Matériaux semi-conducteurs et pour l'optoélectronique - KAMA8M01

Objectif(s)

Le choix des matériaux et l'optimisation de leurs propriétés optoélectroniques principalement dans le domaine de l'émission visible et infra-rouge et de la photo détection et de l'imagerie sont discutés.
Montrer comment les propriétés physiques de base des matériaux semiconducteurs peuvent être exploitées dans la mise au point de dispositifs optoélectroniques fonctionnels et dans l'optimisation de leur fonctionnalités (sensibilité, rendement quantique d'émission, fréquence maximale de fonctionnement.

Contenu(s)

Chapitre I : Introduction

I.1 Les semiconducteurs dans la famille des solides.
I.2 Les différents semiconducteurs.
I.3 Distinction entre un métal un isolant (ou semiconducteur).
I.4 Structure de bandes d’énergie dans un semiconducteur : relation de dispersion.
I.5 Semiconducteurs à gap direct ou indirect.

Chapitre II : Semiconducteur à l’équilibre thermodynamique et hors équilibre thermodynamique

II.1 Semiconducteurs intrinsèque et extrinsèque à l’équilibre thermodynamique.

II.2 Mise hors équilibre thermodynamique d’un semiconducteur par excitation
électrique :

a) Expression du courant électrique dans un semiconducteur.
b) Taux de génération et de recombinaison.
c) Equation de continuité.

II.3 Mise hors équilibre thermodynamique par une excitation lumineuse.

a) Absorption et réflexion
b) Mécanismes d’absorption : Approche qualitative
c) Emission stimulée : amplification laser.

Chapitre III : Modélisation de l’absorption et de l’émission 

III.1 Taux Spectral d’Absorption.

III.2 Taux Spectral d’Emission Spontanée.

III.3 Taux spectral d’Emission Stimulée.

III.4 Taux Global d’Emission Spontanée : Rsp

III.5 Emission Stimulée : Condition d’amplification de la lumière.

III.6 Durées de vie radiative et non radiative.

Chapitre IV : Emetteurs et récepteurs de rayonnement à semiconducteurs

IV.1 Introduction

IV.2 La jonction p-n, l’outil qui permet d’utiliser les photons
2.a - Rappel : la diode p-n silicium.
2.b - Emission de lumière dans une Diode Electroluminescente (DEL)
2.c - Matériaux pour les DEL.
2.d - Temps de réponse, Fréquence de coupure.
2.e - Structure d’une DEL

IV.3 Diode Laser à Semiconducteur
3.a - Principe du Laser : Rappel.
3.b - Structure d’une diode Laser : Jonction p-n.
3.c - Le Gain du Laser : Condition d’émission stimulée.
3.d - Condition d’oscillation de la cavité.
3.e - Structure fine de la raie d’émission.

Mathématiques : Equation différentielle du deuxième ordre à coefficients constants.
Propriétés électriques des matériaux, vibration et ondes, liaisons chimiques
Physique des semiconducteurs
Physique des dispositifs électroniques intégrés