Thèses (M.Sc.)--Université de Sherbrooke (Canada), 2000. / Titre de l'écran-titre (visionné le 20 juin 2006). Publié aussi en version papier.

Th. doct.--Electronique et communications--Paris--ENST, 1996. / Bibliogr. p. 8-21. Notes bibliogr.

Th.--Sci. phys.--Lille 1, 1977. N°: 375.

Th. doct.-ing.--Génie électrique--Toulouse--I.N.P., 1984. N°: 355.

Th.--Électronique--Toulouse--I.N.P., 1984. N°: 87.

Th. 3e cycle--Phys. des matér.--Lille 1, 1979. N°: 770.

Th.--Sci. phys.--Lille 1, 1979. N°: 460.

Th.--Sci. phys.--Lille 1, 1980. N°: 504.

Le schéma générique de percolation 1-liaison→2-TO mis au point sur site pour la compréhension de base des spectres de vibration (Raman et infrarouge - IR) des alliages semiconducteurs aléatoires usuels, i.e., s’inscrivant dans la structure zincblende, qui a récemment supplanté le modèle standard 1-liaison→1-TO dit MREI [modified-random-element-isodisplacement, (Chang, et al., 1971)] mis au point dans les années soixante, est ici confronté au modèle à clusters (Verleur, et al., 1966), consacré par l’usage pour la discus-sion des spectres de vibration de ces alliages zincblende particuliers, présumés non aléatoires, qui montrent évidemment plus d’un mode phonon par liaison dans leur spectres de vibration. En fait, nous montrons que les spectres de réflectivité IR pionniers de l’alliage GaAs1-xPx représenta-tif de cette dernière classe de comportement, i.e. ceux-là mêmes qui ont motivé le développement du modèle à clusters dans les années soixante, trouvent une explication naturelle dans le cadre du modèle de percolation sur la base d’une substitution As ↔ P parfaitement aléatoire, sans aucun paramètre ajustable. L’alliage GaAs1-xPx et ses semblables se trouvent ainsi réhabilités en tant que systèmes aléatoires vis-à-vis de leurs propriétés vibrationnelles. Du même coup, la classification admise des spectres de vibration des alliages semiconducteurs à structure zincblende, basée sur les modèles MREI-Clusters, en quatre sous-types distincts, se trouve totalement unifiée dans le cadre de notre modèle de percolation. Dans un second temps nous explorons dans quelle mesure une extension du schéma de percolation de la structure zincblende vers la structure diamant, peut aider à comprendre la nature mystérieuse du comportement Raman de l’alliage aléatoire représentatif Si1-xGex. Il s’avère qu’une simulation satisfaisante des spectres Raman de Si1-xGex d’ores et déjà existants dans la littérature peut être accomplie, sans autre para-mètre ajustable que l’efficacité Raman de la liaison mixte Si-Ge, dans le cadre d’une version générique 1-liaison→N-mode du schéma de percolation, où N indique une sensibilité à l’environnement local des liaisons Ge-Ge (N=1, insensibilité), Si-Si (N=2, sensibilité à l’environnement premiers-voisins) et Si-Ge (N=3, sen-sibilité à l’environnement seconds-voisins). Des différences notables entre les schémas de percolation de GaAs1-xPx et de Si1-xGex sont attribuées à la différence de nature de la relaxation du réseau dans les cristaux à structure zincblende et diamant (inversion de l’ordre des branches au sein du triplet Si-Ge) et à la dispersion spectaculaire des modes Ge-Ge (antiparallélisme de la branche unique Ge-Ge) et Si-Si (inversion de l’ordre des branches au sein du doublet Si-Si), qui vient s’ajouter à l’effet de contrainte locale, habituellement seul pris en compte pour les alliages zincblende déjà examinés. L’assignation des branches phonons individuelles au sein de chaque schéma de percolation, i.e. GaAs1-xPx ou Si1-xGex, est réalisé par voie ab initio en se focalisant sur les modes de vibration des liaisons en stretching pur le long de motifs d’impuretés prototypes choisis quasi-linéaires de manière à rester dans l’esprit de l’approximation de la chaîne linéaire (ACL) sur laquelle est basé le modèle phénoménologique de percolation / The 1-bond → 2-TO percolation generic scheme proposed for the basic understanding of the vibra-tion spectra (Raman and Infrared –IR) of usual random semiconductor alloys with zincblende structure, which has recently challenged the standard MREI (modified-random-element-isodisplacement) model with the 1-bond→1-TO behavior, (Chang et Mitra, 1971) developped in the sixties, is here confronted to the cluster model (Verleur et Barker, 1966) which has been accepted through use for the study of the vibration spectra of these particular zincblende alloys, which obviously exhibit more than one phonon mode per bond in their vibration spectra. In fact, the IR reflectivity spectra of GaAs1-xPx, the representative alloy of the last class, i.e. those very ones which motivated the developpement of the cluster model in the sixties, find a natural explanation in the scope of the percolation model on the basis of a perfect random substitution As ↔ P, with no adjusta-ble parameter. With this, GaAs1-xPx and its like are rehabilitated as random alloys in principle, and further, the percolation paradigm generalizes to all types and subtypes of the traditional four-type classification of phonon mode behavior of semiconductor alloys, based on the MREI and cluster models. In a second stage, we investigate to which extent an extension of the percolation scheme to the di-amond structure may help to understand the mysterious nature of the Raman behavior of the representative Si1-xGex alloy. We realize that a good simulation of the Si1-xGex Raman spectra already existing in the literature can be obtained with no adjustable parameter but the Raman efficiency of the Si1-xGex bond within a generic 1-bond→N-TO version of the percolation model, where N indicates a sensitivity to the local environment of the Ge-Ge (N=1 non sensitive), Si-Si (N=2, sensitive to the first neighbor environment) and Si-Ge (N=3, sensitive to the second neighbor environment) bonds. Some differences between the GaAs1-xPx and Si1-xGex percolation patterns are attributed to the different natures of the lattice relaxation in the zincblende and di-amond structures (inversion of the order of like branches in the Si-Ge triplet) and to the spectacular disper-sion of the Ge-Ge like modes (anti parallelism of the unique Ge-Ge branch) and Si-Si (inversion of the order of like branches in the Si-Si doublet), which add to the local constraint effect, the only one usually taken into account in the zincblende alloys examined so far. The assignment of the individual phonons branches in each percolation scheme, i.e. GaAs1-xPx or Si1-xGex, is achieved via home-made ab initio phonon calculations with a focusing on bond-stretching along prototype impurity motives designed as quasi linear so as to be remain in with the spirit of the linear chain approximation on which the percolation model is based

Concernant la recherche sur les semiconducteurs, la substitution isovalente sur un sous-réseau, qu’il soit cationique ou anionique, permet d’ajuster les paramètres de structure de maille et les propriétés électroniques ou élastiques. La pression hydrostatique externe peut augmenter ou inhiber les effets produits par cette substitution, et, en tout cas, offre un degré de liberté supplémentaire pour varier, ou sonder, les propriétés des semiconducteurs. Par ailleurs, la pression extérieure peut induire une s´séquence de transitions structurales de phase, qui à leur tour peuvent induire une modification de la structure de bande et des propriétés de dynamique du réseau inhabituelles. Puisque les énergies des phases en présence ainsi que les constantes de force sont des propriétés que relèvent de l’état fondamental, elles peuvent être obtenues de manière fiable à partir de calculs “premiers principes” effectués au sein de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Le présent travail concerne de telles études d’ordre théorique, réalisées avec diverses méthodes de calcul, qui sont, en partie, complémentaires. L’analyse comparative des phases en compétition dans les composés purs ZnS et ZnSe sous pression hydrostatique, réalisée en utilisant la méthode de calcul de haute précision APW+lo (mise en oeuvre dans le logiciel WIEN2k), a permis de préciser la s´séquence des transitions de phase induites sous pression extérieure et de résoudre certaines controverses théoriques, liées à l’utilisation de schémas différents d’échange-corrélation. Le calcul des dispersions des phonons dans l’un des dits composés (ZnSe) sous pression, effectué dans le cadre du formalisme de la réponse linéaire via le code abinit, a permis d’identifier les instabilités dynamiques associées au “ramollissement” des modes acoustiques dans certaines parties de la zone de Brillouin, correspondant au pressentiment d’une transition de phase. Les spectres de vibration sous pression ont ensuite été simulés dans un système mixte, en l’occurrence (Zn,Be)Se, en utilisant la méthode des "phonons gelés" et le code Siesta. Enfin, la stabilité thermodynamique des phases en compétition, zincblende et wurtzite, du semiconducteur mixte Cd(S,Se) a été étudiée en utilisant le logiciel VASP selon la méthode du pseudopotentiel, en combinaison avec le formalisme des structures quasi aléatoires spéciales (SQS) permettant de représenter efficacement le caractère désordonné des phases considérées. Il a été possible, sur cette base, de réaliser la caractérisation structurale complète, et de discuter le diagramme de phase température–concentration / In semiconductor research, an isovalent substitution on a sublattice, either cationic or anionic one, is a convenient tool to tune lattice parameters, electronic or elastic properties. External hydrostatic pressure is another such tool, which may either enhance or inhibit the effects of alloying, and in any case offers an additional “coordinate” for scanning and probing the properties of semiconductors. Moreover, external pressure may induce a sequence of structural phase transitions, which in their turn may result in unusual band structures and lattice-dynamical properties. As energies of different phases (needed to construct phase diagrams) and force constants (responsible for vibrational spectra in crystals) are groundstate properties, they can be reliably obtained from first-principles calculations done within the density functional theory (DFT). The present work outlines such studies realized with different and, in part, complementary calculation methods. Comparative analysis of possible phases of pure ZnS and ZnSe compounds under hydrostatic pressure, done using a highly precision APW+lo method (realized in the WIEN2k code), helped to refine the sequence of pressure-induced phase transitions and to resolve some earlier controversies in theory works, related to the use of different exchange-correlation schemes. The calculation of phonon dispersions in the same compounds under pressure, done in linear-response formalism (abinit code), helped to identify dynamical instabilities associated with softening of acoustic modes in some parts of the Brillouin zone, indicating precursors of phase transition. The vibrational spectra under pressure were then subject to study under alloying, in the (Zn,Be)Se system; calculations done using the frozenphonon method as employed in Siesta code. The thermodynamic stability of the known competing phases (zincblende and wurtzite), in the alloy Cd(S,Se), is investigated using pseudopotential method (VASP), where the special quasirandom structures (SQS) formalism is employed to efficiently represent the disorder of the considered phases. On this basis, it became possible to give full structural characterization, and to discuss the temperature-concentration phase diagram