Acquis d'apprentissage

- Mettre en relation les concepts de physique de l'état solide et de l'électromagnétisme avec les applications des matériaux.

- Comprendre le fonctionnement de quelques dispositifs basés les matériaux semiconducteurs et les concepts physiques asscociés.

- Application des concepts de la physique du solide aux systèmes de dimensions réduites (Nanomatériaux).

Objectifs

Mettre en perspective les concepts de base de la physique du solide dans le cadre de dispositifs faisant appel aux semiconducteurs et aux nanomatériaux : diode, cellule photovoltaïque, senseurs, transport électronique, ...

Contenu

La physique des solides et des matériaux a de nombreuses applications (électroniques, production et stockage d'énergie, senseurs, ...) et est un domaine de recherche très actif. Les surfaces (interfaces) et la (nano)structuration des matériaux y jouent un rôle prépondérant. Dans ce cours, nous allons détailler les effets des surfaces des matériaux et de leur (nano)structuration sur leur propriétés physiques, en insistant sur les applications. Les propriétés spécifiques (optique, électronique, structurale) des nano-matériaux seront présentées. Une partie importante sera aussi consacrée aux semiconducteurs, à leurs applications. Quelques dispositifs optoélectroniques seront notamment étudiés.

Table des matières

Pour la partie donnée par les enseignants (à titre d'exemple):

- Introduction aux nanomatériaux, effets d'échelle

- Structures Electronique des nanostructures et les 'quantum dots'

- Propriétés optiques des nanoparticules (plasmonique)

- Les matériaux bi-dimensionnels

- Les semiconducteurs à l'équilibre

- Transport électronique dans les semiconducteurs

- Phénomènes de génération/recombinaison dans les semiconducteurs

- La jonction pn

-  Contacts métal-semiconducteurs et hétérostructures semiconductrices

Méthodes d'enseignement

Pour partie, cours donné au tableau avec support visuel selon le besoin.

Pour partie, cours préparé et donné par les étudiants (avec suivi par les enseignants).

 

Méthode d'évaluation

L'évaluation portera pour 2/3 sur le cours donné par les étudiants pour le quadrimestre et pour 1/3 sur un examen oral organisé pendant la session d’examens.

Pour l'évaluation du cours donné par l'étudiant seront pris en considération:

  • La maîtrise des concepts de la physique des matériaux abordés (exactitude et intégration avec le reste du cours).
  • La capacité de mettre en évidence les étapes clefs du raisonnement physique.
  • La qualité pédagogique de la présentation.
  • Les réponse aux questions des enseignants et des autres étudiants

Pour l’examen oral, l’étudiant devra répondre à une question portant sur une des parties du cours (nanomatériaux, semi-conducteurs, cours donnés par les étudiants ou par les conférenciers invités). Il devra démontrer la compréhension des concepts abordés et sa capacité à les mobiliser dans une situation particulière. Durant l'examen oral, l'étudiant sera libre de consulter la documentation qu'il désire.

Sources, références et supports éventuels

1) Physique des semiconducteurs, B.SAPOVAL et C.HERMANN, Ed. Ellipse (1990) ou la version anglaise "Physics of Semiconductors", B.SAPOVAL et C.HERMANN, Springer (1995)

2) Physique et Technologie des Semiconducteurs, Francis Lévy, Presses polytechniques et universitaires romandes (1995)

4) Solid State Electronic Devices (5th Edition), Ben Streetman et Sanjay Banerjee, Prentice Hall (2000)

5) Semiconductor Device Physics and Design, U. Mishra and J. Singh, Springer (2008)

6) Principles of semiconductor devices, B. Van Zeghbroeck, Boulder, Colorado (2011) http://ece-www.colorado.edu/~bart/book/

7) Solid State Physics, Neil W. Ashcroft et N. David Mermin, Brooks Cole (1976) 8) Introduction to Solid State Physics, C. Kittel, Wiley (1995)

8) Introduction to Nanoscience & Nanotechnology.  G.L. Hornyak, H.F. Tibbals, J. Dutta, J.J. Moore. CRC press 2009

9) Handbook of Nanophysics. K. Sattler. CRC Press 2010

10) Concepts in surface sciences.  M.C. Desjonquères, D. Spanjaard – Springer 1996

11) Physics at Surfaces. A. Zangwill. Cambridge University Press 1988
 
12) Les nanosciences : nanotechnologies et nanophysique.  (BUMP + Bureau) M. Lahmani, C. Depas, P. Houdy - Ed. Belin 2004

13) Nanostructures : Theory and modelling. C. Delerue et M. Lannoo. Springer 2004

14) Plasmonic : Fundamentals and applications. S.A. Maier. Springer 2007

15) Absorption and Scattering of light by small particles. C.F. Bohren, D.R. Huffman 1983

Langue d'instruction

Anglais