Cours 2020-2021

Nanomatériaux et applications de la physique du solide [SPHYM106]

  • 6 crédits
  • 45h+15h
  • 2e quadrimestre
Langue d'enseignement: Français

Acquis d'apprentissage

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

- Comprendre les propriétés électroniques des semiconducteurs et le fonctionnement de quelques dispositifs semiconducteurs de base.

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

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 domaine domaine de recherche très actifs. 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 propriétés spécifiques et les applications. Les propriétés spécifiques (optique, électronique, structurale) des nano-matériaux seront présentées. Une partie importante sera 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):

1 Cristallographie de Surfaces, forme des nanoparticules, effets d'échelle

2. Structures Electronique des nanostructures et les 'quantum dots'

3. Propriétés optiques des nanoparticules(plasmonique)

4. Transport électronique dans les nanostructures

5. Les nanosystèmes de carbone

6. Méthodes expérimentales à l'échelle du nanomètre

7. Les semiconducteurs à l'équilibre

8. Transport électronique dans les semiconducteurs

9. Phénomènes de génération/recombinaison dans les semiconducteurs

10. La jonction pn

11. Contacts métal-semiconducteurs et hétérostructures semiconductrices


Méthodes d'enseignement

Les modalités d'enseignement et d'évaluation des unités d'enseignement ont été rédigées en fonction de la situation à la rentrée académique 2020-2021. Cependant, ces modalités pourraient faire l'objet de modifications en fonction de l'évolution de la crise sanitaire liée à la covid-19. Les étudiants seront informés de toute modification de la situation générale (passage à l'enseignement à distance partiel ou complet) par les autorités de l'UNamur tandis que les modifications propres à chaque unité d'enseignement leur seront communiquées par les enseignants, via webcampus

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).

 

Mode d'évaluation

Les modalités d'enseignement et d'évaluation des unités d'enseignement ont été rédigées en fonction de la situation à la rentrée académique 2020-2021. Cependant, ces modalités pourraient faire l'objet de modifications en fonction de l'évolution de la crise sanitaire liée à la covid-19. Les étudiants seront informés de toute modification de la situation générale (passage à l'enseignement à distance partiel ou complet) par les autorités de l'UNamur tandis que les modifications propres à chaque unité d'enseignement leur seront communiquées par les enseignants, via webcampus

L'évaluation portera pour moitié sur le cours donné par les étudiants et pour moitié 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 dans le travail (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.

Pour l'examen oral, à partir de la réponse à une question ou de l'analyse d'un article scientifique, il sera demandé à l'étudiant de montrer sa compréhension d'un (ou de plusieurs) thème(s) abordé(s) lors des cours (donnés par les enseignants et par les étudiants). 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 (BUMP + Bureau)

9) Handbook of Nanophysics. K. Sattler. CRC Press 2010 (BUMP)
 
10) Nanosciences. The invisible Revolution. C. Joachim, L. Plévert.
     World Scientific 2008  (Bureau)

11) Concepts in surface sciences.
   M.C. Desjonquères, D. Spanjaard – Springer 1996 (Bureau)

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

14) Nanostructures : Theory and modelling. C. Delerue et M. Lannoo. Springer 2004
 (BUMP + Bureau)

15) Carbon Nanotubes. A. Jorio, M.S. Dresselhaus, G. Dresselhaus.
  Topics in Applied Physics 111. Springer 2008 (BUMP + Bureau)

16) Plasmonic : Fundamentals and applications. S.A. Maier. Springer 2007 (BUMP+ Bureau)

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

Langue d'enseignement

Français

Lieu de l'activité

NAMUR

Faculté organisatrice

Faculté des sciences
Rue de Bruxelles, 61
5000 NAMUR

Cycle

Etudes de 2ème cycle