Physique

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Numerical simulations of the electrical transport characteristics of a Pt/n-GaN Schottky diode

Fayçal Bouzid, Fortunato Pezzimenti, Lakhdar Dehimi, Mohamed L. Megherbi, Francesco G. Della Corte  (2017)
Publication

In this paper, using a numerical simulator, we investigated the current-voltage characteristics of a Pt/n-GaN thin Schottky diode on the basis of the thermionic emission (TE) theory in the 300 to 500 K temperature range. During the simulations, the effect of different defect states within the n-GaN bulk with different densities and spatial locations is considered. The results show that the diode ideality factor and the threshold voltage decrease with increasing temperature, while at the same time, the zero-bias Schottky barrier height (Φb0) extracted from the forward current density-voltage (J-V) characteristics increases. The observed behaviors of the ideality factor and zero-bias barrier height are analyzed on the basis of spatial barrier height inhomogeneities at the Pt/GaN interface by assuming a Gaussian distribution (GD). The plot of apparent barrier height (Φb,App) as a function of q/2kT gives a straight line, where the mean zero-bias barrier height ( ) and the standard deviation (σ0) are 1.48 eV and 0.047 V, respectively. The plot of the modified activation energy against q/kT gives an almost the same value of and an effective Richardson constant A* of 28.22 Acm-2K-2, which is very close to the theoretical value for n-type GaN/Pt contacts. As expected, the presence of defect states with different trap energy levels has a noticeable impact on the device electrical characteristics. Voir les détails

Mots clés : Gallium nitride, Schottky barrier, diode, Temperature

Performance analysis of a Pt/n-GaN Schottky barrier UV detector

F. Bouzid, L. Dehimi, F. Pezzimenti  (2017)
Publication

The electrical and optical characteristics of an n-type gallium nitride (GaN) based Schottky barrier ultraviolet (UV) detector, where a platinum (Pt) metal layer forms the anode contact, have been evaluated by means of detailed numerical simulations considering a wide range of incident light intensities. By modeling the GaN physical properties, the detector current density-voltage characteristics and spectral responsivity for different (forward and reverse) bias voltages and temperatures are presented, assuming incident optical power ranging from 0.001 to 1 Wcm-2. The effect of defect states in the GaN substrate is also investigated. The results show that, at room temperature and under reverse bias voltage of -300 V, the dark current density is in the limit of 2.18×10-19 Acm-2. On illumination by a 0.36-µm UV uniform beam with intensity of 1 Wcm-2, the photocurrent significantly increased to 2.33 Acm-2 and the detector spectral responsivity reached a maximum value of 0.2 AW-1 at zero-bias voltage. Deep acceptor trap states and high temperature strongly affected the spectral responsivity curve in the considered 0.2 µm to 0.4 µm UV spectral range. Voir les détails

Mots clés : Gallium nitride, Schottky barrier, ultraviolet detector, photocurrent, responsivity, Temperature

Complexity reduction of ultrasound sub-ultra-harmonic modeling by an input modified volterra approach

Fatima Sbeity, Sébastien Ménigot, Emma Kanbar, Nesrine HOUHAT, Jamal Charara, Jean-Marc Girault  (2017)
Publication

Contrast of echographic images has been highly improved by the injection of microbubbles, due to their nonlinear behavior. However, this contrast enhancement is limited by the nonlinear acoustic propagation in tissue. To overcome this drawback, sub and ultra-harmonic contrast imaging can be used, since only microbubbles can generate these components. Nonlinear modeling is a primordial step in the analysis of microbubble signals for sub and ultra-harmonic imaging. Nonlinear models like Volterra model has been applied in harmonic imaging to model harmonics optimally. However, it can model harmonics only. For sub and ultra-harmonic modeling, a multiple input single output (MISO) Volterra has been proposed. The aim of this study is to propose a simpler alternative for the modeling of sub and ultra-harmonics. We propose a modified single input single output (SMISO) Volterra model based on input demodulation. The model is tested using simulated and experimental signals. Results showed that sub and ultra-harmonics are modeled. The number of kernels is reduced to its half using SMISO model compared to MISO model. The relative mean square error between the simulated signal and the modeled signal with SMISO Volterra model is -15.8 dB and it is -60.7 dB for experimental signals. The computational time is reduced by a factor of 4 and 5 in simulated and experimental cases respectively. SMISO model can make easier the sub and ultra-harmonics modeling. Voir les détails

Mots clés : Non lineaire acoustics, contrast enhancement

Conception, Réalisation, Modélisation et Caractérisation Expérimentale d'un Transformateur de Tension de Type Rosen

Faiza Boukazouha (2016)
Thèse de doctorat

Les travaux de recherche entrepris dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre de la modélisation et la caractérisation expérimentale des transformateurs de tension piézoélectriques. A partir de la théorie linéaire de la piézoélectricité, une modélisation analytique unidimensionnelle du transformateur de Rosen basée sur un circuit électrique équivalent inspiré des schémas de Mason des résonateurs piézoélectriques est menée. Les caractéristiques électriques obtenues après exploitation de ce circuit sont validées d'une part par une modélisation numérique 3D issue d'un logiciel de calcul par éléments finis (Comsol- multiphysiques) et d'autre part par une caractérisation expérimentale montrant un bon accord entre eux. De ces études, il ressort que les principales caractéristiques du transformateur (gain, puissance, rendement, etc...) sont fortement dépendantes de la fréquence, donc du mode de vibration, des dimensions, de la charge électrique et des constantes du matériau utilisé. Un écart de 30% entre la théorie et l'expérimental est toutefois constaté. Cet écart a été réduit en utilisant deux méthodes d'optimisation : l'algorithme simplexe qui permet d'ajuster les constantes du matériau et la méthode d'impédancemetrie qui permet de déterminer expérimentalement les valeurs des éléments du circuit équivalent dont les capacités du primaire et du secondaire du transformateur. Ainsi, pour certains résultats, l'écart a pu être réduit à 1%. Mots clés : transformateur de Rosen, modélisation 1D, modélisation 3D, caractérisation expérimentale. Voir les détails

Mots clés : Piezoelectricité, Transformateur de Rosen, Modèle 1D, Modèle 3D, caractérisation expérimentale

Contribution à l'étude de la texture, l'anisotropie et le comportement mécanique des soudure de l'alliage de titane Ti-6Al-4V.

Brahim MEHDI (2016)
Thèse de doctorat

Ce travail de thèse est focalisé sur deux parties : La première partie, la texture de déformation après laminage à froid et après essai de traction d'une tôle de l’alliage industriel Ti-6Al-4V (%en poids) a été étudiée par diffraction des rayons X. L'alliage a été soumis à un laminage à froid à différentes réductions d'épaisseur (de 20% à 60%), puis des essais de traction ont été réalisés selon trois directions par rapport à la direction de laminage (0 °, 45 ° et 90 °). Les résultats expérimentaux ont été comparés à des résultats qui existent dans la littérature et discutées en termes des micro-mécanismes de la déformation plastiques et leur activation. L’anisotropie plastique macroscopique a était étudier par la détermination du coefficient de LANKFORD et un model qui décrit le critère anisotrope des tôles de l’alliage étudié a été appliqué. La deuxième partie concerne l’étude du comportement mécanique des soudures de l’alliage Ti-6Al-4V. Pour cela nous avons réalisé des soudures TIG en cet alliage, diffèrent paramètres et procédés de soudage ont été appliqués, tel qu’un procède manuel et automatique avec une variation de courant et la fréquence de soudage. Malgré les nombreux articles traitant l’évolution de la microstructure et le comportement mécanique des soudures par le procédé TIG des alliages de titane, des informations concernant l'effet de procédé TIG pulsé sur l’évolution de la microstructure et les contraintes résiduelles dans l'alliage Ti-6Al-4V doit être plus détaillé. Pour cela, une grande partie de cette thèse se concentre sur l'effet des procédés de soudage TIG pulsé et non puisées sur la microstructure et les contraintes résiduelles dans les soudures de l’alliage Ti-6Al-4V. Les distributions des contraintes résiduelles sont discutées et liées à l'évolution de la microstructure pour les différents cas de soudage. Nous analysons l’évolution des contraintes résiduelles dans les soudure par la diffraction des rayons X (DRX) en utilisant la méthode des sin2ψ suivant la méthodologie indiquée dans la norme européenne NF EN (2009). Une étude comparative entre deux procédés (manuel et automatique) a été menée et les résultats ont été discutés en termes d’évolution de la microstructure, les contraintes résiduelles et le comportement à la traction des différentes soudures. Voir les détails

Mots clés : texture cristallographique, Contraintes residuelles, Anisotropie

Produits de pulvérisation cathodique magnétron d’alliages légers à base d’aluminium -Caractérisations microstructurales et physico-chimiques-

Majda MOKHTARI (2016)
Thèse de doctorat

Ce travail de thèse porte sur l’étude structurale, électrique et magnétique de couchesminces Al1-x-Mnx brutes d’élaboration et traitées thermiquement à 500 °C. Les alliages binaires aluminium-manganèse avec des concentrations de 10 jusqu’à 41 at.% Mn, ont étéélaborés par co-pulvérisation cathodique magnétron (DC) à partir de cibles pures dans uneatmosphère d’argon à basse pression.Plusieurs moyens d’investigations ont été utilisés pour la caractérisation de cesdépôts : la diffraction de rayons X, l’étude de la morphologie et de la composition chimiquepar microscopie électronique à balayage. Les propriétés de transport électrique ont étéétudiées par des mesures d’effet Hall et les caractéristiques magnétiques à la températureambiante ont été évaluées par magnétomètre à échantillon vibrant (VSM).L’évolution de la microstructure a révélé que les dépôts bruts d’élaboration sontmétastables avec une structure cristalline sursaturée en Mn et tend à être amorphe ou malordonnée pour les teneurs en éléments d’addition les plus élevées. Après maintien isotherme à500 °C pendant 1 heure, les analyses DRX révèlent que tous les films tendent à revenir àl’équilibre thermodynamique et montrent des structures cristallines à des degrés différents parrapport au diagramme d’équilibre thermodynamique. Les propriétés électriques etmagnétiques des films Al-Mn après le recuit sont fortement influencées par la concentrationen Mn et par le post-traitement. Voir les détails

Mots clés : alliages aluminium-manganèse, couche mince, PVD, traitement thermique, caractérisations

Elaboration et Caractérisation de Couches Minces SnS

Meriem Messaoudi (2016)
Thèse de doctorat

The present work deals with the deposition and characterization of tin sulfide thin film for the photovoltaic application. Films were synthesized by spray pyrolysis technique due to its simplicity and low cost. The starting solutions, were composed of tin chloride (SnCl2) and thiourea (CS (NH2)2) as a source of Sn and S respectively. Sets of films were prepared by varying four deposition parameters namely deposition time, solvent, spray flow rate and substrate temperature. After preparation films were subjected of various characterizations: structural, morphological, optical and electrical. The structural characterization indicates that SnS films have an orthorhombic structure with a preferential orientation (111) when prepared at low flow rate, high substrate temperature and distilled water as solvent. However, secondary phases such as Sn2S3, SnO2 and Sn metal are detected in films prepared with methanol as solvent. SEM results indicate the presence of bubbles and craters on the surface of films prepared with methanol, this is due to the sulfur exo-diffusion in form gas of S2. The optical studies show that SnS film has a large absorption coefficient in the visible range; the optical gap value is in the order of 1.3eV suggesting that SnS thin films can be a good candidate for thin films solar cells. The electrical measurements indicate that films prepared at high substrate temperature have a large conductivity. The I-V characterization of the two realized SnS/CdS and SnS/ZnS heterostructures reveal a typical behavior of a heterojunction with a good ideality factor; their characteristics are improved after thermal annealing. The Au/SnS/CdS/FTO heterojunction exhibits a photovoltaic effect but with a poor efficiency. Voir les détails

Mots clés : Tin sulfide, Spray pyrolysis, Thin films, solar cells.

Synthèse et étude des propriétés structurales et physiques des Nanocristaux par co-implantation ionique

Graine Radouane (2016)
Thèse de doctorat

L’implantation ionique a connu un grand essor ces dernières années dans la technologie des semi-conducteurs pour la formation des nanoparticules à des profondeurs contrôlées. Pour le synthétiser, le nitrure d’indium est implanté sur deux substrats : le silicium (Si) et le dioxyde de silicium (SiO2). L’implantation de l’indium et de l’azote a été réalisée sur le substrat de silicium <111> avec des énergies (13 ,35 keV) pour N et (10, 46, 180) KeV pour In et une dose moyenne de 4.30×1016 at./cm2 . L’autre implantation a été sur le dioxyde de silicium d'une épaisseur de 260 nm. Les énergies d'implantations sont (23, 63, 180KeV) pour In et (12 ,28 keV) N avec une dose moyenne de 5.20×1016 at./cm2 . Les énergies ont été choisies pour atteindre une concentration atomique de 5 à 10% à une profondeur moyenne d'environ 100 nm. Nous avons effectué des traitements thermiques sur ces derniers à 500°C suivis par un recuit complémentaire à 900°C avec la croissance du temps de recuit allant de 10 min à 9h sous un flux d’azote. Ces traitements servent à guérir les défauts de structure pour différents temps de recuit. Les analyses RBS montrent un réarrangement des atomes d’indium dans les deux matrices (Si et SiO2) à des profondeurs bien déterminées. Les échantillons ont été caractérisés par des analyses morphologique (AFM et MEB), structurales par (RBS, DRX, TEM) et optiques (Spectroscopie Raman, Spectrophotométrie UVVisible et Photoluminescence). La caractérisation structurale des nanoparticules InN dans le SiO2 confirme la formation d’InN stœchiométrique dans la phase Hexagonale, la taille de nanoparticule entre 10 -18 nm. Les mesures de photoluminescence par laser, à température ambiante, montrent un déplacement du spectre vers les grandes longueurs d’onde (décalage vers le rouge de 620 nm à 696 nm) avec la l’augmentation du temps de recuit. Dans la seconde partie de ce travail, nos avons utilisé les résultats expérimentaux comme paramètres d’entrée pour une méthode ab-initio, en l’occurrence la méthode des ondes planes augmentées linéarisées (FP-LAPW) afin d’étudier les propriétés structurales, électroniques et optiques de l’InN. Dans ce cadre, la théorie de la fonctionnelle de densité (DFT), avec les approximations du gradient généralisé (GGA) et de la densité locale (LDA), a été utilisée. Les paramètres d’équilibre ont été déterminés à savoir : le paramètre du réseau, le module de compressibilité et sa dérivée. Nos résultats sont en parfaite concordance avec les travaux disponibles dans la littérature. L’investigation des propriétés électroniques a montré l’existence d’un gap direct suivant la direction de haute symétrie Γ→Γ. Dans la partie optique, plusieurs grandeurs ont été étudiées, notamment la fonction diélectrique où on a pu, à partir de sa partie imaginaire, déceler les différentes transitions inter-bandes. Voir les détails

Mots clés : FP-LAPW, densité locale (LDA)

Modélisation de la propagation des solitons dans un milieu non linéaire

Boubir Badreddine (2016)
Thèse de doctorat

L'équation de Korteweg-de Vries (KdV) constitue un modèle unidimensionnel générique pour l'étude de la propagation non linéaire des ondes dans les milieux physiques faiblement dispersifs. Elle joue un rôle prédominant dans la théorie des solitons du fait qu’elle modélise une variétés de phénomènes non linéaires, y compris les ondes acoustiques ioniques dans les plasmas, les ondes en eau peu profonde et bien d’autres.Une question évidente se pose : comment est la propagation des ondes lorsqu’elles se déplacent sur une surface non-uni-dimensionnelle ? Qui est, bien sûr, la situation physique. Dans ce contexte, un travail de recherche approfondi a été fait dans le développement de modèles de dimension supérieure, en particulier ceux à deux dimensions. La généralisation à deux dimensions la plus naturelle de l’équation KdV est celle dérivée par Novikov et Veselov, appelée L’équation de Novikov-Veselov (NV).L’objectif de ce travail de thèse est l’étude, essentiellement théorique, des propriétés de propagation non linéaire des ondes au sein des systèmes modélisés par l’équation NovikovVeselov. La construction des solutions de type soliton a été faite. De plus, l’étude de la dynamique de propagation non linéaire des solitons pour différentes variantes de l’équation NV a été réalisée. Ce travail a fait l’objet d’une publication internationale dans le journal Applied Mathematical Modelling. Voir les détails

Mots clés : L’équation de Novikov-Veselov (NV), L'équation de Korteweg de Vries (KdV)

A Longitudinal P191 Single Ceramic Piezoelectric Transformer : Comparison between 3D Simulations and Experimental Results

Mohamed Laid Tadjine  (2016)
Article de conférence

In present study, three longitudinal piezoelectric transformers with size of 18.5×3.5×2 mm3, 26×3×1.5 mm3 and 24×3×2 mm3 are fabricated and tested with a soft PZT ( P191) piezoelectric ceramic. The input and the output part vibrate in longitudinal extensional mode. Three configurations of the input and the output voltage are proposed. The electrical measurements results are successfully compared to a three dimensional (3D) Finite Element Analysis using COMSOL Multiphysics software. Voir les détails

Mots clés : Piezoelectric transformer, 3D simulation, longitudinal vibration, Experimental characterisation