Cette thèse est consacrée à l'étude de puits quantiques de HgCdTe / CdHgTe dans le plan [013]. Les données expérimentales sont obtenues par photoconductivité et résonance cyclotron et concordent avec les résultats de simulations numériques. Les calculs sont effectués par approximation des fonctions enveloppe avec un Hamiltonien effectif 8x8. Afin de décrire les hétérostructures dont la croissance est faite sur un plan atomique arbitraire, une approche générale basée sur l'expansion d'invariants et les transformations par rotation, a été développé. La rotation généralisée peut être appliquée à un modèle avec l'ensemble des bandes de façon arbitraire. Le spectre d'énergie du Hamiltonien effectif a été calculé en utilisant l'expansion en onde plane des fonctions enveloppe dans la direction de croissance de l'hétérostructure. Un champ magnétique quantifiant a été pris en compte avec la substitution et l'expansion de Pierls sur les fonctions d'onde des électrons libres en présence du champ magnétique. Les mesures de photoconductivité ont montré une photoréponse correspondant à des transitions interbandes pour des énergies de photons allant jusqu'à 30 meV. Dans l'intervalle de 7 à 30 meV nous avons observé une photoconductivité vraisemblablement due à la photo-ionisation de certains centres de diffusion dans les barrières de CdHgTe. L'analyse théorique de la possibilité d'amplification du rayonnement Terahertz sur les transitions intrabandes dans les puits quantiques HgCdTe / CdHgTe a été effectuée. Des mesures de résonance ont montré la dépendance de la masse cyclotron sur la concentration des porteurs de charges due à la forte non-parabolicité de la bande de conduction. En champs magnétiques quantifiants (jusqu'à 45 T) des résonances interbandes et intrabandes ont été observées. Les mesures de magnétoabsorption ont été également effectuées avec un spectromètre à transformée de Fourier en champs magnétiques quantifiants allant jusqu'à 16 T. Les transitions interbandes et intrabandes ont été étudiés. Dans les puits quantiques de HgTe ayant une structure de bande inversée, une ligne de résonance cyclotron (CR) liée aux trous a été observée. Dans les échantillons ayant des bandes normales, en plus des transitions CR liées aux électrons, une ligne très marquée et probablement liée à des transitions d'impuretés a été découverte. Un anti-croisement des niveaux de Landau d'électrons et de trous dans les échantillons de bandes inversées a été confirmée par l'observation du splitting d'une résonance. Des simulations numériques ont montré que l'anticroisement des niveaux de Landau est causé par l'asymétrie par inversion du cristal massif (Bulk Inversion Asymmetry - BIA) et devrait disparaître pour certaines directions de croissance des hétérostructures. La comparaison des résultats expérimentaux et théoriques a montré de manière générale un bon accord qualitatif, mais un désaccord quantitative systématique allant dans le même sens pour toutes les expériences en champs magnétique. L'accord a été obtenu par l'ajustement de l'offset de la bande de valence du CdTe et du HgTe, et du paramètre de Kane, Ep. / The thesis is devoted to study of narrow-gap HgCdTe/CdHgTe quantum wells grown on [013] plane. The experimental data are obtained by means of photoconductivity and cyclotron resonance measurements and fit with results of numerical simulations.The calculations are made within envelope functions approximation with 8x8 effective Hamiltonian. In order to describe heterostructures grown on arbitrary atomic plane a general approach based on expansion over invariants and rotation transformation was developed. The generalized rotation can be applied to a model with arbitrary basis band set.The energy spectrum of the effective Hamiltonian was calculated using plain wave expansion of the envelope functions in heterostructure growth direction. Quantizing magnetic field have been taken into account with Pierls substitution and expansion over wave functions of free electron in magnetic field.Photoconductivity measurements have demonstrated interband photoresponse for photon energies down to 30~meV. In the range from 7 to 30 meV we have observed photoconductivity presumably concerned with photoionization of some centers in CdHgTe barriers. Theoretical analysis of possibility of FIR radiation amplification on intraband transitions in HgCdTe/CdHgTe quantum wells have been performed.Cyclotron resonance measurements in quasiclassical magnetic fields have shown dependence of cyclotron mass on carrier concentration caused by strong non-parabolicity of conduction band. In quantizing magnetic fields (up to 45 T) both interband and intraband magnetoabsorption have been observed.Magnetoabsorption have been also measured with Fourier transform spectrometer in quantizing magnetic fields up to 16 T. Both interband and intraband magnetoabsorption have been studied. In semimetallic HgTe quantum well with inverted band structure, a hole CR line was observed. In normal-band sample in addition to electron CR transitions a strong absorption line presumably related to impurity transitions was discovered.Avoided crossing of electron and hole Landau levels in inverted-band sample was confirmed by splitting of two spectral lines. Numerical simulations showed that Landau level anticrossing is caused by bulk inversion asymmetry and should disappear for some heterostructure growth directions.Comparison of experimental and theoretical results have shown good qualitative agreement with systematic quantitative disagreement in the same direction in all experiments involving magnetic fields. The agreement was achieved by adjustment of valence band offset of CdTe and HgTe, and the Kane parameter Ep.

The performance of electrical and optical devices based on two-dimensional semiconductors (2D) such as molybdenum disulfide is critically influenced due to very poor light absorption in the atomically thin layers. In this study, the phonon mediated optical absorption and emission properties in single atomic layers of MoS2 have been investigated. The electronic transitions in MoS2 due to near-field optical interaction and the influence of interface phonons due to the dielectric substrate GaN on the relaxation of optically generated carriers will be described. The near-field interaction can be induced in the presence of metal plasmons deposited on the surface of MoS2 monolayers. A hybrid metal-semiconductor system was realized by the deposition of silver (Ag) NPs on MoS2 layer and the localized plasmon modes were selectively chosen to interact with quasiparticles such as excitons and phonons. These quasiparticles are confined within the single atomic layer of MoS2 and are stable at room temperatures due to high binding energy. The lattice vibrational modes in MoS2 can be optically excited with the pulses from a femtosecond laser. These phonon modes can be optically dressed due to near-field interaction in the hybrid Ag-MoS2 system under an optical excitation resonant to localized plasmon modes. The coherent dynamics of the carriers in MoS2 were manipulated by the generation of dressed phonons. The driving field creates a coherence between the ground levels in the presence of optical near-field. A strong coupling between the exciton and plasmon modes forming a plexciton band is observed at room temperature within the coherence lifetime of the system. A significant enhancement of photoluminescent (PL) emission from MoS2 monolayer occurs due to carrier density modulation in the presence near-field interactions. The absorption and emission properties of MoS2 are influenced due to the interactions with the semiconducting substrate. The coupling of carriers in MoS2 with the interfacial phonons, and the charge and energy transfer across the interface in 2D MoS2-GaN (0001) significantly change the UF absorption properties and the relaxation of carriers from the excitonic absorption states. An increased light absorption and enhanced PL emission from the single atomic layer of MoS2 was observed. The phonon-assisted processes can activate the dipole forbidden transitions and hence can explain the interaction of incident light in single atomic layer of MoS2. The MoS2-GaN heterostructure provides a platform to exploit strong coupling between the free carriers or excitons, plasmons and phonons. The gold (Au) NPs have a plasmon energy resonant to MoS2 and hence results in the strong exciton-plasmon coupling due to near-field interaction. In the meantime, the localized plasmon energy of platinum (Pt) NPs is selected to be in resonance to GaN bandedge emission and resonant to C excitonic state in MoS2. The localized plasmons in Pt can actively interact with carriers in MoS2 near Γ-point. The non-equilibrium absorption characteristics of MoS2 nanosheets on GaN hybridized with Au and Pt NPs are influenced due to activation of the defect levels of GaN induced due to interband optical excitation.

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Cette thèse est consacrée à l’évaluation du potentiel d'un semi-conducteur 2D, le disulfure de molybdène (MoS2) monocouche, en tant que matériau de canal de type N pour l’électronique flexible. Ce semi-conducteur d'épaisseur nanométrique est stable chimiquement, robuste mécaniquement et possède une bande interdite directe de 1,9 eV. Le travail réalisé couvre en premier lieu la synthèse de monocouches de MoS2 par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) et leur caractérisation. Les monocouches synthétisées ont été intégrées avec succès en tant que matériau de canal dans des transistors de type N stables à l'air. L'étude a mis en évidence l'impact sur les performances de l'environnement et des résistances aux interfaces métal/MoS2. Des mobilités électroniques de 20 cm²/(V.s) associées à des rapports ION/IOFF > 106 ont été obtenus. Ces performances ont permis l’intégration du MoS2 monocouche dans des transistors flexibles. Ce travail a été combiné à d’importants efforts sur l’intégration de films minces organiques électrogreffés en tant que diélectrique de grille, y compris sur substrat flexible. Dans un domaine encore jeune mais en rapide évolution, ces travaux montrent la viabilité de l’option MoS2 monocouche pour l’électronique flexible, notamment en combinaison avec les diélectriques minces organiques. / This PhD thesis is dedicated to the assessment of the potential of monolayers of molybdenum disulfide (MoS2) as a N-type channel material for flexible electronics. This 2D semiconductor of atomic-scale thickness is chemically stable, mechanically robust and has a direct bandgap of 1.9 eV. This work includes the synthesis of MoS2 monolayers by Chemical Vapor Deposition (CVD) and the characterization of this material. The MoS2 monolayers were integrated in air-stable N-type transistors. The study highlighted the impact on the device performances of both the environment and the resistances at the MoS2/metal interfaces. Electronic mobilities of 20 cm²/(V.s) in combination with ION/IOFF ratios > 106 were achieved. These performances allowed integrating MoS2 monolayers in flexible transistors. This work was combined with the study of electrografted organic ultrathin films used as gate dielectrics and their integration in MoS2 transistors. This thesis shows that MoS2 monolayers are a viable option for flexible electronics operating at low bias, in particular when they are associated with ultrathin organic dielectrics.

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