Nous étudions, par spectroscopie optique à l'échelle de la boîte quantique unique InAs/GaAs,la décohérence de l'exciton neutre dans une boîte, sa structure fine et la relaxation de sonspin.Nous montrons que la cohérence est limitée intrinsèquement par un couplage non-perturbatifaux phonons acoustiques, et extrinsèquement par l'existence d'un environnementélectrostatique fluctuant autour des boîtes.Nous observons que la structure fine dépend de la densité locale de boîtes, qui affecte leurgéométrie et leur état de contrainte, et mettons à jour des boîtes originales émettant une lumière très polarisée.Nous étudions la relaxation du spin excitonique en mesurant le taux de polarisation del'émission. Sur un ensemble de boîtes, nous observons un temps de relaxation d'une dizainede ns à 10 K et montrons que la dynamique de cette relaxation est sensible à l'environnementdes boîtes. Sur boîte unique, nous montrons que le spin peut relaxer très rapidement (en 100ps), même à 10 K.

L'objectif de ce travail fut de modéliser et caractériser un composant à semiconducteur capable de générer des impulsions électriques subpicosecondes par photocommutation. Ce composant est réalisé avec un peigne interdigité situé au milieu du ruban central d'un guide coplanaire en or déposé sur du GaAs basse température dopé au béryllium. En éclairant avec un laser femtoseconde ce détecteur polarisé, il est possible de générer des impulsions électriques dont la durée est approximativement celle du temps des vie des électrons. Une étude comparative de plusieurs méthodes de caractérisation (échantillonnages photoconductif, électro-optique, électroabsorption) fut réalisée et met en évidence avantages et inconvénients de chaque technique. Les différentes mesures montrent l'influence du matériau et du circuit hyperfréquence sur la réponse du dispositif. On observe en particulier l'augmentation du temps de vie des électrons due à la saturation du niveau de piège. De même, on observe l'influence de la valeur de la capacité du détecteur sur la durée de la réponse et la limitation de l'amplitude des impulsions due à l'impédance des lignes. Un modèle simple, basé sur un circuit électrique équivalent, prenant en compte les aspects matériau et hyperfréquence, permet de bien décrire ces phénomènes. De plus, ce modèle illustre en détail la dynamique des différents paramètres physiques et électriques lors de l'éclairement du détecteur par deux impulsions optiques consécutives. Cette mesure pompe-sonde photoconductive montre le temps de relaxation du photocommutateur et la saturation des pièges. Enfin, le modèle permet de calculer la bande passante du dispositif en photomélange.

Les nanostructures auto-assemblées sont particulièrement intéressantes pour des applications en opto-électronique et en photonique, notamment sur substrat de GaAs. Néanmoins, leur répartition spatiale à longue distance est aléatoire, leur densité est difficile à contrôler, leur distribution en taille peut être large et leurs formes peuvent êtres différentes. En palliant ces limitations, on devrait pouvoir améliorer les performances de dispositifs existants ou d'en fabriquer de nouveaux. Ce travail étudie la possibilité d'organiser à longue distance des nanostructures auto-assemblées sur substrat de GaAs, grâce aux champs élastiques produits en surface par des réseaux de dislocations (RDs) périodiques faiblement enterrés. Ces RDs se forment à l'interface cristalline entre une fine couche de GaAs et un substrat de GaAs (joints par <>) pour accommoder des désorientations entre leurs plans cristallins. Nous avons montré par l'intermédiaire d'une étude de microscopie électronique en transmission que les désorientations peuvent être choisies de sorte que les dislocations forment un réseau hexagonal périodique présentant des caractéristiques favorables à l'organisation bidimensionnelle à longue distance de nanostructures. Nous avons démontré expérimentalement une telle organisation pour des nanostructures auto-assemblées de GaAs et d'InGaAs.

<p>We study the spin polarization and conductance in infinitely long quasi one-dimensionalquantum wires under various conditions in an attempt to reproduce and to explain some of theanomalous conductance features as seen in various experiments. In order to accomplish thistask we create an idealized model of a quantum wire in a split-gate semiconductorheterostructure and we perform self-consistent Hartree-Fock calculations to determine theelectron occupation and spin polarization. Based on those results we calculate the currentthrough the wire as well as the direct and differential conductances. In the frame of theproposed model the results show a high degree of similarity to some of the experimentallyobserved conductance features, particularly the 0.25- and 0.85-plateaus. These results lead usto the conclusion that those conductance anomalies are in fact caused by the electronsspontaneously polarizing due to electron-electron interactions when an applied potentialdrives a current through the wire.</p>

A research synopsis is presented summarizing work with integration of Ge and III-V semiconductors and optical devices with Si. III-V GaAs/AlGaAs quantum well lasers and GaAs/AlGaAs optical circuit structures have been fabricated on Si using Ge/GeSi/Si virtual substrates. The lasers fabricated on bulk GaAs showed similar output characteristics as those on Si. The GaAs/AlGaAs lasers fabricated on Si emitted at 858nm and had room temperature cw lifetimes of ~4hours. Straight optical links integrating an LED emitter, waveguide and detector exhibited losses of approximately 144dB/cm. A process for fabrication of a novel CMOS-compatible platform that integrates III-V or Ge layers with Si is demonstrated. Thin Ge layers have been transferred from Ge/GeSi/Si virtual substrates to bulk Si utilizing wafer bonding and an epitaxial Si CMP layer to facilitate virtual substrate planarization. A unique CMP-less method for removal of Ge exfoliation damage induced by the SmartCut™ process is also presented. / Singapore-MIT Alliance (SMA)

Cette thèse présente la conception d'un microgyromètre MEMS triaxial. Les microgyromètres ont de nombreuses applications telles que le contrôle d'attitude de drones ou l'interfaces homme/machine. Les microgyromètres triaxiaux sont particulièrement avantageux car ils permettent de déterminer les trois composantes de la vitesse de rotation à partir d'un seule structure monolithique et planaire. Le principe de fonctionnement des gyromètres vibrants à effet Coriolis (CVG) a été étudié analytiquement, puis une structure originale de gyromètre triaxial monolithique et planaire a été conçue. Cette structure est constituée de quatre poutres encastrées sur un cadre déformable. Des prototypes en silicium ont été réalisés et caractérisés. L'arséniure de gallium (GaAs) a été sélectionné pour la réalisation en raison de ses propriétés piézoélectriques et de son fort potentiel de miniaturisation. Un système d'électrodes pour l'excitation et la détection des vibrations mécaniques a été mis au point. Deux procédés d'usinage du GaAs ont été développés, un procédé de gravure chimique et un procédé de gravure plasma permettant tous les deux de graver verticalement le GaAs sur 450 micromètres de profondeur. Le procédé de gravure plasma est compatible avec la réalisation du CVG triaxial. Des résonateurs de test en GaAs dopé Carbone ont été réalisés par gravure chimique pour mesurer l'évolution en température de la résistivité et des propriétés électromécaniques de ce matériau. Ces mesures ont permis d'estimer que les marches aléatoires angulaires du CVG triaxial sont inférieures à 0,025 degré par racine d'heure sur la gamme de température [-40°C +80°C] pour les trois axes de mesure. Ceci situe le potentiel du CVG triaxial conçu parmi les CVG MEMS les plus performants.

A 5-bit MMIC serial to parallel converter has been designed in Gallium Arsenide. It is intended to be used together with a 5-bit True Time Delay (TTD) circuit, but it can easily be expanded into an arbitrary number of bits. The circuit has been designed with a logic style called DCFL and a 0.20 mm process (ED02AH) from OMMIC has been used to fabricate the circuit. The chip size of this 5-bit MMIC serial to parallel converter is 2.0x0.8 mm (including pads) and close to two hundred transistors are used. Due to the complexity of the transistor models the complete serial to parallel converter has not been fully simulated. However, the smaller building blocks like inverter, latch, etc. have been simulated successfully. These blocks were assembled into the complete circuit.

We study the spin polarization and conductance in infinitely long quasi one-dimensionalquantum wires under various conditions in an attempt to reproduce and to explain some of theanomalous conductance features as seen in various experiments. In order to accomplish thistask we create an idealized model of a quantum wire in a split-gate semiconductorheterostructure and we perform self-consistent Hartree-Fock calculations to determine theelectron occupation and spin polarization. Based on those results we calculate the currentthrough the wire as well as the direct and differential conductances. In the frame of theproposed model the results show a high degree of similarity to some of the experimentallyobserved conductance features, particularly the 0.25- and 0.85-plateaus. These results lead usto the conclusion that those conductance anomalies are in fact caused by the electronsspontaneously polarizing due to electron-electron interactions when an applied potentialdrives a current through the wire.

<p>The 1D Wigner crystal is a long sought after strongly correlated quantum state. Here we present electronic transport data of asymmetric quantum point contacts (QPC) tuned to the spin-incoherent regime, which provides evidence for achieving the 1D Wigner state. Our result can be distinguished in several particularly noticeable ways. First, we utilize an asymmetric point contact geometry that is simple to fabricate and has not been studied previously. We are able to tune to the conductance anomalies simply by asymmetrically applying voltages to the gates. Second, we observe clear suppression of the first plateau and direct jumps to the second in these asymmetric QPCs at liquid helium temperatures (4.2 K). Such conductance behavior is indicative of Wigner crystal row formation.</p> <p>This thesis suggests that the novel geometry and gating scheme allows for a novel way to search for strongly correlated electronic behavior in quasi-1D quantum wires. A key finding is the importance of asymmetric QPCs for observation of anomalous transport characteristics. We have observed a strongly developed e<super>2</super>/h feature under asymmetric voltage gating and zero applied magnetic field. Such a feature is attributed to enhanced spin energies in the system. We believe the asymmetric design allows for a relaxing of the 1D confinement so that a quasi-1D electron conformation develops, which in turn allows for various possible magnetic states. In addition, by optimally tuning the confinement potential, we observe an unexpected suppression of the 2e<super>2</super>/h plateau. This provides further evidence for unusual electron arrangements in the asymmetric quantum point contact.</p> <p>I also discuss transport studies on the new FeSe superconductor. Our collaboration discovered the superconducting &beta;-FeSe compound with a Tc approximately 8 K. The crystal lattice structure of &beta;-FeSe is by far the simplest of the Fe superconductors. One of the most interesting observations regarding FeSe is that the crystal structure undergoes a structural transition at approximately 105 K from tetragonal to orthorhombic (or triclinic) symmetry. We believe this structural transition to be closely related to the origin of superconductivity in this class of materials.</p> <p>Transport studies also seem to support this claim. From Hall effect measurements of bulk FeSe, we find that FeSe is likely a two band (electron and hole) superconductor, which suggests it is quite different from the cuprates, and that very unconventional superconducting mechanisms are at play. The temperature dependence of the Hall coefficient is measured, and found to rapidly increase below 105 K. This suggests the scattering time related to hole bands dominate the transport at low temperature. As there is no magnetic ordering observed at low temperature, we do not expect the scattering from random Fe magnetic impurities to play a significant role in the enhanced hole scattering times. Thus, we speculate that this change is related to the structural transition observed.</p> / Dissertation

Carrier dynamics in GaAs-based photoconductive terahertz (THz) sources is investigated using Monte Carlo techniques to optimize the emitted THz transients. A self-consistent Monte Carlo-Poisson solver is developed for the spatio-temporal carrier transport properties. The screening contributions to the THz radiation associated with the Coulomb and radiation fields are obtained self-consistently by incorporating the three-dimensional Maxwell equations into the solver. In addition, the enhancement of THz emission by a large trap-enhance field (TEF) near the anode in semi-insulating (SI) photoconductors is investigated. The transport properties of the photoexcited carriers in photoconductive THz sources depend markedly on the initial spatial distribution of those carriers. Thus, considerable control of the emitted THz spectrum can be attained by judiciously choosing the optical excitation spot shape on the photoconductor, since the carrier dynamics that provide the source of the THz radiation are strongly affected by the ensuing screenings. The screening contributions due to the Coulomb and radiation parts of the electromagnetic field acting back on the carrier dynamics are distinguished. The dominant component of the screening field crosses over at an excitation aperture size with full width at half maximum (FWHM) of ~100 um for a range of reasonable excitation levels. In addition, the key mechanisms responsible for the TEF near the anode of SI photoconductors are elucidated in detail. For a given optical excitation power, an enhancement of THz radiation power can be obtained using a maximally broadened excitation aperture in the TEF area elongated along the anode due to the reduction in the Coulomb and radiation screening of the TEF.