Séance de cours

Absorption optique interbande dans les semi-conducteurs

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Dans cours

PHYS-433: Semiconductor physics and light-matter interaction

Lectures on the fundamental aspects of semiconductor physics and the main properties of the p-n junction that is at the heart of devices like LEDs & laser diodes. The last part deals with light-matter interaction phenomena in bulk semiconductors such as ab ...

Description

Cette séance de cours fournit le cadre théorique derrière le processus d'absorption optique interbande dans les semi-conducteurs à bande interdite directe. Il commence par dériver le taux de transition entre les états de valence et de bande de conduction en utilisant la règle d'or de Fermi, assurant la conservation de l'énergie et de l'élan. La séance de cours traite ensuite du lien entre la partie imaginaire de la susceptibilité optique linéaire et le coefficient d'absorption. Il explore en outre une expression générale pour le coefficient d'absorption, hors d'équilibre, en fonction de l'occupation des bandes interconnectées. Ceci conduit à l'introduction du gain optique et de la condition de Bernard-Duraffourg propre aux semi-conducteurs.

Enseignant·e

Raphaël Butté

Raphaël Butté was born in Paris, France, in 1973. He received the PhD degree from the University Claude Bernard, Lyon, France, in 2000 for his research on the structural and optoelectronic properties of hydrogenated nanostructured silicon thin films with potential applications for photovoltaics and thin film transistors. He then moved to the University of Sheffield (2000-2003), UK, to work as postdoctoral research associate in the group of Prof. Maurice S. Skolnick (Fellow of the Royal Society). His research shifted to the optical properties of III-V semiconductors with a main focus on the nonlinear optical properties of cavity polaritons occurring in GaAs-based microcavities driven under resonant optical excitation. In 2004, he moved to Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) as scientific collaborator in charge of optical spectroscopy at LASPE (http://laspe.epfl.ch/), a newly established laboratory directed by Prof. Nicolas Grandjean. In 2010, he became permanent member of staff (Scientific Collaborator and Lecturer). He was promoted to the position of Senior Scientist in 2016. His current research activity deals with planar waveguides, microdisks and photonic crystals made from III-nitride semiconductors. In particular, he is leading the activity focusing on: (i) the physics of exciton-polaritons in planar waveguides and (ii) high-β photonic crystal nanolasers. He is the author of 119 scientific articles published in peer-reviewed international journals, 14 publications published in peer reviewed journals following an international conference (Web of Science > 4500 citations, h-index: 36; Google Scholar > 6200 citations, h-index: 42) and 6 book chapters. He has given 30 invited talks in International Conferences/Winter-Summer Schools/Workshops. He has been the Publications Chair/Guest Editor of the Proceedings of the 5th International Workshop on Nitride semiconductors (IWN2008) and also served as Scientific Secretary of IWN2008 and of the 5th International Conference on Spontaneous Coherence in Excitonic Systems (ICSCE5). In 2012, he was one of the 149 scientists recognized by the Outstanding Referee program (http://publish.aps.org/OutstandingReferees) of the American Physical Society (APS) selected from a pool of roughly 60,000 currently active referees. Since September 2019, he is an Editorial Board Member of the newly launched open access APS journal, Physical Review Research. From September 2013 until December 2017, he was one of the Editors of the journal "Superlattices and Microstructures" (Elsevier). Since September 2015 he is a member of the Physics Doctoral School Teaching Committee. He was also a member of the EPFL Teaching Conference from September 2015 until August 2017.

Source officielle

Concepts associés (23)

Spectrométrie d'absorption

La spectrométrie d'absorption est une méthode de spectroscopie électromagnétique utilisée pour déterminer la concentration et la structure d'une substance en mesurant l'intensité du rayonnement électromagnétique qu'elle absorbe à des longueurs d'onde différentes. La spectroscopie d'absorption peut être atomique ou moléculaire. Comme indiqué dans le tableau précédent, les rayonnements électromagnétiques exploités en spectroscopie d'absorption moléculaire vont de l'ultraviolet jusqu'aux ondes radio : La couleur d'un corps en transmission (transparence) représente sa capacité à absorber certaines longueurs d'onde.

Attenuation coefficient

The linear attenuation coefficient, attenuation coefficient, or narrow-beam attenuation coefficient characterizes how easily a volume of material can be penetrated by a beam of light, sound, particles, or other energy or matter. A coefficient value that is large represents a beam becoming 'attenuated' as it passes through a given medium, while a small value represents that the medium had little effect on loss. The SI unit of attenuation coefficient is the reciprocal metre (m−1).

Absorption (optique)

L'absorption en optique, ou en électromagnétisme, désigne un processus physique par lequel l'énergie électromagnétique est transformée en une autre forme d'énergie. Au niveau des photons (quanta de lumière), l'absorption représente le phénomène par lequel l'énergie d'un photon est prise par une autre particule, par exemple un électron. Dans ce cas, si l'énergie du photon (, relation de Planck-Einstein) est égale à celle d'un état excité (ou à la différence entre deux états excités), celui-ci sera absorbé via une transition électronique d'un électron de valence.

Molar absorption coefficient

In chemistry, the molar absorption coefficient or molar attenuation coefficient (ε) is a measurement of how strongly a chemical species absorbs, and thereby attenuates, light at a given wavelength. It is an intrinsic property of the species. The SI unit of molar absorption coefficient is the square metre per mole (), but in practice, quantities are usually expressed in terms of M−1⋅cm−1 or L⋅mol−1⋅cm−1 (the latter two units are both equal to ). In older literature, the cm2/mol is sometimes used; 1 M−1⋅cm−1 equals 1000 cm2/mol.

Metal–semiconductor junction

In solid-state physics, a metal–semiconductor (M–S) junction is a type of electrical junction in which a metal comes in close contact with a semiconductor material. It is the oldest practical semiconductor device. M–S junctions can either be rectifying or non-rectifying. The rectifying metal–semiconductor junction forms a Schottky barrier, making a device known as a Schottky diode, while the non-rectifying junction is called an ohmic contact.

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Propriétés optiques des semi-conducteurs : comprendre l'absorption et les transitions

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Jonction métal-semiconducteur: Physique Vue d'ensemble

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