BE : Composants quantiques
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Bureau d’Etude: COMPOSANTS QUANTIQUES Principes et Applications LEOM 1 X. Letartre http://leom.ec-lyon.fr/enseignement.html.fr MECANIQUE QUANTIQUE Dualité onde-corpuscule p = hk E = hω Relations d ’incertitude h ∆E × ∆t ≥ 2 h ∆p × ∆r ≥ 2 MATERIAUX SEMICONDUCTEURS E Electron: onde plane BC ψ (r ) = e ikr Relations de dispersion: k BV électrons 2 trous 2 h k E − EC = 2mC* et h2k 2 EV − E = 2mV* énergie cinétique CONFINEMENT QUANTIQUE: QU ’EST-CE? Si λ(=2π/k) est de l ’ordre L Apparition d ’un comportement ondulatoire de l ’électron eL (Analogie: photon en microcavité) Pour quelle dimension L peut-on parler de confinement quantique dans le cas d ’un électron dans du GaAs (m c*=0.067)? CONFINEMENT QUANTIQUE: COMMENT EN OBTENIR SANS LE VOULOIR? Confinement par le champ dans une structure MOS (inversion) Si type p --M O Si type n EC EF S EC EF EF EV EF + + ++ EV CONFINEMENT QUANTIQUE: COMMENT LE CONTRÔLER? Le Puits Quantique EC - EC ∆EC SC1 BARRIERE SC2 PUITS SC1 BARRIERE ∆EV EV EV + LP ≤ qq10nm ∆EC+∆EV = EG1-EG2 FABRICATION: LA CROISSANCE PAR EPITAXIE Période = 90 Å CROISSANCE SUBSTRAT FABRICATION: Choix des compositions chimiques RELATION GAP - PARAMETRE DE MAILLE AlP AlAs GaP AlSb InP GaAs GaSb 5.65 Å 5.87 Å InSb InAs Choix des alliages limité par l ’accord de maille Calculer la contrainte dans une couche d ’InAs (a=6.06) déposée sur du GaAs (le module d ’Young de l ’InAs est 50 Gpa) PUITS QUANTIQUES Niveaux d ’énergie AlGaAS GaAs Equation de Schroedinger AlGaAS Ec h2 − * ∆ψ + Vψ = Eψ 2m V(z) ∆ Ec O ∆Ev Ev x ou y z L Problème à une dimension ψ = ϕ ( z )eikx h 2 d 2ϕ − * 2 + V ( z )ϕ = εϕ 2 m dz h 2k 2 E =ε + 2m* (*) Résoudre l ’équation de Schroedinger pour un puits quantique de GaAs dans des barrières d ’Al0.3 Ga0.7 As (∆EC=0.24 eV, ∆EV=0.14 eV, m C*=0.067, m v*=0.66) Calculer L pour réaliser un photodétecteur à 0.8 µm. INTERET DES PUITS QUANTIQUES localisation des porteurs libres Séparation des porteurs et des dopants dont ils sont issus (ex: High Electron Mobility Transistors) - EC(z) +++++ - Augmentation de la mobilité des porteurs libres INTERET DES PUITS QUANTIQUES Niveaux d ’énergie discrets Phénomènes de résonance (ex: Resonant Tunneling Diode) GaAs V AlGaAs GaAs AlGaAs GaAs EF EC EF I Expliquer la courbe I(V) ci-contre V Autre Exemple: Super-réseau LB Couplage par effet tunnel résonant: « redélocalisation » des porteurs Effet commandable par le champ électrique INTERET DES STRUCTURES QUANTIQUES « Economie » de l ’émission spontanée Renforcer les densités d ’états dans le mode laser n(E) n(E) n(E) 2D 3D PUITS n(E) 1D 0D FIL BOÎTE VOLUME E ε1 ε2 ε3 E Justifier la forme de ces courbes ε1 ε2 ε3 E ε1 ε2 ε3 E INTERET DES PUITS QUANTIQUES transition inter sous-bandes Composants unipolaires ε2 ε1 Détection ou émission infrarouge (gaz, λ=10-20µm) Stabilité en température INTERET DES PUITS QUANTIQUES Propriétés électro-optiques Effet Stark Transparence hν EG>hν Absorption hν EG<hν Calculer la variation de gap en fonction du champ électrique (puits infini). Quelle Application peut mettre à profit un tel effet? MODULATEUR ELECTRO -OPTIQUE V LASER hν0 I I MODULATEUR α V>0 V=0 hν0 EG hν fibre MODULATEUR ELECTRO -OPTIQUE Optique verticale Optique guidée Expliquer le design de ces structures.
