Concours Doctorat 3 ème Cycle (LMD) Spécialité : Physique des Matériaux Programme des épreuves écrites

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1 Concours Doctorat 3 ème Cycle (LMD) Spécialité : Physique des Matériaux Programme des épreuves écrites 1 ère EPREUVE Matériaux diélectriques et magnétiques, polymères et composants électroniques à semi-conducteurs. Date : 2/11/2016, Horaire : 09h00-11h00 Partie A : Propriétés magnétiques et diélectriques de la matière et polymères I- Les phénomènes de polarisation dans la matière: Polarisation, Energie électrostatique, Polarisabilité, Mécanismes de polarisation. Susceptibilité et constante diélectrique. Effet de la fréquence, de la température. II- Quelques Comportements particuliers des diélectriques : Ferroélectricité, piézoélectricité. III- Notions sur les polymères Synthèse et mise en œuvre des polymères, Structure et morphologie des polymères à l'état solide (amorphe, semi-cristallin), les transitions thermiques, la polydispersité, la tacticité IV- Mécanismes de conduction électrique dans les diélectriques Mécanismes contrôlés par l'interface métal-isolant, mécanismes régis par le volume, comportement à champ électrique élevé (claquage). V-interaction onde électromagnétique-matière Réflexion Transmission, Absorption, Transitions inter-bandes directes et indirectes, Transitions intra-bandes, Cas des métaux, des isolants et des semi-conducteurs. VI-Magnétisme Diamagnétisme, Paramagnétisme, Ferromagnétisme, Antiferromagnétisme et Ferrimagnétisme. Quelques Applications : Effet Hall, Supraconductivité

2 Partie B Semi conducteurs et Composants électroniques. I- Le semi-conducteurs à l équilibre thermodynamique Densité des porteurs libres : loi d action de masse Les semi-conducteurs intrinsèques, semiconducteurs extrinsèques: Description qualitative du dopant. Equation de neutralité. Comportement de la concentration des porteurs libres avec la température II- Propriétés de transport de charge dans un semi-conducteur Courant d entraînement dans un semi-conducteur. Conductivité électrique des principaux semi-conducteurs. Comportement de la conductivité électrique d un semi-conducteur avec la température, avec le dopage. Courant de diffusion dans un semi-conducteur, Effet Hall dans un semi-conducteur III- Phénomènes de génération et de recombinaison Mécanismes de génération-recombinaison des porteurs libres. Transitions bande à bande, assistée par pièges. Equation de continuité. Equation de transport. Transport ambipolaire IV- Diodes à jonction La diode PN : Calcul du courant : caractéristique statique I-V. Capacité de transition et de diffusion. Phénomènes transitoires dans une diode PN : circuit équivalent. La diode Schottky, Calcul du courant et caractéristique I-V. Comparaison avec la diode PN. Contact ohmique, La diode tunnel, hétérojonctions V- Structure MIS et capacité MOS Structure métal/isolant/semi-conducteur idéale : Diagramme de bandes d énergie et régimes de fonctionnement. Champ et potentiel électriques d une structure MIS en régime de déplétion ou de faible inversion. Calcul du champ électrique, du potentiel de surface et de la charge de la structure MIS dans le cas général. Structure métal/oxyde/semi-conducteur réelle : Diagramme d énergie. Tension de bandes plates. Tension de seuil. Capacité MOS : Caractéristique C-V hautes et basses fréquences VI- Transistors Transistor à effet de champ à jonction : JFET et MESFET Transistor à effet de champ à grille isolée : MOSFET : Transistor MOS à canal préalable et transistor MOS à canal induit. Principe du transistor MOSFET à canal induit. Analyse du courant de drain. Réseau de caractéristique- conductance et transconductance. Transistor MOSFET réel.

3 Concours Doctorat 3 ème Cycle (LMD) Spécialité : Physique des Matériaux Programme des épreuves écrites 2 ème EPREUVE Elasto-dynamique, Métallurgie Physique Date : 2/11/2016, Horaire : 13h00-15h00 Partie A Ondes élastiques dans les fluides et les solides 1) Propagation des ondes acoustiques dans les fluides parfaits (non dissipatifs) : a) Propagation des ondes planes Caractéristiques fondamentales d une onde plane, Equation d onde plane Ondes planes progressives et ondes planes stationnaires Impédance acoustique b) Propagation des ondes sphériques divergentes Equation d ondes en coordonnées sphériques, L'onde sphérique c) Intégrale de rayonnement de Rayleigh Cas du piston (Champ proche, champ lointain directivité) Source multiéléments (Barrette linéaire) 2) Propagation des ondes acoustiques dans les fluides dissipatifs : Propagation dans un fluide visqueux : Equation de Navier-Stokes Pertes par conduction thermique Pertes par relaxation moléculaire Relation de dispersion 3) Propagation et génération d ondes acoustiques dans un solide isotrope : i. Fondamentaux de la mécanique des milieux continus et de la théorie de l'élasticité. a) Déformations et tenseur des déformations; cas particulier des petits gradients de déplacement b) Tension mécanique et tenseur des contraintes c) Définition des matériaux élastiques et relations contraintes-déformations d) Nombres de constantes matérielles indépendantes e) Relation contraintes déformation pour les matériaux isotropes. Formulation de Green (Coefficients de Lamé). Loi de Hooke en termes de module d'young et de coefficient de Poisson. f) E q u a t i o n d ' é q u i l i b r e d e Navier. ii. Problèmes dépendant du temps ou problèmes dynamiques a) Exemples simples de problèmes dynamiques. Cas particulier du problème plan (Contraintes planes, déformations planes) b) Décomposition de Stokes-Helmholtz, Potentiel scalaire et potentiel vecteur c) Ondes longitudinales et ondes transversales d) Ondes harmoniques e) Propagation dans un milieu homogène illimité : Equation de Christoffel, Surface des lenteurs

4 f) Bilan énergétique. Vecteur de Poynting 4) Réflexion Transmission des ondes élastiques Interaction entre ondes planes et surfaces libres planes. o Onde longitudinale incidente sur une surface plane libre. o Onde transversale incidente sur une surface plane libre. Réflexion d'une onde SH sur une surface plane libre o Interaction d'une onde SH sur une interface plane libre o Interaction d'une onde SH sur une interface plane Réflexion d'une onde longitudinale ou d'une onde SV sur une surface plane libre o Onde longitudinale incidente sur une interface plane. o Onde SV incidente sur une interface plane. Réflexion et tr ansmission d'ondes planes à une interface fluide -solide. 5) Propagation et génération d ondes acoustiques dans un solide piézoélectrique: Champ élasto-électrique o Déformations et contraintes o Equations du champ et conditions aux limites o Bilan énergétique. Vecteur de Poynting Elasticité et piézoélectricité dans les solides anisotropes o Relation entre contrainte et déformation o Lois de comportement d un matériau piézoélectrique o Matrices des constantes élastiques et piézoélectriques des matériaux Ondes élastiques planes o Propagation dans un milieu homogène illimité : Equation de Christoffel, Surface des lenteurs et Coefficient de couplage électromécanique o Génération : Schéma équivalent d un transducteur, Puissance émise et Réponse fréquentielle

5 Partie B Métallurgie Physique I) Physico-Chimie métallurgiques et connaissances de base en sciences des matériaux : - Métallurgie physique - Cristallographie - Structure électronique des solides - Diagrammes de phases - Traitements thermiques - Comportement mécanique - Thermodynamique appliquée aux métaux et alliages II) III) IV) Défauts, diffusion, équilibre et transformations de phases - Défauts ponctuels, linéaires, surfaciques et volumiques - Diffusion en volume, diffusion dans les joints de grains - Systèmes en équilibre, systèmes hors équilibre - Transformations de phases à l état solide Relations Microstructure-propriétés mécaniques - Microstructure déformation - Microstructure de transformations de phases Propriétés électriques, thermiques, magnétiques et optiques - Propriétés électriques et thermiques - Propriétés magnétiques et optiques V) Phénomènes de recristallisation, grossissement normal et anormal des grains - Recristallisation statique et dynamique - Croissance normale des grains, croissance anormale