Descriptif

PHY567 - Physique des semiconducteurs

Dans ce cours, on décline les concepts de base de la physique des semi-conducteurs sur l'exemple d'un petit nombre de composants, qui sont à la fois des composants-clés pour l’industrie (énergie, télécommunications, informatique, défense et sécurité, environnement, médical…) et des systèmes modèles pour la physique fondamentale.

Après une présentation concise et ciblée des propriétés essentielles des semi-conducteurs «technologiques» (silicium et composés III-V), des phénomènes de transport et des propriétés optiques de ces matériaux, on étudiera en particulier :

- la jonction p-n (diode) qui illustre la physique des dispositifs à porteurs  minoritaires et constitue l’élément de base des cellules solaires ;
- le transistor à effet de champ métal/oxyde/semi-conducteur (MOSFET) qui est la brique de base des circuits intégrés numériques complexes ; on présentera également des technologies récentes (3D, FinFets…) ainsi que les FETs à grilles flottantes utilisés dans les mémoires Flash ;
- la LED, diode électroluminescente, et les technologies à base de nitrures qui sont adaptées à l’éclairage et jouent un rôle essentiel pour les économies d’énergie ;
- la diode laser à puits quantiques, élément qui conditionne les performances ultimes des systèmes de télécommunication ;
- les évolutions très récentes ainsi que le futur de la micro- et de la nano-électronique seront analysés à partir de quelques composants quantiques (détecteurs à puits quantiques, laser à cascade quantique).

Contenu du cours :

- Structure de bandes ;
- Semi-conducteurs intrinsèques et extrinsèques ;
- Phénomènes de transport, jonction p-n ;
- Fonction enveloppe : hétérostructures et puits quantiques ;
- Propriétés optiques ;
- Le transistor MOSFET, circuits électroniques de base ;
- La diode électroluminescente et la diode laser.
Des expériences illustratives seront réalisées au début ou à la fin des cours.

Niveau requis : PHY311- Mécanique quantique. Le cours utilisera également des éléments des cours PHY430 - Physique quantique avancée et PHY433 - Physique statistique 1. Toutefois, ce cours n’exigera aucun prérequis, grâce à une mise à niveau spécifique (« Amphi Zéro ») proposée aux élèves qui le souhaitent.

Langue du cours : Anglais (ou Français s'il n'y a que des élèves francophones).

Crédits ECTS : 5