Résolution couplée des équations de l'électromagnétisme et du transport en 3D pour des applications THz : modélisation et optimisation du photo-commutateur

Three-dimensional resolution of Maxwell equations coupled with Boltzmann equation for the THz applications : modeling and optimization of a photoconductive switch

• Auteur / Autrice : Bouchra Tissafi
• Direction : Frédéric Aniel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Théorie du transport

Maxwell, Équations de

Mots clés libres

Couplage des équations de Maxwell et de Boltzmann

Approche "Hydrodynamique"

Approche "dérive-diffusion"

Fdtd

Térahertz

Photo-commutateur

Guide coplanaire

Maillage à pas variable

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la modélisation tridimensionnelle du couplage des équations de Maxwell et de Boltzmann dans des dispositifs THz. II s'insère dans le cadre de la recherche de nouvelles sources et de nouveaux détecteurs THz utilisant des dispositifs compacts à semi-conducteurs. Le composant modélisé dans cette thèse est un photo-commutateur metal-semi-conducteur-métal sur InP qui est totalement compatible avec la technologie des circuits télecoms. Notre étude comporte trois volets principaux : 1/ Le développement d'un code maison « Maxtra3D �� pour le couplage des équations de l'électromagnétisme et du transport (modèle de la dérive-diffusion et modèle hydrodynamique). Ainsi, une étude comparative entre le logiciel de l'IRCOM qui est basé sur la FDTD à pas constant, le logiciel de LGEP basé sur la méthode des éléments finis et notre logiciel qui est basé sur la FDTD à pas variables nous a confirmé la pertinence de notre choix de modélisation. 2/ Evaluation des sources de pertes dans le guide coplanaire qui constitue l'environnement de génération et de propagation de l'onde THz. 3/ Etude paramétrique du photo-commutateur et optimisation de son rendement en fonction de sa géométrie. D'autres géométries de photo-commutateur THz ont été modélisées dans le cadre de cette optimisation.

This thesis investigates the three-dimensional modelling of Maxwell equations coupled with Boltzmann equation in THz devices. This work is part of the search for new optoelectronic devices operating at THz frequency. The modelled device in this thesis is a metal-semiconductor-metal photoconductive switch (PCS) fabricated on InP which is fully compatible with the technology of telecom circuits. This thesis deals with three important topics: 1/ The dévelopment of IEF-made code "Maxtra3D" that coupled equations of electromagnetism and Transport (model drift-diffusion and hydrodynamic model). Thus, to confirm the relevance of our modelling choices, we compare our software based on the FDTD method with variable mesh with two other software: IRCOM software that is based on FDTD method with constant mesh and LGEP software based on finite element method. 2/ Evaluation of loss origins in the coplanar waveguide that provides the environment for the generation and propagation of the THz wave. 3 / Parametric study and optimization of PCS. Other PCS geometries were modelled as part of this optimization.