Depuis le début des années 2000, une vaste classe de nanofils de nitrures d’éléments III et de ZnO peut être synthétisée avec un excellent contrôle des propriétés de dopage et de composition. La géométrie spécifique de ces nanofils permet de faire croître des hétérostructures radiales et axiales qui ont des propriétés optiques et de transport très avantageuses par rapport aux couches minces. Ces propriétés en font des candidats prometteurs pour la réalisation d’une nouvelle génération de dispositifs plus efficaces (LEDs, photodétecteurs,…). Pour cela, il est indispensable de comprendre les nouveaux effets induits par la géométrie particulière de ces nanostructures : c’est l’objet de cette thèse. Dans une première partie, je présente une étude des propriétés optiques de nanofils de semiconducteurs à grande énergie de bande interdite. J’analyse d’abord l’effet de la contrainte sur les propriétés d’émission des nanofils cœur-coquille GaN/AlGaN. En particulier, je mets en évidence le croisement des bandes de valence et son influence sur les propriétés optiques des nanofils. Ensuite, je me focalise sur l’effet du confinement quantique et les propriétés de polarisation dans les nanofils hétérostructurés de nitrures d’éléments III. Dans une seconde partie, je m’intéresse à la réalisation et à la caractérisation de dispositifs à base de nanofils de nitrures d’éléments III et de ZnO. J’expose tout d’abord la modélisation et l’étude expérimentale de photodétecteurs à ensemble de nanofils en mettant en avant l’influence des états de surface sur leur réponse. Je m’intéresse ensuite aux propriétés de transport dans des nanofils uniques de nitrures d’éléments III hétérostructurés. Je montre, en particulier, que ces hétérostructures sont le siège d’une résistance différentielle négative. Enfin, je présente la réalisation et la caractérisation de photodétecteurs et de LEDs utilisant des nanofils uniques InGaN/GaN cœur-coquille. Un modèle électrique équivalent permet de rendre compte du comportement observé. / Since the early 2000s, a large class of wide bandgap nanowires can be grown with an excellent control of doping and composition. The specific geometry of the nanowires leads to radial or axial heterostructures with better optical and transport properties compared to thin films. Due to these properties, they are promising candidates for a new generation of more efficient devices (LEDs, photodetectors, etc.). It is essential to understand the new effects induced by the particular geometry of these nanostructures.In the first part, I deal with the optical properties of wide bandgap semiconductor nanowires. First, I analyze the effect of the stress on the emission properties of core-shell GaN/AlGaN nanowires. I highlight the intersection of valence bands and its influence on the optical properties of nanowires. Then, I focus on the effect of quantum confinement and on the polarization properties of III-nitride heterostructured nanowires.In the second part, I describe the fabrication and characterization of III-nitride and ZnO nanowire-based devices. I first model and study photodetectors based on ensemble of nanowires. Then, I focus on the transport properties of single heterostructured nanowires of III-nitride heterostructures. I show in particular that these heterostructures exhibit a negative differential resistance. Finally, I present characterization of photodetectors and LEDs using single core-shell InGaN/GaN nanowires. An equivalent electrical circuit explains the observed behavior

Les sources cohérentes dans l'infrarouge proche sont très prometteuses pour de nombreuses applications, que ce soit en spectroscopie d'absorption pour la détection de gaz ou en imagerie médicale. Actuellement le Cr:ZnSe est un excellent matériau laser utilisé par pompage optique qui peut émettre de façon accordable entre 2 et 3 μm. Nous présentons ici nos résultats sur le phénomène d'électroluminescence infrarouge dans le Cr:ZnSe monocristallin. Obtenir une émission infrarouge par pompage électrique constitue en effet le premier pas vers la réalisation d'un laser pompé électriquement à base de Cr:ZnSe Dans cet objectif, nous avons exploré les mécanismes d'excitation électro-optique dans un cristal massif, couplée à une étude phénoménologique des propriétés mécaniques et chimiques du matériau. Nos résultats de photoconductivité résolue spectralement (visible et proche ultra-violet) et de photoluminescence infrarouge exaltée par un champ électrique montrent l'intérêt d'une double excitation optique et électrique pour atteindre une émission efficace.

L'enfouissement des lignes haute tension est un objectif clairement établi par la Commission Européenne. Les matières synthétiques utilisées dans les câbles électriques servant au transport ont d'ailleurs donné toute satisfaction par rapport aux techniques traditionnelles. Pourtant, les polymères utilisés comme isolant dans les câbles haute tension peuvent subir des dégradations, entraînant le vieillissement prématuré du matériau. Ce vieillissement a pour origine la charge d'espace créée dans le diélectrique, par injection ou dissociation à l'intérieur du diélectrique. Ces charges induisent des distorsions de champ telles qu'elles peuvent entraîner la rupture diélectrique du matériau. Pour palier à ce phénomène, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de transport dans les isolants polymères. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique simple capable de rendre compte des résultats expérimentaux et d'obtenir des éléments de réponse sur les mécanismes de génération de charges et de conduction dans ces matériaux. L'approche est originale, puisque l'étude porte sur le transport de charges dans des états non stationnaires. Elle tient compte des caractéristiques microscopiques du LDPE, matériau isolant des câbles électriques, mais la modélisation est plutôt macroscopique. Cette étude allie étroitement la modélisation numérique à des mesures expérimentales. Des mesures de charge d'espace, d'électroluminescence et de courant ont permis dans un premier temps d'alimenter le modèle développé en données de base. Dans un second temps, ces mêmes expériences ont permis d'affiner les paramètres. La validation du modèle a ensuite été réalisée, en choisissant un seul jeu de paramètres. Les résultats de simulation ont été comparés à différentes mesures expérimentales, traduisant le comportement global du matériau. Différents protocoles d'application de la tension ont pour cela été utilisés, et ce pour un courant continu et alternatif.

Le but de ce travail est d'étudier la possibilité d'intégrer à faible coût des sources optiques dans les circuits électroniques. Les matériaux organiques apparaissent comme de bons candidats car il est aisé de les déposer sur toutes sortes de substrats et certains matériaux électroluminescents ont un très bon rendement. Les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) ont une émission très large, tant sur le plan spectral que sur le plan angulaire, ce qui en fait des composants peu adaptés à la réalisation d'interconnexions optiques. Nous avons donc travaillé sur des OLEDs à microcavités résonnantes, qui ont été fabriquées sur des substrats de silicium oxydé thermiquement. La caractérisation optique a permis de mettre en évidence l'influence des microcavités sur la forme des spectres et les diagrammes angulaires d'émission. Grâce aux caractéristiques optiques de deux microcavités, nous avons déterminé la variation de l'indice de l'ITO en fonction de la longueur d'onde. L'émission monochromatique est concentrée dans des lobes orientés selon les directions vérifiant la condition de résonance, ce qui produit une augmentation de l'intensité rayonnée selon ces directions. Nous avons observé dans nos structures une amplification selon la normale d'un facteur compris entre 11,3 et 15,3. Nous avons également vérifié qu'une microcavité ne modifie quasiment pas l'intensité lumineuse totale émise par la diode. Ces résultats sont en accord avec notre modélisation. La caractérisation électrique des échantillons a montré que la résistance de l'ITO n'a pas une influence déterminante sur les caractéristiques courant - tension des OLEDs, et qu'un recuit de l'ITO n'apporte aucune amélioration. Il existe un certain retard entre l'établissement du champ électrique et le début de l'électroluminescence, causé par une ou des barrières de potentiel. Les fréquences de coupure qui ont été mesurées sont comprises entre 6,3 kHz et 8,5 kHz

Ce travail concerne l'étude du phénomène de décharges partielles dans les matériaux isolants utilisés en électronique de puissance. En utilisant des méthodes de détection électrique et optique, le mécanisme de décharge partielle sur des substrats d'AlN dans l'huile silicone a été étudié sur un grand nombre d'échantillons. La variation de la nature du substrat (AlN, Al2O3 et composite verre/époxy) et du matériau d'encapsulation (huile silicone, huile de colza, huile minérale de transformateur, liquide d'imprégnant du condensateur Jarylec et Ugilec) met en évidence l'origine des décharges partielles de l'ensemble substrat - encapsulant. Les décharges partielles sur les substrats céramiques frittés ne dépendent pas du passivant, et se produisent dans le volume du substrat. L'évolution temporelle de la lumière émise dans les liquides en configuration pointe - plan et sur le substrat dans différents liquides montre que l'émission de lumière est un phénomène très complexe influencé par de nombreux paramètres : électroluminescence du solide, de l'encapsulant, décharges partielles, absorption des matériaux. Le phénomène d'électroluminescence du liquide est activé par une illumination extérieure. Les mesures de spectroscopie diélectrique haute tension n'apportent pas d'information supplémentaire sur le phénomène de décharges partielles, car les pertes correspondantes sont très faibles. Mots clés : Décharge partielle, électroluminescence, Nitrure d'aluminium, Alumine, huile silicone, diélectrique liquide, électronique de puissance.

L'injection de courant polarisé en spin dans les semi-conducteurs est un point-clef de la spintronique, discipline qui vise à utiliser le spin de l'électron comme degré de liberté en électronique. Ce travail de thèse étudie l'injection de spins depuis une électrode ferromagnétique à travers une barrière tunnel vers un semi-conducteur en absence de champ magnétique. La polarisation du courant injecté est détectée optiquement, ce qui impose que l'aimantation des électrodes soit perpendiculaire aux plans des électrodes. Ce travail s'articule donc en deux parties. La première section traite de l'élaboration d'hétérostructures oxyde/métal ferromagnétiques pour l'injection de spins dans le GaAs et le Si. Les croissances d'électrodes de MgO/FePt par épitaxie par jets moléculaires sur GaAs et de Al2O3/CoPt par pulvérisation cathodique sur Si sont décrites. L'étude des propriétés structurales et magnétiques et de transport de ces couches a ainsi permis de montrer la possibilité d'obtenir des films minces à aimantation perpendiculaire pour l'injection de spins sur plusieurs matériaux. La deuxième partie se focalise sur le transport polarisé en spin dans le Silicium. L'injection de courant polarisé dans ce matériau en absence de champ magnétique externe est ainsi démontrée pour la première fois par des mesures d'électroluminescence. L'analyse de la lumière émise par un puits quantique de SiGe inséré dans une diode de Silicium montre une polarisation optique de l'ordre de 3% liée à la polarisation en spin du courant injecté.

Depuis le début des années 2000, une vaste classe de nanofils de nitrures d'éléments III et de ZnO peut être synthétisée avec un excellent contrôle des propriétés de dopage et de composition. La géométrie spécifique de ces nanofils permet de faire croître des hétérostructures radiales et axiales qui ont des propriétés optiques et de transport très avantageuses par rapport aux couches minces. Ces propriétés en font des candidats prometteurs pour la réalisation d'une nouvelle génération de dispositifs plus efficaces (LEDs, photodétecteurs,...). Pour cela, il est indispensable de comprendre les nouveaux effets induits par la géométrie particulière de ces nanostructures : c'est l'objet de cette thèse. Dans une première partie, je présente une étude des propriétés optiques de nanofils de semiconducteurs à grande énergie de bande interdite. J'analyse d'abord l'effet de la contrainte sur les propriétés d'émission des nanofils cœur-coquille GaN/AlGaN. En particulier, je mets en évidence le croisement des bandes de valence et son influence sur les propriétés optiques des nanofils. Ensuite, je me focalise sur l'effet du confinement quantique et les propriétés de polarisation dans les nanofils hétérostructurés de nitrures d'éléments III. Dans une seconde partie, je m'intéresse à la réalisation et à la caractérisation de dispositifs à base de nanofils de nitrures d'éléments III et de ZnO. J'expose tout d'abord la modélisation et l'étude expérimentale de photodétecteurs à ensemble de nanofils en mettant en avant l'influence des états de surface sur leur réponse. Je m'intéresse ensuite aux propriétés de transport dans des nanofils uniques de nitrures d'éléments III hétérostructurés. Je montre, en particulier, que ces hétérostructures sont le siège d'une résistance différentielle négative. Enfin, je présente la réalisation et la caractérisation de photodétecteurs et de LEDs utilisant des nanofils uniques InGaN/GaN cœur-coquille. Un modèle électrique équivalent permet de rendre compte du comportement observé.

L'objectif de ce projet est de créer un projecteur miniature à l'aide de diodes électroluminescentes et de fibres optiques pour éclairer un castelet (scène miniature). Un concentrateur parabolique composé est utilisé pour injecter la lumière provenant d'une diode à haute puissance (350 mA), de trois couleurs différentes, dans une fibre optique en polymère de 4,8 mm de diamètre. À la sortie de la fibre, il est possible d'utiliser une variété d'optiques différentes permettant de choisir la forme de sortie du faisceau. Un tel système permet de mélanger uniformément la lumière provenant de sources distinctes sans avoir des ombres multiples causées par la superposition de faisceaux. Les modélisations, par tracés de rayons, ont permis de concevoir un tel système. Par l'assemblage des composantes, la réalisation a démontré la faisabilité, à faible coût, d'un tel projecteur. La technique de mesure quantitative des couleurs et la méthode pour obtenir un mélange désiré sont également exposées. La puissance lumineuse au maximum d'intensité est de 2,1 lm/m2 à 80 cm de distance avec une divergence des rayons de 10°. De plus, trois diodes sont suffisantes pour reproduire la majorité du spectre des couleurs bien que l'indice de rendu de couleur obtenu ne soit que de 43,1. Conçu pour l'éclairage d'un castelet, ce projecteur pourrait être utilisé dans les musées, les expositions, mais aussi dans des lieux où l'électricité est un danger (présence d'eau, d'humidité, de produits inflammables ou explosifs). / The main goal of this project is to create a mini spotlight to light a puppets theatre with light emitting diodes and optical fibers. A compound parabolic concentrator is used to concentrate the light from a high powered diode (350 mA) in a polymer optical fiber of 4,8 mm in diameter. This diode has the particularity to have three colors integrated in one chip. Multiple interchangeable optical Systems are designed to be used at the end of the fiber depending on the function of the lightning device. The spotlight has to ability to reproduce, without having multiple shadows, ail existing colours that can be obtained by adding a filter in front of a white source. This lightning device was created by computer ray tracing. The real model built shows that this kind of spotlight can be produced with good results at a low cost. The method to calculate colours quantitatively is presented in this text. At maximum power, the projector gives 2,1 lm/m2 of luminous intensity at 80 cm and at 10° of divergence. The use of three different colours is enough to reproduce the majority of the visible spectral colours but the colour rendering index for the white point is only 43,1 with this System. This spotlight was created as a lighting device for a puppets theatre but can also be used in museums, exhibits or places where electricity can be dangerous (due to the presence of water, humidity or explosive or flammable products).

Cette thèse est un des premiers travaux sur les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH)de la filière InP ayant une base en GaAsSb. Une méthode de mesure précise des offsets des<br />hétérojonctions de type II par électroluminescence, associée aux mesures électriques a permis de clarifier les conditions du transport électronique dans le système InP/GaAsSb et d'initier l'utilisation d'un émetteur en InGaAlAs. Deux briques technologiques spécifiques ont été développées : la gravure chimique sélective de InGaAlAs par rapport à GaAsSb et la réalisation de contacts ohmiques très faiblement résistifs sur p-GaAsSb. Ceci a permis l'assemblage d'un procédé de fabrication de TBH ultra-rapides dans cette filière. La faisabilité de ce procédé a été démontrée par la réalisation de TBH submicroniques ayant des fréquences ( fT ; fmax) de (155 ; 162) GHz. Son optimisation, protégée par deux brevets, montre des perspectives pour atteindre des fréquences ( fT ; fmax) de (380 ; 420) GHz.

Les matériaux polymères sont largement utilisés en tant qu'isolants dans les domaines du génie électrique, de l'électronique de puissance et de la microélectronique. Ces diélectriques sont principalement en contact avec d'autres composants: avec des semi-conducteurs et des métaux dans les câbles haute tension, avec des substrats et d'autres diélectriques dans les systèmes multicouches. Ces interfaces sont omniprésentes, et contribuent à l'injection et l'accumulation de charges d'espace dans les diélectriques solides. D'autre part, au cours de leur vie, ils sont soumis à de nombreuses contraintes, de température, de champ... Ces contraintes peuvent conduire à la dégradation prématurée et à la rupture diélectrique du matériau par une distorsion du champ électrique, et conduire au dysfonctionnement du système. Des études antérieures, expérimentales et de simulations, ont montré l'importance des interfaces sur la génération de charges à l'intérieur du diélectrique, mais les approches théoriques comme la loi d'injection Schottky ne fournissent pas une description adéquate pour des courants expérimentaux. Cependant les recherches récentes montrent que les états de surface qui se forment à l'interface métal/isolant jouent un rôle important sur le comportement des diélectriques. L'injection de charges est principalement affectée par la nature du contact et des états de surface. L'enjeu de ce travail est de comprendre les phénomènes en jeu à une interface métal/isolant, afin de les modéliser correctement. Ce travail est basé sur une approche duale modélisation et expérience. L'isolant retenu est ici est le polyéthylène basse densité (LDPE). Dans un premier temps, nous avons caractérisé expérimentalement des interfaces métal/isolant. Dans un seconde temps, nous avons développé un modèle numérique capable de prendre en compte les états de surface. L'approche est originale, puisque l'étude porte sur l'injection et le transport de charges en tenant compte d'une distribution exponentielle des états d'énergie à l'interface.