Ce manuscrit présente une étude expérimentale sur les propriétés optiques des nanorubans de graphène (acronyme anglais : GNRs) et des boites quantiques de graphène (acronyme anglais : GQDs) synthétisés par la chimie ascendante.Pour la partie sur les GNRs, les spectres d'absorption et de photoluminescence ainsi que les mesures de la durée de vie sur la dispersion impliquent la formation d'états excimères résultant de l'agrégation des GNRs. Au moyen de la microscopie confocale et de la microscopie à force atomique, nous observons l'émission de petits agrégats de GNRs confirmant leur capacité à émettre de la lumière à l'état solide. D'autre part, les caractérisations optiques des GNRs synthétisés sur une surface d’or présentent des caractéristiques de Raman remarquables, impliquant les propriétés vibrationnelles spécifiques des GNRs par rapport au graphène et aux nanotubes de carbone. La PL observée est spectralement large avec une énergie plus élevée que celle de la bande interdite des GNRs. Cela pourrait être lié aux défauts créés lors de la préparation de l'échantillon.Pour la partie sur les GQDs, les résultats de spectroscopie optique indiquent que les GQDs sont individualisées en dispersion plutôt que sous la forme d’agrégats. Ensuite, grâce à la microphotoluminescence, nous abordons directement les propriétés intrinsèques des GQDs uniques. Des mesures de corrélation de photons de second ordre révèlent que les GQDs présentent une émission de photons uniques avec une grande pureté. De plus, l'émission de GQD présente une bonne photo-stabilité avec une brillance élevée. Comme premier exemple de l'accordabilité optique des GQDs via le contrôle de la structure, nous observons que l'émission de GQDs fonctionalisés avec des atomes de chlore est décalée de près de 100 nm tout en maintenant une émission de photons uniques. / This manuscript presents an experimental study on the optical properties of graphene nanoribbons (GNRs) and graphene quantum dots (GQDs) synthesized by bottom-up chemistry.For the part on GNRs, the optical absorption and photoluminescence spectra as well as the life-time measurements on the dispersion of solution-mediated synthesized GNRs implies the formation of excimer states as a result of aggregation of GNRs. By means of confocal fluorescence microscopy and atomic force microscopy, we observe the emission of small GNR aggregates confirming the ability of GNRs to emit light in the solid state. On the other hand, the optical characterizations of on-surface synthesized GNRs shows remarkable Raman features, implying the distinct vibrational properties of GNRs compared to graphene and carbon nanotubes. The observed PL is spectrally broad with higher energy instead of a bright bandgap emission, which might be related to the defects created during the sample preparation.For the part on GQDs, the optical spectroscopy results indicate that GQDs are individualized in dispersions rather than in the form of aggregates. Then by means of microphotoluminescence, we directly address the intrinsic properties of single GQDs. Second-order photon correlation measurements reveal that GQDs exhibit single-photon emission with a high purity. Notably, the emission of GQDs has good photo-stability with high brightness. As a first example of the optical tunability of GQDs through the control of their structure, we observe that the emission of single edge-chlorinated GQDs is redshifted by almost 100 nm while maintaining the single-photon emission.

Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Villeurbanne, INSA : 2006. Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Université de Monastir. Faculté des sciences de Monastir : 2006. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. à la fin de chaque chapitre.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Génie électrique : Toulouse, INPT : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 56 réf.

Reproduction de : Habilitation à diriger des recherches : Sciences physiques : Lille 1 : 2005. / Synthèse des travaux en français. Recueil de publications en anglais non reproduit dans la version électronique. N° d'ordre (Lille 1) : 472. Résumé. Curriculum vitae. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. à la suite de chaque partie. Liste des publications et des communications.

Les matériaux semi-conducteurs à base de nitrures disposant de largeur de bande interdite allant de 0,7 à 6 eV, connaissent un intérêt sans cesse croissant pour le développement de dispositifs optoélectroniques du futur. Le but de ces travaux est d’étudier, de concevoir et de développer une photodiode de type PIN à base de matériaux InxGa1-xN et GaN déposés par MOCVD et MBE. Elle est étudiée en considérant différentes configurations de la couche absorbante InGaN, à savoir une couche simple épaisse (SL) ou des puits quantiques (MQW). Toutefois en jouant sur la composition x en indium de la couche InGaN, cela permet la mise au point de différente longueur d'onde d'absorption dans la structure PIN. Des analyses structurales, microstructurales et optiques ont été réalisées par RX, TEM, PL, AFM et MEB pour des photodiodes PIN avec une couche absorbante InGaN de composition en indium variant de 10 à 50%. Nous avons pu vérifier que la qualité du matériau se dégradait lorsque l'on augmentait la teneur en indium et que cela impactait sur les performances de composants. La conception de la structure PIN a été définie pour différentes géométries de photodiode (de 25 à 104 μm²). Des caractérisations statiques et dynamiques de dispositifs fabriquées ont été réalisées afin d'obtenir la réponse de la photodiode. Pour les photodiodes à grande échelle, la valeur de photocourant a atteint un maximum de 3,2 mA démontrant une fréquence de coupure de 940 MHz. La μ-photodiode a révélé 395 μA de photocourant et une fréquence de coupure 1,45 GHz. / III-Nitrides semi-conductor materials with flexible bandgap has revealed a major interest for the future development of optoelectronic devices. The aim of this work is to study, design and develop a PIN photodiode based on InxGa1-xN and GaN materials deposited by MOCVD and MBE. Different configurations are considered for the InGaN absorbent layer: a single layer (SL) and multiple quantum wells (MQW). In order to observe the shift in the absorption wavelength, the composition of the InGaN layer ranges from10 to 50%. Structural, microstructural and optical analysis are performed using XRD, TEM, PL, AFM and SEM. We have verified that the material quality promptly degrades when increasing the indium content which impacts on the device performances. The design of the PIN structure is governed by the limitation of the active surface (from 25 to 104 μm²) in order to limit the global capacitance. Different prototypes are fabricated in clean room before characterization. Static and dynamic characterizations have been realized to qualify the photodiode response. We have investigated the influence of the indium content on the electrical performance. For the large-scale photodiodes, photocurrent value has reached a maximum of 3.2 mA with laser power of 75 mW demonstrating cut-off frequency of 940 MHz. μ-photodiode has revealed 395 μA of maximal photocurrent with cut-off frequency of 1.45 GHz.

Le phénomène des courants permanents dans un anneau traversé par un flux magnétique est un des problèmes les plus fondamentaux de la physique mésoscopique. A l'équilibre thermodynamique, en présence d'un flux magnétique, un anneau conducteur est parcouru par un courant non dissipatif, et ce, bien qu'il ne soit pas supraconducteur. L'existence de ces courants permanents dans des systèmes isolés a pu être établie avec certitude par quelques expériences historiques, même si de nombreux faits expérimentaux restent encore inexpliqués. Il apparaît alors qu'une question primordiale est de savoir si les courants permanents peuvent survivre dans une géométrie d'anneaux connectés, et ce, même si la taille totale du système devient très grande devant Lphi.<br />Nous avons donc réalisé un échantillon comportant quatre ou seize anneaux connectés entre eux, et gravés dans une hétérojonction d'arséniure de gallium. La détection de l'aimantation due aux courants permanents est réalisée par un µ-squid en aluminium, déposé directement sur les anneaux pour un couplage optimal. De plus, un système de grilles métalliques nous permet d'obtenir une mesure précise du niveau de bruit, et une boucle d'étalonnage permet de relier simplement le signal d'aimantation à l'amplitude du courant permanent circulant dans les anneaux.<br />Nous avons ainsi pu montrer deux faits expérimentaux nouveaux : les courants permanents existent toujours dans une géométrie où les anneaux sont connectés, et ce même si la longueur totale de la chaîne d'anneaux est très grande devant Lphi. Par ailleurs, nous avons établi que l'amplitude des courants permanents n'est pas sensiblement modifié que les anneaux soient connectés ou non. Ces résultats montrent que les courants permanents ne sont pas une propriété spécifique aux systèmes isolés et plus petits que Lphi ; il s'agit donc d'un effet quantique robuste, que l'on peut penser observer dans des sytèmes macroscopiques.

La sonde couramment utilisée en microscopie NSOM consiste en une ouverture sub-longueur d'onde au bout d'une pointe diélectrique métallisée, ce qui permet d'atteindre une résolution optique de l'ordre de la taille de l'ouverture (soit 50 nm). Un concept prometteur consiste à remplacer l'ouverture par un matériau actif de taille sub-longueur d'ondes aussi petit qu'une seule molécule ou une nanoparticule semiconductrice. Dans ce schéma, la sonde active offre la possibilité d'obtenir une très haute résolution définie par la taille du nano-objet actif. Nous avons développé une méthode pour réaliser des pointes optiques actives pour l'optique en champ proche avec l'objectif de faire une nanosource de lumière stable utilisable à température ambiante et potentiellement capable d'offrir une résolution optique d'une dizaine de nanomètres. Une pointe optique métallisée est recouverte d'une fine couche de PMMA dans laquelle sont inclus des nanocristaux ou des nanorods de CdSe en faible densité. Pour ce faire, des pointes optiques spécifiques ont été préparées par attaque chimique suivie d'une métallisation. Elles ont en bout de pointe, une ouverture optique de l'ordre de 200 nm. L'évolution temporelle de la signature spectrale de ces sondes actives, couplée à l'analyse temporelle de leur émission dans un mode comptage de photons démontrent clairement qu'un très petit nombre de nanoparticules -voire une seule- sont actives en bout de pointe pour des taux de dilution de CdSe convenables. L'imagerie de surfaces test utilisant ces sondes actives sont actuellement en cours de réalisation.

L'électronique de puissance relève encore beaucoup à l'heure actuelle de l'artisanat. Selon les habitudes du concepteur, son expérience passée ou ses liens avec les sous-traitants, à un cahier des charges donné correspondront plusieurs structures, plusieurs technologies de fabrication, sans qu'on puisse réellement déterminer a priori laquelle est la meilleure. Le but de ce mémoire est de faire le point sur ce qu'il est raisonnable de vouloir simuler aujourd'hui (et demain) en électronique de puissance, afin d'aider cette discipline à sortir de l'ère du prototype, et, un peu à l'instar de la microélectronique, de concevoir juste, du premier coup. Deux grandes parties sont abordées pour traiter de la modélisation des semiconducteurs, des composants passifs (y compris les imperfections dues à la connectique) et de CEM: des modèles dits d'analyse, pour essayer d'être le plus précis possible dans la représentation des phénomènes multiples intervenant dans la commutation, et des modèles de conception, beaucoup plus simples mais permettant de dégager les paramètres importants et les tendances d'évolution. Ces deux approches complémentaires devraient rapidement permettre de mettre au point des outils de pré validation de cahier des charges, de pré dimensionnement de convertisseurs, qui seront ensuite affinés par un véritable "prototype informatique", utilisant les modèles fins des acteurs de la commutation.

Ce travail a porté sur la croissance par épitaxie par jets moléculaires de semiconducteurs nitrures semipolaires orientés (11-22) déposés sur des substrats de saphir m. L'orientation cristallographique (11-22) est obtenue lors du dépôt d'AlN en excès d'azote. Sur cette couche tampon d'AlN, des couches bidimensionnelles de GaN non dopé ou dopé Si sont obtenues dans des conditions riche Ga, avec un excès stabilisateur d'une monocouche de Ga. Au contraire, l'incorporation d'atomes de Mg inhibe la formation de la monocouche. Cependant, des couchées uniformément dopées p ont été obtenues. Des puits quantiques GaN/AlN ont été fabriqués en utilisant les conditions de croissance ci-dessus. La transition 2D-3D nécessaire à la formation de boîtes quantiques est observée lorsque le dépôt de GaN est suivi d'un arrêt sous vide. La réduction du champ électrique interne dans les nanostructures GaN/AlN est confirmée par le décalage vers le bleu de leurs spectres de photoluminescence et par les courts temps de déclin mesurés à basse température. Ces résultats sont cohérents avec les calculs théoriques de leur structure électronique.

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