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Enseignant chercheur à lInstitut des Sciences Moléculaires dOrsay Domaine de recherche : astrochimie Outils : équations + compilateur.

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1 Enseignant chercheur à lInstitut des Sciences Moléculaires dOrsay Domaine de recherche : astrochimie Outils : équations + compilateur + ordinateur

2 Cours organisé en deux temps (et demi) Partie « théorique » : concepts de la physique des semi-conducteurs 6 à 7 séances Partie « pratique » : par groupe de projet, étude fouillée dune application 2 à 3 séances Partie « restitution – évaluation » 1 séance Idée directrice : je veux que vous soyez actifs

3 Partie théorique : cours 1 (ou 2) à 6 (ou 7) Pédagogie active ! 30 minutes : questions générales sur le cours que vous aurez préparé en lisant le poly, mais que je ne traiterai pas moi-même au tableau 30 minutes : mise en commun et synthèse du travail par groupe sur un point précis du cours. 1 heure : présentation mutuelle par les groupes 30 minutes : synthèse et mise en forme 30 minutes : présentation de la problématique de la séance N+1 (explication du cours à un niveau vulgarisation, points à traiter par les groupes)

4 Partie « projet » : étude et présentation dune application en photonique Thèmes traités lannée dernière : Capteurs CCD Cellules photovoltaïques Eclairage LED Vision nocturne Un « rapport » de 4 pages typiquement Une présentation orale à destination de la classe.

5 Thème 3 : vision nocturne - sujet détaillé Préambule : même si le titre du thème est « vision nocturne », il sera plus consacré aux capteurs IR utilisés dans les détecteurs quà laspect imagerie, thème qui sera sans doute largement abordé dans le thème CCD. En revanche, ce nest que dans ce thème que seront abordé les détections basées sur la variation de conductivité et les transitions inter-sous-bandes Sources bibliographiques Un cours sur la vision infrarouge. Contient beaucoup de choses, sauf le cœur de ce quil vous faut aborder : la physique de la détection Sur le principe des cellules photoconductrices, on pourra sappuyer sur le Mathieu (pas très intéressant...), paragraphe Sur les principes des puits quantiques, encore le Mathieu chapitre 10, paragraphe 2 pour les puits quantiques, mais cela a déjà été traité dans le cours. Pour les données sur les composés II-VI, on pourra consulter Pour les données sur les autres semi-conducteurs, on peut voir le site suivant : Il ny a pas tous les semi-conducteurs, mais ce qui existe est très fouillé. Contenus à développer Introduction : loi du corps noir., loi de Wien. Longueurs donde et énergie des photons à mesurer. Détection par photoconduction Propriétés du matériau HgxCd1-xTe : classe de semi conducteur (IV, III-V, II-VI), structure des bandes dénergie valeur du gap en fonction du le la concentration en mercure. Détecteur à puits quantique Principe (déjà vu dans le cours) Détermination des semi-conducteurs utilisés : leur donnes (classe IV, III-V, II-VI ?) Alliage binaire, ternaire ; allure des bandes dénergie ; valeurs de gaps ; dopages. Exemple de réalisation pratique. Orientation du champ par rapport au puits.

6 Modalités de lévaluation 6 points : participation et qualité des exposés sur la partie académique 6 points : rapport et soutenance du projet 4 points : QCM sur lensemble du cours 4 points : QCM sur le projet Les deux premières composantes de la note sont plutôt collectives, mais je ne minterdis pas de les individualiser. Les deux dernières sont strictement individuelles.

7 Contrôle du module semi-conducteurs Partie commune 1- Validez ou non les propositions ci-dessous A T=0°C, la bande de valence dun semi conducteur est pleine et celle de conduction est vide A T=0 K, la bande de valence dun semi conducteur est pleine et celle de conduction est vide Pour un semi conducteur intrinsèque à T =20°C la bande de conduction compte quelques électrons libres la bande de valence compte quelques trous libres Un semi conducteur typique pris dans des conditions de température standard présente un gap denviron 26meV autour de 1eV à 2eV de 10 8 Vm -1 A léquilibre et à température ordinaire, un semi conducteur qui contient électrons libres par cm 3 est intrinsèque dopé n dopé p

8 Partie spécifique au thème vision nocturne 2- Sur un schéma de principe, montrer lallure de la bande de conduction dun détecteur à puits quantique (un seul puits). On représentera le ou les niveaux dénergie dans le puits. Les axes du schéma préciseront les grandeurs physiques représentées (x, T, E, taux de dopage, population mondiale,...) On donnera la composition chimique des trois zones semi-conductrices constituant la structure (en oubliant les dopants). 3- Validez ou non les propositions ci-dessous CdTe est un semi-conducteur III-V HgTe est un semi-conducteur II-VI HgTe est un semi-métal II-VI Dans un photoconducteur HgCdTe les photons créent des paires électron-trou, ce qui augmente la conductivité léclairement favorise la recombinaison électron-trou, ce qui diminue la conductivité Les détecteurs à puits quantique décrits dans votre document constituent une double hétérojonction constituent une simple hétérojonction absorbent des photons dans un domaine de longueur donde dépendant de la largeur du puits.

9 Séance 1 Sauf miracle, vous navez pas étudié le cours avant de venir ! Séance spéciale : 1- présentation globale du module (presque fini...) 2- pourquoi un cours de semi-conducteurs dans une spécialité optique ? 3- rappels de mécanique quantique et de physique statistique 4- introduction au cours de la semaine prochaine. Présentation des problématiques à approfondir


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