ces électrons et trous à 3D sont décrits par la structure de bandes à 3D : E(k) de la figure I.1(a) et la densité d états ) 3D : N(E) de la figure I.1(b). Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

12 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 7 E(k ) E N C 3 * ( E) ( m ) 2 E C 1 2 N C (E) Eg=E BC -E BV k N V (E) Δso LH HH 3 1 * N 2 2 V ( E) ( m V ) E Figure I.1 : Structure de bandes d énergie et densités d états d un système tridimensionnel 3D Ce système tridimensionnel (3D) possède les caractéristiques suivantes: - La bande de conduction est séparée de la bande de valence par une largeur de bande interdite pour les électrons et les trous. - Cependant, les électrons sont libres de se déplacer dans la bande de conduction et les trous dans la bande de valence ; ceci est traduit par la fonction d onde de Bloch où les 3 directions de l espace réel : x, y et z et de l espace réciproque: k x, k y et k z sont disponibles; - Toutes les énergies de la bande de conduction sont accessibles aux électrons et toutes les énergies de la bande de valence sont accessibles aux trous. On dit qu il y a un continuum d énergies. - Les densités d états des bandes de conduction et de valence sont des fonctions continues et monotones varient ~ E 1/2 et ~ m* 3/2. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

13 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures Dimensionnalité d un système et confinement classique Le confinement (piégeage) apparaît lorsque 1 ou plusieurs dimensions du système sont restreintes ou interdites. On peut avoir plusieurs cas : - 3 dimensions libres k x, k y, k z & O dimension confinée : système 3D - 2 dimensions libres k x, k y, & 1 dimension confinée k z : système 2D - 1 dimension libre k x & 2 dimensions confinées k y, k z : système 1D - 0 dimensions libres & 3 dimensions confinées k x, k y, k z : système 0D Le confinement d une particule chargée (électron ou trou) peut être obtenu en créant un puits de potentiel pour cette particule. Ceci peut être obtenu avec des semiconducteurs différents juxtaposés les uns sur les autres: ce système formé cette juxtaposition de semiconducteurs différents est appelé hétérostructure. Sur la figure I.2, nous montrons un exemple d hétérostructure 3D de GaAs/AlAs formée par une couche de GaAs épaisse prise en sandwich entre 2 couches de AlAs. AlAs GaAs AlAs NV NV e χ 1 e χ 1 E C1 ΔEc e χ 2 E C1 BC E G1 E G2 E G1 E V2 ΔEv E V1 E V1 BV Figure I.2 : Diagramme de bandes d énergie d une hétérostructure 3D de GaAs/AlAs : - GaAs forme le puits de potentiel classique et - AlAs forme la barrière de potentiel ΔE C pour les électrons et ΔE V pour les trous Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

14 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 9 Compte tenu des valeurs respectives des gaps E G et des affinités électroniques e χ de GaAs et de AlAs, il en résulte le diagramme d énergie reporté sur la figure I.2 où : - la bande de conduction de GaAs est plus basse pour les électrons que celle de AlAs. Elles sont séparées par une différence d énergie ou band-offset de ΔE C - de même, la bande de valence de GaAs est plus est plus basse pour les trous que celle de AlAs (remarquer que le sens positif de l énergie est l inverse pour les trous). Elles sont séparées par une différence d énergie ou band-offset de ΔE V En conséquence, les électrons vont s accumuler dans la bande de conduction de la couche de GaAs et les trous font de même dans la bande de valence de la couche de GaAs également. GaAs joue le rôle de zone d accumulation pour les électrons et les trous et AlAs joue le rôle de zone de déplétion pour les électrons et les trous. Une telle hétérostructure est dite hétérostructure de type I. Si les couches de AlAs et surtout celle de GaAs sont assez épaisses ; c.a.d. beaucoup plus larges que les dimensions caractéristiques du système, en l occurrence, la longueur d onde de De Broglie (λ DB ) des porteurs de charges électrons et trous L GaAs >λ DB, alors le système est confiné classiquement, c.a.d. au sens de la physique classique. GaAs se comporte comme un puits de potentiel classique pour les électrons et les trous : - Les porteurs de charges ne peuvent quitter cette couche de GaAs, qu en franchissant par le sommet la barrière de potentiel ΔE C pour les électrons et ΔE V pour les trous et ce, en obtenant de l extérieur une énergie suffisante, - Sinon, les électrons et les trous restent prisonniers de cette couche de GaAs, - Cependant, dans les limites de cette couche de GaAs, les électrons et les trous sont libres de se déplacer dans les 3 directions de l espace : leurs propriétés sont décrites par la structure de bande 3D et la densité d états 3D de la figure I.1 ci-dessus. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

15 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures Confinement quantique On reprend l exemple de l hétérostructure de GaAs/AlAs de la figure I.2. Si maintenant l épaisseur de la couche de GaAs est inférieure à la longueur d onde de De Broglie (λ DB ) des porteurs de charges électrons et trous L GaAs <λ DB, alors le confinement du système devient un confinement quantique, c.a.d. au sens de la physique quantique. Comme nous le montrons sur la figure I.3, GaAs se comporte toujours comme un puits de potentiel, mais maintenant une dimension le long de la direction Oz est confinée au sens quantique L Z <λ DB (voir figure I.3) : - Le long de cette direction Oz, le puits de potentiel formé par GaAs est un puits de potentiel quantique. - Sachant qu une seule dimension Oz est confinée quantiquement, alors il en résulte un puits quantique à 2D. - Dans les deux autres directions de l espace Ox et Oy (plan x,y), GaAs continue à se comporter comme un puits de potentiel classique où les porteurs de charges (électrons et trous) sont libres de se déplacer AlAs GaAs AlAs NV NV e χ 1 e χ 1 E C1 ΔEc e χ 2 E 1 E C1 BC E G1 E G2 E C2 E G1 E V2 E V1 ΔEv HH 1 LH 1 E V1 BV Figure I.3 : Diagramme de bandes d énergie d une hétérostructure 2D de GaAs/AlAs : - GaAs forme le puits de potentiel quantique et - AlAs forme la barrière de potentiel ΔE C pour les électrons et ΔE V pour les trous Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

16 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 11 Ce puits quantique à 2D va être caractérisé par toute une série de nouvelles propriétés quantiques auxquelles doivent obéir les électrons et les trous : - Les électrons et les trous sont confinés dans la couche de GaAs au sens quantique le long de la direction Oz ; ils sont dits localisés dans le puits. - La largeur du puits quantique L W =L Z l épaisseur de la couche de GaAs selon Oz; - La profondeur du puits quantique de GaAs est donnée par la barrière de potentiel ΔE C pour les électrons et ΔE V pour les trous ; - Les énergies des bandes de conduction et de valence de GaAs sont maintenant quantifiées, elles ne forment plus un continuum pour les porteurs de charges. Mais seules certaines énergies sont maintenant accessibles ; Elles forment un spectre discontinu. Pour la bande de conduction, il est noté: E1, E2, E3, et pour la bande de valence, il est noté : HH1, HH2, HH3, pour les trous lourds et LH1, LH2, LH3, pour les trous légers ; NV AlAs GaAs AlAs NV E E C1 E C1 BC ΔEc E 3 E 2 E 1 NΨe c (E) E G2 ΔEv HH 1 LH 1 N V (E) E V1 HH 2 BV E V1 Figure I.4 : Hétérostructure Quantique 2D de GaAs/AlAs : (a)- Diagramme d énergie où GaAs forme le puits quantique avec les états confinés d électrons E1, E2, E3, et de trous lourds : HH1, HH2, HH3,.. et légers : LH1, LH2, LH3, et AlAs forme la barrière de potentiel ΔE C pour les électrons et ΔE V pour les trous (b)- Densité d états quantifiée correspondant à l hétérostructure 2D de GaAs/AlAs Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

17 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 12 - Cet effet de quantification des énergies aura une importance capitale dans les Lasers à Puits Quantiques. Les transitions se feront non plus du continuum de la bande de conduction vers le continuum de la bande de valence, mais à partir de niveaux quantiques extrêmement résolus ce qui aura des conséquences importantes sur la largeur de raie Laser, la monochromaticité du faisceau, la puissance du faisceau, - Ces énergies quantifiées sont appelées énergies de confinement E i. Elles dépendent des plusieurs paramètres : - d un facteur géométrique qui est le rapport entre la hauteur de la barrière et la largeur du puits : ΔE C /L W et ΔE V /L W ; - de l extension de la fonction électronique des porteurs Δψ et des paramètres du matériau qui forme le puits et, en particulier, la masse effective m*des porteurs et de la constante diélectrique ε r du matériau ; ΔΨ Ψe E B E i E 1 E B L w ΔΨ E 1 E i Lw Figure I.5 : Variation du confinement en fonction de la largeur du puits L W et de la hauteur de la barrière E B dans une hétérostructure à simple puits quantique Le confinement quantique induit toute une série d effets nouveaux sur les propriétés de l hétérostructure GaAs/AlAs : - Il induit une levée de dégénérescence trous lourds trous légers au sommet de la bande de valence HHi LHi et ce, à cause de la différence de leurs masses effectives (voir Figure I.4); Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

18 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 13 E 1 BC E G 3D =E BC -E BV E G 2D = E G 3D + E 1 + E HH1 Δso LH HH HH 1 LH 1 BV ( a ) ( b ) Δso LH HH Δso LH HH ( c ) ( d ) BC BC E 1 E 1 HH 1 LH 1 HH 1 LH 1 BV BV ( e ) ( f ) Figure I.6 : Effets du confinement quantique en passant d un bulk (3D) au Puits Quantique (2D) : -E G 3D = E BC -E BV : le gap est fixe [FigI.5(a))], on ne peut le changer qu en fabriquant un alliage [(FigI.5(c), (d))] - E G 2D = E G 3D +E 1 +E HH1 : E G bulk est toujours fixe, mais E 1 et E HH1 varient avec la largeur du puits L W et avec les hauteurs de barrière ΔE C et ΔE V. De plus, le confinement lève la dégénérescence des niveaux permis en BC et en BV et change la densité d états Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

19 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 14 - Il induit une modification de la largeur de bande interdite E G. Comme nous le montrons sur la Figure I.6, le gap de GaAs 3D est différent du gap de GaAs 2D : E G (GaAs 2D) = E G (GaAs 3D) + E confinement de l électron + E confinement du trou Soit : 2D 3D E G = E G + E 1 + E HH1 (I.2) - Il est important de remarquer également à partir de l équation I.2 que E 3D G est fixe 2D car il caractérise le matériau GaAs, alors que E G est variable car les énergies de confinement des électrons E 1 et celles des trous lourds HH 1 et trous légers LH 1 peuvent être modifiées en changeant la largeur du puits L W ou les hauteurs de barrières: ΔE C et ΔE V. - Le confinement quantique permet donc non seulement de changer le gap de GaAs 2D par rapport au matériau bulk GaAs 3D, mais il permet également et surtout de contrôler ce gap de GaAs 2D à volonté grâce uniquement au paramètre géométrique L W et/ou ΔE C et ΔE V. Ceci est illustré sur les figures I.6(e) et I.6(f). Cet effet est extrêmement important pour ajuster de manière contrôlée la bonne largeur de bande interdite, sans avoir à passer par un alliage comme pour le matériau 3D illustré sur les figures I.6(c) et I.6(d). Cette conséquence du confinement joue un rôle capital dans les Lasers à Puits Quantiques (QWL) à transition directe. - Le confinement induit une modification de l extension de la fonction d onde des électrons et des trous : Δψ diminue lorsque L W diminue ou lorsque ΔE augmente, en d autres lorsque le confinement augmente, la localisation de la fonction d onde augmente (E i augmente et Δψ diminue). Ceci est illustré sur les figures I.6(e) et I.6(f). Cet effet joue également un rôle important dans les QWL en modifiant les transitions excitoniques via la modification de l énergie de liaison de l exciton. - Le confinement induit également une modification fondamentale de la densité d états qui n est plus continu et ~E 1/2 mais discontinu et en escalier. Il est Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

20 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 15 important de noter que la forme de la densité d états dépend de la dimensionnalité du système comme on peut le voir sur la figure I.7 N (E) 3D Volume N (E) 2D E E N (E) 1D Fil N (E) Boîte 0D E E Figure I.7 : Variation de la densité d états N(E) en fonction de l énergie pour différentes dimensionnalités du système - La particule fortement confinée présente une fonction d onde de l état fondamental fortement localisée dans le puits c est-à-dire qu elle présente un maximum fortement prononcé au centre du puits et s annule bien avant la barrière, impliquant une probabilité de présence nulle dans la barrière. La particule est entièrement piégée dans le puits de potentiel quantique. - La particule faiblement confinée présente, au contraire, une fonction d onde de l état fondamental très étalée dans le puits et pénétrant largement dans la barrière. Il en résulte un maximum plus aplati au centre du puits et une fonction d onde qui ne s annule pas dans la barrière, impliquant une probabilité de présence non nulle de la particule dans la barrière. Ceci veut dire que la particule n est pas suffisamment piégée dans le puits de potentiel quantique et qu elle passe une partie de sa durée de vie dans la barrière. Cet effet quantique est similaire à celui de l onde évanescente en optique ondulatoire et est Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

21 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 16 responsable de nombreux phénomènes quantiques dans les hétérostructures quantifiées et, en particulier, l effet tunnel qui a été inventé par Leo Esaki en 1965 pour la diode à effet tunnel (diode Esaki) et l effet tunnel résonant qui a été découvert plus tard par le même physicien en 1974 sur les hétérostructures quantiques de GaAs/AlAs et appliqué dans les diodes génératrices des hyperfréquences: les diodes à effet tunnel résonant (RTD pour Resonant Tunneling Diode) ou Diode à Résistance Différentielle Négative (NDR pour Negative Differential Resistance Diode) et, enfin ce même effet tunnel quantique à la base du transport vertical ou transport balistique dans les composants à électrons chauds, ainsi que le transport quantique dans les minibandes des super-réseaux. Pour mesurer expérimentalement le confinement, on utilise la spectroscopie d excitons par des expériences de photoluminescence d excitation (EPL), On pompe avec un Laser les électrons sur les niveaux supérieurs, puis on enlève l excitation et on mesure la photoluminescence émise lors de la relaxation (retour à l équilibre). 3. Hétérostructures à Puits Quantiques Comme on l a vu au paragraphe précédent, une hétérostructure à puits quantiques est formée par une succession de matériaux différents, au moins deux types de matériaux dans la configuration la plus simple : - un matériau à faible largeur de bande interdite qui joue le rôle de puits quantique (son épaisseur doit être inférieure à λ de De Broglie) ; - le deuxième matériau à forte largeur de bande interdite qui joue le rôle de barrière (voir figure ci-dessous). Le cas de la figure I.4 est un cas particulier simple. C est une hétérostructure de type I à simple puits quantique; où les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau GaAs qui joue le rôle de puits quantique pour les deux types de particules, et AlAs joue le rôle de barrière. Comme nous allons le voir dans ce paragraphe, il existe une très grande variété d hétérostructures très différentes par : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

22 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 17 - le type de l hétérostructure : type I, type II, ou type III - le nombre de matériaux impliqués, - le nombre de puits quantiques et de barrières, - le type de variation du potentiel à l interface entre puits et barrières: variation abrupte, linéaire, parabolique, hyperbolique, dégradée, 3.1. Hétérostructures de Type I, de Type II et de Type III : Hétérostructures de Type I SC 2 SC 1 SC 2 BC E 1 Figure I.8 Hétérostructure de Type I à Simple Puits Quantique : E G 2D est direct = Transitions BC-BV directes = radiatives HH 1 BV Au paragraphe précédent (voir Figue I.3), nous avons déjà introduit une hétérostructure de type I de GaAs/AlAs. Pour que l hétérostructure soit de type I, il faut que les électrons et les trous soient confinés dans le même matériau qui forme le puits quantique (en l occurrence GaAs dans l exemple précédent). Les conditions générales pour obtenir une hétérostructure de type I sont au nombre de 3 comme suit : - Condition 1 : E G1 >E G2 ; - Condition 2 : eχ 1 < eχ 2 ; - Condition 3 : eχ 1 +E G1 > eχ 2 +EG 2 Où ; E G1 est le gap du matériau (1) qui forme la barrière de potentiel E G2 est le gap du matériau (2) qui forme le puits quantique eχ 1 est l affinité électronique du matériau (1) ; eχ 2 est l affinité électronique du matériau (2) ; Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

23 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 18 La principale propriété de l hétérostructure de type I c est que les transitions électroniques entre les états de bandes de valence et de conduction sont des transitions directes. Ceci découle directement du fait que les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau qui forme le puits quantique. Ceci a une importance capitale pour les transitions optiques qui seront des transitions optiques directes lors de l absorption d un photon ou de la recombinaison de porteurs photo-créés ou paires électrons-trous. Les transitions optiques directes sont caractérisées par toute une série de propriétés particulières : 1. Elles vérifient bien sûr les règles de conservation de l énergie ; 2. De plus, elles vérifient les règles de conservation du vecteur d onde (conservation de l impulsion) ; en particulier le vecteur d onde est conservé dans la transition et donc pas d intervention des phonons par exemple ; 3. Les fonctions d ondes de l état initial et l état final étant l une en face de l autre, il en résulte un maximum de recouvrement; 4. Les transitions permises sont des transitions au 1 er ordre c.a.d. des transitions très intenses (très grande force de l oscillateur harmonique) ; 5. Le rendement optique est très important d où un gain important ; 6. La recombinaison directe (phénomène inverse de l absorption) est en générale une recombinaison radiative, c.a.d. avec émission de photons, cette dernière propriété est très importante pour les émetteurs de lumière (LED et Lasers) Ces transitions optiques directes ont à leur tour des conséquences très importantes sur les propriétés opto-électroniques dans les récepteurs (photo-détecteurs) et surtout dans les émetteurs de lumière (Diodes Emetrices de Lumière ou LED et les Diodes Lasers), où elles permettent de minimiser la densité de courant de seuil d émission et de maximaliser le rendement et le gain optiques. C est pour ces raisons que les hétérostructures de type I sont très recherchées pour fabriquer des émetteurs de lumière LED et surtout LASER. Les avantages d une structure à simple puits quantique de la Figure I.8 peuvent être facilement comprises à partir de la Figure I.4 et I.6 où nous reportons les effets de confinement et leurs conséquences physiques par rapport au Bulk. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

24 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures Hétérostructures de Type II SC2 SC1 SC2 BC Figure I.9 E 1 Hétérostructure de Type II à Simple Puits Quantique : E G 2D est indirect = Transitions BC-BV indirectes = non radiatives BV HH 1 HH 1 Une hétérostructure est dite de type II (voir Figure I.5) si les électrons et les trous ne sont pas confinés dans le même matériau : - le matériau SC1 joue le rôle de puits quantique pour les électrons et de barrière de potentiel pour les trous, - Le matériau SC2 joue le rôle de puits quantique pour les trous et de barrière de potentiel pour les électrons; Cette hétérostructure de type II diffère fondamentalement de celle de type I, en ce sens que les électrons et les trous ne sont pas confinés au même endroit et donc il y aura une conséquence importante : les transitions seront indirectes et, en particulier, les transitions optiques seront indirectes. Ceci induit à son tour toute une série de conséquences : 1. Pour satisfaire aux règles de conservation de l énergie, la transition nécessite un état intermédiaire souvent un état virtuel, 2. De plus, la transition indirecte étant oblique (et non pas verticale), les règles de conservation du vecteur d onde nécessitent la mise en jeu de vecteurs du réseau réciproque (K), c'est-à-dire l intervention de phonons. En d autres termes, l interaction électron-photon est accompagnée d une interaction électron-phonon. d où un élargissement du spectre de transitions, Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

25 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures Les fonctions d ondes de l état initial et l état final ne sont plus l une en face de l autre, il en résulte un très faible recouvrement; 4. Les transitions permises sont des transitions du 2 ème ordre c.a.d. des transitions moins intenses : la force de l oscillateur harmonique est plus faible, 5. Le rendement ainsi que le gain optique sont plus faibles, 6. La recombinaison indirecte (phénomène inverse de l absorption) est en générale une recombinaison non-radiative, c.a.d., avec émission de phonons et non pas de photons, cette propriété est néfaste pour les émetteurs de lumière LED et Lasers Pour ces raisons, les hétérostructures de type II sont évitées pour fabriquer des émetteurs de Lumière LED et surtout LASER utilisant les transitions inter-bandes. Cependant, les hétérostructures de type II sont utilisées pour fabriquer des structures Laser particulières basées sur des transitions intra-bandes. Exemple les LASER à Cascade Quantique (QCL pour Quantum Cascade Laser) formés par une succession de puits conçus sous forme de super-réseau, où l émission de photons est obtenue par un processus de recombinaisons entre les états fondamental et excité de la même bande et dans le même puits de potentiel: bande de conduction par exemple. Région active Injecteur Région active Injecteur Profile de bande de conduction Sous-bande supérieure de laser Abaisser la sous-bande de laser Flue Electron Émission de photon Mini band d'injecteur Figure I.10 : Schéma d une structure Laser à cascade quantique L'émission en cascade du photon : un simple électron peut émettre plusieurs photons Hétérostructures de Type III SC2 SC1 SC2 Magister BC2 en Micro-Opto-Electronique ; 2010 BC2 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

26 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 21 Figure I.11 Hétérostructure de Type III à Simple Puits Quantique : E G 2D est négatif = Transitions BC-BV par Effet Tunnel L hétérostructure de type III représentée sur la Figure I.6 ci-dessus est en fait un cas particulier de l hétérostructure de type II lorsque la bande de conduction du Semiconducteur 1 «SC1» a une énergie inférieure à celle de la bande de valence du semiconducteur 2 «SC2». On dit qu on a une structure à gap brisé en anglais broken gap. Il en résulte une structure typique telle que celle de la Figure I.6 où les électrons confinés dans le puits d électrons SC1 sont en face des trous confinés dans le puits de trous SC2. Les conséquences sont : - Absence totale de toute transition directe inter-bandes dans ce type d hétérostructures, - Même les transitions indirectes sont éteintes, - Cependant si les fonctions d ondes des électrons et des trous se recouvrent alors il en résulte un Effet Tunnel Résonant indiqué par les flèches sur la figure I.6. Ces hétérostructures de type III sont utilisées surtout pour l Effet Tunnel dans les composants hyper-fréquences. Cependant les hétérostructures de type III sont également utilisés dans des cas particuliers de LASERs dont par exemple : - Les Laser de type III à super-réseau. Exemple Laser à super-réseau de InAs/GaSb, - Les Lasers de type III à multi-puits quantiques de type W 3.2. Hétérostructures Simple Puits, Double Puits, Multipuits, Super-réseaux Comme nous l avons vu au paragraphe précédent, les hétérostructures sont de 3 types différents en ce qui concerne les couches de confinement des électrons et des trous. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

27 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 22 Les hétérostructures peuvent être également différentes par le nombre de puits et de barrières mise en jeu. - On distingue les hetérostructures les plus simples qui ne font intervenir qu un seul puits quantique et donc deux barrières de potentiel. On les appelle hétérostructures à Simple Puits Quantique (SQW pour l anglais Single Quantum Well). - On cite également les hétérostructures qui font intervenir plusieurs puits dont la plus simple est l hétérostructure à double puits quantiques (DQW pour l anglais Double Quantum Well). - Les hétérostructures qui font intervenir 3 puits quantiques et plus sont classifiées dans le terme générique: hétérostructures à multi-puits quantiques (MQW pour anglais Multiple Quantum Well). - Enfin, les hétérostructures à multi-puits quantiques qui deviennent des hétérostructures à Super-réseaux lorsque de plus, elles vérifient des conditions supplémentaires suivantes : 1. les barrières sont suffisamment fines pour permettre un fort couplage entre les différents puits et un élargissement des niveaux confinés en bandes d énergie et 2. Les largeurs de barrières et de puits sont telles qu elles vérifient des conditions de périodicité parfaite Hétérostructures à Simple Puits Quantique Nous avons déjà introduit les hétérostructures à simple puits quantiques au paragraphe ci-dessus. Ces hétérostructures sont formées par un matériau qui joue le rôle du puits quantique qui confine les porteurs de charges : les électrons et le trous et un autre matériau qui joue le rôle de barrières de part et d autre de ce puits quantique. En principe, une hétérostructure à simple puits quantique est plutôt de type I ; les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau. Cependant, par abus de langage, même des hétérostructures de type II ou de type III continuent à être appelées Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

28 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 23 hétérostructures à simple puits quantiques, alors que les électrons et les trous ne sont pas confinés dans le même matériau. Cependant il est intéressant de considérer deux types d hétérostructures de type I à simple puits quantique et qui sont reportées sur la Figure I.12. ci-dessous: SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 BC BC E 1 E 1 HH 1 HH 1 BV BV Figure I.12 : 2 types d Hétérostructures à Simples Puits Quantiques : (a) Cas où L B > λ de Broglie, c est une hétérostructure à transport parallèle ; (b) cas où L B < λ de Broglie ; c est une hétérostructure à transport perpendiculaire Les hétérostructures de type I à Simple Puits Quantique avec des barrières épaisses c.a.d. que L B > λ de Broglie, ou les barrières de potentiel sont classiques. Les phénomènes physiques se passent entièrement dans le puits quantique où sont complètement confinés les porteurs de charges. Dans ce type d hétérostructure, le transport est dit parallèle, car les porteurs sont confinés le long de la direction Oz, ou axe de croissance et ils sont libres dans le plan xoy perpendiculaire à Oz. Les hétérostructures de type I à Simple Puits Quantique avec des barrières très fines c.a.d. que L B < λ de Broglie, ou en d autres termes, des barrières de potentiel quantiques où la probabilité de présence des porteurs de charges n est pas nulle. Les fonctions d ondes des particules confinés dans le puits quantiques pénètrent largement dans la barrière. Les phénomènes physiques se passent non seulement dans le puits quantiques où les porteurs de charges ne sont pas complètement Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

29 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 24 confinés, mais également, dans les barrières qui sont partiellement ou complètement transparentes. Ceci implique que le sporteurs de chaerges partiellement confinés dans le puits peuvent traverser les barrières par effet tunnel. Ce genre d hétérostructures est utilisé dans les composants à Effet Tunnel Résonnant ou à composants ballistiques où le transport est perpendiculaire car les porteurs sont partiellement confinés le long de la direction Oz, ou direction de croissance et ils peuvent traverser les barrières par effet tunnel le long de Oz et donc perpendiculairement au plan xoy où ils sont libres. Ce type d hétérostructure porte le nom d hétérostructure Simple Puits Double Barrière (SQWDBH) Hétérostructures à Double Puits Quantiques Les hétérostructures à double puits quantiques sont formées par 2 puits et 3 barrières, comme on peut le voir sur la Figure I.13. L intérêt de ce type d hétérostructure réside d abord dans la largeur de la barrière centrale L B insérée entre les 2 puits quantiques : SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 B c B c B c B c E1 LW L b LW E1 E2 LW L b LW E2 B V HH LH HH LH B V B V HH LH HH LH B V L b >λ DB L b <λ DB Puits découplés Puits couplés Figure I. 13 : Hétérostructures à Double Puits Quantiques de type I cas de 2 Puits découplés L b >λ DB et (b)- cas de 2 puits couplés L b <λ DB - Si L B > (a) λ de Broglie (voir Fig.I.13 (a)), alors les deux puits quantiques sont complètement découplés et donc isolés l un de l autre. Les deux puits quantiques sont indépendants et agissent séquentiellement ou en série. Les porteurs sont entièrement confinés dans les puits et seul le transport parallèle est possible. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

30 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 25 - Si L B < λ de Broglie (voir Fig.I.13 (b)), alors la situation est différente: les deux puits quantiques sont couplés et donc dépendants l un de l autre. Les porteurs ne sont pas complètement confinés dans les puits, car ils ont une probabilité non nulle de traverser la barrière. Il peut en résulter un effet tunnel résonant: un porteur confiné dans le puits de gauche peut transiter par effet tunnel via la barrière centrale vers le puits de droite et vice-versa a. Hétérostructures à Double Puits Quantiques Symétriques L autre intérêt de ce type hétérostructure réside dans la possibilité de faire varier les largeurs de puits L W1 =L W2 indépendamment l une de l autre et de L B. - Les hétérostructures de la Figure I.13 où les largeurs des deux puits quantiques sont exactement identiques L W1 =L W2, sont dites hétérostructures symétriques. Dans ces hétérostructures, les états confinés dans le Puits 1 sont exactement en face des états confinés dans le Puits 2. En particulier, les énergies propres des états confinés fondamentaux sont exactement identiques dans les deux puits : E 1 1 =E 1 2 ; HH 1 1 =HH 1 2 ; LH 1 1 =LH 1 2 ; De même, les fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 1 sont exactement identiques aux fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 2. En particulier, pour une particule donnée (électron ou trou), il en résulte une probabilité de transfert identique de la gauche vers la droite (du Puits 1 vers le Puits 2) et de la droite vers la gauche (du Puits 2 vers le Puits 1). Ceci veut dire que la probabilité P 12 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 1 se trouve dans le Puits 2 est exactement égale à la probabilité P 21 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 2 se trouve dans le Puits 1. Donc, l une des conséquences fondamentales d une telle hétérostructure symétrique est que pour chaque type de particules chargées (électron ou trou), on vérifie l égalité: P 12 =P 21. Ceci implique à son tour que les flux et les densités de courants de probabilité sont également identiques dans les deux sens: Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

31 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 26 Ф 12 = Ф 21 et J 12 =J 21. Ces résultats sont très importants dans les composants à transport vertical le long de la direction Oz pour les Transistors à Effet Tunnel Résonant et les Transistors à Transport Balistique. SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 B c E 1 1 LW L b LW E 1 2 B c B c E 1 1 LW L b LW E 1 2 B c B V 1 HH 1 1 LH 1 HH 1 2 LH 1 2 B V B V 1 HH 1 1 LH 1 HH 1 2 LH 1 2 BV (a) hétérostructures symétriques (b) hétérostructures assymétriques - Figure I.14: Hétérostructures a Double Puits Quantiques de Type I : (a) -Symétrique: L W1 =L W2 et (b) -Assymétriques: L W1 L W b. Hétérostructures à Double Puits Quantiques Assymétriques - Il existe cependant le cas général où les largeurs des deux puits sont différentes l une de l autre : L W1 L W2. Dans ce cas, les hétérostructures sont dites hétérostructures assymétriques. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

32 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 27 Dans ces hétérostructures (voir Figure I.14 ci-dessus), les états confinés dans le Puits 1 sont situés à des positions différentes de celles des états confinés dans le Puits 2. En particulier, les énergies propres des états confinés fondamentaux sont maintenant différentes: E 1 1 E 1 2 et HH 1 1 HH 1 2 LH 1 1 LH 1 2, De même, les fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 1 sont maintenant également différentes des fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 2. Il en résulte en particulier une probabilité de transfert différente de la gauche vers la droite (du Puits 1 vers le Puits 2) de celle du transfert de la droite vers la gauche (du Puits 2 vers le Puits 1). En particulier, la probabilité P 12 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 1 se trouve dans le Puits 2 est maintenant différente de la probabilité P 21 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 2 se trouve dans le Puits 1. Donc, l une des conséquences fondamentales d une telle hétérostructure assymétrique est que pour chaque type de particules chargées (électron ou trou), on vérifie l inégalité: P 12 P 21. Ceci implique à son tour que les flux et les densités de courants de probabilité sont également différents dans les deux sens: Ф 12 Ф 21 et J 12 J 21. Ces résultats sont également très importants dans les composants à transport vertical le long de la direction Oz. En plus du transport par Effet Tunnel Résonant et du Transport Balistique, les hétérostructures assymétriques permettent la réalisation d autres types de composants : les Résonateurs ou Oscillateurs de Bloch et les Lasers à puits quantiques à transition inter-sous-bandes comme les Lasers à Cascade Quantique Hétérostructures à Multi-Puits Quantiques Les hétérostructures à Multi-Puits Quantiques sont formées par n puits quantiques séparés par n+1 barrières. représenté sur la figure I.15 avec 3 puits et 4 barrières.5 Le cas le plus simple d une telle hétérostructure est Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

33 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 28 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 B c Figure I.15 Hétérostructure à Multi-Puits Quantiques avec 3 puits et 4 barrières SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 B V Là aussi le comportement physique de ce type d hétérostructure dépend des largeurs des barrières L B1 et L B2 insérées entre les différents puits quantiques et des largeurs de ces même puits L W1, L W2 et L W3 : - Si L B1 =L B2 et L W1 =L W2 =L W3, on a alors affaire à une hétérostructure symétrique. Deux cas intéressants peuvent apparaître : Si en plus les largueurs de barrière vérifient les conditions de quantification : L B1 > λ de Broglie et L B2 > λ de Broglie, alors les 3 puits quantiques sont totalement découplés ; en d autres termes ils sont indépendants l un de l autre. De telles hétérostructures sont intéressantes pour les Lasers à transitions inter-bandes directes, comme nous le verrons plus loin. Si par contre L B1 < λ de Broglie et L B2 <λ de Broglie, alors les 3 puits quantiques sont couplés ; en d autres termes ils sont dépendants l un de l autre. Il peut en résulter là aussi un effet tunnel résonant avec les mêmes implications que pour l hétérostructure à double puits quantique. - Si par contre L B1 L B2 ou alors si L W1 L W2 L W3, on aura alors affaire à une hétérostructure assymétrique comme dans le cas de l hétérostructure à Double Puits, sauf qu ici on a 5 paramètres ajustables sur lesquels on peut jouer pour modifier la symétrie et donc modifier le confinement et le recouvrement des fonctions d ondes. Il s agit de : L B1, L B2, L W1, L W2, ou L W3. En jouant sur ces paramètres, on a encore plus de possibilité de faire apparaître des phénomènes physiques intéressant dans le transport vertical et parallèle et dans Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

34 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 29 la conception de composants électroniques et optoélectroniques aux propriétés nouvelles Super-réseaux : SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 Bc L W L B Bv L Figure I.16 : Super-réseau montrant l élargissement des niveaux d énergies fondamentaux en mini-bandes : une mini-bande de conduction pour les électrons en bleu et une mini-bande de valence pour les trous en rouge Un super-réseau (Figure I.16) est une hétérostructure à Multi-Puits Quantique particulière, dans laquelle les largeurs de barrières et les largeurs de puits successifs vérifient un certain nombre de conditions : 1. L B1 = L B2 = = L B(n-1) = L Bn. 2. L Bi «λ de Broglie pour toutes les barrières, c est-à-dire que tous les puits sont très fortement couplés ; 3. L W1 = L W2 = = L W(n-1) = L Wn 4. L Wi «λ de Broglie pour tous les Puits, i.e. que tous les puits sont quantifiés ; 5. L W1 + L B1 = L W2 + L B2 = = L Wn + L Bn = L; c est la condition de périodicité du système où L est la période du super-réseau. Il en résulte une série de puits couplés avec une super-périodicité qui fait ressembler ce système à un réseau de puits couplés d où le nom de super-réseau. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

35 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 30 Alors qu un réseau cristallin est formé par la distribution périodique des atomes dans l espace qui se traduit par une structure de bande et, en particulier, une bande de conduction pour les électrons libres et une bande de valence pour les trous libres. Le Super-réseau est donc le résultat d une succession périodique de puits quantiques fortement couplés qui se traduit par une quasi-structure de bande équivalente formée par les niveaux quantiques des particules chargées (électrons et trous) confinées dans les puits en fort couplage entre eux ce qui se traduit par leur élargissement en mini-bandes. Une mini-bande de conduction pour les électrons (en bleu sur la Figure I.16) et une mini-bande de valence pour les trous (en rouge sur la Figure I.16). Les largeurs respectives δ BC et δ BV des mini-bandes de conduction et de valence dépendent des paramètres du super-réseau: la largeur des puits L W, la largeur de barrières L B, mais également des hauteur de barrière (ou profondeur des puits) qui sont finalement les band-offsets de conduction ΔEC et de valence ΔEV. 4. Hétérostructures à Géométries Particulières du Puits Quantique Le Puits Quantique résulte d une variation de potentiel qui se traduit par un gradient d énergie. Le confinement qui en résulte dépend de la nature de cette variation de potentiel. Plusieurs types de variations de potentiel sont possibles : - Une variation abrupte du potentiel avec une discontinuité du potentiel qui se traduit par un gradient abrupt de l énergie, - Une variation graduelle du potentiel qui peut être également de plusieurs types dont une variation graduelle continue et linéaire i.e. proportionnelle à la distance. - Une variation graduelle discontinue en gradins (dégradé de potentiel), - Une variation graduelle continue parabolique i. e. proportionnelle au carré de la distance, L intérêt de ces variations de potentiel est de changer la forme du puits quantique pour changer la nature du confinement : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

36 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 31 - On change les énergies de liaison des états quantifiés dans le puits (sous-bandes électriques) et leur variation avec les paramètres du puits L W et ΔE C ou ΔE V. - On change l extension des fonctions d ondes électroniques d électrons et de trous et leur variation également avec les paramètres du puits L W et ΔE C ou ΔE V Puits Quantiques Carrés (abrupts), Puits Quantiques Graduels Puits Quantiques Carrés (Abrupts) Un puits est dit carré lorsqu il résulte d une variation abrupte du potentiel à l interface entre le matériau qui forme la barrière et le matériau qui forme le puits. C est cet exemple de puits qui a été étudié dans tous les exemples d hétérostructures que nous avons considéré jusqu à maintenant. Il est reporté sur la figure I.17(a). E 4 E 3 E 2 E 1 ΔEB E 4 E 3 E 2 E 1 L W (a) (b) L 1 L W L 2 Figure I.17: (a) - Puits Quantique Carré à variation abrupte de la barrière et (b)- Puits Quantique Graduel à variation linéaire de la barrière; Remarquer la différence de distribution des états liés dans le puits E1, E2, E3, La forme de la fonction d onde change également de Gaussienne à gauche à Lorentzienne à droite Ce type de puits carré est en fait un puits virtuel qui n existe pas dans la réalité. En effet, lorsqu on fabrique une telle hétérostructure Puits/Double barrière, on obtient toujours une variation non abrupte à l interface et ce, quelle que soit la technique de croissance utilisée. Cette variation non abrupte à l interface est due au fait qu il est quasiment impossible de stopper instantanément la croissance d un matériau à la monocouche atomique près et de démarrer instantanément la croissance d un autre Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

37 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 32 matériau. Car même dans le cas de la MBE, où les gradients de température et la vitesse de croissance sont très faibles et très contrôlés, il y a toute une série de phénomènes physico-chimiques qui peuvent altérer la variation abrupte de la croissance cristalline à l interface entre deux matériaux différents : comme le phénomène d autodiffusion, le phénomène de migration, phénomène de désordre d alliage à l interface Ceci se traduit par une rugosité d interface qui altère le caractère abrupt de la variation de potentiel à l interface. Par ailleurs, dans de nombreux cas pratiques, y compris dans le cas des GRINSCH qui nous intéressent ici, il est intéressant de modifier volontairement la variation de potentiel à l interface de manière contrôlée Puits Quantiques Graduels Comme nous l avons souligné, la variation graduelle du potentielle peut être réalisée de nombreuses manières, dont la plus simple est la variation graduelle linéaire que nous montrons sur la figure I. 17(b). Cette variation linéaire s étend sur une largeur L 1 d un côté du puits et sur une largeur L 2 de l autre côté du puits. Selon les valeurs de L 1 et de L 2, (voir figure I.18), plusieurs cas sont possibles : 1. Puits symétrique si: L 1 =L 2 (Fig.I.18(a)) 2. Puits dissymétrique si: L 1 L2 (Fig.I.18(b)) 3. Puits en Bizau si: (L 1 +L 2 ) <L W (Fig.I.18(c)) 4. Puits en V ou en dent de scie si: (L 1 +L 2 ) L W (Fig.I.18(d)) E 34 E 34 E 2 E 2 GRINSCH ΔE à B base d'antimoniures III-Sb Et Applications E Magister en Micro-Opto-Electronique ; E 1 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) L 2 L 1 L W L 2

38 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 33 Figure I.18: Différentes formes de Puits Quantique Graduel à variation linéaire de la barrière : (a) - Puits symétrique L 1 =L 2 ; (b)- Puits Assymétrique L 1 L 2 ; (c) - Puits en Bizau si: (L 1 +L 2 ) <L W ; (d) - Puits en V ou en dent de scie si: (L 1 +L 2 ) L W ; La différence de forme de puits induit une différence de confinement : distribution différente des états liés dans le puits E1, E2, E3, et différence de la forme de la fonction d onde qui est Lorentzienne 4.2. Puits Quantiques Triangulaires Les puits quantiques triangulaires sont des cas particuliers des puits précédents, avec deux possibilités : - Si L1 =0 et L2 L W, on a un Puits triangulaire gauche (Fig.I.19(a)) et -Si L1 L W et L2 =0, on a un Puits triangulaire droit (Fig.I.19(b)) (a) E 4 E 3 E 2 E 1 ΔE B (b) E 4 E 3 E 2 E 1 L W L W Figure I.19: Différentes types de Puits Quantique Triangulaires: (a) - Puits Triangulaire Gauche si : L 1 =0 et L 2 L W ; (b)- Puits Triangulaire Droit si : L 1 L W et L 2 =0 Ce type de puits est très intéressant à étudier. Il peut résulter d un effet de polarisation externe (champ électrique externe appliqué) ou d un effet de polarisation interne à Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

39 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 34 l interface (champ électrique interne du à une polarisation spontanée et piézoélectrique). Les fonctions d ondes sont déformées (dissymétriques). Elles sont décrites par des fonctions d Airy. Il peut en résulter un effet Stark Quantique qui traduit une polarisation induite par la séparation de charges elle-même induite par la déformation dissymétrique des fonctions d ondes des électrons en sens inverse de celles des trous Puits Quantiques à variation Parabolique du potentiel Figure I.20 Puits Quantique à variation Parabolique du potentiel Ce genre de puits exotique est également très intéressant car il produit un confinement tel que l espacement entre différentes sous-bandes électriques est exactement identique, ce qui n est pas le cas des autres puits étudiés jusqu à maintenant Puits Quantiques à variation Hyperbolique du potentiel ΔE B E 4 E 3 E 2 E 1 (d) L Figure I.21 Puits Quantique à variation Hyperbolique du potentiel Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

40 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures Puits Quantiques à variation complexe du potentiel BC BC Barrière Puits Quantique Active BV Simple Puits Quantique BV Multi-Puits Quantiques BC Région graduelle BC Barrière Puits Quantique BV BV Simple Puits Quantique à variation mixte graduelle puis abrupte de la barrière Multi-Puits Quantiques modifié Figure I.22 : Différents Puits Quantiques à variations complexes du potentiel Sur la Figure I.22, nous donnons différents types de puits quantiques à variations complexes des potentiels de barrières et de puits. Ces hétérostructures sont les GRINSCH sont très importantes dans les composants électroniques et optoélectroniques tels que les Lasers. 5. Conclusion En conclusion de ce chapitre, il était très important d étudier cette grande variété d hétérostructures à puits quantiques qui sont très différentes par leur géométrie et leur conception. Cette variété a pour objectif de contrôler le confinement quantique des porteurs de charges électrons et trous et par ce biais contrôler les propriétés de ces hétérostructures et par voie de conséquence les paramètres d optimisation du fonctionnement des composants électroniques et optoélectroniques dans lesquelles ces hétérostructures jouent le rôle de zone active. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

41 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures 36 Références : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

42 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures BC E K x, K y 1 1 Absorption (10 3 cm -1 ) 20 Trous lourds Trous légers Spin- n=1 Orbite 1 n=2 15 CCCH CHHS CHHL n= Photon Energie (ev) In 0.53 Ga 0.47 As Puits Magister en Micro-Opto-Electronique λ L =1.7μm ; 2010 λ=1.55μm Département de Physique λ=1.5μm Université d Oran (Es-Sénia)

43 Chapitre I Confinement Quantiques dans les Hétérostructures BC 1 1 BV Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia)

44 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH (Graded Index & Separate confinement Heterostructures) 1. Introduction 2. Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé: GRINSCH 3. Hétérostructures Modulées 3.1. Modulation de composition 3.2. Modulation de dopage 3.3. Modulation de bandes d énergies 3.4. Modulation d Indice de Réfraction 3.5. Confinement Séparé 4. Différents types d Hétérostructures GRINSCH 4.1. GRINSCH à Puits imbriqués abrupts 4.2. GRINSCH à Puits imbriqués linéaires 4.3. GRINSCH à Puits imbriqués paraboliques 4.4. Structures GRINSCH Laser 5. Conclusion Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 1

45 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 1. Introduction Dans ce chapitre nous allons présenter les hétérostructures à Gradient d indice et à confinement séparé dites GRINSCH de l anglais Graded Index Separate Confinement Heterostructures. Ces hétérostructures quantiques, particulières, ont été inventées au milieu des années 1980 [à Bell Laboratories USA par l équipe de Capasson, Esaki et al.] et ce, en vue d améliorer simultanément le confinement des porteurs de charges (électrons et trous) et des photons dans la zone active des composants optoélectroniques. L objectif final étant d améliorer les performances de ces composants et, en particulier, les sources LASER à semiconducteurs, en pleine expansion à ce momentlà avec le développement des communications par fibres optiques. Ces hétérostructures GRINSCH ont été développées dans la foulée de l invention des concepts révolutionnaires de multi-puits quantiques et super-réseaux, ainsi que ceux de bandgap engineering, de modulation de composition et de modulation de dopage suite au développement fulgurant des techniques de croissance sophistiquées telles que la MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) ou technique de Dépôt Chimique en phase Vapeur d Organo-Métalliques ; et surtout de la technique d Epitaxie par Jets Moléculaires (MBE pour Molecular Beam Epitaxy) qui permettent un contrôle quasi-parfait des cristaux, couches et matériaux fabriqués, grâce, notamment, au contrôle d une très faible vitesse et de très basses températures de croissance. L idée centrale du GRINSCH est de créer un gradient de potentiel suffisant pour confiner les porteurs de charges : électrons en bande de conduction et trous en bande de valence et un gradient d indice de réfraction adéquat pour piéger les photons dans la même zone que les porteurs de charges, à savoir la zone active de l hétérostructure. Avant de développer ces hétérostructures GRINSCH, nous allons d abord présenter les différentes hétérostructures à confinement quantique des particules chargées que sont les électrons et les trous. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 2

46 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2. Hétéro-structures à Puits quantiques Une hétérostructure à puits quantiques est formée par une succession de matériaux différents, au moins deux types dans la configuration la plus simple : - un matériau à faible largeur de bande interdite qui joue le rôle de puits quantique (son épaisseur doit être inférieure à λ de De Broglie) ; - le deuxième matériau à forte largeur de bande interdite qui joue le rôle de barrière (voir figure ci-dessous). AlAs GaAs AlAs NV NV e χ 1 e χ 1 E C1 ΔEc e χ 2 E 1 E C1 BC E G1 E G2 E C2 E G1 E V2 E V1 ΔEv HH 1 LH 1 E V1 BV Figure I.3: Hétérostructure simple où GaAs joue le rôle de puits quantique et AlAs joue le rôle de barrière: c est une hétérostructure de type I à simple puits quantique de GaAs/AlAs. 3conditions pour type I : E G1 >E G2 ; eχ 1 < eχ 2 ; eχ 1 +E G1 > eχ 2 +EG 2 Le cas de la figure 1 est un cas particulier simple. C est une hétérostructure de type I à simple puits quantique; où les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau GaAs qui joue le rôle de puits quantique pour les deux types de particules, et AlAs joue le rôle de barrière. Comme nous allons le voir dans ce chapitre, il existe d autres types d hétérostructures très différentes par : - le type de l hétérostructure : type I, type II, ou type III Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 3

47 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH - le nombre de matériaux impliqués, - le nombre de puits quantiques et de barrières, - le type de variation du potentiel à l interface entre puits et barrières: variation abrupte, linéaire, parabolique, hyperbolique, dégradée, 2.1. Hétérostructures de type I, de type II, de type III : 2.1.a. Hétérostructures de type I SC 2 SC 1 SC 2 BC E 1 Figure I.4 Hétérostructure de type I à Simple Puits Quantique HH 1 BV Au paragraphe précédent (voir Figue I.3), nous avons déjà introduit une hétérostructure de type I de GaAs/AlAs. Pour que l hétérostructure soit de type I, il faut que les électrons et les trous soient confinés dans le même matériau qui forme le puits quantique (en l occurrence GaAs dans l exemple précédent). Les conditions générales pour obtenir une hétérostructure de type I sont au nombre de 3 comme suit : - Condition 1 : E G1 >E G2 ; - Condition 2 : eχ 1 < eχ 2 ; - Condition 3 : eχ 1 +E G1 > eχ 2 +EG 2 Où ; E G1 est le gap du matériau (1) qui forme la barrière de potentiel E G2 est le gap du matériau (2) qui forme le puits quantique eχ 1 est l affinité électronique du matériau (1) ; eχ 2 est l affinité électronique du matériau (2) ; Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 4

48 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH La principale propriété de l hétérostructure de type I c est que les transitions électroniques entre les états de bandes de valence et de conduction sont des transitions directes. Ceci découle directement du fait que les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau qui forme le puits quantique. Ceci a une importance capitale pour les transitions optiques qui seront des transitions optiques directes lors de l absorption d un photon ou de la recombinaison de porteurs photo-créés ou paires électrons-trous. Les transitions optiques directes sont caractérisées par toute une série de propriétés particulières : 1. Elles vérifient bien sûr les règles de conservation de l énergie ; 2. De plus, elles vérifient les règles de conservation du vecteur d onde (conservation de l impulsion) ; en particulier le vecteur d onde est conservé dans la transition et donc pas d intervention des phonons par exemple ; 3. Les fonctions d ondes de l état initial et l état final étant l une en face de l autre, il en résulte un maximum de recouvrement; 4. Les transitions permises sont des transitions au 1 er ordre c.a.d. des transitions très intenses (très grande force de l oscillateur harmonique) ; 5. Le rendement optique est très important d où un gain important ; 6. La recombinaison directe (phénomène inverse de l absorption) est en générale une recombinaison radiative, c.a.d. avec émission de photons, cette dernière propriété est très importante pour les émetteurs de lumière (LED et Lasers) Ces transitions optiques directes ont à leur tour des conséquences très importantes sur les propriétés opto-électroniques dans les récepteurs (photo-détecteurs) et surtout dans les émetteurs de lumière (Diodes Emetrices de Lumière ou LED et les Diodes Lasers), où elles permettent de minimiser la densité de courant de seuil d émission et de maximaliser le rendement et le gain optiques. C est pour ces raisons que les hétérostructures de type I sont très recherchées pour fabriquer des émetteurs de lumière LED et surtout LASER. Les avantages d une structure à simple puits quantique de la Figure I.4 peuvent être facilement comprises à partir de la Figure I.5 ou nous reportons les effets de confinement et leurs conséquences physiques par rapport au Bulk. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 5

49 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH E 1 BC Eg=BC-BV HH 1 Δso LH HH LH 1 BV ( a ) ( b ) Δso LH HH Δso LH HH ( c ) ( d ) BC BC E 1 E 1 HH 1 LH 1 HH 1 LH 1 BV BV ( e ) ( f ) Figure I.5 : Effets du confinement quantique en passant d un bulk au Puits Quantique (PQ) : -Eg bulk= E BC -E BV : le gap est fixe [FigI.5(a))], on ne peut le changer qu en fabriquant un alliage [(FigI.5(c), (d))] - Eg (PQ) = Eg bulk +E 1 +E HH1 : Egbulk est toujours fixe, mais E 1 et E HH1 varient avec la largeur du puits L W et avec les hauteurs de barrière ΔE C et ΔE V. De plus, le confinement lève la dégénérescence des niveaux permis en BC et en BV et change la densité d états Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 6

50 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH E c E 1 - HH1 E 1 E 1 - LH1 LW HH1 LH1 HH LH Figure I.6 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 7

51 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2.1.b. Hétérostructures de type II SC2 SC1 SC2 BC Figure I.7 E 1 Hétérostructure de type II à Simple Puits quantique BV HH 1 HH 1 Une hétérostructure est dite de type II (voir Figure I.5) si les électrons et les trous ne sont pas confinés dans le même matériau : - le matériau SC1 joue le rôle de puits quantique pour les électrons et de barrière de potentiel pour les trous, - Le matériau SC2 joue le rôle de puits quantique pour les trous et de barrière de potentiel pour les électrons; Cette hétérostructure de type II diffère fondamentalement de celle de type I, en ce sens que les électrons et les trous ne sont pas confinés au même endroit et donc il y aura une conséquence importante : les transitions seront indirectes et, en particulier, les transitions optiques seront indirectes. Ceci induit à son tour toute une série de conséquences : 1. Pour satisfaire aux règles de conservation de l énergie, la transition nécessite un état intermédiaire souvent un état virtuel, 2. De plus, la transition indirecte étant oblique (et non pas verticale), les règles de conservation du vecteur d onde nécessitent la mise en jeu de vecteurs du réseau Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 8

52 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH réciproque (K), c'est-à-dire l intervention de phonons. En d autres termes, l interaction électron-photon est accompagnée d une interaction électron-phonon. d où un élargissement du spectre de transitions, 3. Les fonctions d ondes de l état initial et l état final ne sont plus l une en face de l autre, il en résulte un très faible recouvrement; 4. Les transitions permises sont des transitions du 2 ème ordre c.a.d. des transitions moins intenses : la force de l oscillateur harmonique est plus faible, 5. Le rendement ainsi que le gain optique sont plus faibles, 6. La recombinaison indirecte (phénomène inverse de l absorption) est en générale une recombinaison non-radiative, c.a.d., avec émission de phonons et non pas de photons, cette propriété est néfaste pour les émetteurs de lumière LED et Lasers Pour ces raisons, les hétérostructures de type II sont évitées pour fabriquer des émetteurs de Lumière les LED et surtout les LASER lorsqu il s agit d utiliser les transitions inter-bandes. Cependant, les hétérostructures de type II sont utilisées pour fabriquer des structures Laser particulières basées sur des transitions intra-bandes. Exemple les LASER à Cascade Quantique (QCL pour Quantum Cascade Laser) formés par une succession de puits conçus sous forme de super-réseau, où l émission de photons est obtenue par un processus de recombinaisons entre les états fondamental et excité de la même bande et dans le même puits de potentiel: bande de conduction par exemple. Région active Injecteur Région active Injecteur Profile de bande de conduction Sous-bande supérieure de laser Abaisser la sous-bande de laser Flue Electron Émission de photon Mini band d'injecteur Figure I.8 : Schéma d une structure Laser à cascade quantique Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 9

53 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Ce schéma montre le rôle de la région d'injecteur et la nature cascade de l'émission du photon ; un simple électron peut émettre plusieurs photons. 2.1.c. Hétérostructures de type III SC2 SC1 SC2 BC2 BC2 Figure I.9 BV2 HH 1 E 1 BC1 BV2 HH 1 Hétérostructure de type III à Simple Puits quantique BC2 BV1 L hétérostructure de type III représentée sur la Figure I.6 ci-dessus est en fait un cas particulier de l hétérostructure de type II lorsque la bande de conduction du Semiconducteur 1 «SC1» a une énergie inférieure à celle de la bande de valence du semiconducteur 2 «SC2». On dit qu on a une structure à gap brisé en anglais broken gap. Il en résulte une structure typique telle que celle de la Figure I.6 où les électrons confinés dans le puits d électrons SC1 sont en face des trous confinés dans le puits de trous SC2. Les conséquences sont : - Absence totale de toute transition directe inter-bandes dans ce type d hétérostructures, - Même les transitions indirectes sont éteintes, - Cependant si les fonctions d ondes des électrons et des trous se recouvrent alors il en résulte un Effet Tunnel Résonant indiqué par les flèches sur la figure I.6. Ces hétérostructures de type III sont utilisées surtout pour l Effet Tunnel dans les composants hyper-fréquences. Cependant les hétérostructures de type III sont également utilisés dans des cas particuliers de LASERs dont par exemple : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 10

54 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH - Les Laser de type III à super-réseau. Exemple Laser à super-réseau de InAs/GaSb, - Les Lasers de type III à multi-puits quantiques de type W 2.2. Hétérostructures Simple Puits, Double puits, Multipuits, Super-réseaux Comme nous l avons vu au paragraphe précédent, les hétérostructures sont de 3 types différents en ce qui concerne les couches de confinement des électrons et des trous. Les hétérostructures sont également différentes par le nombre de puits et de barrières mise en jeu. - On distingue les hetérostructures les plus simples qui ne font intervenir qu un seul puits quantique et donc deux barrières de potentiel. On les appelle hétérostructures à Simple Puits Quantique (SQW pour l anglais Single Quantum Well). - On cite également les hétérostructures qui font intervenir plusieurs puits dont la plus simple est l hétérostructure à double puits quantiques (DQW pour l anglais Double Quantum Well). - Les hétérostructures qui font intervenir 3 puits quantiques et plus sont classifiées dans le terme générique: hétérostructures à multi-puits quantiques (MQW pour anglais Multiple Quantum Well). - Enfin, les hétérostructures à multi-puits quantiques qui deviennent des hétérostructures à Super-réseaux lorsque de plus, elles vérifient des conditions supplémentaires suivantes : 1. les barrières sont suffisamment fines pour permettre un fort couplage entre les différents puits et un élargissement des niveaux confinés en bandes d énergie et 2. Les largeurs de barrières et de puits sont telles qu elles vérifient des conditions de périodicité parfaite t 2.2.a. Hétérostructures à Simple Puits Nous avons déjà introduit les hétérostructures à simple puits quantiques au paragraphe 2.1.a. ci-dessus. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 11

55 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Ces hétérostructures sont formées par un matériau qui joue le rôle du puits quantique qui confine les porteurs de charges : les électrons et le trous et un autre matériau qui joue le rôle de barrières de part et d autre de ce puits quantique. En principe, une hétérostructure à simple puits quantique est plutôt de type I ; les électrons et les trous sont confinés dans le même matériau. Cependant, par abus de langage, même des hétérostructures de type II ou de type III continuent à être appelées hétérostructures à simple puits quantiques, alors que les électrons et les trous ne sont pas confinés dans le même matériau. Cependant il est intéressant de considérer deux types d hétérostructures de type I à simple puits quantique et qui sont reportées sur la Figure I.8. ci-dessous: SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 BC BC E 1 E 1 HH 1 HH 1 BV BV Figure I.10 : 2 types d Hétérostructures à Simples Puits Quantiques : (a) Cas où L B > λ de Broglie, c est une hétérostructure à transport parallèle ; (b) cas où L B < λ de Broglie ; c est une hétérostructure à transport perpendiculaire Les hétérostructures de type I à Simple Puits Quantique avec des barrières épaisses c.a.d. que L B > λ de Broglie, ou les barrières de potentiel sont classiques. Les phénomènes physiques se passent entièrement dans le puits quantique où sont complètement confinés les porteurs de charges. Dans ce type d hétérostructure, le transport est dit parallèle, car les porteurs sont confinés le long de la direction Oz, ou axe de croissance et ils sont libres dans le plan xoy perpendiculaire à Oz. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 12

56 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Les hétérostructures de type I à Simple Puits Quantique avec des barrières très fines c.a.d. que L B < λ de Broglie, ou en d autres termes, des barrières de potentiel quantiques où la probabilité de présence des porteurs de charges n est pas nulle. Les fonctions d ondes des particules confinés dans le puits quantiques pénètrent largement dans la barrière. Les phénomènes physiques se passent non seulement dans le puits quantiques où les porteurs de charges ne sont pas complètement confinés, mais également, dans les barrières qui sont partiellement ou complètement transparentes. Ceci implique que le sporteurs de chaerges partiellement confinés dans le puits peuvent traverser les barrières par effet tunnel. Ce genre d hétérostructures est utilisé dans les composants à Effet Tunnel Résonnant ou à composants ballistiques où le transport est perpendiculaire car les porteurs sont partiellement confinés le long de la direction Oz, ou direction de croissance et ils peuvent traverser les barrières par effet tunnel le long de Oz et donc perpendiculairement au plan xoy où ils sont libres. Ce type d hétérostructure porte le nom d hétérostructure Simple Puits Double Barrière (SQWDBH). 2.2.b. Hétérostructures a double puits quantique Les hétérostructures à double puits quantiques sont formées par 2 puits et 3 barrières, comme on peut le voir sur la Figure I.9. L intérêt de ce type d hétérostructure réside d abord dans la largeur de la barrière centrale L B insérée entre les 2 puits quantiques : SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 B c B c B c B c E1 LW L b LW E1 E2 LW L b LW E2 B V HH LH HH LH B V B V HH LH HH LH B V L b >λ DB L b <λ DB Puits découplés GRINSCH à base d'antimoniures III-Sb Puits Et Applications couplés Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 13

57 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Figure I. 11 : Hétérostructures a Double Puits Quantiques de type I - Si L B > λ de Broglie (voir Fig.I.9 (a)), alors les deux puits quantiques sont complètement découplés et donc isolés l un de l autre. Les deux puits quantiques sont indépendants et agissent séquentiellement ou en série. Les porteurs sont entièrement confinés dans les puits et seul le transport parallèle est possible. - Si L B < λ de Broglie (voir Fig.I.9 (b)), alors la situation est différente: les deux puits quantiques sont couplés et donc dépendants l un de l autre. Les porteurs ne sont pas complètement confinés dans les puits, car ils ont une probabilité non nulle de traverser la barrière. Il peut en résulter un effet tunnel résonant: un porteur confiné dans le puits de gauche peut transiter par effet tunnel via la barrière centrale vers le puits de droite et vice-versa. L autre intérêt de ce type hétérostructure réside dans la possibilité de faire varier les largeurs de puits L W1 =L W2 indépendamment l une de l autre et de L B. - Les hétérostructures de la Figure I.9 où les largeurs des deux puits quantiques sont exactement identiques L W1 =L W2, sont dites hétérostructures symétriques. Dans ces hétérostructures, les états confinés dans le Puits 1 sont exactement en face des états confinés dans le Puits 2. En particulier, les énergies propres des états confinés fondamentaux sont exactement identiques dans les deux puits : E 1 1 =E 1 2 ; HH 1 1 =HH 1 2 ; LH 1 1 =LH 1 2 ; De même, les fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 1 sont exactement identiques aux fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 2. En particulier, pour une particule donnée (électron ou trou), il en résulte une probabilité de transfert identique de la gauche vers la droite (du Puits 1 vers le Puits 2) et de la droite vers la gauche (du Puits 2 vers le Puits 1). Ceci veut dire que la probabilité P 12 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 1 se trouve dans le Puits 2 est exactement égale à la probabilité P 21 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 14

58 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 2 se trouve dans le Puits 1. Donc, l une des conséquences fondamentales d une telle hétérostructure symétrique est que pour chaque type de particules chargées (électron ou trou), on vérifie l égalité: P 12 =P 21. Ceci implique à son tour que les flux et les densités de courants de probabilité sont également identiques dans les deux sens: Ф 12 = Ф 21 et J 12 =J 21. Ces résultats sont très importants dans les composants à transport vertical le long de la direction Oz pour les Transistors à Effet Tunnel Résonant et les Transistors à Transport Balistique. SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 B c E 1 1 LW L b LW E 1 2 B c B c E 1 1 LW L b LW E 1 2 B c B V 1 HH 1 LH 1 HH 1 2 LH 1 2 B V B V 1 HH 1 1 LH 1 HH 1 2 LH 1 2 BV (a) hétérostructures symétriques (b) hétérostructures assymétriques Figure I.12: Hétérostructures a Double Puits Quantiques de type I : (a) -Symétrique: L W1 =L W2 et (b) -Assymétriques: L W1 L W2 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 15

59 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH - Il existe cependant le cas général où les largeurs des deux puits sont différentes l une de l autre : L W1 L W2. Dans ce cas, les hétérostructures sont dites hétérostructures assymétriques. Dans ces hétérostructures (voir Figure I.10 ci-dessus), les états confinés dans le Puits 1 sont situés à des positions différentes de celles des états confinés dans le Puits 2. En particulier, les énergies propres des états confinés fondamentaux sont maintenant différentes: E 1 1 E 2 1 et HH 1 1 HH 2 1 LH 1 2, 1 LH 1 De même, les fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 1 sont maintenant également différentes des fonctions d ondes des états quantiques confinés dans le Puits 2. Il en résulte en particulier une probabilité de transfert différente de la gauche vers la droite (du Puits 1 vers le Puits 2) de celle du transfert de la droite vers la gauche (du Puits 2 vers le Puits 1). En particulier, la probabilité P 12 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 1 se trouve dans le Puits 2 est maintenant différente de la probabilité P 21 pour que le porteur de charge confiné dans le Puits 2 se trouve dans le Puits 1. Donc, l une des conséquences fondamentales d une telle hétérostructure assymétrique est que pour chaque type de particules chargées (électron ou trou), on vérifie l inégalité: P 12 P 21. Ceci implique à son tour que les flux et les densités de courants de probabilité sont également différents dans les deux sens: Ф 12 Ф 21 et J 12 J 21. Ces résultats sont également très importants dans les composants à transport vertical le long de la direction Oz. En plus du transport par Effet Tunnel Résonant et du Transport Balistique, les hétérostructures assymétriques permettent la réalisation d autres types de composants : les Résonateurs ou Oscillateurs de Bloch et les Lasers à puits quantiques à transition inter-sousbandes comme les Lasers à Cascade Quantique. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 16

60 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2.2.c. Hétérostructures a multi puits quantiques Les hétérostructures à Multi-puits Quantiques sont formées par n puits quantiques séparés par n+1 barrières. Le cas le plus simple d une telle hétérostructure est représenté sur la figure I.11 avec 3 puits et 4 barrières. SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 B c Figure I.13 B V SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 Hétérostructure à Multi-puits Quantiques avec : - 3 puits et -4 barrières Là aussi le comportement physique de ce type d hétérostructure dépend des largeurs des barrières L B1 et L B2 insérées entre les différents puits quantiques et des largeurs de ces même puits L W1, L W2 et L W3 : - Si L B1 =L B2 et L W1 =L W2 =L W3, on a alors affaire à une hétérostructure symétrique. Deux cas intéressants peuvent apparaître : Si en plus les largueurs de barrière vérifient les conditions de quantification : L B1 > λ de Broglie et L B2 > λ de Broglie, alors les 3 puits quantiques sont totalement découplés ; en d autres termes ils sont indépendants l un de l autre. De telles hétérostructures sont intéressantes pour les Lasers à transitions interbandes directes, comme nous le verrons plus loin. Si par contre L B1 < λ de Broglie et L B2 <λ de Broglie, alors les 3 puits quantiques sont couplés ; en d autres termes ils sont dépendants l un de l autre. Il peut en résulter là aussi un effet tunnel résonant avec les mêmes implications que pour l hétérostructure à double puits quantique. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 17

61 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH - Si par contre L B1 L B2 ou alors si L W1 L W2 L W3, on aura alors affaire à une hétérostructure assymétrique comme dans le cas de l hétérostructure à Double Puits, sauf qu ici on a 5 paramètres ajustables sur lesquels on peut jouer pour modifier la symétrie et donc modifier le confinement et le recouvrement des fonctions d ondes. Il s agit de : L B1, L B2, L W1, L W2, ou L W3. En jouant sur ces paramètres, on a encore plus de possibilité de faire apparaître des phénomènes physiques intéressant dans le transport vertical et parallèle et dans la conception de composants électroniques et optoélectroniques aux propriétés nouvelles. 2.2.d. Super-réseaux : SC 2 SC 1 SC SC 1 SC 1 SC 2 2 SC 2 SC 1 SC 2 SC 1 SC 2 Bc L W L B Bv Un super-réseau est une hétérostructure à Multi-Puits Quantique particulière, dans laquelle les largeurs de barrières et les largeurs de puits successifs vérifient un certain nombre de conditions : 1. L B1 = L B2 = = L B(n-1) = L Bn. L Figure I.14 : Super-réseau montrant l élargissement des niveaux d énergies fondamentaux en mini-bandes : une mini-bande de conduction pour les électrons en bleu et une mini-bande de valence pour les trous en rouge 2. L Bi «λ de Broglie pour toutes les barrières, c est-à-dire que tous les puits sont très fortement couplés ; 3. L W1 = L W2 = = L W(n-1) = L Wn Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 18

62 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 4. L Wi «λ de Broglie pour tous les Puits, c est-à-dire que tous les puits sont fortement quantifiés ; 5. L W1 + L B1 = L W2 + L B2 = = L Wn + L Bn = L; c est la condition de périodicité du système où L est la période du super-réseau. Il en résulte une série de puits couplés avec une super-périodicité qui fait ressembler ce système à un réseau de puits couplés d où le nom de super-réseau. Alors qu un réseau cristallin est formé par la distribution périodique des atomes dans l espace qui se traduit par une structure de bande et, en particulier, une bande de conduction pour les électrons libres et une bande de valence pour les trous libres. Le Super-réseau est donc le résultat d une succession périodique de puits quantiques fortement couplés qui se traduit par une quasi-structure de bande équivalente formée par les niveaux quantiques des particules chargées (électrons et trous) confinées dans les puits en fort couplage entre eux ce qui se traduit par leur élargissement en mini-bandes. Une mini-bande de conduction pour les électrons (en bleu sur la Figure I.11) et une mini-bande de valence pour les trous (en rouge sur la Figure I.11). La largeur δ BC et δ BV des mini-bandes de conduction et de valence respectivement dépendent des paramètres du super-réseau: la largeur des puits L W, la largeur de barrières L B, mais également des hauteur de barrière (ou profondeur des puits) qui sont finalement les band offsets de conduction ΔEC et de valence ΔEV. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 19

63 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2.3. Puits carrés, Puits triangulaires 2.3.a. Puits carré On peut réalises un puits quantique par l accumulation continue des couche plan de différent matériaux On prendra un matériau de petit gap entouré de chaque côté par un matériau de plus grand gap. Dans ce cas là, les électrons voient un puits de potentiel carré avec une barrière finie. 0 E 4 E 3 E 2 -U 0 E 1 -L/2 0 L/2 Figure.I b. Puits triangulaires La modification des états électronique sous l action d un champ électrique, pour polariser un puits quantique par un champ électro statique suivant une direction il y à deux façon de le faire : Champ perpendiculaire à l axe du puits Champ parallèle à l axe du puits Qui se traduit par un éclatement et décalage des rais spectrales en plusieurs composant, la valeur énergétique de ce décalage est appeler effet Stark qui est semblable a la Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 20

64 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH modification des états électronique par l application d un champ magnétique (effet Zeeman) L application d un champ électrique a un puits quantique permettre de moduler l absorption optique rapidement (Effet Stark confinée) 2 2 BC 1 1 Figure I-16 Effet Stark BV Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 21

65 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2.4. Puits linéaires ; puits paraboliques, puits hyperboliques 2.4.a. Puits linéaires 2.4.b. Puits paraboliques La croissance des structures à gap graduel de période court représente un réel défit pour la croissance cristalline MBE Pas seulement la système de la MBE contrôlée par ordinateurs est requis, mais aussi de nouvelle technique nécessaires pour accomplies le gradient de la composition à courte distance parmi ces méthode, la méthode par jet pulses (pulsed-beam)la croissance d alliage à gap variable,est faite en ouvrant et on fermant alternativement les fourres du Ga et Al Le résultat est un superréseau Al/Ga avec une constante de périodicité (~20Å) mais un rapport de l épaisseur AlAs et GaAs varie. Le gap local est donc celui de l alliage correspondant à la composition moyenne déterminer par l épaisseur de AlAs et du GaAs tant que la période du super réseau est plus petit devant la longueur d onde de Broglie le matériau se comporte comme un alliage ordonné à gap variable. D autre technique ont été utilises pour la croissance des puits quantique parabolique Un autres exemple intéressons des alliages super-réseau sont les matériaux pseudoquaternaires introduit par F. Capasso et d autre. De tell structures artificiel GaInAsP sont capable d être utilises dans plusieurs application. Le concept d un semi-conducteurs quaternaires GaInAsP est facilement expliquée, on considérant une structures multicouche alternée de GaInAsP et InP, si les épaisseurs des couche sont suffisamment mince (dizaines d Å) l une dans le régime superréseaux. L une des conséquence est que ce matériaux à sont propre gap, intermédiaires entre GaInAs et InP dans la limiter des épaisseurs des couche de l ordre de quelque monocouche l énergie du gap peut être exprimer par : Ou L sont les épaisseurs les couche respectives,ces super-réseau peuvent être regardes comme nouveaux semi-conducteurs pseudos quaternaires GaInAsP,en effet,similaires aux alliage GaInAsP sont développer on accorde de maile avec InP et leurs gap peut être varie entre varier entre ceux de InP et ceux du GaInAs.cette dernières (variation)est facile en ajustant le rapporte des épaisseurs des couche de GaInAs et InP,la croissance de telle alliage est très difficile tant que la fraction molaires x(ou y)doit être variée couteusement en maintenant l accorde de maille avec InP 2.4.c. Puits hyperboliques Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 22

66 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 3. Structures GRINSCH: 3.1. Modulation de bandes d énergie, modulation du gradient, confinement séparé Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 23

67 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 3.2. Puits imbriqués abrupts 3.3. Puits imbriqués linéaires 3.4. Puits imbriqués paraboliques Hétérostructure à Gradient d Indice et à Confinement Séparé On à un contrôle séparé du confinement des porteurs de charges (électrons et trous) et des photons dans la zone active par deux puits quantiques imbriqués l un dans l autre Les porteurs sont confinés dans un puits quantique étroit par les barrières énergétiques ΔEc et ΔEv les photons sont confinés dans un puits quantique large par des gradients d indice de réfraction Δn le facteur de confinement Γ joue un roll très important dans les structures à puits quantique Γ : mesures le taux de recouvrement des distributions spatiales des porteurs et des photons On améliore encore le facteur de confinement en remplaçant le puits unique par une structure à multi puits quantique. Cette structure va augmenter le facteur de confinement et diminuer le gain à faible injection DIFFERENTS TYPES DE GRINSCH Il à plusieurs types de GRINSCH on cite 3 types a. Grinsch à variation abrupte «discrète» b. Grinsch à variation linéaire c. Grinsch à variation parabolique Structure Laser à GRINSCH complexe Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 24

68 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH «a» «b» «c» GRINSCH a variation à parabolique Une variation parabolique - à Multi-Puits Quantiques - à cavité de résonance optique ou Cavité de Fabry-Pérot Le confinement est relié directement à la relation de dispersion, la masse effective et la géométrie du puits Les niveaux d énergie sont confinés dans le matériau qui forme le puits : - les électrons dans BC, - les trous dans BV Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 25

69 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Le degré de confinement dépend de plusieurs facteurs : Nature du matériau puits et du matériau barrière Géométrie de la structure : hauteur de barrière et largeur du puits E 1 E 0 HH Pour décrire les états confinés de BC : E0, E1 et ceux de BV : HH, LH, on utilise le formalisme k.p de la fonction enveloppe combiné avec celui de Kohn-Luttinger pour la BV et celui de Pikus-Bir pour inclure la contrainte Problème du confinement simultané des porteurs et des photons Pour le simple puits quantique, le confinement des photons est bonne mais les électrons sont pseudo-libre (pseudo-continue) Photon Électron Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 26

70 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Si nous décrois le puits quantique, le confinement des porteurs de charge est bonne mais pour les photons pas encore Électron Photon Nous nous rassemble les deux puits de façon qu on obtienne une symétrie qui permise de confinée les deux en même temps Grinsch à variation abrupte «puits imbriqué» Photon Électron Grinsch à variation abrupte «discrète» pose un problème de désaccorde maille Modification de la forme du GRINSCH Grinsch a variation linière Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 27

71 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH Création d une zone tampon à variation linéaire entre le puits et la barrière -Pour améliorer le confinement des Porteurs de charges et des photons -Pour réduire l auto-contrainte à l interface puits-barrière -Pour réduire les défauts (centres de recombinaisons non radiatifs) -Pour bloquer les impuretés résiduelles remontant à partir du substrat Conclusion Pour améliorer les performances des LASER MIR à base d Antimoniures III-Sb, c est-à-dire - augmenter la longueur d onde - augmenter le confinement des trous - diminuer l effet Auger - augmenter le gain et la puissance du LASER -diminuer la densité de courant de seuil Il est nécessaire d utiliser : des structures à Multi-Puits Quantiques dans la zone active avec comme barrières des matériaux quinaires du type AlGaInPSb / InGaAsSb Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 28

72 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH et des structure GRINSCH complexes englobant la zone active à MPQ et servant ellemême de cavité de Fabry-Pérot Le désaccord de mail provoque les des contrainte et les défauts entres les coucha épitaxie qui modifier les propriétés optique et électronique des matériaux. La réalisation d un laser dans la gamme 2μm-4μm à base d antimoniure de phosphore III-V ou la contrainte ne doit pas dépasser Δa/a 2%.i.e. permise de augmenter le confinement des électrons et des photons en même temps La solution c est un puits graduel GRINSCH(Graded Index & Separate confinement Heterostructures )la structures multi couche de se système qui provienne par un dépôt de plusieurs couche différent On utilises la technique de MBE la structure délustrés dans la figures I-2 ;ou la substrat est mono cristal de type GaSb composes III-V pour des applications en infrarouge moyenne 2μm-4μm 1- couche active 2- couche de séparation 3- couche de passivation 4- substrat Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 29

73 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH BC ω E 3C E 2C E 1C ΔEc BV ω E 3hh E 2hh E 3hh Eg L Z ω ħω ħω~eg+e ω 1C +E 1hh ω E 1Lh ΔEv E 2Lh Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 30

74 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 2 1 BC E K x, K y 1 1 Trous légers Trous lourds Spin- Orbite 2 1 CCCH CHHS CHHL Barrier Active BC BC BV BV Multi puits Quantique BC Région graduel BC Barrier e BV BV Simple puits graduel Quantique d indice Multi puits Quantique modifié Simple puits Quantique Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 31

75 Chapitre II Structures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé : GRINSCH 20 n=3 Absorption (10 3 cm -1 ) 15 n=1 n= Photon Energie (ev) In 0.53 Ga 0.47 As Puits λ L =1.7μm λ=1.55μm λ=1.5μm ~ ~ LW=1000Å 100Å 80Å Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 32

76 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 1. Introduction 2. Propriétés des matériaux binaires: GaSb, InSb, AlSb, GaP, InP, AlP, InAs, GaAs, AlAs 3. Propriétés des alliages ternaires GaInSb.GaAsSb.InAsSb.AlGaSb.GaPSb 4. Propriétés des alliages Quaternaires : InGaPSb.AlGaPSb. 5. Propriétés des alliages Quinaires : AlInGaPSb 6. Techniques de fabrication : MOCVD, MBE 7. Conclusion Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 1

77 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 1. Introduction L étude des propriétés des matériaux composés III-V est très important pour l optoélectronique et la réalisation des lasers des diodes électroluminescents et les photo-détecteurs, Ces matériaux sont conçus à partir d alliages contenants des éléments du groupe III (Ga, In, Al) et des éléments du groupe V (P, Sb). Dans ce chapitre, nous étudierons les propriétés physiques des alliages binaires, ternaires, quaternaires et Quinaires Figure III.1: Bande interdite de plusieurs semiconducteurs en fonction du paramètre de maille cristalline. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 2

78 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 2. Propriétés des matériaux binaires: GaSb, InSb, AlSb, GaP, InP, AlP, InAs, GaAs, AlAs Les matériaux composer binaires III-V se cristallise en structure cubique type Zinc Blend (deux sous réseaux cubique face centre (CFC) translates l un par rapport a l autre d un quart de la diagonal principal, la différence entre cella et le diamant ;on trouve des atome de la colonne III dans un des deux sous réseaux CFC et des atome de la colonne V dans l autre Ga Sb (a) (b) Figure. III. 2 : (a) Structure diamant - (b) structure Zinc Blend La maille conventionnelle d une structure cubique contient quatre molécule du matériau III-V est chaque atome est entouré de quatre atome équidistance de l autre espace,pour l étude des propriétés physique des matériaux semi-conducteurs, La Zone de Brillouin (La figure III.3) illustre les points principaux qui permettre de représentation la structure de Bande d énergie nécessaire pour cette étude. X L Figure.III.3 : Première zone de Brillouin de la d un cristal cubique K x K K X Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 3

79 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 2.1. Structure de bandes des binaires : Un semi-conducteur est caractérisé par leur structure de bandes.ou le sommes de la Bande de valence est pris comme un niveau de référence, Dans le cas de InSb, GaSb, InAs, GaAs, InP et AlP possède un gap direct ou le minimum de la band de conduction est situé à K=0 i.e. au point Γ, directement au dessus du maximum de la bande de conduction qui elle-même se trouve au point Γ. Pour les binaires AlSb, AlAs et GaP le minimum de la bande de conduction n est pas à K=0, mais dans la direction X(100) et le maximum de la bande de valence se trouve est au point Donc ces binaires possède un Gap indirect. Les masses effectives de conduction et de valence est donné par les relations suivant [1] : * 1/ 2 2 / 3 m c ( nml mt ) ; m * v 3/ 2 3/ 2 ( mhh mhl ) 2/3 Pour avoir la masse effective à 300 K on utilise la relation suivante [2] : m*( T 300 K) m*( T 0 K)* Eg(300 Eg( T 0 K) K) Les masses des trous lourd et léger sont donnée par [1]: m hh 1 1 m lh m 0 1 Avec 2 ; 1, 2, 3 paramètres de Luttinger Pour la variation de Spin-Orbite est donné par (La variation de Vashiné) [4] so so( T 0 K)* Eg(300 Eg( T 0 K) K) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 4

80 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V L énergie du gap à 300 K est donnée par la relation suivante : Eg( 300 K) T Eg( T 0 K) T 2 Antimoniures [2] : E g Γ InSb GaSb AlSb 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K a x E g L E g Δ SO m*(γ) eχ AlSb GaSb InSb Γ X L X Γ L X Γ L Δso= Trous lourds Trous lourds 111 Trous lourds Trous légers Δso=0.675 Trous légers Δso=0.749 Trous légers Figure.III.4 : Les structures de bandes des matériaux binaires AlSb, GaSb, InSb Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 5

81 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Arséniures [2] GaAs AlAs InAs 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K Eg Γ a x E g L E g Δ SO m Γ * m so m Lh m hh m e (X) m e (L) AlAs GaAs InAs Γ X L X Γ L X Γ L Trous légers Trous légers Δso=0.184 Δso=0.245 Trous lourds Δso=0.327 Trous lourds Trous légers 111 Trous lourds Figure. III.5 : Les structures de bandes des matériaux binaires AlAs, GaAs, InAs Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 6

82 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Phosphures [2] E g Γ GaP AlP InP 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K 0 o K 300 o K a x E g L E g Δ SO m Γ * m so m Lh m hh m*(x) m*(l) AlP GaP InP Γ X L X Γ L X Γ L Δso Δso Δso Figure. III.6 : Les structures de bandes des matériaux binaires AlP, GaP, InP Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 7

83 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Propriétés des ternaires : Les alliages ternaires (A 1-X B X C) contiens deux composes binaires AC et BC à condition qu il y a un a corde de maille avec le substrat, le paramètre de maille est donnez par la relation suivant [2] : a ( AX B1 XC) (1 x) a( BC) xa( AC) x : composition de l alliage Ou l accorde de maille se fait par la relation suivant : a a a ( 1 substrat ) a( A a( substrat ) X B X C) L énergie du gap de l alliage et de forme suivante [2] : E g ( AX B1 X C) (1 x) E g ( BC) xe g ( AC) x(1 x) C ABC X : composition en antimoniure de l alliage. C : coefficient de courbure (paramètre de Boeing) La Bande Offsets de conduction est de valence est donné par la relation suivante [2]: Ec e ( substrat ) Eg( A1 B C)] x x Ev [ e ( substrat ) Eg( substrat )] [ e ( A1 xbxc) Eg( A1 xbxc)] Pour la variation de Spin-Orbite est donné par [2] so( A 1 B C) (1 x) so( A) x so( B) X X Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 8

84 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Antimoniures : In X Ga 1-X Sb : Le matériau (GaSb) 1-X (InSb) X à un gap direct en band Г cristallise au Zinc Blende,son énergie de gap varie de (ev) pour GaSb a 0.174(ev) avec une variation de paramètre de maille entre 6.059Å pour GaSb et Å pour InSb,La variation de l énergie du gap en fonction de la composition x, Les valeurs de l énergie de gap varient en fonction de la composition suivant les relations suivantes et sont représentées sur les figures E g ( Ga 1 X In X Sb ) x (1 x)0.727 x(1 x)0.415 E X g ( GaAs X Sb 1 X ) x (1 x)1.033 x(1 x)0.33 E L g so ( Ga ( Ga 1 X 1 X In X Sb ) In Sb ) X x x (1 (1 x)0.753 x)0.675 x(1 x(1 x)0.4 x)0.1 * m ( Ga1 X In X Sb ) * mx ( GaAs X Sb1 X ) E ( Ga In Sb ) m * L so ( Ga 1 X 1 X In X X Sb ) 0.01x (1 x)0.812 x(1 x) x (1 x)1.141 x(1 x) x (1 x)0.875 x(1 x) x (1 x)0.675 x(1 x)0.1 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 9

85 gap en (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Ga 1-X In X Sb 300 o K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,1 1,1 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 X-vallée L-vallée so 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 -vallée 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Composition x en Indium Figure. III.7 : La variation de l énergie du gap du composé ternaire In x Ga 1-x Sb en fonction de la composition x en Indium (InSb) 1-x( GaSb) x, E g Gap directe ver X-valée indirect avec un gap plus petit, il est isocoeurique entre InSb et isoélectronique entre GaSb, Forte contrainte et déformation (désaccorde de d Alliage) Γ est plus perturbé, la croisement L-vallée X-vallée à x=51.5% avec une énergie de E L-X =0.71 (ev), une résonance E g =Δso à x=6% (effet Auger) avec une énergie E Γ-Δso =0.67 (ev).i.e. Il est intéressent sauf à x=6%, le croisement X-vallée-Δso à x=56% avec une énergie E X-Δso =0.69 (ev). InGaSb (Puits) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 10

86 Masse effective [m X /m o ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Ga 1-x In x Sb 300 o K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,8 0,8 0,7 m X 0,7 0,6 m L 0,6 0,5 0,5 0,4 0,3 Linéair 0,4 0,3 0,2 0,1 m SO 0,2 0,1 m gama m Lh 0,0 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 la variation en x Figure. III.8 : la variation de la masse effective en fonction de la composition x en Indium La contrainte : a a a ( 1 GaSb) a( Ga a( GaSb) X In X Sb) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 11

87 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Ga 1-x In x Sb/GaSb 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,01 0,01 0,00 0,00-0,01-0,01-0,02-0,02-0,03-0,03-0,04-0,04-0,05-0,05-0,06-0,06-0,07-0,07 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition x Figure.III.9 : Variation du désaccord de maille en fonction de la composition x en indium de Ga 1- xin x Sb sur substrat de GaSb. a/a : toujours comprimes si on prendre l approximation linéaire On le fabrique avec une faible Al Faible composition en Indiums ver 30%,on mie Ga pour diminuer la contrainte GaAs 1-x Sb x L alliage (GaAs)1-x(GaSb)x. est contient de deux binaires GaAs et GaSb avec un gap directe qui varie entre 1.423eV (GaAs) et 0.727eV pour (GaSb), Le paramètre de maille est de Å pour le GaAs et de Å pour le GaSb, Les équations qui suivent montrent la variation du gap et les masses effectives : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 12

88 Gap en (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V E g ( Ga As 1 X Sb X ) x (1 x)1.423 x(1 x)1.43 E X g ( Ga As 1 X Sb X ) x (1 x)1.899 x(1 x)1.2 L E ( Ga As g so ( Ga As 1 X 1 X Sb Sb X X ) ) x x (1 (1 x)1.707 x)0.245 x(1 x(1 x)1.2 x)0.6 * m ( Ga As m ( Ga As m * X m ( Ga As * L * so 1 X 1 X 1 X ( Ga As Sb Sb Sb X X 1 X X ) x ) x ) x Sb X (1 ) x (1 (1 x)0.063 x(1 x)1.43 x)0.927 x(1 x)1.2 x)0.505 x(1 x)1.2 (1 x)0.124 x(1 x)0.6 Ga 1-x As x Sb 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 X-Vallée L-Vallée 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 -Vallée so 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Composition x en Arséniures Figure. III.10 : La variation de l énergie du gap du composé ternaire Ga 1-x As X Sb en fonction de la composition x en Indium (GaAs)1-x(GaSb)x.il est isocoeurique entre GaAs et isoélectronique entre GaSb, Forte contrainte et déformation (désaccorde de d Alliage),Γ est plus perturbé, Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 13

89 Masse effective [m X /m o ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Ga 1-x As x Sb 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8 0,8 m* X 0,6 0,6 m* hh 0,4 m* L 0,4 0,2 0,2 m* Lh 0,0 0,0-0,2 m* m* SO -0,2-0,4-0,4 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 la variation en fonction x Figure.III.11 : la variation de la masse effective en fonction de la composition x en Arséniure La contrainte : a a a ( 1 GaSb) a( Ga a( GaSb) X As X Sb) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 14

90 Y Axis Title Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Ga 1-x As x Sb/GaSb 300 o K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 5,17 5,17 5,16 5,15 delt a/a 5,16 5,15 5,14 5,14 5,13 5,13 5,12 5,12 5,11 5,11 5,10 5,10 5,09 5,09 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 X axis title Figure.III.12 : Variation du désaccord de maille en fonction de la composition x en Arséniure de Ga 1-x As x Sb sur substrat de GaSb. InAs 1-x Sb x (InAs) 1-x (InSb) x. Le pas du réseau Å en InAs et Å en InSb. Il possède un gap qui varie en fonction de x en Sb entre le gap direct de InAs ev et gap indirecte de InSb ev a 300 o K, suivant les équations suivantes : E g ( InAs 1 x Sb ) x x (1 x)0.354 x(1 x)0.67 E X g ( InAs 1 x Sb ) x x (1 x) x(1 x)0.6 E L g ( InAs 1 x so( InAs 1 x Sb ) x Sb ) x x x (1 (1 x) x)0.327 x(1 x(1 x)0.6 x)1.2 * m ( InAs m m * X * L ( InAs m ( InAs so ( InAs 1 x 1 x 1 x 1 x Sb Sb Sb x x Sb x x ) ) ) ) 0.01x (1 x)0.022 x(1 x) x (1 x)0.612 x(1 x) x (1 x)0.274 x(1 x) x (1 x)0.117 x(1 x)1.2 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 15

91 gap (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V InAs 1-x Sb x 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,4 Eg X 1,4 1,2 1,0 Eg L 1,2 1,0 0,8 0,8 0,6 0,4 0,2 Eg so 0,6 0,4 0,2 0,0 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition x en antimoniure Figure. III.13 : La variation de l énergie du gap du composé ternaire In x As 1-x Sb en fonction de la composition x en Indium (InAs) 1-x (InSb) x, il est isoélectronique entre As et Sb et isocoeurique entre In et Sb, la croisement, la croisement X-vallée L-vallée à x=49% avec une énergie de E L-X =0.82 (ev),la croisement Γ-vallée Δso à x=16% avec une énergie de E Γ-Δso =0.23(ev), la croisement X-vallée Δso à x=89% avec une énergie de E x-δso =0.6 (ev),effet Auger a faible composition d Antimoniure Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 16

92 Masse effective [m X /m o ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V InAs 1-x Sb x 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,8 0,8 0,6 m* X 0,6 0,4 m* hh 0,4 0,2 m* L 0,2 0,0 m* m* Lh 0,0 m* SO -0,2-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 la variation la masse effective en fonction de la composition x Figure. III.14 : la variation de la masse effective en fonction de la composition x en Antimoniure La contrainte a a a ( 1 GaAs) a( InAs a( GaAs) x Sb x ) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 17

93 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V InAs 1-x Sb x /GaSb 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,02 0,02 0,01 0,00-0,01-0,02 0,01 0,00-0,01-0,02-0,03-0,04-0,05-0,06-0,03-0,04-0,05-0,06-0,07 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition x en Antimoniure -0,07 Figure.III.15 : Variation du désaccord de maille en fonction de la composition x en Antimoniure de InAs 1-x Sb x sur substrat de GaSb. Le matériaux est on bonne accorde de mail avec la substrat GaSb au point x=9% avec variation linière et x=48% avec le Boing Al x Ga 1-X Sb L alliage (GaSb)1-x(AlSb)x est un matériau qui est utilisé l optoélectronique. Le paramètre de maille est de 6.09 Å pour le GaSb et de 6.14 Å pour le AlSb, on a un bon accord de maille. Ce matériau possède une bande interdite qui varie de façon non linéaire avec la composition x en Al entre le gap direct de GaSb 0.727eV et le gap indirect de AlSb 2.3 ev suivant les équations suivantes : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 18

94 gap en (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V E g ( Al X Ga 1 X Sb) x (1 x)0.727 x(1 x)( x) E X g ( Al X Ga 1 X Sb) x (1 x)1.033 E L g so ( Al X ( Al X Ga Ga 1 X 1 X Sb) Sb) x x (1 (1 x)0.753 x)0.675 x(1 x)0.3 La variation du masse est donné par les équation suivant : * m ( Al m m * X * L ( Al m ( Al so X ( Al X X X Ga Ga Ga Ga 1 X 1 X 1 X 1 X Sb) Sb) Sb) Sb) x (1 x)0.035 x(1 x)( x) x (1 x) x (1 x) x (1 x)0.107 x(1 x)0.3 Al X Ga 1-X Sb 300 o K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,4 2,2 2,0 1,8 L-vallée 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 X-vallée 1,6 1,4 1,2 1,0 1,0 0,8 -vallée 0,8 0,6 SO 0,6 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Composition x en Alluminium Figure. III.16 : Variation de l énergie du gap du composé Al X Ga 1-X Sb en fonction de la composition x en Aluminium a 300 K (InSb) 1-x( AlSb) x, il est isoélectronique entre GaSb mes pas isocoeurique entre GaSb, un gap directe ver X indirect avec un gap plus petit,, les effets de la distorsion et forte, Γ est perturbé, la croisement Γ-vallée L-vallée à x=91% avec une énergie de E Γ-L =2.088 (ev), la croisement Γ-vallée X-vallée à x=42% avec une énergie de E Γ-X =1.3 (ev), la croisement L-vallée X-vallée à x=31% avec une énergie de E L-X =1.21 (ev). Al x Ga 1-x Sb (Barriere) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 19

95 Masse effective [m X /m o ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al X Ga 1-X Sb 300 o K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,2 1,0 m* L 1,0 0,8 0,8 0,6 m* X 0,6 0,4 m* Lh 0,4 0,2 m* SO 0,2 0,0-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 m* m* hh la variation la masse effective en fonction de la composition x 0,0-0,2 Figure.III.17 : la variation de la masse effective Al x Ga 1-x Sb en fonction de la composition x en Aluminium La contrainte a a a ( 1 GaSb) a( Ga a( GaSb) X Al X Sb) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 20

96 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al x Ga 1-x Sb/ GaSb 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,001 0,001 0,000-0,001-0,002-0,003 0,000-0,001-0,002-0,003-0,004-0,005-0,006-0,007-0,004-0,005-0,006-0,007-0,008-0,008 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition en Aluminium Figure.III.18 : Variation du désaccord de maille en fonction de la composition x en Aluminium de Al x Ga 1-x Sb sur substrat de GaSb. a/a : toujours comprimes si on prendre l approximation linéaire On fabrique on faible Al GaP 1-x Sb x (GaP) 1-x (GaSb) x. Le pas du réseau Å en GaSb et Å en GaP. Il possède un gap qui varie en fonction de x en Sb entre le gap direct de GaSb ev et gap indirecte de GaP ev, suivant les équations suivantes : E g ( GaP 1 x Sb x ) x (1 x)2.777 x(1 x)2.7 E X g ( GaP 1 x Sb x ) x (1 x)2.273 x(1 x)2.79 E L g ( GaP 1 x so( GaP 1 x Sb x Sb x ) ) x x (1 (1 x)2.643 x)0.003 x(1 x)2.7 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 21

97 gap (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V * m ( GaP m m * X * L 1 x ( GaP m ( GaP so 1 x ( GaP 1 x 1 x Sb ) Sb ) Sb x x x ) Sb ) x x x x x (1 (1 (1 (1 x)0.125 x)0.703 x)0.541 x)0.084 x(1 x(1 x(1 x)2.7 x)2.79 x)2.7 GaP 1-x Sb x 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 3,0 3,0 Eg 2,5 2,5 Eg L 2,0 2,0 1,5 Eg X 1,5 1,0 1,0 0,5 0,0 so 0,5 0,0 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composiotion x en antimoniure Figure.III.19 : La variation de l énergie du gap du composé ternaire GaP 1-x Sb x en fonction de la composition x en Antimoniure (GaP) 1-x (GaSb) x,, la croisement, la croisement Γ-vallée L-vallée à x=78% avec une énergie de E Γ-L =0.71 (ev),la croisement Γ-vallée X-vallée à x=64% avec une énergie de E Γ-X =0.84(ev), la croisement L-vallée X-vallée à x=59% avec une énergie de E L-X =0.86 (ev), Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 22

98 Masse effective [m X /m o ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V GaP 1-x Sb x 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1, m* hh m* L m* X m* m* SO m* Lh -1 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 la variation en fonction x 0-1 Figure.III.20 : la variation de la masse effective GaP 1-x Sb x en fonction de la composition x en Antimoniure a a a ( 1 GaAs) a( GaP a( GaAs) x Sb x ) Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 23

99 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 GaP 1-x Sb x /GaAs 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 GaSb ab 0,18 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00 0,08 0,06 0,04 0,02 0,00-0,02 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition x en antimoniure -0,02 Figure.III.18 : Variation du désaccord de maille en fonction de la composition x en Antimoniure de GaP 1-x Sb x sur substrat de GaSb. Le matériau est accorde de mail avec GaAs a faible composition de phosphore au point x=81% avec variation linière et x=95% avec le Boing Propriétés des alliages Quaternaires Quaternaire A x B 1-x C y D 1-y est composé de deux ternaires ABC et ABD qui sont composés eux même de quatre composés binaires AC, BC, AD et BD Les paramètres énergétiques des alliages quaternaires sont calculés par la formule suivante :[3] G " ABCD ( x, y) x(1 x)[(1 y) G ' ABD ( x) ' ygabc ( x)] x(1 x) y(1 y(1 y)[ xg y) ' ACD ( y) (1 x) G ' BCD ( y)] Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 24

100 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V G ABD, G ABC, G ACD, G BCD sont les paramètres énergétiques des alliages ternaires A x B 1-x C, A x B 1-x D, B x C 1-x D Où : G ' ABC ( x) (1 x) G AC xg BC x(1 x) C ABC Le but d étudier L alliage Quaternaires est de contrôler le désaccorde de maille entre les différente couche, Le paramètre de maille est donné par la relation de Vegard [3]; a ABCD ( x, y) xya AC (1 x) ya BC x(1 y) a AD (1 x)(1 y) a BD La variation des masses effectives m * A B x 1 C D x y 1 y ( x, y) xy m * AC (1 x) y m * BC x(1 y) m * AD (1 x)(1 y) m * BD In 1-X Ga x P y Sb 1-y G a " InGaPSb ( x, y) InGaPSb x(1 ( x, y) x)[(1 xya y) G GaP ' GaInSb (1 ( x) ' yggainp( x)] y(1 x(1 x) y(1 x) ya InP x(1 y)[ xg y) y) a ' GaPSb GaSb ( y) (1 (1 x) G ' InPSb x)(1 ( y)] y) a InSb Application numérique : a InGaPSb ( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y) m InGaPSb X m InGaPSb L m InGaPSb SO m InGaPSb ( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y)0.01 ( x, y) xy (1 x) y0.48 x(1 y)0.788 (1 x)(1 y)0.786 ( x, y) xy (1 x) y0.453 x(1 y) (1 x)(1 y)0.234 ( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y)0.102 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 25

101 Energie du gap (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V In 1-x Ga x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 2,0 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 x=0.5 x=0.6 x=0.7 x=0 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0-0,2-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition en y Figure.III.19 : La variation de l énergie du gap du composé Quaternaire GaP 1-x Sb x en compose P pour différente valeurs de x A partir de ce graphe on remarque que l énergie de gap du matériau quaternaire In 1-x Ga x P y Sb 1-y augmente avec la composition y en Phosphore en varions x. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 26

102 a/a Masses Effectives [m x /m 0 ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V In x Ga 1-x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8 m x 0,8 0,6 0,6 0,4 m hh 0,4 m L 0,2 m so 0,2 0,0 m e m Lh 0,0-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition y en P -0,2 Figure.III.20 :La variation de la masse effective dans In x Ga 1-x P y Sb 1-y en fonction de la composition d alliage P pour y =0.5 In x Ga 1-x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 0,01 0,00 0,00-0,01-0,01-0,02 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 coposition y en P -0,02 Figure.III.21 : Variation du désaccord de maille de In x Ga 1-x P y Sb 1-y en fonction de la composition x en Phosphore sur substrat de GaSb. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 27

103 Energie du gap (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al x Ga 1-x P y Sb 1-y G " AlGaPSb ( x, y) x(1 x)[(1 y) G ' AlGaSb ( x) ' ygalgap( x)] x(1 x) y(1 y(1 y)[ xg y) ' AlPsB ( y) (1 x) G ' GaPsB ( y)] a AlGaPSb ( x, y) xyalp (1 x) ygap x(1 y) AlSb (1 x)(1 y) GaSb Application numérique : a AlGaPSb ( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y) m AlGaPSb( x, y) xy (1 x) y0.125 x(1 y)0.135 (1 x)(1 y)0.035 X m AlGaPSb( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y) L m AlGaPSb( x, y) (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y) so m AlGaPSb ( x, y) xy (1 x) y x(1 y) (1 x)(1 y) Al x Ga 1-x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 3,5 3,5 3,0 2,5 2,0 x=0.1 x=0.2 x=0.3 x=0.7 3,0 2,5 2,0 1,5 1,5 1,0 1,0 0,5 0,5 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Composition y en P Figure.III.22 : La variation de l énergie du gap du composé Quaternaire Al x Ga 1-x P y Sb 1-y en compose Al pour différente valeurs de x Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 28

104 Masses Effectives [m x /m 0 ] Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V A partir de se graphe en remarque que l énergie du gap de matériau Al x Ga 1-x P y Sb 1-y augmente en composition y en phosphures en varions x Al x Ga 1-x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,0 1,0 0,8 m x 0,8 0,6 m L m hh 0,6 0,4 0,4 0,2 m so 0,2 0,0 m (x) m Lh 0,0-0,2-0,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition y en P Figure.III.23 :La variation de la masse effective dans Al x Ga 1-x P y Sb 1-y en fonction de la composition d alliage Al pour y =0.05 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 29

105 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al x Ga 1-x P y Sb 1-y 300 K 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,12 0,12 0,10 0,10 0,08 0,08 0,06 0,06 0,04 0,04 0,02 0,02 0,00 0,00 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 composition y en P FigureIII.24: Variation de la contrainte de la couche Al x Ga 1-x P y Sb 1-y sur substrat de GaSb en fonction de la composition en Aluminium Quinaires Quinaires A z B 1-y-z C y D x E 1-x est composé de six composés binaires AC, AD, AE, BC, BD et BE, c est pour cela qu on peut utiliser les paramètres physique des composés binaires pour estimer ceux du système Quinaires L Alliage quinaires étudié dans cette partie de «chapitre. II» c est Al x In 1-y-z Ga y P z Sb 1-z qui est composes de trois élément du group III (Al ; In ; Ga) et deux élément du group V (P ; Sb). Les paramètres énergétiques des alliages Quinaires Al x In 1-y-z Ga y P z Sb 1-z est calculés par la formule suivante [4]: Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 30

106 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Eg( Al In z 1 (1 z(1 xy(1 x(1 y y y y y z)(1 z)(1 z) Eg( InGaP) z)(1 Ga P Sb z y x 1 x) Eg( InSb) x) Eg( AlInSb) y(1 x) Eg( InPSb) ) x yxeg( GaP) zy(1 x)(1 yx(1 zxeg( AlP) y(1 z(1 x) Eg( AlGaP) y z) Eg( InGaSb) x) Eg( GaPSb) z) Eg( AlSb) x) Eg( GaSb) zy(1 x) Eg( AlGaSb) xz(1 zx(1 x(1 y y x)( AlPSb) z) Eg( InP) z) Eg( AlInP) Le paramètre du réseau a(x, y, z) d un alliage Quinaires suivre la loi de vegard [3]. a( Al In z 1 y Ga P Sb z y x 1 ) x zxa( AlP) z(1 z) a( AlSb) x(1 y z) a( InP) (1 y z)(1 x) a( InSb) yxa( GaP) y(1 x) a( GaSb) la variation des masse effectives varier suivant les équation suivant [16]: m ( Al In z 1 y Ga P Sb z y x 1 ) x zxm ( AlP) z(1 z) m ( AlSb) x(1 y z) m ( InP) (1 y z)(1 x) m ( InSb) yxm ( GaP) y(1 x) m ( GaSb) * m ( Al In hh z 1 y Ga P Sb z y x 1 ) x * m ( AlP) hh z(1 * z) m ( AlSb) hh x(1 y * z) m ( InP) hh (1 y z)(1 * x) m ( InSb) hh * yxm ( GaP) hh y(1 * x) m ( GaSb) hh * m ( Al In Lh z 1 y Ga P Sb z y x 1 ) x * m ( AlP) Lh z(1 * z) m ( AlSb) Lh x(1 y * z) m ( InP) Lh (1 y z)(1 * x) m ( InSb) Lh * yxm ( GaP) Lh y(1 * x) m ( GaSb) Lh * m ( Al In so z 1 y Ga P Sb z y x 1 ) x * m ( AlP) so z(1 * z) m ( AlSb) so x(1 y * z) m ( InP) so (1 y z)(1 * x) m ( InSb) so * yxm ( GaP) so y(1 * x) m ( GaSb) so Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 31

107 energie du gap (ev) Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al z In 1-y-z Ga y P x Sb 1-x 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 3,4 3,4 3,2 3,0 2,8 2,6 Z=0.3 y=0.6 Z=0.4 y=0.5 Z=0.2 y=0.7 3,2 3,0 2,8 2,6 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 2,4 2,2 2,0 1,8 1,6 1,4 1,2 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 Composition x en phosphor Figure III-25 : Variation de l énergie du gap de Al z Ga y In 1-y-z P x Sb 1-x en fonction de la composition y en galium A partir de se graphe en remarque que la variation du gap de matériau Al z Ga y In 1-yzP x Sb 1-x Croitre en augmentons composition x en phosphures. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 32

108 Masses effectives Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al z Ga y In 1-y-z P x Sb 1-x 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 1,0 0,9 0,8 0,7 m* e m* lh m* hh m* so z=0.3 y=0.65 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 m* m* hh m* so 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 m* Lh 0,0 0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 Composition x en phosphore 0,0 Figure III.26 : Variation des masses effectives de In z Ga y Al 1-y-z As x Sb 1-x en fonction de la composition y en galium D après la figure III-26 on constate que à force d augmenter la composition en phosphore les trous lourds deviennent moins mobiles et les m* so devienne plus mobile qu avec de petite composition, par contre les trous légers et les électrons reste a forte mobilité en toute la composition en phosphore Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 33

109 a/a Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Al x In 1-y-z Ga y P z Sb 1-z 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 0,20 0,20 0,15 deltgasb 0,15 0,10 0,10 0,05 0,05 0,00 0,00-0,05-0,05-0,10 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 copmposition x en P -0,10 Figure III.26 : La variation paramètre de maille de composition y en galium In z Ga y Al 1-y-z As x Sb 1-x en fonction de la La variation paramètre de maille Al x In 1-y-z Ga y P z Sb 1-z en fonction de la composition z en phosphures Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 34

110 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 6. Techniques de fabrication : MOCVD, MBE 6.1. L épitaxie Par Jets Moléculaires MBE Il s agit d évaporation sous vide le taux de croissance des matériaux sur le substrat est de plusieurs ordres de grandeurs en MBE Le développement prodigieuse de cette méthode de croissance par jet moléculaires sont due a perfection et aux innombrables variation des structures que l on peut élaborés.il en résulter des nouveaux cristaux complexes, en particulières de composés et d alliages de composes III-V dont les structures de bande sont ainsi façonner affin de répondre a des critère précise d application dans des dispositifs optoélectronique tels que les laser a injection et détecteur sensible et rapides L épitaxie par jet moléculaires convient particulièrement à la réalisation de structures correspondant à des exigences élevées en micro optoélectronique. Elle est donc utilises principalement pour les composé III V Le contrôle précis des jet d atome thermique d écrans commandes par ordinateurs permes de contrôlée, non seulement des alliages de composition précises mais encore des sur structure réseaux composes d une succession de couche alternées de composition variable et d apiéceuses régulier,avec une périodique pouvant attient 10nm,ce contrôle exacte de la composition et de la structures est en soi un contrôle précis de la longueur de bande interdite, en énergie et dans l espace qui est ainsi adapté a l application envisagée en particulier a la longueur d onde. Figure III.27 Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 35

111 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V [Semiconductor Nanostructures for Optoelectronic Applications.Todd Steiner] Du rayonnement intervenant dans un dispositif optoélectronique Elle permes de réalises des couche d une telle perfection que des mobilités électronique remarquablement élever 10 2 m 2 v -1 s -1 ont été atteintes.de telles structures sont appelées a jouer un rôle dans les diapositives rapide et ordinateurs a hautes perfection [Semiconductor Nanostructures for Optoelectronic Applications.Todd Steiner] 6.2. L Epitaxie en phases vapeurs MOCVD Figure III.28 MOCVD La technique MOCVD est un acronyme M.O : Metal-Organic ; C :Chimical ; V :vapor ;D :Deposition, ou technique de dépôt chimique en phase vapeur d organométalliques, C'est une technique de dépôt de couches minces d'atomes sur une plaquette de semi-conducteurs, En utilisant cette technique pour créer un matériel qui possède les propriétés optiques et électriques spécifiques qui peu accumuler plusieurs couches ou chacune des ces couches a un épaisseurs qui est contrôlée avec précision. Grâce à cette technique il est possible de construire une gamme de photo-détecteurs à semi-conducteurs et les lasers. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 36

112 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Figure III.28 Composants de Réacteur [4] Un réacteur est une chambre faite d'un matériel qui ne réagit pas avec les produits chimiques étant employés. Il doit également résister aux températures élevées. Cette chambre se compose par des murs de réacteur, un tube de réacteurs à l intérieures du quel est places le supporte destiner à recevoir les substrats ce supporte est appeler le suscepteur qui est fait à partir d'un matériel résistant aux composés métal-organique utilisés ; le graphite est parfois employé. Pour les nitrures croissants et les matériaux relatifs, un enduit spécial sur le susceptor de graphite est nécessaire pour empêcher la corrosion par l'ammoniaque. Unités d'injection de gaz, et unités de commande de la température. Habituellement, les murs de réacteur sont faits à partir de l'acier inoxydable ou du quartz. Pour empêcher le chauffage fini, l'eau de refroidissement doit traverser les canaux dans les murs de réacteur. Spécial des verres, tels que le quartz ou en céramique, sont souvent employés comme recouvrement dans la chambre de réacteur entre le mur de réacteur et le susceptor. [ Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 37

113 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V 7. Conclusion Dans ce chapitre nous avons étudié les différents matériaux antimoniures qui possède un large domaine d appliqués dans l optoélectronique et lasers émettant dans le moyen infrarouge. L étude à commencé par les systèmes binaires qui ne correspondant pas à la gamma voulue donc nous avons passez aux systèmes ternaires ; Hétérostructures n est pas Quantique ou la largeur du puits d>λ DB et Δa/a est très épaisse c.à.d. trop de contraint, on un problème de chimie alors nous sommes passé à une étude des systèmes Quaternaires on a remarqué que le confinement est insuffisant - Fuite de porteurs plus Effet Auger Le dernier système a étudié c est alliage Quinaires AlxIn1-y-zGayPzSb1-z qui présentent un alignement de type I, il est mieux adapté à cette conception car il permettait de réduire plus ou moins les contraintes, confinement suffisant - Fuite de porteurs est mois est pas de Transition type I/type II Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 38

114 Chapitre III Propriétés des matériaux antimoniures III-V Référence [1] : H. Mathieu, Physique des semiconducteurs et des composants électronique. [2] : I. Vurtgaftman and J. R. Meyer, L. R. Ram-Mohan. J. Appl. Phys. Vol.89, No. 11, 1 June [3]: Baaziz Hakim, Doctorat, Université de Batna. [4] : Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Université d Oran (Es-Sénia) Page 39

115 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb 1. Introduction 2. Propriétés des Hétérostructures GRINSCH à base d antimoniures III-Sb 3. Etude des Lasers à structure GRINSCH d antimoniures III-Sb 4. Conclusion Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 1

116 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Introduction Après avoir étudié les propriétés des matériaux binaires ternaires quaternaires et les quinaires nous nous intéressons au présent à l étude hétérostructures de (AlInGaPSb/InGaPSb) on des applications aux diapositives Optoélectronique le paramètre le plus important qui caractérise les matériaux de semi-conducteur est l énergie de la bande Interdite Eg. Une hétéro structures est constituée au moins par deux semi-conducteurs est l énergie de la bande Interdite et donner par EgA et EgB Dans les cas général EgA EgB ou les bande de conduction et les bande de valence ne sont pas aligniez ce que se traduit a l interface par une discontinuité des bande de conduction ΔEc et bande de valence ΔEv. Ces discontinuité conditionnement fortement les propriétés optique et de transporte des hétéro-structures, elles ne sont pas facilement a déterminer du fait de leur dépendance vie a vie des aspects structurant atomique a l interface. [ tese de doctorat université de Lyon 2005 Houssame chouaibe ] Le 1 ere model proposes pour la détermination des continuités de bande est celui des niveaux de référence ou affinité électronique χ : ΔEc=χ B -χ A Les hétéro structure sont classées en différent type suivant le signe des bands offset a hétérojonction abrupt de semi-conducteur comme le démontre la figures E ga ΔE c ΔE v BC E gb BV Type I E ga Type II ΔEc ΔEv E gb BC BV La bande offset d une Hétérostructures type I et type II Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 2

117 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Il existe 2 types de Lasers MIR à Hétérostructures Quantiques III-Sb : - Les Lasers à puits quantiques de type I: AlInGaPSb/InGaPSb - Les lasers de type II à cascade quantique : super-réseaux Ou hétéro structures types II lorsque discontinuités des Bands de conduction ΔEc et la band de valence ΔEv ont mêmes signe, a l interface la relation suivante doit être satisfaite Eg E ga E gb E c E v Une Hétérostructures type I lorsque discontinuités des Bands de conduction ΔEc et la band de valence ΔEv ont un signe opposé.i.e. quand la bande interdite du semiconducteurs de petit gap est englobée dans la band interdite a grand gap ce ci se traduits par le confinement des porteurs électron trous dans les matériaux a petit gap à l interface, la relation suivante doits être satisfaites : Eg E c E v On dit que dans l hétérojonction de type I [ tese de doctorat université de Lyon 2005 Houssame chouaibe ] Les Lasers MIR qui nous intéressent sont de type I : 2μm< λ <4 μm ; Transitions directes interbandes : Bande de Valence Bande de Conduction ; Cependant, les lasers MIR de type I sont limités à λ <3.0 μm Pour différentes raisons : La lacune de miscibilité des quaternaires La contrainte a a < 2% Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 3

118 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Le confinement insuffisant Fuite de porteurs Effet Auger Transition type I/type II Quelles sont les solutions? Utiliser des quinaires est pour se la il existe 3 voies!! Les quinaires Antimoniures d Arséniures de type : AlInGaAsSb / InGaAsSb Les quinaires Antimoniures de Nitrures de type: AlInGaNSb /InGaAsSb Les quinaires Antimoniures de Phosphures de type: AlInGaPSb/InGaPSb Dans notre Etude, nous avons choisi : les quinaires Antimoniures de Phosphures de type: AlInGaPSb/InGaPSb Et on combine avec La technique des Structures GRINSCH Propriétés des Hétérostructures GRINSCH [Graded-Index-Separeteconfinement- Heterostructure] à base d antimoniures III-Sb Structures GRINSCH Hétérostructures à Gradient d Indice et à Confinement Séparé, On à un contrôle séparé du confinement des porteurs de charges (électrons et trous) et des photons dans la zone active par deux puits quantiques imbriqués l un dans l autre Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 4

119 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Les porteurs sont confinés dans un puits quantique étroit par les barrières énergétiques ΔEc et ΔEv les photons sont confinés dans un puits quantique large par des gradients d indice de réfraction Δn Le confinement est relié directement à la relation de dispersion, la masse effective et la géométrie du puits 1 m* E 2 K Les niveaux d énergie sont confinés dans le matériau qui forme le puits : - les électrons dans BC, - les trous dans BV Le degré de confinement dépend de plusieurs facteurs : Nature du matériau puits et du matériau barrière Géométrie de la structure : hauteur de barrière et largeur du puits E 1 E 0 HH Pour décrire les états confinés de B C : E 0, E 1 et ceux de B V : HH, LH, on utilise le formalisme k.p de la fonction enveloppe combiné avec celui de Kohn-Luttinger pour la B V et celui de Pikus-Bir pour inclure la contrainte Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 5

120 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Création d une zone tampon à variation linéaire entre le puits et la barrière -Pour améliorer le confinement des Porteurs de charges et des photons -Pour réduire l autocontrainte à l interface puits-barrière -Pour réduire les défauts (centres de recombinaisons non radiatifs) -Pour bloquer les impuretés résiduelles remontant à partir du substrat, la structures multi couche de se système qui provienne par un dépôt de plusieurs couche différent On utilises la technique de MBE la structure délustrés dans la figures I-2 ;ou la substrat est mono cristal de type GaSb composes III-V pour des applications en infrarouge moyenne 2μm-4μm 1- couche active ou la région active : Elle set constitué de plusieurs couches fines, elle est placer en sandwiche entre deux couche de confinement d un semiconducteurs dopé n et p. La structures qui est utilises est une zone active a multi puits Quantique (MQW). 2- couche de séparation :permettant de séparer la couche du substrat. Elle est constituée de plusieurs couches qui sont a. couche de confinement : dans une Hétérostructures on trouve 2 ou plusieurs couches de confinement, la 1 ere type p (dopé avec Be) et l autre de type n (dopé avec Te) ces couche contient à la fois les porteurs de charges grâce aux différente valeurs des gaps des matériaux et les photons grâces aux différentes valeurs des indices optiques b. couche de modulation : pour moduler le dopage et la composition c. couche tampon : elle permettre d absorbée les impurtés est rattraper le désaccorde de maille Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 6

121 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb 3- couche de passivation : elle est server pour protéger les composant a l extérieures 4- substrat Substrat Couche séparation Couche tampon Couche de confinement InGaPSb GRIN-AlInGaPSb AlInGaPSb Région active AlInGaPSb Couche de confinement Couche tampon GRIN-AlInGaPSb InGaPSb Couche séparation Substrat Le schéma de la zone active du laser GRINSCH High-power and low-threshold-current operation of 1.3 lm strain-compensated AlGaInAs/AlGaInAs multiple-quantum-well laser diodes Po-Hsun Lei a, Ming-Yuan Wu a, Chia-Chien Lin b, Wen-Jeng Ho b,meng-chyi Wu a,* Le confinement optique :[optoélectronique Emmanuel Rosencher,Borge Vinter ] [Physique des semiconducteurs et des composants électrique Henry Mathieu] Le facteur de confinement optique Γ joue un rôle très important dans les structures a puits quantique, il nous renseigne sur l efficacité du recouvrement Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 7

122 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb d a ( z) ( z) 2 2 dz dz D2 2 D 2 Ψ : le électromagnétique D : épaisseur de la zone active D : épaisseur normalisé du guide d onde est donnée par la relation suivante : D 2 d( n n eff ) n 2 : indice de réfraction de la couche n eff : indice effectif du monde qui se propage dans le guide λ :la longueur d onde du rayonnement émis Dans un puits quantique le facteur de confinement Γ w est défini comme le couplage de l onde avec le milieu a gain NW ( z) i 1 LW NW 2 ( z) 2 dz dz W Ou : N w : le nombre de puits quantique de la structure L W : la largeur du puits quantique Le gain optique Le gain optique est défini par la variation relative de la densité de rayonnement par unité de longueurs g ( E) 1 d ( E) (E) dx (E) le flux de photon au cour d un trajet de longueur x dans le matériaux Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 8

123 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Le gain optique est donné par l expression suivant : g ( h ) I [ f ( h ) f ( h )] H( h HH 2d nm n c m v g n m n, m 1 E E ) α 2d :le confissions d absorption d un puits quantique a population nul 2 q2 n 2 VC m d 2d 2 0 sc 0 r Ou : λ 0 est la longueur d onde d émission dans le vide n : indice moyenne dans la zone active ε 0 : constant diélectrique effective des matériaux m r : la masse réduit, dans électron, et les trous d : épaisseur de la zone active α VC : élément de matrice pour un matériaux massifs f c,f v : les fonction de distribution de Fermi-Dirac pour les électron,de la band de conduction et les trou de la band de valence respectivement qui donnée par les formules suivant : f C ( EC ( k)) ( E ( k ) E ) / k T 1 c fc B 1 e 1 f V ( EV ( k)) ( EV ( k ) EV ) / kbt 1 e Le gain model de la structure est définie comme le produit entre le facteur de confinement Γ et le gain max g max G g max Ainsi le gain maximal varie avec la concentration surfacique en porteurs g max g 0 ln( N / N tr ) N : la concentration de porteurs injecté N tr : la concentration a la transparente g : coefficient de gain quoi dépondre de la structures Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 9

124 Chapitre IV Propriétés des Composants GRINSCH III-Sb Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 10

125 Chapitre V Application Chapitre V Les Applications du laser à structure GRINSCH 1. Introduction 2. Applications en métrologie 3. Applications environnementales 4. Applications en détection 5. Applications en télécommunications 6. Applications médicales 7. Applications spatiales et militaires 8. Conclusion Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 1

126 Chapitre V Application 1. Introduction Tout corps dont la température diffère du zéro absolu émet un rayonnement électromagnétique et le spectre d émission de ce rayonnement est caractéristique de sa température. Figure.1 : illustre les propriétés des températures du corps : plus la température d un corps est élevée, plus son maximum d émission se situe vers les courtes longueurs d ondes. Le domaine IR couvre un domaine du visibilité large qui donne a notre laser un large domaine d application [1] Les lasers MIR à structures GRINSCH à base du phosphore est efficace pour sa sélectivité sa sensibilité et sont temps de réponse par rapport à d autres lasers MIR, l utilisation de ce laser PIR et MIR couvre un domaine importante pour différente application en métrologie, environnementales, en détection, en télécommunications, médicales, spatiales et militaires. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 2

127 Chapitre V Application 2. Applications en métrologie Le but de cette étude est de améliores et optimises les dispositifs qui sers à la mesures de la pollution de l air qui est un problème délicate pour humanité, se dispositif étudier sera associer à différente techniques des mesures comme les LIDAR(en anglais: Light Detection and Ranging; or Laser Imaging Detection and Ranging), possède le même principe comme le radar sauf le Radar émet des onde micro-onde mes le LIDAR émet la lumière de laser pulsée au lieu des micro-ondes, est appeler encore spectroscopie d absorption d un laser Figure.2 : le principe de fonctionnement d un LIDAR une technologie qui détermine la distance à un objet ou la surface à l'aide du laser, la gamme à un objet est déterminée en mesurant délai entre la transmission d'une impulsion et la détection des signaux reflétés [2] la spectroscopie d absorption d un laser LIDAR est considères la meilleure méthode pour saisir les trois dimensions de l'espace.cet appareil laser placer dans une avion ou hélicoptère pur émet les faisceaux de lumière laser en direction de la surface de la terre, puis mesure l'énergie que renvoie chaque objet en particulier. Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 3

128 Chapitre V Application L'énergie ainsi mesurée montre assez précisément les points de rétro diffusion, la réunion tridimensionnelle de ces points permet de détecter les objets cachés par la couverture des forêts. [3] 3. Applications environnementales La pollution de l air présent aujourd hui un problème principal, que ce soit pour la mesure des polluant en atmosphère urbaine ou périphérique ou en espace confiné. La spectroscopie optique, la gamme spectrale du proche et moyen IR correspond à une fenêtre dans laquelle sont présents de très forts pics d'absorption des principaux polluants (NO, N2O, CO, H2CO (formaldehyde) NH3, SO2, etc..). la Figure illustre absorption des Gaz dans le MIR [4] Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 4

129 Chapitre V Application A. Vicet et Al. Elsevier Science, Spectrochimica Acta Part A 58 (2002) Figure. 3 : Intensité des raies d absorption d espèces gazeuses dans la gamme de longueurs d ondes 2µm-3µm. [5] Application d un faisceaux lasers IR permettre d analyses l atmosphère découvrir la concentration de n importe qu elle type de gaz toxique, ce système est appeler le LIDAR, qu on a parler dans l application en métrologie 4. Applications en détection Le détecteur est un dispositif technique qui change d état en présence de l élément concerné ou la situation pour lequel il a été spécifiquement conçu, Le laser est utilises dans domaine de la détection qui est différente par chaque type et domaine application. Les corps émet des radiations quelque soit la température à laquelle ils se trouvent. Si la température est basse, le corps émet dans l'infrarouge. Plus la température du Corps augment, La couleur devient rouge, plus la température augmente plus le spectre de lumière s'enrichi en orange, jaune, vert...et le "mélange" fait par l'œil fait percevoir l'objet de plus en plus blanc.[6] Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 5

130 Chapitre V Application Figure.4 : illustre la différance de la température dans l objet observé [7] Généralement application de sécurité et de protection incendie est appliquer dans tous les industries (la production de pétrole où gaz, fabrication d acier, les usines de traitement de déchets éte...) toute industrie ou site industriel disposant d'une zone de stockage avec un fort risque de départ de feu. Besoin fondamental de détecter les points chauds puis d'empêcher un incendie. Les lasers à détection est utilises dans la maintenance électrique au but de prévenir des détériorations et destruction des matériels et les appareils électrique, est prévenir dans le cas d un feu électrique pour une installation ressente ou en ancien. Le contrôle doit avoir lieu sur les installations en état de fonctionnement [8] Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 6

131 Chapitre V Application les lasers est utilises même pour détection d'intrusion la pénétration d un individu provoque une modification du rayonnement un contacte électrique envoie une information d alarme au la police, les lasers PIR et MIR sont utilises dans les aéroports et les port marine pour détecter les produits interdite et pour sentir les gaz dangereux et polluons L application en Biologie où La détection des oiseaux, les poisons et les animaux leur trajectoire et de mieux les surveiller [9] Détection aérienne La détection aérienne ou plus précisément la thermographie qui est une mesure luminance d une surface et las rayonnement émie par la surface perturbant car la températures de surface d une toiture n est que rarement une image de se qui se passe thermiquement aux étage au dessous, l utilisation de n autre lasers permettre de mettre en évidence un signal qui devra être interprété par l analyse d un thermicien avant de pouvoir être traduite en une estimation du niveau de déperdition d un bâtiment.[10] [11] Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 7

132 Chapitre V Application Détection de la pollution Atmosphérique Le sujet qui se pose est qui devient un vrai délire pour le monde actuel c est la pollution atmosphérique due à la présence du gaz toxique accédant dans l atmosphère, qui commence à induite des série du problème respiratoires pour l humanité, mes la cause de ces problème c est principalement due à les gaz toxique rejeter par les usines, le transport urbain [12] la graphe pressente la qualité de l air qui est prendre régulièrement des mesure est les comparer pour la santé humaine, une comparaison du moyenne de comparaison du moyenne de pourcentage du temps dans des villes canadienne [13] Figure.5 suivante présente une image de l augmentation terrible de la pollution entre 1999 et 2005 qui proviennent de 76 stations de surveillances Magister en Micro-Opto-Electronique ; 2010 Département de Physique Université d Oran (Es-Sénia) Page 8

Puits quantiques et super-réseaux semi-conducteurs 1

Puits quantiques et super-réseaux semi-conducteurs 1 1 Mines Deuxième année Physique de la matière condensée et des nano-objets TD8-2011 Puits quantiques et super-réseaux semi-conducteurs 1 Résumé Dans ce TD nous allons aborder la physique des puits quantiques

Plus en détail

Laser à Cascade Quantique. génération du rayonnement THz par excitation optique des transitions inter-bandes

Laser à Cascade Quantique. génération du rayonnement THz par excitation optique des transitions inter-bandes Laser à Cascade Quantique étudié par spectroscopie THz ultrarapide, et génération du rayonnement THz par excitation optique des transitions inter-bandes Présentation : Simon SAWALLICH Date : Mercredi 14/04/2008

Plus en détail

FSAB 1203 : PHYSIQUE QUANTIQUE APE 12 : BARRIÈRE DE POTENTIEL, STRUCTURE

FSAB 1203 : PHYSIQUE QUANTIQUE APE 12 : BARRIÈRE DE POTENTIEL, STRUCTURE Physique Quantique FSAB 123 APE 12 Auteur(s) : VB, XG, ON, BN, JPR FSAB 123 : PHYSIQUE QUANTIQUE APE 12 : BARRIÈRE DE POTENTIEL, STRUCTURE PÉRIODIQUE, ATOME D HYDROGÈNE, SEMICONDUCTEURS BARRIERE DE POTENTIEL

Plus en détail

Chapitre II Les semi-conducteurs et les diodes

Chapitre II Les semi-conducteurs et les diodes PHYS-F-314 Electronique Chapitre II Les semi-conducteurs et les diodes G. De Lentdecker & K. Hanson 1 Rappels de la structure atomique Table des matières Semi-conducteurs (intrinsèques et extrinsèques)

Plus en détail

Ouverture au monde quantique

Ouverture au monde quantique Ouverture au monde quantique I Les forces newtoniennes Les forces d interaction gravitationnelle et électrostatique ont une propriété commune : leur 1 valeur est proportionnelle à, où r représente la distance

Plus en détail

Thème : Énergie, matière et rayonnement Type de ressources : séquence sur le Laser utilisant des ressources numériques.

Thème : Énergie, matière et rayonnement Type de ressources : séquence sur le Laser utilisant des ressources numériques. Thème : Énergie, matière et rayonnement Type de ressources : séquence sur le Laser utilisant des ressources numériques. Notions et contenus : Transferts quantiques d énergie Émission et absorption quantiques.

Plus en détail

PANNEAUX SOLAIRES IN SITU : ÉNERGIE 2. Réalisation : Noël Faltas Scénario : Alain Lartigue CNDP, 1998 Durée : 02 min 55 s

PANNEAUX SOLAIRES IN SITU : ÉNERGIE 2. Réalisation : Noël Faltas Scénario : Alain Lartigue CNDP, 1998 Durée : 02 min 55 s IN SITU : ÉNERGIE 2 PANNEAUX SOLAIRES Réalisation : Noël Faltas Scénario : Alain Lartigue CNDP, 1998 Durée : 02 min 55 s Ce film montre des applications pratiques des générateurs électriques que sont les

Plus en détail

TD n 1 : Dopage des semiconducteurs

TD n 1 : Dopage des semiconducteurs TD n 1 : Dopage des semiconducteurs Exercice 1 : Silicium intrinsèque : On s intéresse au Silicium dans cet exercice On considère le semiconducteur intrinsèque 10 3 qui a une densité n i = 10 cm à T=300K

Plus en détail

Le Monde Quantique L3 PHYTEM Bases de la Mécanique Quantique Cours d introduction

Le Monde Quantique L3 PHYTEM Bases de la Mécanique Quantique Cours d introduction Le Monde Quantique L3 PHYTEM Bases de la Mécanique Quantique Cours d introduction C. Fabre fabre@spectro.jussieu.fr rdres de grandeur - échelle terrestre : d 7 10 m 25 10 Kg - échelle terrestre : d 7 10

Plus en détail

ChapitreVI OPTIQUE NON LINEAIRE

ChapitreVI OPTIQUE NON LINEAIRE ChapitreVI OPTIQUE NON LINEAIRE 41 VI-1- INTRODUCTION Les sources lasers ont bouleversé les méthodes et les possibilités de la spectroscopie: leurs très grande monochromaticité a permis de résoudre des

Plus en détail

«L Expérience de Franck et Hertz : Un regard sur l infiniment petit»

«L Expérience de Franck et Hertz : Un regard sur l infiniment petit» «L Expérience de Franck et Hertz : Un regard sur l infiniment petit» Pr Smain BALASKA Laboratoire de Physique Théorique d Oran Département de Physique, Faculté des Sciences Exactes & Appliquées, Université

Plus en détail

Cours 7. Introduction des composants à semiconducteur

Cours 7. Introduction des composants à semiconducteur Cours 7. Introduction des composants à semiconducteur Par Dimitri galayko Unité d enseignement Élec-info pour master ACSI à l UPMC Octobre-décembre 2005 1 Rappel sur la structure atomique des isolants

Plus en détail

III.1. Introduction III.2. Théorie du transistor bipolaire III.2.1. Principe de fonctionnement [74-75]

III.1. Introduction III.2. Théorie du transistor bipolaire III.2.1. Principe de fonctionnement [74-75] III.1. Introduction Depuis sa première réalisation en 1947 par J. Bardeen et W. H. Brattain, et le développement théorique et physique de son fonctionnement par W. B. Shockley, le transistor bipolaire

Plus en détail

1 Conducteurs et semi-conducteurs

1 Conducteurs et semi-conducteurs Séance de Spécialité n o 20 Diode et redressement Mots-clefs «conducteurs» et «semi-conducteurs». 1 Conducteurs et semi-conducteurs Les semi-conducteurs sont des matériaux qui ont une conductivité électrique

Plus en détail

Année 2012-2013. DU Explorer et Comprendre l Univers Observatoire de Paris. Cours : Ondes et instruments chantal.balkowski@obspm.

Année 2012-2013. DU Explorer et Comprendre l Univers Observatoire de Paris. Cours : Ondes et instruments chantal.balkowski@obspm. février 2013 Année 2012-2013 DU Explorer et Comprendre l Univers Observatoire de Paris Cours : Ondes et instruments chantal.balkowski@obspm.fr Test de connaissances 1. Quelle est la caractéristique des

Plus en détail

Un fil quantique idéal

Un fil quantique idéal Une chaîne de polymère conjugué, isolée en matrice cristalline, se comporte comme un fil quantique idéal. Par des mesures interférométriques, nous montrons que son émission de lumière provient d un état

Plus en détail

S 5 : Introduction au monde quantique

S 5 : Introduction au monde quantique : PCSI 2015 2016 I Confrontation entre la mécanique classique et l epérience 1. Mécanique classique Vers la fin du XIX e siècle et le début du XX e, les physiciens utilisent la mécanique (Newton) et l

Plus en détail

III.1 Quelques rappels théoriques sur les interférences à 2 ondes.

III.1 Quelques rappels théoriques sur les interférences à 2 ondes. III TP 3 : Intérférences à deux ondes dans le domaine hyperfréquence. 22 Introduction Le but de ce TP est d étudier le phénomène d interférences dans le domaine des ondes hyperfréquences 2. Il s agit donc

Plus en détail

BASES DE LA FLUORESCENCE

BASES DE LA FLUORESCENCE BASES DE LA FLUORESCENCE Aurélie Le Ru, Ingénieur d étude CNRS Agrobiosciences, Interactions et Biodiversité, Plateau d imagerie, 24 chemin de Borde Rouge 31326 Castanet-Tolosan Cedex leru@lrsv.ups-tlse.fr

Plus en détail

Le spectre électromagnétique

Le spectre électromagnétique Thème du programme : Observer Sous-thème : Sources de lumière colorée Spectres et niveaux d énergie Type d activité : Activité documentaire Conditions de mise en œuvre : (application, durée indicative

Plus en détail

Composants photoniques

Composants photoniques Composants photoniques Chapitre 4 : Lasers 4.2. Lasers à semi-conducteurs LASERS à semiconducteurs 4.2.1 Introduction Qu est-ce qu un laser? LASER = Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation

Plus en détail

Nanophosphors 27-09-07. Auteurs Guy BARET / Pierre Paul JOBERT

Nanophosphors 27-09-07. Auteurs Guy BARET / Pierre Paul JOBERT Nanophosphors 27-09-07 Auteurs Guy BARET / Pierre Paul JOBERT SARL 26 rue Barthélemy de Laffemas 26000 VALENCE tel +33 475 xxx xxx info@gritche-technologies.com www.gritche-technologies.com : nanomaterials

Plus en détail

Cours S8 Introduction au monde quantique

Cours S8 Introduction au monde quantique Cours S8 Introduction au monde quantique Image originally created by IBM Corporation David Malka MPSI 2015-2016 Lycée Saint-Exupéry http://www.mpsi-lycee-saint-exupery.fr Table des matières 1 Le monde

Plus en détail

Une première introduction à l optoélectronique :fourche optique et transmission du son.

Une première introduction à l optoélectronique :fourche optique et transmission du son. TP 9 Une première introduction à l optoélectronique :fourche optique et transmission du son. 9.1 Introduction Émise par un corps, réfléchie par une surface, rétrodiffusée ou encore modulée à diverses fréquences,

Plus en détail

Programme de khôlles

Programme de khôlles Programme de khôlles Semaines 7 et 8 (du 3 au 16 novembre 2014) Les lentilles minces 1. Savoir qu une lentille épaisse est un système centré, formé de deux dioptres sphériques qui délimitent un milieu

Plus en détail

L antenne W3HH / T2FD, le retour.

L antenne W3HH / T2FD, le retour. L antenne W3HH / T2FD, le retour. Robert BERRANGER F5NB (Article publié dans Radio-REF de janvier 2003) En janvier 2002, F5HUP décrivait une antenne du type «W3HH» qu il nommait «Folded dipôle». En avril

Plus en détail

Résumé du chapitre 8 Ressources et interblocage

Résumé du chapitre 8 Ressources et interblocage Résumé du chapitre 8 Ressources et interblocage Jacques Mossière 12 août 2004 1 Introduction Ce chapitre est consacré à l étude d un problème classique dans les systèmes, l interblocage, c est à dire l

Plus en détail

Éléments de correction du TD

Éléments de correction du TD Septembre 011 Éléments de correction du TD Stéphane Blin Introduction Je donne ici les éléments de correction de la question - de la marche de potentiel, ainsi que les éléments de corrections pour les

Plus en détail

DIODES ET TRANSISTORS

DIODES ET TRANSISTORS 73 E4 DIODE ET TRANITOR I. INTRODUTION Dans cette expérience, nous allons étudier deux éléments qui sont à la base de la majorité des montages électroniques modernes; la diode et le transistor. es éléments

Plus en détail

UNIVERSITÉ PARIS OUEST NANTERRE LA DÉFENSE U.F.R. SEGMI Année universitaire 2013 2014 MATHS/STATS. Solution des exercices d algèbre linéaire

UNIVERSITÉ PARIS OUEST NANTERRE LA DÉFENSE U.F.R. SEGMI Année universitaire 2013 2014 MATHS/STATS. Solution des exercices d algèbre linéaire UNIVERSITÉ PARIS OUEST NANTERRE LA DÉFENSE U.F.R. SEGMI Année universitaire 3 4 Master d économie Cours de M. Desgraupes MATHS/STATS Document : Solution des exercices d algèbre linéaire Table des matières

Plus en détail

NICOLAS RIVIERE. Séminaire SupAéro Technologie des circuits optiques et optoélectroniques. présenté par

NICOLAS RIVIERE. Séminaire SupAéro Technologie des circuits optiques et optoélectroniques. présenté par Séminaire SupAéro Technologie des circuits optiques et optoélectroniques VCSELS CARACTERISTIQUES EN CONTINU ET EN PULSE présenté par NICOLAS RIVIERE DEA MICRO ONDES & TRANSMISSIONS OPTIQUES 2001-02 SOMMAIRE

Plus en détail

LE MONDE QUANTIQUE AU QUOTIDIEN: L OPTO-ELECTRONIQUE

LE MONDE QUANTIQUE AU QUOTIDIEN: L OPTO-ELECTRONIQUE LE MONDE QUANTIQUE AU QUOTIDIEN: L OPTO-ELECTRONIQUE Emmanuel ROSENCHER Office National d Études et de Recherches Aérospatiales (ONERA) Département de Physique (École Polytechnique) «Laissez dire les sots

Plus en détail

Ouverture au monde quantique

Ouverture au monde quantique Ouverture au monde quantique I) QUELQUES RAPPELS 1) Force de gravitation et force électrique 2) Les ondes électromagnétiques a) Domaine des ondes électromagnétiques - les infrarouges (IR), de 800 à 1400

Plus en détail

De la cellule au champ PV

De la cellule au champ PV De la cellule au champ PV 1- De la cellule au module Tous les modules PV, quelque soit leur technologie fonctionnent grâce au même principe : l effet photoélectrique. Je ne vais pas entrer dans les détails

Plus en détail

Matériaux pour l'énergie : nouveaux concepts pour le photovoltaïque

Matériaux pour l'énergie : nouveaux concepts pour le photovoltaïque Institut des Nanotechnologies de Lyon, Université de Lyon, INSA de Lyon Matériaux pour l'énergie : nouveaux concepts pour le photovoltaïque Tetyana Nychyporuk Équipe Photovoltaïque 1 Le future et le photovoltaïque

Plus en détail

U D. I D = I so e - 1 - I I. INTRODUCTION

U D. I D = I so e - 1 - I I. INTRODUCTION H7. Photovoltaïsme : énergie solaire I. INTRODUCTION Le soleil est une source d énergie pratiquement inépuisable. La plus grande partie de l énergie utilisée par l homme jusqu à présent a son origine dans

Plus en détail

LE BRUIT COMPOSANTS ELECTRONIQUES

LE BRUIT COMPOSANTS ELECTRONIQUES LE BRUIT DANS LES COMPOSANTS ELECTRONIQUES Richard HERMEL LAPP Ecole d électronique INP3 : Du détecteur à la numérisation Cargèse Mars 004 Sommaire Introduction Sources physique du bruit Influence des

Plus en détail

ÉCOLE POLYTECHNIQUE Promotion 2009. CONTRÔLE DU COURS DE PHYSIQUE PHY311 Lundi 12 juillet 2010, durée : 2 heures

ÉCOLE POLYTECHNIQUE Promotion 2009. CONTRÔLE DU COURS DE PHYSIQUE PHY311 Lundi 12 juillet 2010, durée : 2 heures ÉCOE POYTECHNIQUE Promotion 2009 CONTRÔE DU COURS DE PHYSIQUE PHY311 undi 12 juillet 2010, durée : 2 heures Documents autorisés : cours, recueil de problèmes, copies des diapositives, notes de PC Indiquer

Plus en détail

PROGRAMME DES COURS :

PROGRAMME DES COURS : PROGRAMME DES COURS : M1 : Physique des Matériaux Propriétés thermiques des isolants Défauts et imperfections dans les matériaux cristallins Théorie des électrons libres Capacité calorifique, Conductivités

Plus en détail

L énergie photovoltaïque et les cellules solaires. Chapitre I

L énergie photovoltaïque et les cellules solaires. Chapitre I Chapitre I L énergie photovoltaïque et les cellules solaires 5 Energies solaire : 1.Historique : La conversion de la lumière en électricité, appelée effet photovoltaïque, a été découverte par Antoine Becquerel

Plus en détail

Chapitre 6. Transistor bipolaire. Principe Fonctionnement en mode normal Gains Caractéristiques statiques Fonctionnement en fréquence

Chapitre 6. Transistor bipolaire. Principe Fonctionnement en mode normal Gains Caractéristiques statiques Fonctionnement en fréquence Chapitre 6 Transistor bipolaire Principe Fonctionnement en mode normal Gains Caractéristiques statiques Fonctionnement en fréquence Science et génie des matériaux, Romuald Houdré - 2006 /2007 1 Plan du

Plus en détail

ETUDE DE LA JONCTION PN D UN SEMI-CONDUCTEUR A L EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE

ETUDE DE LA JONCTION PN D UN SEMI-CONDUCTEUR A L EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE Journal of Electron Devices, ol. 5, 2007, pp. 22-26 JED [ISSN: 682-3427 ] Journal of Electron Devices ETUDE DE LA JONCTION PN D UN SEMI-CONDUCTEUR A L EQUILIBRE THERMODYNAMIQUE I. Sari-Ali, B. Benyoucef,

Plus en détail

ÉLÉMENTS D OPTIMISATION. Complément au cours et au livre de MTH 1101 - CALCUL I

ÉLÉMENTS D OPTIMISATION. Complément au cours et au livre de MTH 1101 - CALCUL I ÉLÉMENTS D OPTIMISATION Complément au cours et au livre de MTH 1101 - CALCUL I CHARLES AUDET DÉPARTEMENT DE MATHÉMATIQUES ET DE GÉNIE INDUSTRIEL ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL Hiver 2011 1 Introduction

Plus en détail

Chapitre 16 : L atome et la mécanique de Newton : Ouverture au monde quantique

Chapitre 16 : L atome et la mécanique de Newton : Ouverture au monde quantique (1) (2) (3) (4) (5) (6) Classe de TS Partie D-chap 16 Chapitre 16 : L atome et la mécanique de Newton : Ouverture au monde quantique Connaissances et savoir-faire exigibles : Connaître les expressions

Plus en détail

Etude expérimentale sur les interférences lumineuses

Etude expérimentale sur les interférences lumineuses Etude expérimentale sur les interférences lumineuses La lumière est une onde électromagnétique. Deux ondes sont à même d interagir en se sommant. Dans certains cas particuliers, notamment pour deux rayons

Plus en détail

LASER A SEMI-CONDUCTEUR (DIODE LASER).

LASER A SEMI-CONDUCTEUR (DIODE LASER). LASER A SEMI-CONDUCTEUR (DIODE LASER). I-THEORIE I - 1 Spécificité du laser à semi-conducteur. La faisabilité d'une émission laser au sein d'un semi-conducteur fut démontrée expérimentalement dans l'arséniure

Plus en détail

Spectroscopie infra-rouge

Spectroscopie infra-rouge Chimie organique 8 : Spectroscopie infra-rouge Jusqu au début du XX ème siècle, l identification de molécules organiques constituait un lourd travail. Les grosses molécules étaient d abord fragmentées

Plus en détail

Le second degré. Table des matières

Le second degré. Table des matières Le second degré Table des matières 1 La forme canonique du trinôme 1.1 Le trinôme du second degré......................... 1. Quelques exemples de formes canoniques................. 1.3 Forme canonique

Plus en détail

KIT DE SURVIE EN RECHERCHE D EXTREMA LIÉS

KIT DE SURVIE EN RECHERCHE D EXTREMA LIÉS KIT DE SURVIE EN RECHERCHE D EXTREMA LIÉS Remarques préliminaires : Ce court document n a nullement la prétention de présenter la question de la recherche d extrema liés avec toute la rigueur qui lui serait

Plus en détail

Ecole d'et6 d'optoelectronique

Ecole d'et6 d'optoelectronique Ecole d'et6 d'optoelectronique 36 S. Laval TABLEAU I - Parametres caract&istiques pour les principaux composes ffl-v. Eg energie de bande interdite; Xg longueur d'onde du seuil d'absorption ; m* masse

Plus en détail

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section i-prépa -

POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux. - Section i-prépa - POLY-PREPAS Centre de Préparation aux Concours Paramédicaux - Section i-prépa - I. Limites de la mécanique de Newton : Au niveau macroscopique : un satellite peut graviter à une distance quelconque d un

Plus en détail

L EFFET PHOTOÉLECTRIQUE LA DÉTERMINATION DE LA CONSTANTE DE PLANCK

L EFFET PHOTOÉLECTRIQUE LA DÉTERMINATION DE LA CONSTANTE DE PLANCK L EFFET PHOTOÉLECTRIQUE LA DÉTERMINATION DE LA CONSTANTE DE PLANCK 1. Le but de l expérience L étude de l effet photoélectrique externe et le calcul de la constante de Planck( h ). 2. Considérations théoriques

Plus en détail

Semi-conducteurs. 1 Montage expérimental. Expérience n 29

Semi-conducteurs. 1 Montage expérimental. Expérience n 29 Expérience n 29 Semi-conducteurs Description Le but de cette expérience est la mesure de l énergie d activation intrinsèque de différents échantillons semiconducteurs. 1 Montage expérimental Liste du matériel

Plus en détail

TD de Physique n o 10 : Interférences et cohérences

TD de Physique n o 10 : Interférences et cohérences E.N.S. de Cachan Département E.E.A. M2 FE 3 e année Physique appliquée 2011-2012 TD de Physique n o 10 : Interférences et cohérences Exercice n o 1 : Interférences à deux ondes, conditions de cohérence

Plus en détail

Chapitre II PHÉNOMÈNES RADIATIFS: PROPRIÉTÉS D EMISSION

Chapitre II PHÉNOMÈNES RADIATIFS: PROPRIÉTÉS D EMISSION 8 Chapitre II PHÉNOMÈNES RADIATIFS: PROPRIÉTÉS D EMISSION Compte tenu des règles de sélection une émission peut être observée si un gap d énergie important existe entre l état fondamental et un des états

Plus en détail

RAPPORT DE LABORATOIRE DE PHYSIQUE Polarisation

RAPPORT DE LABORATOIRE DE PHYSIQUE Polarisation RAPPORT DE LABORATOIRE DE PHYSIQUE Polarisation Benjamin Frere & Pierre-Xavier Marique ème candidature en sciences physiques, Université de Liège Année académique 003-004 1 1 Objectifs Le but de cette

Plus en détail

Création (commentaires) : 5 novembre 2010 16/7/11 : ajouter dia II-6-1-15

Création (commentaires) : 5 novembre 2010 16/7/11 : ajouter dia II-6-1-15 Création (commentaires) : 5 novembre 2010 16/7/11 : ajouter dia II-6-1-15 Hypothèses : voir illustration expérimentale à la dia suivante et quantification de l effet de l effort tranchant sur la déformé

Plus en détail

TP-cours n 7 : Câble coaxial

TP-cours n 7 : Câble coaxial TP-cours n 7 : Câble coaial Matériel disponible : Câble coaial enroulé de 100m, GBF Centrad, adaptateurs BNC-banane, boite à décade de résistances. I Équation de propagation dans le câble coaial I.1 Introduction

Plus en détail

Caractérisation de Fibres dopées Terres Rares

Caractérisation de Fibres dopées Terres Rares Laboratoire Physique de la Matière Condensée CNRS-UMR7336_Université Nice Sophia-Antipolis Rapport de stage tuteuré en laboratoire Licence 3 Physique Encadrant: Bernard Dussardier Projet réalisé par :

Plus en détail

1. TRANSISTOR BIPOLAIRE

1. TRANSISTOR BIPOLAIRE Inventé en 1948 par les Américains J. Bardeen, W. Brattain et W. Shockley, le transistor est un composant à semi-conducteur qui remplit deux fonctions vitales en électronique: celles d'amplificateur (c'est

Plus en détail

Introduction à l optimisation

Introduction à l optimisation Université du Québec à Montréal Introduction à l optimisation Donnée dans le cadre du cours Microéconomie II ECO2012 Baccalauréat en économique Par Dominique Duchesneau 21 janvier septembre 2008 Ce document

Plus en détail

Etude d un afficheur à cristaux liquides (LCD : Liquid Crystal Display)

Etude d un afficheur à cristaux liquides (LCD : Liquid Crystal Display) Etude d un afficheur à cristaux liquides (LCD : Liquid Crystal Display) La partie A décrit la structure et le fonctionnement d une cellule LCD. La partie B décrit le dispositif d étude et les observations

Plus en détail

1 Réflexion et réfraction

1 Réflexion et réfraction 1 Réflexion et réfraction 1.1 Rappel sur la propagation dans les milieux linéaires isotropes Equations de Maxwell dans les milieux Dans un milieu diélectrique sans charges libres (ni courants libres) les

Plus en détail

CPGE MPSI Programme de khôlle. Programme de khôlle. - Semaines 7 et 8 - (24/10 au 10/11) Bases de l optique géométrique

CPGE MPSI Programme de khôlle. Programme de khôlle. - Semaines 7 et 8 - (24/10 au 10/11) Bases de l optique géométrique Programme de khôlle - Semaines 7 et 8 - (24/10 au 10/11) Bases de l optique géométrique 1. Savoir que la lumière est une onde électromagnétique, se propagent de manière omnidirectionnelle à partir d une

Plus en détail

Spectrométrie de masse

Spectrométrie de masse 1 Principe Technique fondée sur la mesure du rapport masse sur charge d ions en phase gazeuse obtenus à partir d un analyte. m z (avec z 1) Les ions (+ ou -) formés dans la source de l appareil sont accélérés,

Plus en détail

Chimie Analytique I: Chapitre 15 La spectroscopie UV-VIS

Chimie Analytique I: Chapitre 15 La spectroscopie UV-VIS Chimie Analytique I: Chapitre 15 La spectroscopie UV-VIS 15.1 Les espèces absorbantes Afin d'observer une transition électronique soit dans l'uv soit dans le visible, il faut que la molécule possède des

Plus en détail

a. Les éléments de base rectangle : représente un élément ou un groupe d éléments du système et son action associée

a. Les éléments de base rectangle : représente un élément ou un groupe d éléments du système et son action associée REGULATION 1/9 I. Présentation 1. Structure d'un système asservi L'objectif d'un système automatisé étant de remplacer l'homme dans une tâche, nous allons pour établir la structure d'un système automatisé

Plus en détail

Unité d Enseignement Libre Université de Nice- Sophia Antipolis F. Millour PAGE WEB DU COURS : www.oca.eu/spip.php?article593 accessible via

Unité d Enseignement Libre Université de Nice- Sophia Antipolis F. Millour PAGE WEB DU COURS : www.oca.eu/spip.php?article593 accessible via Les moyens d observations en astronomie & astrophysique Unité d Enseignement Libre Université de Nice- Sophia Antipolis F. Millour PAGE WEB DU COURS : www.oca.eu/spip.php?article593 accessible via www.oca.eu/fmillour

Plus en détail

Rapport de l ANFR sur les expérimentations concernant la compatibilité TNT/LTE autour de 790 MHz

Rapport de l ANFR sur les expérimentations concernant la compatibilité TNT/LTE autour de 790 MHz Rapport de l ANFR sur les expérimentations concernant la compatibilité TNT/LTE autour de 790 MHz 1. Introduction Afin de compléter les études de compatibilité entre la bande numérique télévisuelle et la

Plus en détail

RADIOGRAPHIE. Problème. m e = 9,1.10-31 kg = 5,5.10-4 u. 1 ev = 1,6.10-19 J 1 u = 931,5 MeV.c -2

RADIOGRAPHIE. Problème. m e = 9,1.10-31 kg = 5,5.10-4 u. 1 ev = 1,6.10-19 J 1 u = 931,5 MeV.c -2 RADIOGRAPHIE Problème Données : constante de Planck : h = 6,62.10-34 J.s masse de l électron : m e = 9,1.10-31 kg = 5,5.10-4 u charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C célérité de la lumière dans le vide :

Plus en détail

GPA777 Introduction au génie logiciel

GPA777 Introduction au génie logiciel Université du Québec École de technologie supérieure Département de génie de la production automatisée GPA777 Introduction au génie logiciel Chapitre 6 Validation des logiciels Copyright, 2000 Tony Wong,

Plus en détail

Résultats préliminaires de l enquête sur l émergence des innovations dans le cadre des alliances stratégiques des PME

Résultats préliminaires de l enquête sur l émergence des innovations dans le cadre des alliances stratégiques des PME Résultats préliminaires de l enquête sur l émergence des innovations dans le cadre des alliances stratégiques des PME Novembre 2009 Dans le cadre d une recherche doctorale en Management de l innovation

Plus en détail

GELE5223 Chapitre 4 : Adaptation d impédances

GELE5223 Chapitre 4 : Adaptation d impédances GELE5223 Chapitre 4 : Adaptation d impédances Gabriel Cormier, Ph.D., ing. Université de Moncton Automne 200 Gabriel Cormier (UdeM) GELE5223 Chapitre 4 Automne 200 / 44 Introduction Contenu Contenu Adaptation

Plus en détail

E - Application de la spectrométrie à l étude des couleurs interférentielles spectres cannelés

E - Application de la spectrométrie à l étude des couleurs interférentielles spectres cannelés E - Application de la spectrométrie à l étude des couleurs interférentielles spectres cannelés Nous allons voir ici différentes expériences où l utilisation d un spectromètre à CCD permet de réaliser des

Plus en détail

Explorer le monde quantique avec des atomes et des photons

Explorer le monde quantique avec des atomes et des photons Explorer le monde quantique avec des atomes et des photons Serge Haroche Collège de France et Ecole Normale Supérieure, Paris 2 Mars 2010: Atomes et Lumière Puissance et étrangeté du quantique 16 Mars

Plus en détail

AA2 - Projet informatique

AA2 - Projet informatique AA2 - Projet informatique Jean-Baptiste Vioix (jean-baptiste.vioix@iut-dijon.u-bourgogne.fr) IUT de Dijon-Auxerre - LE2I http://jb.vioix.free.fr 1-15 Introduction Fonctionnement du module Le but de ce

Plus en détail

Voici le fruit d une collaboration avec Vivien Mallet (INRIA), publiée par Journal of Geophysical Research.

Voici le fruit d une collaboration avec Vivien Mallet (INRIA), publiée par Journal of Geophysical Research. Voici le fruit d une collaboration avec Vivien Mallet (INRIA), publiée par Journal of Geophysical Research. On veut prédire, jour après jour, les hauteurs des pics d ozone du lendemain (ou les concentrations

Plus en détail

TP n 4 : Etude de sources de lumière Spectre de corps noir et loi de Wien

TP n 4 : Etude de sources de lumière Spectre de corps noir et loi de Wien TP n 4 : Etude de sources de lumière Spectre de corps noir et loi de Wien I. Etude de quelques sources de lumière Objectif : - Obtenir expérimentalement les spectres de quelques sources de lumière, et

Plus en détail

Plan de la partie sismicité

Plan de la partie sismicité Plan de la partie sismicité 1/ Sismicité naturelle et sismicité induite 2/ Observation de la sismicité induite 3/ Sismicité induite lors des stimulations - hydrauliques - chimiques 4/ Sismicité en condition

Plus en détail

J AUVRAY Systèmes Electroniques

J AUVRAY Systèmes Electroniques LE TRANITOR MO Un transistor MO est constitué d'un substrat semiconducteur recouvert d'une couche d'oxyde sur laquelle est déposée une électrode métallique appelée porte ou grille (gate).eux inclusions

Plus en détail

Structure de la matière Examen

Structure de la matière Examen Licence Physique et Applications Université Paris XI Année universitaire 2013-2014 Structure de la matière Examen Vendredi 20 décembre 2013 Durée 3h00 Sans documents Calculatrice personnelle autorisée

Plus en détail

Technologies des réseaux tout optique

Technologies des réseaux tout optique École Nationale des Sciences Appliquées Tétouan- Génie des Systèmes de Télécommunications et Réseaux GSTR3 Module: Complément Télécoms Technologies des réseaux tout optique Pr. Mounir Arioua m.arioua@ieee.org

Plus en détail

Exercices (Energie solaire photovoltaïque)

Exercices (Energie solaire photovoltaïque) Exercices (Energie solaire photovoltaïque) 1- Qu'est-ce que une diode Schottky? 2- Qu'est-ce qu'un contact ohmique? 3- Est-ce que la caractéristique I-V d'une diode est ohmique? 4- Qu'est-ce que la barrière

Plus en détail

solaire photovoltaïque, solaire thermique, Solaire thermodynamique, Mur à accumulation d énergie

solaire photovoltaïque, solaire thermique, Solaire thermodynamique, Mur à accumulation d énergie solaire photovoltaïque, solaire thermique, Solaire thermodynamique, Mur à accumulation d énergie Le mur, placé sur une façade exposée sud, accumule l énergie solaire sous forme thermique durant le jour

Plus en détail

Table Des Matières. 1 - Les semi-conducteurs 4. 1.1 Conducteurs électriques...4. 1.2 Les semi-conducteurs...5. 1.3 La jonction PN...

Table Des Matières. 1 - Les semi-conducteurs 4. 1.1 Conducteurs électriques...4. 1.2 Les semi-conducteurs...5. 1.3 La jonction PN... TP Matériaux Table Des Matières 1 - Les semi-conducteurs 4 1.1 Conducteurs électriques...4 1.2 Les semi-conducteurs...5 1.3 La jonction PN...6 1.4 Les cellules photoélectriques...7 1.5 TP semi-conducteurs...9

Plus en détail

Sources et détecteurs pour les liaisons par fibre optique

Sources et détecteurs pour les liaisons par fibre optique 1 Introduction Sources et détecteurs pour les liaisons par fibre optique Nous avons vu dans le chapitre précédent que les fibres optiques permettent de transmettre de l information sous forme de signaux

Plus en détail

TUTORAT UE3-a 2013-2014 Physique Séance n 2 Semaine du 23/09/2013

TUTORAT UE3-a 2013-2014 Physique Séance n 2 Semaine du 23/09/2013 FACULTE De PHARMACIE TUTORAT UE3-a 2013-2014 Physique Séance n 2 Semaine du 23/09/2013 Optique 1 Pr Mariano-Goulart Séance préparée par Inès BOULGHALEGH, Hélène GUEBOURG DEMANEUF, Karim HACHEM, Jeff VAUTRIN

Plus en détail

1 Programmation linéaire

1 Programmation linéaire UNIVERSITÉ PARIS OUEST NANTERRE LA DÉFENSE U.F.R. SEGMI Année universitaire 2012 2013 Master d économie Cours de M. Desgraupes Méthodes Numériques Document 4 : Corrigé des exercices d optimisation linéaire

Plus en détail

Adobe Premiere Pro Bases de montage

Adobe Premiere Pro Bases de montage Adobe Premiere Pro Bases de montage Nous voilà pour le deuxième tutoriel de la série. Nous allons y aborder les choses sérieuses! Dans ce tuto, je vais vous présenter les bases du montage vidéo dans Premiere.

Plus en détail

Quantification de l énergie pour les systèmes simples

Quantification de l énergie pour les systèmes simples Les buts de cet amphi Quantification de l énergie pour les systèmes simples Chapitre 4 Utiliser le formalisme de la physique ondulatoire pour aborder des problèmes de physique d une grande importance pratique

Plus en détail

Analyse de la complexité algorithmique (1)

Analyse de la complexité algorithmique (1) Analyse de la complexité algorithmique (1) L analyse de la complexité telle que nous l avons vue jusqu à présent nous a essentiellement servi à déterminer si un problème est ou non facile (i.e. soluble

Plus en détail

2.1.3. La représentation graphique d évolutions

2.1.3. La représentation graphique d évolutions 2.1.3. La représentation graphique d évolutions 142 2 La mathématique financière 2.1.3. - LA REPRÉSENTATION GRAPHIQUE D ÉVOLUTIONS L analyse de la succession des données dans le temps va devoir être traitée

Plus en détail

TP-Cours : Instruments d optique A. MARTIN. Sources lumineuses. Miroirs Lentilles. Projection Autocollimation. Instruments d optique

TP-Cours : Instruments d optique A. MARTIN. Sources lumineuses. Miroirs Lentilles. Projection Autocollimation. Instruments d optique et et 1/21 1 / 21 et Lumière blanche Lampe à incandescence : lumière blanche Source thermique : Fonctionnement basé sur le rayonnement électromagnétique spontané d un corps chauffé à haute température,

Plus en détail

Détail des enseignements scientifiques du 1 er semestre du M2 SMART-Nano (Blocs 1 à 4)

Détail des enseignements scientifiques du 1 er semestre du M2 SMART-Nano (Blocs 1 à 4) Détail des enseignements scientifiques du 1 er semestre du M2 SMART-Nano (Blocs 1 à 4) Bloc 1 Physique des milieux désordonnés Les Verres Les Polymères Comportements collectifs des colloïdes Structure

Plus en détail

Intégration de polynômes Points de Gauss

Intégration de polynômes Points de Gauss Intégration de polynômes Points de Gauss Commençons par un exercice classique de premier cycle. Problème 1 Trouver trois réels α, β et γ tels que, pour tout polynôme P de degré au plus 2, on ait : ( )

Plus en détail

ESSAIS COMPARATIFS DE STABILITE DIMENSIONNELLE SUR PARQUET CHENE CONTRECOLLE MASSIF ET MASSIF 3 PLIS

ESSAIS COMPARATIFS DE STABILITE DIMENSIONNELLE SUR PARQUET CHENE CONTRECOLLE MASSIF ET MASSIF 3 PLIS ESSAIS COMPARATIFS DE STABILITE DIMENSIONNELLE SUR PARQUET CHENE CONTRECOLLE MASSIF ET MASSIF 3 PLIS 04/03/2014 Pour le compte de : Oakwood Import ZA La Croix Blanche 46200 Lachapelle-Auzac Contact : PFT

Plus en détail

Corrigés de la séance 16 Chap 27: Optique ondulatoire

Corrigés de la séance 16 Chap 27: Optique ondulatoire Corrigés de la séance 16 Chap 27: Optique ondulatoire Questions pour réfléchir : Q. p.10. Une onde de lumière naturelle tombe sur une vitre plate sous un angle de 5 o. Décrivez l état de polarisation du

Plus en détail

Atomes polyélectroniques

Atomes polyélectroniques Chapitre 2 : UE1 : Chimie Chimie physique Atomes polyélectroniques Pierre-Alexis GAUCHARD Agrégé de chimie, Docteur ès sciences Année universitaire 2011/2012 Université Joseph Fourier de Grenoble - Tous

Plus en détail

Conductivité conductimétrie

Conductivité conductimétrie Conductivité conductimétrie I. Généralités sur les milieux conducteurs Le courant électrique est dû à un mouvement d'ensemble des porteurs de charges sous l'action d'un champ électrique. Ils sont de trois

Plus en détail