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Ultrafast Phenomena in Semiconductors V
... Un phénomène plus long se déroule en parallèle : une partie de l'énergie est transférée à la maille, augmentant sa température, générant des porteurs, et augmentant ainsi la réflectivité (courbe rouge). Les électrons se recombinent par absorption et émission de phonons au bout d'un temps τ d [107]. 97 FIGURE 3.26 -Schéma des phénomènes responsables de l'augmentation de la réflectivité dans la couche de 78,5 nm d'épaisseur, pour des orientations cristallines où l'absorption est maximale. ...
Les dispositifs à base de silicium, industrialisés aujourd’hui pour les systèmes électroniques, atteignent leurs limites en termes de miniaturisation et de performances. La course à l’innovation et à la miniaturisation vise aujourd’hui à dépasser cette limite en intégrant de nouveaux matériaux dans les dispositifs, en couplant d’autres phénomènes physiques de l’optique à l’électronique haute fréquence. Le travail conduit pendant cette thèse porte sur la caractérisation du phosphore noir (bP) pour des applications dans le domaine de l'optoélectronique hyperfréquence avec une application spécifique aux interrupteurs microondes pilotés optiquement à 1,55 µm. La caractérisation du bP passe par le développement de techniques de fabrication de couches bidimensionnels de bP et également par la détermination de l'influence des matériaux annexes utilisés sur les propriétés de la couche. Cela a été couplé à une étude optique pour connaitre la réponse du bP à une excitation laser à 1,55 µm. La détermination de paramètres intrinsèques spécifiques du matériau tels que le temps de vie des photoporteurs, la résistivité et la permittivité a été conduite par l'intermédiaire d'expériences de caractérisation dans le domaine optique, radiofréquence et électronique (DC). Les résultats obtenus confirment l’intérêt du bP pour ce genre d'application et ont permis l'intégration du matériau dans le dispositif hyperfréquence visé. Les résultats obtenus lors de tests préliminaires présentés dans ce mémoire sont très encourageants et ouvre la voie à de nombreuses applications ultra-rapide à haute fréquence.
... Following recent developments in femtosecond laser technologies, phonon modes in most crystals can now be observed. General aspects of this topic, including measuring techniques, coherent phonon properties (e.g., initial phase and dephasing), and generation (or relaxation) mechanisms, have been reviewed [30] [31] [32]. Thus, coherent phonon spectroscopy has entered its maturity. ...
We present an overview of the feasibility of using coherent phonon spectroscopy to study interaction dynamics of excited lattice vibrations with their environments. By exploiting the features of coherent phonons with a pump-probe technique, one can study lattice motions in a sub-picosecond time range. The dephasing properties tell us not only about interaction dynamics with carriers (electrons and holes) or thermal phonons but also about point defects in crystals. Modulations of the coherent phonon amplitude by more than two modes are closely related to phonon-carrier or phonon-phonon interferences. Related to this phenomenon, formation of coherent phonons at higher harmonics gives direct evidence for phonon-phonon couplings. A combined study of coherent phonons and ultrafast carrier response can be useful for understanding phonon-carrier interaction dynamics. For metals like zinc, nonequilibrium electrons may dominate the dynamics of both relaxation and generation of coherent phonons. The frequency chirp of coherent phonons can be a direct measure of how and when phonon-phonon and phonon-carrier couplings occur. Carbon nanotubes show some complicated behavior due to the existence of many modes with different symmetries, resulting in superposition or interference. To illustrate one of the most interesting applications, the selective excitation of specific phonon modes through the use of a pulse train technique is shown.
Ultrafast optical probes, photoluminescence spectroscopy, and Raman spectroscopy have been applied to investigate carrier dynamics in nitride-based binary and ternary, and dilute nitride semiconductors. Carrier dynamics in the form of radiative and non-radiative lifetimes in GaN grown on pseudo-in situ TiN and in situ SiN nanonetworks by organometallic vapor phase epitaxy have been investigated and compared with those for freestanding GaN templates which constitute the benchmark values due to the high quality. Room temperature carrier lifetimes as long as 1.86 ns could be achieved with the use of TiN network templates. Time-resolved Raman spectroscopy has been employed to investigate the carrier dynamics, carrier transport and non-equilibrium optical phonons in In-containing nitride-based semiconductors. (1) It has been found that the energy loss rate in In x Ga 1−x As 1−y N y is about 64 meV/ps suggesting that hot electrons lose their energy primarily to the GaAs-like LO phonons in this dilute nitride semiconductor. (2) Both the non-equilibrium electron K.T. Tsen et al. / Superlattices and Microstructures 38 (2005) 77–114 distribution and the electron drift velocity in InGaN and InN have been measured. These experimental results are compared with ensemble Monte Carlo calculations and good agreement is found. (3) Our experimental results support the small bandgap value for InN (approximately 0.8 eV) and are inconsistent with the 0.8 eV luminescence emission being due to deep level radiative emission.
We report independent coherent control of carrier population and spin in (111)-oriented GaAs arising through quantum interference of the transition amplitudes associated with one- and two-photon absorption of ∼100 fs phase-locked optical pulses. We demonstrate this coherent control using various combinations of pulse polarizations and crystal orientations. In addition, we present a phenomenological framework for the spin and population control, and present predictions based on a macroscopic symmetry analysis that agree with our experimental observations.
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