Étude Monte Carlo de matériaux et composants électroniques à haute mobilité pour les applications TeraHertz

Monte Carlo study of high-mobility materials and devices for TeraHertz applications

• Auteur / Autrice : Giulio Sabatini
• Direction : Luca Varani, Christophe Palermo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, optronique et systèmes
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

Monte-Carlo, Méthode de

Électromagnétisme

Nanotechnologie

Mots clés libres

TeraHertz

InGaAs

InAs

Monte Carlo

Nanocomposants

Transport électronique

Résumé

La radiation TeraHertz fait partie d'une zone du spectre électromagnétique qui n'est pas encore maîtrisée. Elle possède pourtant des propriétés physiques qui intéressent des domaines très divers : la spectroscopie, les télécommunications, l'imagerie, la sécurité, etc. Pour comprendre le comportement des dispositifs travaillant dans ce domaine de fréquences, une connaissance approfondie des propriétés de transport des matériaux qui les constituent est nécessaire. La méthode Monte Carlo a été employée dans cette thèse afin d'étudier des phénomènes physiques présents dans l'InGaAs et l'InAs, qui peuvent être exploités pour le développement de nouvelles sources ou détecteurs THz. Nous avons donc mené une étude détaillée du transport statique et dynamique des électrons et des trous dans l'InGaAs massif, constituant possible du canal d'un HEMT (High Electron Mobility Transistor), et dans l'InAs massif, vu ces propriétés de transport encore meilleurs. Nous avons aussi dirigé notre recherche sur leur comportement à hautes fréquences et sur différents paramètres associés aux fluctuations. Ensuite, nous avons analysé les propriétés de transport électronique des diodes nanometriques InAs, qui peuvent être apparentées à la zone de collecteur d'un QHET (Quantum Hot Electron Transistor). L'objectif de cette partie est de caractériser les différents régimes de transport, leurs dépendances en fonction du dopage et du type d'injection, avant d'étudier les effets balistiques présents dans ce type de structures.

TeraHertz radiation belongs to a part of the electromagnetic spectrum which is not mastered at present. Nevertheless, it is characterized by physical properties which are of interest for different domains: spectroscopy, wireless telecommunications, imaging, security, etc. To understand the behavior of the devices working in this frequency range, a thorough knowledge of the transport properties of the materials which constitute them is necessary. The Monte Carlo method was employed in this thesis to study the physical phenomena present in InGaAs and InAs, which can be exploited for the development of new THz sources or detectors. We thus undertook a detailed study of the static and dynamic transport of electrons and holes in bulk InGaAs, possible component of the HEMT channel (High Electron Mobility Transistor), and in bulk InAs, considering its even better transport properties. We have also directed our research on their high frequency behavior and on various parameters associated with fluctuations. Then, we have analyzed the properties of electronic transport of InAs nanometric diodes, which can be related to the collector zone of a QHET (Quantum Hot Electron Transistor). The objective of part work is to characterize the various modes of transport, their dependences as functions of doping and the type of injection, before studying the ballistic effects present in this type of structures