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Dissertations / Theses on the topic 'Isolant de Bande'
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Nájera, Ocampo Oscar. "Study of the dimer Hubbard Model within Dynamical Mean Field Theory and its application to VO₂." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS462/document.
Full textAbstract:
J'étudie en détail la solution d'un modèle simplifié d'électrons fortement corrélés, à savoir le modèle de Hubbard dimérisé. Ce modèle est la réalisation la plus simple d'un problème de cluster DMFT. Je fournis une description détaillée des solutions dans une région de coexistence où l'on trouve deux états (méta) stables des équations DMFT, l'un métallique et l'autre isolant. De plus, je décris en détail comment ces états disparaissent à leurs lignes critiques respectives. Je clarifie le rôle clé joué par la corrélation intra-dimère, qui agit ici en complément des corrélations de Coulomb.Je passe en revue la question importante du passage continue entre unisolant Mott et un isolant Peierls où je caractérise une variété de régimes physiques. Dans un subtil changement de la structure électronique, lesbandes de Hubbard évoluent des bandes purement incohérentes (Mott) à desbandes purement cohérentes (Peierls) à travers un état inattendu au caractère mixte. Je trouve une température d'appariement singulet T* en-dessous de laquelle les électrons localisés à chaque site atomique peuvent se lier dans un singulet et minimiser leur entropie. Ceci constitue un nouveau paradigme d'un isolant de Mott paramagnétique.Enfin, je discute la pertinence de mes résultats pour l'interprétation de différentes études expérimentales sur VO₂. Je présente plusieurs arguments qui me permettent d'avancer la conclusion que la phase métallique, à vie longue (métastable) induite dans les expériences pompe-sonde, et l'état métallique métastable M₁, thermiquement activé dans des nano-domaines, sont identiques. De plus, ils peuvent tous être qualitativement décrits, dans le cadre de notre modèle, par un métal corrélé dimériséWe study in detail the solution of a basic strongly correlated model,namely, the dimer Hubbard model. This model is the simplest realization ofa cluster DMFT problem.We provide a detailed description of the solutions in the ``coexistentregion'' where two (meta)stable states of the DMFT equations are found, onea metal and the other an insulator. Moreover, we describe in detail howthese states break down at their respective critical lines. We clarify thekey role played by the intra-dimer correlation, which here acts in additionto the onsite Coulomb correlations.We review the important issue of the Mott-Peierls insulator crossoverwhere we characterize a variety of physical regimes. In a subtle change inthe electronic structure the Hubbard bands evolve from purely incoherent(Mott) to purely coherent (Peierls) through a state with unexpected mixedcharacter. We find a singlet pairing temperature T* below which thelocalized electrons at each atomic site can bind into a singlet and quenchtheir entropy, this uncovers a new paradigm of a para-magnetic Mottinsulator.Finally, we discuss the relevance of our results for the interpretation ofvarious experimental studies in VO₂. We present a variety of argumentsthat allow us to advance the conclusion that the long-lived (meta-stable)metallic phase, induced in pump-probe experiments, and the thermallyactivated M₁ meta-stable metallic state in nano-domains are the same.In fact, they may all be qualitatively described by the dimerizedcorrelated metal state of our model
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Gianesello, Frédéric. "Evaluation de la technologie CMOS SOI haute résistivité pour application RF jusqu'en bande millimétrique." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2006. http://www.theses.fr/2006GRE10149.
Full textAbstract:
Les transmissions sans fi] n'ont cessé de prendre un essor considérable, que ce soit pour les applications spatiales, les radiocommunications mobiles ou les communications à courtes portées. Depuis quelques années, avec la montée en fréquence des composants, la technologie Silicium est présente dans. Le domaine des radiofréquences et des hyperfréquences. Les circuits intégrés micro-ondes nécessitent des composants actifs performants pour des conditions de faibJe polarisation. Mais il apparaît également essentiel de proposer dans le même temps des composants passifs performants afin de pouvoir intégrer toutes les fonctions RF nécessaires Ce dernier point représente le principal écueil auquel les technologies silicium ce sont heurtées de part la nécessité d'utiliser des substrats à pertes afin de pouvoir gérer les probJèmes de « latch up ». Dans cette thèse, nous évaluerons les potentialités RF et millimétriques offertes par les technologies SOI de part leur compatibilité avec des substrats Hautement Résistifs (HR). Après avoir introduit le contexte général de l'étude nous investiguerons les performances offertes par les composants passif intégrés en technologie SOI HR. Ces composants seront alors utilisés dans le cadre de la réalisation de circuits passifs afin de valider ces composants développés et leurs modèles. Nous nous intéresserons alors à l'évolution des performances en bruit du transistor MaS. Nous conclurons en présentant des réalisations d'amplificateurs faible bruit afin de pouvoir effectuer une comparaison entre technologie SOI et silicium standard afin de dégager les potentialités millimétriques offertes par les technologies SOI HRThe wireless transmissions increase in a spectacular way, such as in the spatial applications, the mobile communication systems or the short range communications. Since few years, with the work frequency growth ofthe Silicon components, the Silicon technology is present in the radio and high frequency fields. The microwave integrated circuits need high performance components with low bias conditions. But it appears also essential to offer in the same time high performance passive components in order to be able to integrate an necessary RF functions. This Jast point remains the main limitation faced by standard silicon technologies, since they have to use lossy substrate (mainly to be able to manage "Jatch up" issue). Ln this thesis, we wiIJ evaluate RF and minimeter wave potentialities offered by SOI technologies due to their compatibility with High Resistivity substrate. After having introduced the general context of this study we win investigate the performances offered by passive components integrated on HR SOI, while trying to propose dedicated èomponents which could take the best advantage ofhigh resistivity. These components win then be used within the achievement of passive circuits in order to validate those deveJoped components and their mode!. We wiIJ focus then on the evolution of the performances in noise of MaS transistor. Finany, we end up this manuscript by presenting achievements of Low Noise Amplifiers in order to fun fin a benchmarking between HR SOI and standard silicon technology in order to discuss the millimeter wave potentialities open by HR sa!
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MAUVIGNER-BEHAR, NATHALIE. "Etude du phosphure d'indium semi-isolant pour la realisation de diodes laser a grande bande passante et forte puissance." Paris 6, 1991. http://www.theses.fr/1991PA066233.
Full textAbstract:
Les systemes de communication par fibres optiques a haut debit et grande distance requierent des diodes laser possedant intrinsequement une tres grande bande passante et une forte puissance. Le laser a ruban enterre en gainasp/inp offre de bonnes performances, qui sont toutefois limitees par des elements parasites rc propres a la structure. Le travail presente consiste en l'etude, tant du point de vue materiau que du point de vue electrique, de couches semi-isolantes permettant la localisation de l'injection du courant dans la zone active du laser et la reduction du facteur rc. Deux methodes sont envisagees. Ce sont: la desactivation des accepteurs dans l'inp par l'hydrogene et le dopage par un piege profond: le fer. La desactivation des dopants p dans l'inp d'une heterostructure gainas/inp est obtenue pendant la phase de refroidissement de l'epitaxie m. O. C. V. D. L'influence des parametres: temperature, hydrures utilises, nature de la conductivite (n ou p). . . Est montree. L'originalite de l'etude reside dans la mise en evidence de l'influence de la couche de gainas sur la desactivation et la restauration des accepteurs dans l'inp d'une heterostructure gainas/inp. Elle aboutit a la realisation d'un laser avec couches bloquantes en inp:p hydrogene. La croissance par epitaxie m. O. C. V. D. D'inp:fe permet l'obtention d'un materiau de resistivite elevee (10#8 cm) mesuree sur des structures n-si-n, jusqu'a une tension superieure a 10 v. Dans le cas de structures p-si-n, plusieurs problemes sont identifiees: une tension de claquage, mesuree en direct, faible (<1 v), une exodiffusion du fer en presence de zinc. Compte tenu des problemes souleves par la presence d'une couche d'inp:zn adjacente a une couche d'inp:fe, une structure optimisee d'un laser avec couches bloquantes en inp:fe est proposee
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Braccioli, Marco. "Étude des transistors MOS silicium-sur-isolant à grilles multiples tenant en compte de l'ingénierie de la bande interdite et des effets d'auto-échauffement." Grenoble INPG, 2009. http://www.theses.fr/2009INPG0051.
Full textAbstract:
Le travail est focalisé sur la simulation de différentes structures SOI. La première partie du manuscrit concerne la simulation Monte Carlo de transistors SOI double grille avec hétérojonctions entre source/drain et canal. Les simulations ont montré un compromis entre le gain en courant obtenu grâce à une plus grande vitesse des porteurs, et la perte causée par un mauvais contrôle électrostatique. La deuxième partie étude les effets d’ auto-échauffement des transistors SOI en utilisant simulations 3D électro-thermiques. L’auto-échauffement se développe différemment entre différentes structures: la chaleur produite peut être dissipée soit par les contacts, à travers la direction verticale ou entre transistors adjacents. Ensuite on a etudié dispositifs FinFET avec une longueur de grille de 30nm. L’auto-échauffement a été etudié en fonction des paramètres technologiquesThis work focuses on the simulation of differents SOI structures. The first part manuscript is about the Monte Carlo simulation of double-gate SOI transistors featuring heterojunctions between the source/drain and the channel. The simulations pointed out a compromise between the gain in terms of provided current obtained by a larger carrier injection velocity, and the detrimental impact due to a bad electrostatic control. The second part concerns the self-heating effects of transistors fabricated in SOI technology, by simulations performed with a commercial tool. Electro-thermal simulations pointed out that self-heating originates by different ways between the different considered structures, because heat generated in the active region can be dissipated both through the contacts, the vertical direction and between adjacent devices. This paths are different for single - or double - gate transistors, of FinFETs. Then, attention has been focused on simulations of FinFET devices, featuring a gate length equal to 30 nm. Self-heating has been studied as a function of different technological parameters : source and drain extension length, buried oxied thickness, distance between adjacent fins, fin height
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Boussaha, Mohamed Faouzi. "Développement d'un démonstrateur de récepteur hétérodyne submillimétrique ultra-large bande à base de jonctions Supraconducteur-Isolant-Supraconducteur (SIS), refroidi à 4,2 K." Paris 6, 2003. http://www.theses.fr/2003PA066368.
Full text
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Bouynet, Enmmanuelle. "Propriétés diélectriques large bande de matériaux à basse température : application à l'étude de composés de la famille des fullerènes et de composites isolant-polymère conducteur." Bordeaux 1, 1996. http://www.theses.fr/1996BOR10690.
Full textAbstract:
La premiere partie de la these consiste a realiser l'etude sur une large bande de frequence (100 mhz 5 ghz) d'une sonde coaxiale a effet de bout en effectuant son etalonnage et en etudiant les differentes limitations de la methode. Cette technique de caracterisation dielectrique a ensuite ete adaptee a la realisation de mesures a basse temperature dans un cryostat a helium liquide. Dans la seconde partie, le comportement en frequence et en temperature de plusieurs types d'echantillons est etudie: des fullerenes (c#6#0 et c#7#0), un echantillon supraconducteur a base de nanoparticules de carbone, et enfin des composites polystyrene/polypyrrole
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Boutayeb, Mohammed Saad. "Architecture et conception d’un amplificateur de puissance large-bande pour des applications 4G/5G." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALT055.
Full textAbstract:
Avec l’arrivée de la 5G NR, les architectures des émetteurs-récepteurs des terminaux mobiles doivent intégrer plus de composants (filtres, amplificateurs de puissance…) afin d’adresser des bandes plus nombreuses et plus larges (notamment les bandes « sub-6 GHz ») en plus de traiter des signaux plus complexes. Ces nouvelles contraintes d’encombrement et de performances auxquelles doivent répondre les émetteurs-récepteurs ont un impact direct sur les spécifications techniques des amplificateurs de puissance (PA). D’une part il est nécessaire d’avoir des PA qui adressent des bandes plus larges afin de réduire le nombre de composants dans la chaîne d’émission ; d’autre part, ces PA doivent répondre aux critères de linéarité des nouveaux standards (LTE-A et 5G NR) tout en assurant une bonne efficacité énergétique de fonctionnement. Les travaux de cette thèse portent sur l’investigation d’architectures avancées de PA alliant largeur de bande, linéarité et efficacité énergétique.Le contexte et les motivations de la thèse énoncés, le choix de la technologie RF SOI 130nm et les contraintes auxquels doit répondre le PA sont justifiés. Une étude de l’état de l’art des architectures avancées (à efficacité améliorée) de PA permet de retenir l’architecture Doherty comme solution intéressante. Une étude théorique de l’architecture Doherty est effectuée afin de modéliser son fonctionnement, d’identifier l’impact des paramètres de dimensionnement et des capacités parasites du transistor sur les performances de celle-ci avant d’explorer les perspectives qu’elle présente en termes de largeur de bande. Un premier circuit démonstrateur a été implémenté en RF SOI 130nm. Il s’agit d’un étage amplificateur Doherty couvrant la bande 3,2-3,6 GHz. Pour un signal LTE 10MHz 50RB à une puissance de sortie de 27dBm, un ACLR maximal de -30,5 dBc et une PAE minimale de 36% a été mesurée sur toute la bande. Un deuxième circuit Doherty intégrant un étage de pré-amplification (driver) a été implémenté dans la même technologie. Les mesures pour un signal LTE 10MHz 12RB à 28 dBm de puissance de sortie donnent un ACLR maximal de -35 dBc et une PAE minimale de 32% sur toute la bande 3,2-3,8 GHz ce qui permet de couvrir les bandes B42, B43 et B49The arrival of the 5G NR put more constraints on the transceivers architectures. They must integrate more components (filters, power amplifiers, etc.) in order to address more numerous and wider bands (in particular the “sub-6 GHz” bands) in addition to processing more complex signals. These new space and performance constraints that transceivers must meet have a direct impact on the technical specifications of power amplifiers (PAs). On the one hand it is necessary to have PAs which address wider bands in order to reduce the number of components in the emission chain; on the other hand, these PAs must meet the criteria of linearity of the new standards (LTE-A and 5G NR) while ensuring good operating energy efficiency. The work of this thesis concerns the investigation of advanced PA architectures combining bandwidth, linearity and energy efficiency.The context and the motivations of the thesis stated, the choice of SOI 130nm RF technology and the constraints to which the PA must respond are justified. A study of the state of the art of improved efficiency PAs architectures makes it possible to select Doherty architecture as an interesting solution. A theoretical study of the Doherty architecture is carried out in order to model its operation, to identify the impact of the dimensioning parameters and the parasitic capacitances of the transistor on the performances before exploring the bandwidth perspectives it presents. A first demonstrator circuit was implemented in RF SOI 130nm. It is a Doherty amplifier stage covering the 3.2-3.6 GHz band. For an LTE 10MHz 50RB signal at an output power of 27dBm, a maximum ACLR of -30.5 dBc and a minimum PAE of 36% was measured across the band. A second Doherty circuit integrating a driver stage has been implemented in the same technology. Measurements for an LTE 10MHz 12RB signal at 28 dBm of output power give a maximum ACLR of -35 dBc and a minimum PAE of 32% over the whole band 3.2-3.8 GHz which allows to cover the B42, B43 and B49 bands
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Martineau, Baudouin. "Potentialités de la technologie CMOS 65nm SOI pour des applications sans fils en bande millimétrique." Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00288865.
Full textAbstract:
Dans le cadre des nouvelles applications dans la bande de fréquence millimétrique, une évaluation de la technologie CMOS 65nm SOI pour la conception de circuits est proposée. Cette évaluation s'articule autour de deux axes principaux. Tout d'abord les composants actifs et passifs spécifiques à la technologie font l'objet d'une étude en terme de performances et de modélisations. Ensuite la technologie est évaluée au travers l'exemple de circuits composant une chaîne de réception
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Emam, Mostafa. "Wide band and noise characterization of various MOSFETS for optimized use in RF circuits." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10165/document.
Full textAbstract:
Sans fils, portable, et performance sont devenus les mots-clés dans les marchés des électroniques et télécommunications. Ces mots clés sont très exigeants aux niveaux des conceptions de circuits et de la technologie. En effet, la conception de circuit n’est plus loin de la technologie. Le passage de micro- au nano-électronique a été accompagné par des améliorations révolutionnaires dans la modélisation de composant. Afin de répondre aux défis des applications avancées, il est indispensable que le model s’approche de la physique du composant, au contraire du cas précédent où des modèles empiriques étaient utilisés. Le concepteur de circuit est donc obligé de bien comprendre la physique du composant. Une recherche approfondie est fortement demandé dans cette zone peu servie entre la conception de circuit et la caractérisation conventionnelle des composants.Dans ce contexte, cette thèse est dévoué à établir le lien entre la caractérisation des composants d’un côté et la conception de circuit de l’autre côté, en particulier pour les applications haute fréquence. Cela est atteint en appliquant une recherche élaborée de différentes structures des transistors. Des technologies différentes sont aussi considérées comme les technologies bulk, SOI partiellement- et complètement- déserté. Sur base d’un cycle complet de recherche (en commençant par le layout jusqu’aux mesures sous pointes), une comparaison détaillé des tous les transistors (en terme des performances de dc, ac, RF, non-linaires, bruit RF, faible tension faible puissance et haute température) est présentée afin de fournir le concepteur de circuit RF avec un ensemble d’information suffisant pour une conception réussiteWireless, portable, and performance are becoming the keywords for both the consumer electronics and the telecommunication markets. These key requirements are very demanding on the circuit design and on the technology levels. In fact, the circuit design is no more separated from the technology. The passage from micro- to nano-electronics was accompanied by significant revolutionary enhancements and modifications of device modeling. In order to meet the new challenges of advanced applications, it is indispensable for the device model to approach from the device physics, as opposed to the empirical models known earlier. This leads, de facto, to a more complicated device model. As a result, a good circuit designer should coercively comprehend the device physics. A profound research is indeed compulsory in this gray area between the circuit design and the device characterization conventional areas.In this context, the work of this PhD thesis is devoted to provide the link between the device engineering/characterization domain and the circuit design domain, pronouncedly for RF applications. This is achieved through an elaborated research of already existing transistor structures (floating-body and body-tied) as well as new structures (graded channel). Different technologies such as bulk, partially- and fully-depleted SOI are also considered. Based on a complete flow (design of layout to on-wafer measurements), a detailed comparison of all transistors (in terms of dc, ac, RF, non-linear, RF noise, low voltage low power, and high temperature performances) is presented in order to render the RF circuit designer with adequate information for a successful RF product
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Liu, Fanyu. "Caractérisation électrique et modélisation du transport dans matériaux et dispositifs SOI avancés." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAT034/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à la caractérisation et la modélisation du transport électronique dans des matériaux et dispositifs SOI avancés pour la microélectronique. Tous les matériaux innovants étudiés(ex: SOI fortement dopé, plaques obtenues par collage etc.) et les dispositifs SOI sont des solutions possibles aux défis technologiques liés à la réduction de taille et à l'intégration. Dans ce contexte,l'extraction des paramètres électriques clés, comme la mobilité, la tension de seuil et les courants de fuite est importante. Tout d'abord, la caractérisation classique pseudo-MOSFET a été étendue aux plaques SOI fortement dopées et un modèle adapté pour l'extraction de paramètres a été proposé. Nous avons également développé une méthode électrique pour estimer la qualité de l'interface de collage pour des plaquettes métalliques. Nous avons montré l'effet bipolaire parasite dans des MOSFET SOI totalement désertés. Il est induit par l’effet tunnel bande-à-bande et peut être entièrement supprimé par une polarisation arrière. Sur cette base, une nouvelle méthode a été développée pour extraire le gain bipolaire. Enfin, nous avons étudié l'effet de couplage dans le FinFET SOI double grille, en mode d’inversion. Un modèle analytique a été proposé et a été ensuite adapté aux FinFETs sans jonction(junctionless). Nous avons mis au point un modèle compact pour le profil des porteurs et des techniques d’extraction de paramètresThis thesis is dedicated to the electrical characterization and transport modeling in advanced SOImaterials and devices for ultimate micro-nano-electronics. SOI technology is an efficient solution tothe technical challenges facing further downscaling and integration. Our goal was to developappropriate characterization methods and determine the key parameters. Firstly, the conventionalpseudo-MOSFET characterization was extended to heavily-doped SOI wafers and an adapted modelfor parameters extraction was proposed. We developed a nondestructive electrical method to estimatethe quality of bonding interface in metal-bonded wafers for 3D integration. In ultra-thin fully-depletedSOI MOSFETs, we evidenced the parasitic bipolar effect induced by band-to-band tunneling, andproposed new methods to extract the bipolar gain. We investigated multiple-gate transistors byfocusing on the coupling effect in inversion-mode vertical double-gate SOI FinFETs. An analyticalmodel was proposed and subsequently adapted to the full depletion region of junctionless SOI FinFETs.We also proposed a compact model of carrier profile and adequate parameter extraction techniques forjunctionless nanowires
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Do, Minh Tuan. "Propriétés diélectriques des gels isolants : application aux composants d'électronique de puissance." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00377405.
Full textAbstract:
Ce travail apporte une meilleure compréhension des propriétés diélectriques des gels isolants dans le contexte particulier de son utilisation en électronique de puissance. Différentes techniques de mesures qui, pour la plupart ont été développées dans la caractérisation des liquides isolants (visualisation de streamers, détection optique des décharges, mesure de la charge apparente) ont été utilisées. Une méthode optique permettant des mesures de décharges partielles sous tension nonsinusoïdale (ondes à front raide) a été développée. Des décharges dans des cavités et les décharges attribuées à l'effet couronne ont été identifiées. Un régime de décharges réversibles et un régime de dégradation où les propriétés d'auto-cicatrisation du matériau sont réduites ont été mis en évidence. La fréquence des décharges augmente considérablement avec la température. Elles pourraient contribuer à l'accélération du vieillissement des assemblages à long terme. Les décharges partielles apparaissent plus facilement sous tension impulsionnelle qu'en alternatif. La visualisation des phénomènes générés sous champ élevé (génération et propagation de “streamers”) permet de mieux caractériser les mécanismes mis en jeu. Les mesures conventionnelles de décharges partielles en alternatif selon la norme CEI ne sont pas pertinentes dans le cas de la caractérisation du gel sous contraintes impulsionnelle. Une étude du claquage du gel silicone dans diverses configurations d'électrodes (tailles, formes) en fonction de la température et de la forme de l'onde de tension montre qu'il dépend de la surface des électrodes. Le gel se rapproche beaucoup plus d'un liquide non polaire que d'un solide.
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Hao, Ran. "Wide-band low-dispersion low-losses slow light in photonic crystal waveguides." Paris 11, 2010. http://www.theses.fr/2010PA112351.
Full textAbstract:
Cette thèse apporte des contributions à la résolution de problèmes actuels concernant les effets de lumière lente dans des guides d'ondes à cristaux photoniques dans le but d'obtenir une large bande passante, une faible dispersion, et de faibles pertes de propagation. De nouveaux types de guides à cristaux photoniques sont proposés ayant une large bande passante, une faible dispersion de vitesse de groupe, et permettant un contrôle flexible des propriétés d’ondes lentes avec des exigences raisonnables en terme de fabrication des structures par les technologies de salle blanche. Une approche globale visant à améliorer le produit délai×bande passante des dispositifs présents est proposée. En utilisant cette approche, le produit normalisé délai×bande passante a été amélioré d’un facteur 15 par rapport à l’état de l’art des guides conçus pour fonctionner avec un indice de groupe moyen de 90. Les pertes induites par la fabrication ont également été étudiées. Nous avons modélisé quatre types de désordre dans la fabrication des structures réelles. Les résultats obtenus ont permis de quantifier combien la région à proximité du centre du défaut linéique a une influence dominante sur les pertes. Enfin, tous les résultats de conception ont été utilisés pour la fabrication de plaques de silicium sur isolant préparées pour la démonstration des effets prévus de lumière lenteThis Ph. D study brings contributions of solving present problems for slow light in photonic crystal waveguides, aiming to obtain wide-band, low-dispersion, and low losses slow light. Novel kinds of photonic crystal waveguides are proposed having large bandwidth, low group velocity dispersion and allowing a flexible control of slow light properties with reasonable requirements to clean room fabrication. An overall approach to improve the delay-bandwidth product of present slow light devices is proposed. By using this approach, the normalized delay-bandwidth product of previous waveguides has been improved by a factor of 15 if compared with regular photonic crystal waveguides with a group index maintained at the high value of 90. The fabrication induced losses have also been studied. We modeled four kinds of structure disorders in real fabrication. The obtained results quantify how much the region close to the line defect center has a dominant influence on the losses. Finally, all design results have been used for the fabrication of silicon-on-insulator samples prepared for the demonstration of the foreseen slow light effects
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Combes, Frédéric. "Thermodynamique de la réponse électrique dans les isolants de bande - Synchronisation et écho de spin dans une horloge atomique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLS540/document.
Full textAbstract:
Le travail présenté dans ce manuscrit porte sur deux sujets distincts. Le premier concerne la réponse d'un diélectrique cristallin à un champ électrique uniforme ; il s'ancre sur la théorie moderne de la polarisation développée par King-Smith, Vanderbilt et Resta. En nous restreignant d'abord au cas unidimensionnel, nous décrivons de manière perturbative à faible champ électrique le spectre de Wannier-Stark d'un modèle de bande. Nous utilisons ensuite ce développement dans une approche thermodynamique que nous modifions pour palier aux problèmes posés par le caractère non-borné du spectre de Wannier-Stark : nous introduisons en particulier un potentiel chimique local assurant la neutralité électrique locale au sein du cristal. Cette approche permet d'accéder à la polarisation et à la susceptibilité électrique des cristaux diélectriques. Finalement, nous étendons le travail effectué au cas bidimensionnel où de nouvelles caractéristiques associé aux isolants topologiques apparaissent.Le deuxième sujet porte sur la synchronisation de spin dans les gaz d'atomes froids. Nous étudions la compétition entre le mécanisme d'écho de spin et le phénomène d'auto-synchronisation lié à l'effet de rotation des spins identiques (emph{ISRE}). La méthode de l'écho de spin permet de compenser certains déphasage apparaissant dans une gaz d'atomes ultra-froid piégé, et accroît ainsi le temps de cohérence de l'ensemble. L'emph{ISRE} apparaît dans les gaz denses via les collisions entre atomes et conduit également à un accroissement du temps de cohérence. Nous montrons que ces deux mécanismes ne sont pas systématiquement compatibles. En particulier, leur compatibilité est lié à la relation entre les échelles de temps propres à chacun des phénomènesThe work exposed in this manuscript covers two distinct topics. The first is about the response of crystalline dielectrics to an external static electric field; it is based on King-Smith, Vanderbilt and Resta modern theory of polarisation. Restricting ourselves to the 1D case, we first describe the Wannier-Stark ladder of a band model with a low-field perturbative approach. We then use this development to derive the thermodynamical response of the band model. We have to modify the usual thermodynamics to account for the unboundedness of the Wannier-Stark spectrum, through the introduction of a local chemical potentiel which ensures local electric neutrality in the crystal. In a last step, we extend our approch to the 2D cas, where new characteristics related to the topic of topological insulators appear.The second topic tackles synchronization and spin-echo in cold atom gases. We study the competition between the spin-echo mechanism and the self-synchronization mechanism which emerges from the identical spin rotation effet (emph{ISRE}). The spin-echo thechnique was built to compensate for some the of dephasing that appears in trapped ultra-cold gases, leading to an increased coherence time for the ensemble. The emph{ISRE} appears in dense atomic clouds where collisions also lead to an increased coherence time. We show that these two mechanism are not always compatible, in particular, their compatibility is based on the relation between the time scales associated to both phenomena
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Bovkun, Leonid. "Etude de la structure de bande de puits quantiques à base de semi-conducteurs de faible bande interdite HgTe et InAs." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY060/document.
Full textAbstract:
Le tellurure de mercure et de cadmium (HgCdTe ou MCT) est un matériau reconnu pour la physique de la matière condensée, dont l'histoire, datant aujourd'hui de plus de cinquante ans, constitue un excellent exemple des progrès remarquables réalisés dans la recherche sur les semi-conducteurs et les semi-métaux. Notre travail est principalement motivé par l’intérêt fondamental que suscitent ces systèmes, mais notre recherche peut également avoir un impact pratique (indirect) sur la médecine, la surveillance ou la détection de l’environnement ainsi que sur les systèmes de sécurité. Cela peut aider à améliorer les performances des photodétecteurs dans la limite des grandes longueurs d'onde ou à faciliter la fabrication de dispositifs émettant de la lumière.La présente thèse de doctorat vise principalement à combler certaines des lacunes de notre compréhension de la structure de bande électronique des hétérostructures 2D et quasi-2D basées sur les matériaux HgTe/HgCdTe et InAs/InSb, qui peuvent être transformés en phase topologiquement isolante à l'aide des paramètres de croissance. Pour explorer leurs propriétés, la technique expérimentale de base, la magnéto-spectroscopie infrarouge et THz fonctionnant dans un large éventail de champs magnétiques, est combinée à des mesures complémentaires de magnéto-transport. Cette combinaison de méthodes expérimentales nous permet d’obtenir de précieuses informations sur les états électroniques non seulement à l’énergie de Fermi, mais également dans son voisinage relativement large. Diverses hétérostructures ont été étudiées avec des caractéristiques globales et/ou spécifiques déterminées principalement par les paramètres de croissance.La réponse magnéto-optique observée, due aux excitations intra-bande (résonance cyclotron) et interbandes (entre les niveaux de Landau) peut être interprétée dans le contexte d'études antérieures sur des échantillons 3D, des puits quantiques et des super-réseaux, mais également en rapport aux attentes théoriques. Ici, nous visons à obtenir une explication quantitative des données expérimentales recueillies, mais également à développer un modèle théorique fiable. Ce dernier comprend le réglage précis des paramètres de structure de bande présents dans le modèle établi de Kane, mais surtout, l'identification de termes supplémentaires pertinents (d'ordre élevé) nécessaires pour parvenir à un accord quantitatif avec nos expériences. On peut s’attendre à ce que les corrections dues à ces termes supplémentaires affectent davantage les sous-bandes de valence, généralement caractérisées par des masses effectives relativement importantes et, par conséquent, par une grande densité d’états ou, lorsque le champ magnétique est appliqué, par un espacement assez étroit (et mélange important) des niveaux de LandauMercury cadmium telluride (HgCdTe or MCT) is a time-honored material for condensed matter physics, whose history nowadays more than fifty years long may serve as an excellent example of remarkable progress made in research on semiconductors and semimetals. The ternary compound HgCdTe implies two important aspects, which largely contributed to its undoubted success in solid-states physics.The present PhD thesis primarily aims at filling some of existing gaps in our understanding of the electronic band structure in 2D and quasi-2D heterostructures based on HgTe/HgCdTe and InAs/InSb materials, which both may be tuned into topologically insulating phase using particular structural parameter. To explore their properties, the primal experimental technique, infrared and THz magneto-spectroscopy operating in a broad of magnetic fields, is combined with complementary magneto-transport measurements. This combination of experimental methods allows us to get valuable insights into electronic states not only at the Fermi energy, but also in relatively broad vicinity.The observed magneto-optical response - due to intraband (cyclotron resonance) and interband inter-Landau level excitations - may be interpreted in the context of previous studies performed on bulk samples , quantum wells and superlattices, but also compared with theoretical expectations. Here we aim at achieving the quantitative explanation of the collected experimental data, but also further developing a reliable theoretical model. The latter includes the fine-tuning of the band structure parameters present in the established Kane model, but even more importantly, identifying additional relevant (high-order) terms and finding their particular strengths, needed to achieve quantitative agreement with our experiments. One may expect that corrections due to these additional terms will more affect the valence subbands, which are in general characterized by relatively large effective masses. Consequently, valence subbands have larger density of states compared to conduction band or, when the magnetic field is applied, rather narrow spacing (and possibly large mixing) of Landau levels
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Rocha, Leandro Seixas. "Estrutura eletrônica de isolantes topológicos em duas e três dimensões." Universidade de São Paulo, 2014. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/43/43134/tde-16102014-092038/.
Full textAbstract:
Nessa tese de doutorado apresentamos um estudo da estrutura eletronica de materiais isolantes topologicos. A teoria fundamental dos isolantes topologicos foi abordada atraves de invariantes topologicos Z2, assim como os seus metodos para o calculo desses invariantes topologicos e as consequencias da topologia de bandas nao-trivial. Assim como as propriedades atomisticas e energeticas, as propriedades eletronicas de alguns isolantes topologicos foram calculadas atraves de metodos de primeiros principios baseados na Teoria do Funcional da Densidade. Apresentamos nessa tese o estudo de quatro sistemas de interesse fisico: (1) Em isolantes topologicos do tipo Bi2Se3 e Bi2Te3 com falhas de empilhamentos, encontramos que o Bi2Te3 com falhas de empilhamentos apresentam estados metalicos na regiao do defeito; (2) Na interface Bi2Se3/GaAs com tratamento de Se na regiao do GaAs, encontramos que a interacao entre o cone de Dirac do Bi2Se3 com a banda de valencia do GaAs abre um gap de energia no ponto ; (3) Em nanoestradas de germaneno imersas em germanano com interfaces zigzag, encontramos que a partir de uma largura critica podemos observar o efeito Hall quantico de spin; e (4) nas ligas desordenadas hexagonais de SixGe1-x em duas dimensoes, o sistema desordenado compartilha a mesma topologia de bandas do siliceno e do germaneno, enquanto que a liga ordenada Si0.5Ge0.5 e um isolante trivial. As estruturas eletronicas desses sistemas foram investigadas no intuito de entender as consequencias fisicas da topologia de bandas nao-trivial nos estados de Bloch de bulk e de superficies/interfaces.In this doctoral thesis we present a study of the electronic structure of topological insulators materials. The fundamental theory of topological insulators was addressed through the Z2 topological invariants, as well as their methods to calculate these topological invariants and the consequences of non-trivial band topology. Just as atomistic and energetic properties, the electronic properties of some topological insulators were calculated using first-principles methods based upon Density Functional Theory. We present in this thesis the study of four systems of physical interest: (1) In topological insulators like Bi2Se3 and Bi2Te3 with stacking faults, we found that the Bi2Te3 with stacking faults presents metallic states in the region of the defect; (2) For Bi2Se3/GaAs interface with Se-treatment in the GaAs region, we found that the interaction between the Dirac cone of the Bi2Se3 and the valence band of the GaAs opens a bandgap at the -point; (3) In germanene nanoroads embedded on germanane with zigzag interfaces/edge, we found that from a critical width we can observe the quantum spin Hall effect; and (4) For SixGe1x two-dimensional hexagonal disordered alloy, the system shares the same non-trivial band topology of the silicene and germanene, while the ordered alloy Si0.5Ge0.5 is a trivial insulator. The electronic structures of these systems were investigated in order to understand the physical consequences of non-trivial band topology in the bulk and surfaces/interfaces Bloch states.
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Bleu, Olivier. "Physics of quantum fluids in two-dimensional topological systems." Thesis, Université Clermont Auvergne (2017-2020), 2018. http://www.theses.fr/2018CLFAC044/document.
Full textAbstract:
Cette thèse est consacrée à la description de la physique à une particule ainsi qu'à celle de fluides quantiques bosoniques dans des systèmes topologiques. Les deux premiers chapitres sont introductifs. Dans le premier, nous introduisons des éléments de théorie des bandes et les quantités géométriques et topologiques associées : tenseur métrique quantique, courbure de Berry, nombre de Chern. Nous discutons différents modèles et réalisations expérimentales donnant lieu à des effets topologiques. Dans le second chapitre, nous introduisons les condensats de Bose-Einstein ainsi que les excitons-polaritons de cavité.La première partie des résultats originaux discute des phénomènes topologiques à une particule dans des réseaux en nid d'abeilles. Cela permet de comparer deux modèles théoriques qui mènent à l'effet Hall quantique anormal pour les électrons et les photons dû à la présence d'un couplage spin-orbite et d'un champ Zeeman. Nous étudions aussi l'effet Hall quantique de vallée photonique à l'interface entre deux réseaux de cavités avec potentiels alternés opposés.Dans une seconde partie, nous discutons de nouveaux effets qui émergent due à la présence d'un fluide quantique interagissant décrit par l’équation de Gross-Pitaevskii dans ces systèmes. Premièrement, il est montré que les interactions spin anisotropes donnent lieu à des transitions topologiques gouvernées par la densité de particules pour les excitations élémentaires d’un condensat spineur d’exciton-polaritons.Ensuite, nous montrons que les tourbillons quantifiés d'un condensat scalaire dans un système avec effet Hall quantique de vallée, manifestent une propagation chirale le long de l'interface contrairement aux paquets d'ondes linéaires. La direction de propagation de ces derniers est donnée par leur sens de rotation donnant lieu à un transport de pseudospin de vallée protégé topologiquement, analogue à l’effet Hall quantique de spin.Enfin, revenant aux effets géométriques linéaires, nous nous sommes concentrés sur l’effet Hall anormal. Dans ce contexte, nous présentons une correction non-adiabatique aux équations semi-classiques décrivant le mouvement d’un paquet d’ondes qui s’exprime en termes du tenseur géométrique quantique. Nous proposons un protocole expérimental pour mesurer cette quantité dans des systèmes photonique radiatifsThis thesis is dedicated to the description of both single-particle and bosonic quantum fluid Physics in topological systems. After introductory chapters on these subjects, I first discuss single-particle topological phenomena in honeycomb lattices. This allows to compare two theoretical models leading to quantum anomalous Hall effect for electrons and photons and to discuss the photonic quantum valley Hall effect at the interface between opposite staggered cavity lattices.In a second part, I present some phenomena which emerge due to the interplay of the linear topological effects with the presence of interacting bosonic quantum fluid described by mean-field Gross-Pitaevskii equation. First, I show that the spin-anisotropic interactions lead to density-driven topological transitions for elementary excitations of a condensate loaded in the polariton quantum anomalous Hall model (thermal equilibrium and out-of-equilibrium quasi-resonant excitation configurations). Then, I show that the vortex excitations of a scalar condensate in a quantum valley Hall system, contrary to linear wavepackets, can exhibit a robust chiral propagation along the interface, with direction given by their winding in real space, leading to an analog of quantum spin Hall effect for these non-linear excitations. Finally, coming back to linear geometrical effects, I will focus on the anomalous Hall effect exhibited by an accelerated wavepacket in a two-band system. In this context, I present a non-adiabatic correction to the known semiclassical equations of motion which can be expressed in terms of the quantum geometric tensor elements. We also propose a protocol to directly measure the tensor components in radiative photonic systems
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Ferrier, Marlène. "Modélisation analytique du transport balistique et quasi-balistique dans les MOSFETs avancés." Grenoble INPG, 2007. http://www.theses.fr/2007INPG0016.
Full textAbstract:
Avec l'intégration de nouvelles architectures de transistors non dopées et de longueurs de grille extrêmement courtes, l'émergence d'un transport balistique des porteurs dans les prochaines générations de dispositifs MOS est de plus en plus probable. On attend de tels composants des niveaux de courants plus élevés que ne le prévoient les modèles conventionnels. Ce manuscrit se propose de présenter de manière didactique la physique et la modélisation du transport balistique et quasibalistique dans les transistors nMOSFETs avancés. En outre, l'impact des paramètres technologiques conventionnels sur l'optimisation de la vitesse d'injection, paramètre clef du transport balistique, a été discuté. D'autre part, des modèles analytiques originaux pour prendre en compte l'ingénierie des sous bandes sur le transport balistique ont également été développés pour les architectures bulk, SOI et double grille, remplaçant avantageusement les simulations de type Poisson Schrôdinger. Enfin, une nouvelle approche pour l'extraction de la balisticité a été proposée et mise en œuvre sur des transistors réalisés en technologie SOI complètement désertésWith the integration of new undoped MOSFETs architectures allowing very short channellengths, the emergence of ballistic transport in next generations' devices become more and more probable. Ballistic MOSFETs are expected to exhibit higher drain currents compared to the predictions of conventional approaches. This work presents the physics and the modeling of ballistic and quasi-ballistic transport in advanced MOSFETs. The impact of the conventional technological parameters on injection velocity, a figure of merit of ballistic transport, has been discussed. Moreover, original analytical models for quantization, allowing subband engineering have been proposed for bulk, SOI and DG-MOSFETs. These models can effectively replace time consuming Poisson-Schrôdinger simulations needed for an accurate evaluation of ballistic currents. Finally, a new approach for the extraction of the backscattering factor has been presented and applied to fully depleted SOI MOSFETs
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El, dirani Hassan. "Étude détaillée des dispositifs à modulation de bandes dans les technologies 14 nm et 28 nm FDSOI." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT098/document.
Full textAbstract:
Durant les 5 dernières décennies, les technologies CMOS se sont imposées comme méthode de fabrication principale pour les circuits semi-conducteurs intégrés avec notamment le transistor MOSFET. Néanmoins, la miniaturisation de ces transistors en technologie CMOS sur substrat massif atteint ses limites et a donc été arrêtée. Les filières FDSOI apparaissent comme une excellente alternative permettant une faible consommation et une excellente maîtrise des effets électrostatiques dans les transistors MOS, même pour les nœuds technologiques 14 et 28 nm. Cependant, la pente sous le seuil (60 mV/décade) du MOSFET ne peut pas être améliorée, ce qui limite la réduction de la tension d’alimentation. Cette restriction a motivé la recherche de composants innovants pouvant offrir des déclenchements abrupts tels que le Z2-FET (Zéro pente sous le seuil et Zéro ionisation par impact), Z2-FET DGP (avec double Ground Plane) et Z3-FET (Zéro grille avant). Grace à leurs caractéristiques intéressantes (déclenchement abrupte, faible courant de fuite, tension de déclenchement ajustable, rapport de courant ION/IOFF élevé), les dispositifs à modulation de bandes peuvent être utilisés dans différentes applications. Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la protection contre les décharges électrostatiques (ESD), la mémoire DRAM embarquée sans capacité de stockage, et les interrupteurs logiques. L’étude des mécanismes statique et transitoire ainsi que des performances de ces composants a été réalisée grâce à des simulations TCAD détaillées, validées systématiquement par des résultats expérimentaux. Un modèle de potentiel de surface pour les trois dispositifs est également fourniDuring the past 5 decades, Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology was the dominant fabrication method for semiconductor integrated circuits where Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) was and still is the central component. Nonetheless, the continued physical downscaling of these transistors in CMOS bulk technology is suffering limitations and has been stopped nowadays. Fully Depleted Silicon-On-Insulator (FDSOI) technology appears as an excellent alternative that offers low-power consumption and improved electrostatic control for MOS transistors even in very advanced nodes (14 nm and 28 nm). However, the 60 mV/decade subthreshold slope of MOSFET is still unbreakable which limits the supply voltage reduction. This motivated us to explore alternative devices with sharp-switching: Z2-FET (Zero subthreshold slope and Zero impact ionization), Z2-FET DGP (with Dual Ground Planes) and Z3-FET (Zero front-gate). Thanks to their attractive characteristics (sharp switch, low leakage current, adjustable triggering voltage and high current ratio ION/IOFF), band-modulation devices are envisioned for multiple applications. In this work, we focused on Electro-Static Discharge (ESD) protection, capacitor-less Dynamic Random Access Memory and fast logic switch. The DC and transient operation mechanisms as well as the device performance are investigated in details with TCAD simulations and validated with systematic experimental results. A compact model of surface potential distribution for all Z-FET family devices is also given
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GIGNOUX, CLAIRE. "Etude des proprietes electroniques de l'alliage quasicristallin alpdre." Université Joseph Fourier (Grenoble), 1996. http://www.theses.fr/1996GRE10233.
Full textAbstract:
Ce travail de these est consacre a l'elaboration et l'etude des proprietes electroniques de la phase quasicristalline alpdre. La recherche d'une procedure d'elaboration nous a permis d'obtenir des echantillons de phase icosaedrique pure de tres grande qualite structurale. L'alliage quasicristallin alpdre presente des proprietes de transport exceptionnelles pour un alliage constitue uniquement de metaux. En particulier, nous avons confirme que la valeur de resistivite de certains echantillons de i-alpdre peut atteindre #4#37 1 cm, ce qui est 10#6 fois superieure a celle des metaux standards, et 10#3 fois superieure a celles des amorphes metalliques. Les valeurs de resistivite de ces echantillons et leur dependance en temperature semblent s'approcher de celles des systemes ayant franchi la transition metal-isolant. Toutefois, il existe de fortes variations des proprietes de transport entre differents echantillons de la phase i-alpdre. D'autres echantillons ont montre des proprietes electroniques semblables a celles des phases icosaedriques bien connues i-alpdmn et i-alcufe qui se trouvent du cote metallique d'une transition metal-isolant. Nous avons etabli que ces disparites de proprietes de transport sont liees a des variations de composition et de qualite structurale. A l'inverse des metaux, meilleure est la qualite structurale plus la resistivite des echantillons est elevee ce qui exclu la possibilite d'une transition metal-isolant par le desordre (anderson) dans cette phase. D'autre part, nos mesures de densite d'etats electroniques permettent d'etablir la presence d'un pseudogap au niveau de fermi mais pas de gap reel comme dans les semi-conducteurs. On a donc affaire a un type de transport nouveau qui n'obeit pas aux lois connues dans les materiaux classiques (amorphes, semi-conducteurs, metaux). Un modele de transport par sauts entre etats critiques pourrait expliquer une transition metal-isolant dans ces structures ordonnees sans gap. Nous avons entrepris, par ailleurs, des mesures d'energie de surface de couches minces quasicristallines en collaboration avec l'industrie de revetements aps. Ces mesures, nous ont permis d'etablir que les couches minces quasicristallines ont une faible mouillabilite
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Ben, Salem Azzedine. "Synthese et caracterisation physique et structurale des conducteurs unidimensionnels de type fe : :(1+x)nb::(3-x)se::(10)." Nantes, 1987. http://www.theses.fr/1987NANT2018.
Full textAbstract:
Ce compose est le prototype d'une serie de formulation (mm')nb::(2)s::(10)(mm' = fe,v,cr,nb,ta) presentant une chaine trigonale prismatique |nbse::(3)| et une double chaine oelaedrique |(mm')se::(6)|. Ces composes ont une transition metal isolant vers 140 k. L'observation d'une onde de densite de charge aux caracteristiques identiques a celles de nbse::(3) indique que la chaine conductrice est la chaine trigonale prismatique |nbse::(3)|. La variation de la conductivite au voisinage de la transition indique un mecanisme de localisation d'anderson. Les proprietes physiques du compose ou se a ete substitue par s ont ete etudiees. L'etude de l'insertion par li a ete effectuee
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Fruchier, Olivier. "Etude du comportement de la charge d'espace dans les structures MOS : vers une analyse du champ électrique interne par la méthode de l'onde thermique." Phd thesis, Université Montpellier II - Sciences et Techniques du Languedoc, 2006. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00140084.
Full textAbstract:
L'isolant électrique est un élément essentiel des composants électroniques. Or, à cause des défauts présents dans l'isolant, des dysfonctionnements apparaissent dans les équipements électroniques provoquant des problèmes de fiabilité. Il est donc essentiel de quantifier et d'identifier la nature des charges d'espaces crées par ces défauts. Pour des raisons de miniaturisation des composants, les techniques de caractérisations actuelles semblent montrer leurs limites. La méthode de l'onde thermique permet de quantifier et de donner la répartition de la charge d'espace sur une forte épaisseur de diélectrique. L'adaptabilité de la méthode pour des couches diélectriques beaucoup plus minces ainsi que l'étude des résultats obtenus constitue l'essentiel du travail de cette thèse. La méthode proposée permet de donner les tensions caractéristiques de la structure MOS tout en effectuant une analyse en régime statique de la structure.
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Lee, Kyunghwa. "Etude des dispositifs à dopage électrostatique et des applications dans les technologies FD-SOI." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAT041.
Full textAbstract:
La récente technologie Fully Depleted SOI (FD-SOI) est une excellente alternative à la technologie conventionnelle CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductorqui a mené le développement incessont des circuits intégrés. FD-SOI offre une faible consommation d'énergie et un contrôle électrostatique amélioré pour les transistors MOS, même dans les nœuds très avancés (14 et 28 nm). En raison de leurs dimensions nanométriques, aussi bien en épaisseur qu’en longueur, les transistors FD-SOI présentent des mécanismes de fonctionnement et des caractéristiques très spécifiques. L’état de l’art du FD-SOI est décrit en insistant sur les atouts des composants, les effets physiques particuliers et les techniques de caractérisations dédiées. La diode Hocus-Pocus (HP) est un exemple de dispositif innovant rendu possible par la flexibilité sans égal de la technologie FD-SOI. En modifiant le type de dopage électrostatique, N ou P, un dispositif peut être reconfiguré en diode P-N virtuelle, diode Esaki virtuelle, diode semi-virtuelle, diode P-I-N, TFET ou FET à modulation de bande. Chaque configuration fonctionne comme un dispositif physiquement dopé. Les aspects inédits découlent d'un changement dynamique de la concentration des porteurs. Des applications originales telles que l'extraction de la durée de vie des porteurs et la diode virtuelle Esaki sont explorées. Le Z2-FET (Zero subthreshold slope and Zero impact ionization) est un dispositif particulièrement prometteur en raison de ses caractéristiques attrayantes (commutation abrupte, faible courant de fuite, tension de déclenchement réglable et rapport de courant élevé ION/IOFF). Dans ce travail, nous nous concentrons sur une mémoire dynamique sans capacité (1T-DRAM) et un interrupteur logique rapide. Les mécanismes de fonctionnement en courant continu et transitoire ainsi que les performances du dispositif sont étudiés en détail à l'aide de simulations TCAD et validés à l'aide de résultats expérimentaux systématiquesFully Depleted SOI (FD-SOI) is an excellent alternative of conventional Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology which is leading the semiconductor industry. FD-SOI offers low-power consumption and improved electrostatic control for MOS transistors even in very advanced nodes (14 nm and 28 nm). FD-SOI transistors feature nanometer thickness and length which bring rather particular operation mechanisms and characteristics. This work describes the state-of-the-art and the assets of FD-SOI components. The Hocus-Pocus (HP) diode is one example of the innovative devices made possible by the unrivalled flexibility of FD-SOI technology. By modifying the type of electrostatic doping, N or P, a single device can be reconfigured as a virtual P-N diode, a virtual Esaki diode, a semi-virtual diode, a P-I-N diode, a TFET or a band-modulation FET. Each configuration works as a physically doped device with peculiar behavior induced by the dynamic change of doping concentration. Original applications such as lifetime extraction and virtual Esaki diode are explored. The Z2-FET (Zero subthreshold slope and Zero impact ionization) is a striking application of HP diode thanks to attractive characteristics (sharp switch, low leakage current, adjustable triggering voltage and high current ratio ION/IOFF). In this work, we focus on a capacitorless Dynamic Random Access Memory (1T-DRAM) and a fast logic switch. The DC and transient operation mechanisms as well as the device performance are investigated in details with TCAD simulations and validated with systematic experimental results
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Sticlet, Doru. "Edge states in Chern Insulators and Majorana fermions in topological superconductors." Thesis, Paris 11, 2012. http://www.theses.fr/2012PA112318/document.
Full textAbstract:
Cette thèse poursuit deux directions dans le domaine des isolants et supraconducteurs topologiques.Dans la première partie de la thèse nous étudions des isolants en deux dimensions sur réseau, présentant un effet Hall quantique anormal (c'est-à-dire en l'absence d'un champ magnétique externe), induit par la présence d'un flux magnétique inhomogène dans la maille. Le système possède des phase isolantes caractérisés par un invariant topologique, le nombre de Chern, qui est lié à la conductance portée par le bord états. Nous montrons que les modèles à deux bandes admettent des phase à nombre de Chern arbitraire, ou, de façon équivalente, un nombre arbitraire d'états de bord, quand on augmente la portée des couplages sur réseau. Cette compréhension est rendue possible grâce à la démonstration d'une formule montrant que le nombre de Chern d'une bande dépend de certains propriétés d'un ensemble discret de points dans la zone de Brillouin, les points de Dirac en l'absence du gap. Ces idées sont rendues plus concrètes dans l'étude du modèle de Haldane et dans la création d'un modèle artificiel avec cinq phases de Chern dont les états de bord sont déterminés en détail. La deuxième partie de la thèse porte sur les supraconducteurs topologiques unidimensionnels qui exhibent des états exotiques d'énergie zéro: les états liés de Majorana. Nous étudions ici la présence de fermions de Majorana dans des fils de semiconducteurs à fort couplage spin-orbite sous l’effet de proximité d'un supraconducteur d'onde s. Nous montrons que la polarisation de spin des degrés de liberté électroniques dans la fonction d'onde Majorana dépend du poids relatif du couplage spin-orbite Dresselhaus et Rashba. Nous étudions également les fermions de Majorana dans des jonctions linéaires longues supraconducteur-normal et supraconducteur-normal-supraconducteur (SNS) où ils apparaissent comme des états étendus dans la jonction normale. En outre, la géométrie d'anneaux peut être mise en correspondance avec une jonction SNS, et, sous l'action de gradients dans la phase supraconductrice, des fermions Majorana étendus se forment encore à l'intérieur du fil normal. Enfin, un modèle à deux bandes avec des fermions de Majorana multiples est traité. Nous démontrons que les jonctions Josephson construites à partir de ce modèle maintiennent l'une des signatures remarquables des fermions de Majorana, à savoir la périodicité 4π de l'effet Josephson fractionnaireThis thesis follows two threads in the field of topological insulators and superconductors. The first part of the thesis is devoted to the study of two-dimensional quantum anomalous Hall insulators on a lattice, in the absence of an external magnetic flux, but induced by an inhomogeneous flux in the unit cell. The system possesses several gapped phases characterized by a topological invariant, the Chern number, that is related to the conductance carried by the edge states. Here we show that two-band models admit an arbitrary large number of Chern phases or, equivalently, an arbitrary number of edge states, by adding hopping between distant neighbor sites. This result is based on a formula proving that the Chern number of a band depends on certain properties of a finite set of points in the Brillouin zone, i.e. the Dirac points for the gapless system. These ideas are made more concrete in the study of a modified Haldane model, and also by creating an artificial model with five Chern phases, whose edge states are determined in detail. The second part of the thesis focuses on one-dimensional topological superconductors with exotic zero-energy edge states: the Majorana bound states. Here we investigate the presence of Majorana fermions in spin-orbit coupled semiconducting wire in proximity to an s-wave superconductor. We show that the spin-polarization of the electronic degrees of freedom in the Majorana wave function depends on the relative weight of Dresselhaus and Rashba spin-orbit couplings. We also investigate Majorana fermions in linear superconductor-normal and long superconductor-normal-superconductor (SNS) junctions where they appear as extended states in the normal junction. Furthermore, ring geometries can be mapped to an SNS junction, and, we have shown that under the action of superconducting phases gradients, extended Majorana fermions can form again inside the normal wire. Finally a two-band model with multiple Majorana fermions is treated and we show that Josephson junctions built from this model maintain the 4π periodicity for the fractional Josephson effect, one of Majorana fermions signatures
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Mugny, Gabriel. "Simulation et modèles prédictifs pour les nanodispositifs avancés à canaux à base de matériaux alternatifs." Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10060/document.
Full textAbstract:
Ce travail de thèse a pour but de contribuer au développement d'outils numériques pour la simulation de dispositifs avancés à base de matériaux alternatifs au Si : l’InGaAs et le SiGe. C'est un travail de collaboration entre l'industrie (STMicroelectronics à Crolles) et des instituts de recherche (le CEA à Grenoble et l'IEMN à Lille). La modélisation de dispositifs MOSFET avancés pour des applications de basse puissance est étudiée, grâce à des outils prédictifs, mais efficaces et peu coûteux numériquement, qui peuvent être compatibles avec un environnement industriel. L’étude porte sur différents aspects, tels que i) les propriétés électroniques des matériaux massifs et des nanostructures, avec des outils allant de la méthode des liaisons fortes et des pseudo-potentiels empiriques, à la masse effective ; ii) les propriétés électrostatiques des capacités III-V ; iii) les propriétés de transport (mobilité effective à faible champ et vitesse de saturation) dans les films minces et les nanofils ; iv) la simulation de dispositifs conventionnels planaires FDSOI 14nm en régime linéaire et saturé. Ce travail fait usage d'une large variété d'approches et de modèles différents. Des outils basés sur une approche physique sont développés, permettant d'améliorer la capacité prédictive des modèles TCAD conventionnels, pour la modélisation des dispositifs nanoscopiques à courte longueur de grille et à base de matériaux SiGe ou InGaAsThis PhD work aims at contributing to the development of numerical tools for advanced device simulation including alternative materials (InGaAs and SiGe). It is a collaboration work, between the industry (STMicroelectronics--Crolles) and research institutes (CEA--Grenoble and IEMN--Lille). The modeling of advanced low-power MOSFET devices is investigated with predictive, but efficient tools, that can be compatibles with an industrial TCAD framework. The study includes different aspects, such as: i) the electronic properties of bulk materials and nanostructures, with tools ranging from atomistic tight-binding and empirical pseudo-potential to effective mass model; ii) the electrostatic properties of III-V Ultra-Thin Body and bulk MOSCAPs; iii) the transport properties (low-field effective mobility and saturation velocity) of thin films and nanowires; iv) the simulation of template 14nm FDSOI devices in linear and saturation regime. This work makes use of a broad variety of approaches, models and techniques. Physical-based tools are developed, allowing to improve the predictive power of TCAD models for advanced devices with short-channel length and alternative channel materials
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Zelsmann, Marc. "Cristaux photoniques en silicium sur isolant pour le guidage, le filtrage, l'émission et l'éxtraction de lumière." Phd thesis, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003731.
Full textAbstract:
Les cristaux photoniques sont des structures diélectriques périodiques. Ils permettent de contrôler la lumière en interdisant, par exemple, la propagation des photons dans certaines directions et pour certaines fréquences contenues dans ce que l'on appelle le gap photonique. De part leur compatibilité avec la filière silicium et leur relative simplicité de fabrication, les cristaux photoniques bidimensionnels réalisés sur substrats silicium-sur-isolant (SOI) sont particulièrement attractifs pour la fabrication de circuits intégrés photoniques et ils pourraient constituer la base des futures interconnexions optiques en microélectronique. Dans ce cadre, nous nous sommes intéressé à la conception, la fabrication et la caractérisation de guides d'onde, de filtres, de cavités planaires et d'extracteurs de lumière. Dans une première partie, nos efforts se sont portés sur les structures passives. Un banc d'optique original à été monté pour caractériser celles-ci en optique guidé sur un large plage de longueur d'onde (de 1,1 à 1,7 µm). Le guidage dans des guides à cristaux photoniques mono-rangée a été caractérisé spectralement et la transmittance de miroirs et de cavités unidimensionnelles à cristaux photoniques a été étudiée. Des modes résonnants avec des facteurs de qualité jusqu'à 150 ont été mesurés. Ces résultats sont en très bon accord avec les simulations menées par la technique FDTD (Finite Difference Time Domain) et avec les calculs de diagrammes de bandes obtenus par la méthode des ondes planes. Dans un second temps, nous avons regardé les propriétés de photoluminescence hors du plan de certaines structures à cristaux photoniques. Deux voies différentes sont explorées : le confinement des photons dans le plan à l'aide de cavités hexagonales et l'utilisation de propriétés particulières de dispersion de certains modes du cristal photonique pour extraire la lumière. Ces deux approches sont abordées parallèlement sur des substrats SOI et sur de nouveaux substrats, appelés « substrats optiques », développés spécialement pour nos applications et constitués d'un guide planaire en silicium monocristallin déposé sur un miroir diélectrique multicouche. Ainsi, l'influence du confinement dans la direction verticale est abordée. Pour les extracteurs de lumière sur substrat SOI, une efficacité d'extraction de plus de 45 % est mesurée sur une face et dans un angle solide réduit.