Academic literature on the topic 'Hétérostructures – Modèles mathématiques'

Ce travail traite des techniques de modélisation des caractéristiques de conduction par effet tunnel résonnant et non résonnant dans des hétérostructures de semi-conducteurs de type double barrière. Les programmes de simulation donnent accès aux probabilités de transmission en régime établi et transitoire avec pour chacun des apports de modélisation, dans la mesure du possible, une confrontation théorie-expérience. Tout d'abord, nous décrivons les algorithmes basés sur le formalisme des matrices de transfert. Ce type de modélisation permet une étude des caractéristiques de conduction. Une approche analytique permet également de discuter des extremums de courant en fonction des paramètres structuraux. Nous focalisons ensuite notre travail sur les évolutions des niveaux d'énergie quasi liés en fonction du potentiel de confinement. Nous précisons l'influence du champ électrique interne, les passages entre états de forte et faible conduction, ce qui nous permet de mettre en évidence le caractère antinomique entre une forte densité de courant pic et un contraste de courant élevé. La prise en compte de la réaction de charge d'espace et d'un transport partiellement non cohérent font l'objet d'une troisième partie. Pour traiter ces problèmes nous avons été amenés à développer des logiciels spécifiques calculant de manière autoconsistante le potentiel et la charge électronique. Les effets de bistabilité intrinsèque et la formation d'une couche d'accumulation dans l'émetteur sont plus particulièrement étudiés. Puis, les limitations fréquentielles des diodes tunnel résonnant sont étudiées en simulant la propagation d'un paquet d'ondes Gaussien

Ce travail de recherche est centree sur le comportement magnetique des scsm iv-vi contenant des ions de terres rares. Deux techniques experimentales ont ete utilisees, la spectroscopie rpe et la mesure de l'aimantation. La premiere partie de la these s'interessent a la description des interactions magnetiques fondamentales : le champ cristallin agissant sur les ions magnetiques isoles et les interactions d'echange entre ions magnetiques. Les parametres du champ cristallin sont determines principalement par rpe. Les interactions d'echanges sont estimees en utilisant la methode traditionnel de la susceptibilite, mais des valeurs plus juste sont obtenues en utilisant la nouvelle methode des paliers d'aimantation. Dans la derniere partie de la these la spectroscopie rpe est utilisee comme un outil de caracterisation des couches simples et des super-reseaux a base de scsm iv-vi elaborees par ejm. Les informations recueillies par cette etude comprennent la position des ions magnetiques dans le reseau cristallin des couches et des super-reseaux, l'existence de contrainte due au desaccord de coefficient de dilatation thermique entre la couche scsm et le substrat et une estimation de la composition en ions magnetiques dans les super-reseaux

Le travail de thèse consiste à étudier des composants de la filière nitrure de gallium à partir d’études électriques et d’un modèle physico-thermique. Les dispositifs de cette filière sont très prometteurs pour des applications de puissance en hyperfréquence. Cependant, leurs performances électriques sont limitées par deux causes principales : La première cause est liée à la réalisation des contacts. Dans ce travail, nous avons étudié des contacts Schottky TiN sur hétérostructures AlGaN/GaN sur substrats Si (111) réalisés par pulvérisation magnétron. Une analyse détaillée des paramètres obtenus, tels que la hauteur de barrière, le coefficient d’idéalité et le courant de fuite en polarisation inverse, permet d’optimiser la topologie et le procédé technologique, tels que la température et la durée de recuit, la passivation et le prétraitement de surface. La théorie relative aux mécanismes de conduction à travers le contact est aussi rappelée, montrant que l’effet tunnel assisté par champ électrique et le courant limité par charge d’espace sont les mécanismes dominants. La seconde cause est liée à l’effet d’auto-échauffement important dans les composants de la filière GaNcompte tenu des fortes puissances dissipées, ce qui dégrade leurs performances électriques ainsi que la fiabilité. Dans ce cadre, un modèle physico-thermique basé sur le couplage d’un modèle énergie-balance avec un modèle thermique a été développé. Ce modèle prend en compte la température de réseau en tout point du composant et décrit bien les performances électriques et thermiques des composants de cette filière. Grâce au modèle développé, nous avons d’abord analysé les hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN sur différents substrats à partir de structures TLM, afin d’évaluer leurs performances électriques et thermiques, et ainsi d’optimiser le choix des substrats. Nous avons également étudié les diodes Gunn de la filière GaN avec différentes topologies, ce qui a permis d’optimiser une structure en termes de fréquence d’oscillations et de conversion de puissance, en prenant en compte les effets thermiques. Après une comparaison entre les résultats de simulation et ceux mesurés, il s’avère que le modèle physico-thermique est un outil de prédiction précis et fiable, extrêmement utile pour les technologues et qui permet en outre une meilleure compréhension des phénomènes physiques observés
The work of this thesis is dedicated to study gallium nitride based components by means of electric studies and a physical-thermal model. The GaN based devices are very promising for high-frequency microwave power applications. However, their electric performances are limited by two principal causes: The first cause is related to the contacts realization. In this work, we studied TiN Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures on Si (111) substrates realized by magnetron spray. A detailed analysis of the obtained parameters, such as the barrier height, the ideality factor and the reverse leakage current, permits optimizing the topology and the technological processes, such as the annealing temperature and time, thepassivation and the surface pre-etching. The theory related to the conduction mechanisms through the contact is also recalled, showing that the electric field assisted tunnel effect and the space charge limited current are the dominant mechanisms. The second cause is related to the important self-heating effect in the GaN based components inconsideration of the high dissipated power, which degrades the electric performances and the reliability as well. In this framework, a physical-thermal model based on the coupling of an energy-balance model with a thermal model was developed. Such a model takes into account the lattice temperature everywhere in the device and describes the electric and thermal performances of GaN based components. Thanks to the developed model, firstly the AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures were analyzed on different substrates by means of TLM patterns, in order to evaluate their electric and thermal performances so as to optimize the substrate choice. The GaN based Gunn diodes with different topologies were also studied with the goal to optimize a structure in terms of frequency oscillation and power conversion, taking into account the thermal effects. After a comparison between the simulation results and the measured ones, it is proved that the physical-thermal model is an accurate and reliable predictive tool, which is extremely useful for the technologists and furthermore, permits a better understanding of the observed physical phenomena

Cette etude porte sur l'integration du carbure de silicium cubique (3c-sic) a la technologie silicium en general et soi (silicium sur isolant) en particulier. Elle s'inscrit dans le cadre d'un projet europeen brite-euram visant a la realisation d'un capteur de pression, pouvant travailler a haute temperature (jusqu'a 700\c) dans un environnement hostile (liquide de freins, forages petroliers, etc). Dans une premiere partie, apres une courte presentation des caracteristiques physiques de sic, nous nous attardons sur la croissance de 3c-sic sur substrat si. En effectuant des mesures de diffraction x, de spectroscopie micro-raman et de reflectivite infrarouge, nous evaluons (i) les proprietes physiques des seuls echantillons commerciaux de 3c-sic/si actuellement disponibles sur le marche ; ils sont fournis par la societe hoya corp. Au japon ; et (ii) les possibilites d'utilisation du silicium poreux en tant que substrat compliant. Le second volet de ce manuscrit est consacre a l'etude de la stabilite du materiau soi, de type unibond et simox. Nous mettons pour la premiere fois en evidence que les substrats soi nominaux sont en equilibre instable. Il existe une forte interdependance entre les proprietes des couches de silicium superficiel (sol) et d'oxyde enterre (box). Nous montrons aussi que, en fonction de l'epaisseur de sol, le box subit une forte variation de contrainte interne. Les deformations inhomogenes de silicium de surface sont quantifiees, et leur effet sur les spectres raman est explique a l'aide d'un modele theorique. Dans la derniere partie, nous etudions l'effet des parametres de croissance (temperature, vitesse, choix du materiau soi et epaisseur de sol) sur les deformations de la structure sic/soi. Apres depot, le caractere compliant et isolant du substrat soi est systematiquement evalue. Nous presentons enfin les caracteristiques d'un capteur piezoresistif a membrane sic/soi, ainsi que son comportement en temperature dans la gamme 25\c-700\c.

We have modeled the structural and electronic properties of nitride GaN/AlN nanowire heterostructures with atomistic simulation methods. We have first derived a Keating-like valence force field model for arbitrary wurtzite materials in order to compute the atomic positions and strain distribution in these heterostructures. With this model, we have been able to suggest the presence or confirm the absence of dislocations in various GaN/AlN nanowire heterostructures characterized by electron microscopy or X-Ray diffraction. We have then studied the electronic and optical properties of these nanostructures with the tight-binding method. We have been particularly interested in the effect of the internal electric field on GaN/AlN nanowires. Optical spectroscopy experiments have indeed evidenced a strong redshift of the luminescence of these nanowires (quantum confined Stark effect), due to the separation of the electrons and holes by the pyro- and piezoelectric field. This redshift is however smaller than measured in quantum wells and quantum dots with similar dimensions. To explain this, we have shown that it is essential to account for the screening of the electric field by the charges displaced by the latter, in particular from the surface states of the nanowire. We have proposed a simple analytical model to understand the main trends and help the design of nitride nanowire heterostructures
Nous avons modélisé les propriétés structurales et électroniques d'hétérostructures de nanofils de nitrures GaN/AlN à l'aide de méthodes de simulation atomistiques. Nous avons tout d'abord construit un champ de forces " à la Keating "' pour les matériaux wurtzite afin de calculer les positions atomiques et la distribution des contraintes dans ces hétérostructures. Grâce à ce modèle, nous avons pu suggérer la présence ou confirmer l'absence de dislocations dans différentes hétérostructures de nanofils GaN/AlN caractérisées expérimentalement par microscopie électronique et diffraction de rayons X. Nous avons ensuite étudié les propriétés électroniques et optiques de ces nanostructures avec la méthode des liaisons fortes. Nous nous sommes particulièrement intéressés à l'effet des champs électriques internes sur les nanofils GaN/AlN. Les expériences de spectroscopie optique ont en effet mis en évidence un important décalage vers le rouge (effet Stark confiné) des raies de luminescence de ces fils, consécutif à la séparation des électrons et des trous par les champs pyro- et piézoélectriques. Ce décalage est toutefois inférieur à celui mesuré sur des puits et des boîtes de dimensions équivalentes. Pour l'expliquer, nous avons montré qu'il était essentiel de tenir compte de l'écrantage du champ électrique par les charges déplacées par celui-ci, et en particulier depuis les états de surface des nanofils. Nous avons notamment proposé un modèle analytique simple pour comprendre les tendances et aider la conception des hétérostructures de nanofils de nitrures

L'auteur présente un nouveau modèle de transistor à effet de champ à hétérostructure et à grille submicronique. Il est basé sur la résolution bidimensionnelle des équations fondamentales des semiconducteurs déduites de l'équation de transport de Boltzmann et incluant les effets de relaxation du moment et de l'énergie. Il décrit les phénomènes physiques essentiels qui conditionnent le transfert électronique dans ces structures et discute la validité des équations qu'il utilise pour les représenter. Il développe largement l'éventail des méthodes numériques nouvelles mises en oeuvre pour leur résolution. Grâce à ce modèle, validé par l'expérience, il met en évidence l'influence de nombreux phénomènes physiques sur le comportement et les performances de composants. Il aboutit à des règles d'optimisation, particulièrement utiles pour la conception des nouveaux dispositifs pour les gammes millimétriques.