francois.aguillon@u-psud.fr Enseignant chercheur à l’Institut des Sciences Moléculaires d’Orsay Domaine de recherche : astrochimie Outils : équations + compilateur + ordinateur

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 d’une application 2 à 3 séances Partie « restitution – évaluation » 1 séance Idée directrice : je veux que vous soyez actifs

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)

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

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 qu’à l’aspect imagerie, thème qui sera sans doute largement abordé dans le thème CCD. En revanche, ce n’est 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 qu’il vous faut aborder : la physique de la détection http://www.ensta-paristech.fr/~manzaner/Cours/Ese23/MSirieix_V2005.pdf Sur le principe des cellules photoconductrices, on pourra s’appuyer sur le Mathieu (pas très intéressant...), paragraphe 9.2.3. 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 http://www.semiconductors.co.uk/propiivi5410.htm#CdS,CdSe,CdTe Pour les données sur les autres semi-conducteurs, on peut voir le site suivant : http://www.ioffe.ru/SVA/NSM/Semicond/. Il n’y 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 d’onde 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 d’énergie 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 d’énergie ; valeurs de gaps ; dopages. Exemple de réalisation pratique. Orientation du champ par rapport au puits.

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

Contrôle du module semi-conducteurs Partie commune 1- Validez ou non les propositions ci-dessous  A T=0°C, la bande de valence d’un semi conducteur est pleine et celle de conduction est vide  A T=0 K, la bande de valence d’un 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  d’environ 26meV  autour de 1eV à 2eV  de 108 Vm-1 A l’équilibre et à température ordinaire, un semi conducteur qui contient 1018 électrons libres par cm3 est  intrinsèque  dopé n  dopé p

Partie spécifique au thème vision nocturne 2- Sur un schéma de principe, montrer l’allure de la bande de conduction d’un détecteur à puits quantique (un seul puits). On représentera le ou les niveaux d’énergie 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  l’éclairement 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 d’onde dépendant de la largeur du puits.

Séance 1 Sauf miracle, vous n’avez 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