- [ VRPG-Doc-Sc] Sciences physiques --- علوم فيزيائية
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- ItemModélisation et caractérisation des phénomènes de transport électronique dans les semiconducteurs par la méthode de Monte Carlo: Cas des composés 6H-SiC et GaAs(2016-12-01) Talha Nora; Encadteur: Kadoun Abd-Ed-DaïmRésumé (Français) : Nos investigations portent sur le phénomène du transport électronique dans les matériaux 6H-SiC et GaAs, choisis pour leur différence de gap et de champ électrique de claquage. Pour cela, nous avons utilisé un programme de simulation numérique écrit en langage C++, basé sur la méthode de Monte Carlo. La méthode choisie pour intégrer la structure de bande dans le programme de simulation utilise deux modèles comprenant respectivement 3 et 5 vallées non-paraboliques. Le champ électrique est appliqué dans la direction perpendiculaire à l’axe c pour la structure hexagonale de 6H-SiC et dans la direction <100> pour GaAs de structure cubique. Notre simulation permet de suivre les évolutions d’un ensemble de particules au cours du temps sous l’action d’un champ électrique. En régime stationnaire, on détermine leur vitesse de dérive, leur énergie, leur mobilité ainsi que les coefficients de repopulation des vallées. Notre programme de calcul permet également d’étudier l’influence du régime de survitesse en phase transitoire, sur l’évolution de l’énergie moyenne des porteurs de charge. Enfin, nous avons comparé nos résultats à d’autres résultats de la littérature spécialisée. Les résultats obtenus avec le modèle 5-vallées, comparés avec des résultats théoriques et expérimentaux s’avèrent meilleurs que ceux du modèle 3 vallées, pour des champs forts. Ils sont, par ailleurs, très proches des résultats obtenus par le modèle « full band » qui inclut toute la structure de bande d’énergie. Nous en concluons que la prise en compte de 5 vallées pour 6H-SiC et 4 vallées pour GaAs suffit à rendre compte de tout le transport électronique dans ces matériaux, même pour des champs extrêmes, proches des champs de claquage, ce qui permet un gain très substantiel en effort de calcul. Les mots clés : Transport électronique, cinq vallées, full band, composants électroniques, Monte Carlo. Résumé (Anglais) : Our investigations focus on the electronic transport phenomenon in 6H-SiC and GaAs materials, chosen for their different gaps and breakdown fields. For this purpose, we used a C++ numerical simulation program, based on the Monte Carlo method. The method chosen to incorporate the band structure in the simulation program uses two models including 3 and 5 non-parabolic valleys respectively. The electric field is applied in the direction perpendicular to the c axis for the 6H-SiC hexagonal structure and in the <100> direction for GaAs cubic structure. Our simulation allows us to track a set of electrons over time under the action of an electric field. In steady state conditions, we determined their drift velocity, their energy, their mobility as well as the valleys occupancy. Our calculation program also allows us to study the influence of the velocity overshoot that appears in the transient state, on the evolution of the average energy of the charge carriers. Finally, we compared our results with other results of the literature. Compared with theoretical and experimental results, our 5-valley results are better than those from the 3-valley model for high fields. They are, moreover, very close to the results obtained by the "full band" model which includes the entire energy band structure. We conclude that taking into account 5 valleys for 6H-SiC and 4 valleys for GaAs is quite enough to account for all electronic transport in these materials, even for extreme field strength, close to breakdown conditions, which is considerably less computer-time consuming than the use of a full band model.. Keywords :: Electron transport, Five-valley, Full Band, Monte Carlo, Electronics Component
- ItemEtude et analyse du comportement physique des nanomatériaux avancés.(2018-12-20) YAZID Miloud; Encadreur: HEIRECH Houari; Co-Encadreur: TOUNSI Abdelouahedالملخص (بالعربية) يقـــدم هــذا البحــث دراســة عــن إلتـــواء الألــواح الـــنانـــوية المــتكامــلة مـــثل الجـــرافــين .بإســـتخــدام نظــرية جـــديدة عــلى ألـــواح منقــحة ( مكــررة ) مـــع آثــار صــغيرة غــير محــلية. تـــم الأســـاس المــرن علــى هـــيئة قـــاعــدة ذات بـــعدين Pasternak إن النظرية المقــترحــة للـــصفائــح المـــكررة ثــنائــية المــتغــيرات تأخــذ بعـــين الإعـــتبار القــص المـــستعرض والتغــيير المـكافئ لــتشوهات القـص الـــعرضــي عــلى ســـمك الــصفيحــة مــن خـــلال إدخـــال مــصطلحــات تكمـــيلية غــير محـــددة وبالــتالــي لا لـــزوم لإســتخدام عوامـل القــص. كمــا يــتم الحــصول عــلى مــعادلات حـــاكمة غــير محـــلية لصـفيحة الجــرافــين أحــادية الطــبقة مــن مــبدأ التـــشريد الظاهــري تتم مقارنة النظــرية المـــقترحة مــع نظــريات أخـــرى مــن الألــواح. بحيث يتم الحــصول عــلى حــلول تحــليلية للقـــوى المطـــبقة عــلى أوراق الجـــرافين أحــادية الــطبقة ذات الخـــواص المتناحــية والعظمــية . إن النــتائج المــقدمة فــي هــذه الــدراسة مــا هي إلا تــوجــيهات مــفيدة لتــصميم أجـــهزة الــنانو المـــعتمدة عــلى الجــرافــين العــظمي الــذي يسـتخــدم خــصائص التـــباين للجسيمــات الــنانــوية التـــقويمية Résumé (Français et/ou Anglais) : Résumé : Le présent travail présente une étude du flambement des nano plaques orthotropes intégrées comme le graphène en employant une nouvelle théorie de la plaque raffinée et des effets à petite échelle non locaux. La fondation élastique est modélisée en tant que base de Pasternak à deux paramètres. La théorie de la plaque raffinée à deux variables proposée prend en compte les influences transversales de cisaillement et la variation parabolique des déformations transversales de cisaillement dans l'épaisseur de la plaque en introduisant des termes intégraux indéterminés, il est donc inutile d'utiliser des facteurs de correction de cisaillement. Les équations gouvernantes non locales pour la feuille de graphène de simple couche sont obtenues à partir du principe des déplacements virtuels. La théorie proposée est comparée à d'autres théories de la plaque. Des solutions analytiques pour les charges de flambement sont obtenues pour des feuilles de graphène de simple couche avec propriétés isotropes et orthotropes. Les résultats présentés dans cette étude pourront fournir des orientations utiles pour la conception de nano dispositifs à base de graphène orthotrope qui utilisent les propriétés de flambage des nanoparticules orthotropes. SUMMARIZE This work presents the buckling investigation of embedded orthotropic nanoplates such as graphene by employing a new refined plate theory and nonlocal small-scale effects. The elastic foundation is modeled as two-parameter Pasternak foundation. The proposed two-variable refined plate theory takes account of transverse shear influences and parabolic variation of the transverse shear strains within the thickness of the plate by introducing undetermined integral terms, hence it is unnecessary to use shear correction factors. Nonlocal governing equations for the single layered graphene sheet are obtained from the principle of virtual displacements. The proposed theory is compared with other plate theories. Analytical solutions for buckling loads are obtained for single-layered graphene sheets with isotropic and orthotropic properties. The results presented in this study may provide useful guidance for design of orthotropic graphene based nanodevices that make use of the buckling properties of orthotropic nanoplates.
- ItemEtude de la dureté et du magnétisme des di-borures à base des terres rares et de l’alliage Tm1-xTixB2 par la méthode DFT+U(2016-07-03) Zazoua fatiha; Encadreur: Zaoui AliRésumé (Français et/ou Anglais) : Une étude théorique au sein de la DFT des composés TiB2 et RB2 (R=élément de terre rare) et les alliages ternaires Tm1-xTixB2 a été réalisée afin d’examiner la dureté macroscopiques via le calcul des propriétés mécaniques et les mécanismes de liaison dans ces systèmes. La validité de la théorie dans la recherche de l’état fondamental est de nouveau démontrée où le protocole calculatoire utilisé dans cette thèse a permis la prise en compte du potentiel d’Hubbard U pour traiter les électrons fortement localisés 4f. Les résultats obtenus sur les différents alliages peuvent être généralisés à d’autres alliages appartenant de la même famille. En résume, les résultats mécaniques des composés binaires montrent que le système TiB2 est trouvé ultra-dur en comparent avec les composé RB2. D’un point de vue électronique, les liaisons B-B jouent un rôle plus important que l’interaction Ti (Tm)-B sur la valeur de la dureté macroscopique de ces systèmes. A travers ces calculs, nous avons réussi à obtenir des résultats en excellant accord avec l’expérience. Les calculs LSDA+U montrent que toutes les concentrations intermédiaires étudiées de l’alliage ternaire Tm1-xTixB2 sont trouvées ferromagnétiques. En plus, une densité de charge importante est observée dans le composé TiB2 en comparant à celle du composé TmB2 et les alliages étudiés. Pour des distances interatomiques B-B courtes, la dureté dans les alliages Tm1-xTixB2 est élevée. Donc, la liaison covalente B-B est responsable de la dureté dans ces systèmes.
- Item« Études des pertes résistives et optiques sur cellules solaires au silicium à substrat de type n »(2022-02-03) Zidi Larbi; Encadreur : BEGHDAD Mohammed; Co-Encadreur: KADOUN Abd-Ed-Daïmالملخص (بالعربية) في السنوات الأخيرة، شهدنا تطورًا في صناعة الخلايا الكهروضوئية من سيليكون نوع. N تم الحصول على مردود في حدود 22٪ على الخلايا القائمة على سيليكون Cz-Si مع ركيزة من النوع N مخدر بالفوسفور مثلPERT (باعث خامل ، خلية انتشار خلفي كامل) .في هذا العمل، درسنا الخلية الشمسية PERC (باعث خامل ، خلية خلفية)نوعP متبوعة بالخلية الشمسية PERT من نوع N. تتكون مساهمتنا من تحسين معاييرالفيزيائية لخليتين الشمسيين السليكون أحادي البلورية على وجه الخصوص معايير الأساس (العمر، المقاومة ، السمك).لذلك يجب أن نجد أفضل أداء للمخرجات (Jsc-Voc-η- FF) للهيكلين وأخيراً نجري دراسة مقارنة بين أدائهما.يمكن أن يصل مردود التحويل للخلية الشمسية PERC إلى قيمة 21.47٪ باعتبار ركيزة السيليكون البلورية من النوع P مع عمر حامل الشحن الأقلية الذي يبلغ3ms، وسمك الركيزة μm 170ومقاومة منخفضة تبلغ .cmΩ1.مع بنية n-PERT ، تصل الكفاءة القصوى إلى قيمة 22.83٪ للمعايير المُحسَّنة: ms 10 ، μm250 ،Ω.cm1و Ω /□ 90، على التوالي من عمرحاملات الشحن الأقلية ، سمك الركيزة مقاومة القاعدة ومقاومة طبقة الباعث. تمكنا أيضًا من دراسة تأثير هندسة شبكة المعدنة على الوجه الأمامي (عرض، ارتفاع الناقلوعدد القضبان) على الخسائر المقاومة والبصرية وكذلك على تأثير خصائص التيار والجهد، للخلية الشمسية الثانية. (n-PERT) تم تنفيذ هذا العمل باستخدام برنامج المحاكاة الرقمية للخلييا الشمسية ثنائي الأبعاد PC2D وثلاثي الأبعاد PC3D الكلمات المفتاحية :الخلية الشمسية، سيليكون، مردود ، PERC ، PERT، PC2D ، PC3D Résumé (en Français) : Depuis quelques années, on assiste au développement d’une filière de cellules photovoltaïques en silicium de type N. Des rendements de l’ordre de 22% ont été obtenus sur des cellules à base de silicium Cz-Si à substrat de type N dopé au phosphore, telles que PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell). Dans ce travail, on a étudié la cellule solaire PERC (Passivated Emitter, Rear cell) de type P ensuite la cellule solaire PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell) de type N. Notre contribution consiste à optimiser les paramètres physiques de deux cellules solaires de silicium monocristallin en particulier les paramètres de la base (durée de vie, résistivité et épaisseur). Aussi doit-on trouver les meilleurs performances de sortie ( Jcc, Vco, η et FF) des deux structures et enfin faire une étude comparative entre leurs performances. Le rendement de conversion pour la cellule solaire PERC peut atteindre une valeur de 21,47% en considérant un substrat de silicium cristallin de type P avec une durée de vie des porteurs minoritaires de l'ordre de , une épaisseur de substrat de et une résistivité de la basse de . Avec la structure n-PERT, le rendement maximal atteint une valeur de 22,83% pour les valeurs optimisées : , , et , respectivement de la durée de vie des porteurs minoritaires, de l'épaisseur de substrat, de la résistivité de la base et de la résistance de couche de l’émetteur. Nous avons également pu étudier l'effet de la géométrie de la grille de métallisation en face avant ( largeur, hauteur du contact et nombre de busbarres ) sur les pertes résistives et optiques ainsi que sur l’influence des caractéristiques courant – tension, pour la seconde cellule solaire (n-PERT). Ces travaux sont effectués en utilisant le logiciel de simulation numérique des cellules solaires à deux dimensions PC2D et à trois dimensions avec PC3D. Les mots clés : Cellules solaires, silicium, rendement, PERC, PERT; PC2D, PC3D. Abstract (en Anglais) : Abstrat In recent years, we have seen the development of an n-type silicon photovoltaic cell industry. Efficiencies of the order of 22% have been obtained on Cz-Si silicon-based cells with an n-type substrate doped with phosphorus, such as PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell). In this work, we studied the p-type PERC (Passivated Emitter, Rear cell) solar cell followed by the n-type PERT (Passivated Emitter, Rear Totally Diffused cell) solar cell. Our contribution consists of optimizing the physical parameters of two cells solar monocrystalline silicon in particular the parameters of the base (lifetime, resistivity and thickness). We must therefore find the best output performances (Jsc, Voc, η and FF) of the two structures and finally make a comparative study between their performances. The conversion efficiency for the PERC solar cell can reach a value of 21.47% considering a p-type crystalline silicon substrate with a minority carrier lifetime of the order of 3 ms, a substrate thickness of 170 μm and a low resistivity of 1 Ω.cm. With the n-PERT structure, the maximum efficiency reaches a value of 22.83% for the optimized values : 10 ms, 250 μm, 1 Ω.cm and 90 Ω/□, respectively of the lifetime of the carriers minorities, substrate thickness, base resistivity and emitter sheet resistance. We were also able to study the effect of the geometry of the metallization grid on the front face (width, height of the contact and number of busbars) on the resistive and optical losses as well as on the influence of the current - voltage characteristics, for the second solar cell (n-PERT). This work was performed using the two-dimensional PC2D and three-dimensional PC3D solar cell digital simulation software. Keywords : Solar cells, Silicon, Efficiency, PERC, PERT, PC2D, PC3D.
- ItemÉtude ab-initio du ferromagnétisme dans les alliages à base de Fe pour l’électronique de spin(2016-11-10) ZINE EL KELMA rachida; Encadreur: BOUHAFS bachirالملخص (بالعربية) الجزء الاول حساب التركيب الإلكتروني ومغناطيسي على أساس نظرية التقريب الكثافة الوظيفية مع كثافة تدور المحلية خلال هوبارد Uللتصحيح (LSDA+U) ل2FeP مركبات 2FeAs و2FeSb في مرحلتي MARCASITE و2CuAl. وأظهرت النتائج أن المركبين الأول و الثاني هي أشباه الموصلات مع فجوة غير مباشرة وترتيب مضاد الانجذاب المغنطيسي. في حين أن الثالث مع حالة حديدية عالية وترتيب مغناطيسي الجزء الثاني باستخدام طريقة LAPWFP-، قمنا بدراسة التركيب الإلكتروني للBaFe2As2 في هيكل رباعي الزوايا ومعين متعامد المحاور في حالة غير مغناطيسية والمغناطيسية، وأيضا في حالة مضاد الانجذاب المغنطيسي للمرحلة معيني متعامد المحاور. كان يعالج تبادل الطاقة وارتباط استخدام تقريب الكثافة تدور المحلية (LSDA+U) وتقريب التدرج المعمم (GGA-MBG+U). وأظهرت النتائج أن المركب BaFe2As2 في المرحلة معيني متعامد المحاور لديه أجل تدور مضاد الانجذاب المغنطيسي. تدور تعتبر الاستقطابات اثنين من تدور صعودا وهبوطا لدراسة الهياكل الفرقة، وكثافة الحالات وكثافة الشحنة. الكثافة السكانية العالية من حالات على مستوى فيرمي تكشف الطابع المعدني من هذه المواد. الخاصية المغناطيسية تأتي معظمها من حالة 3d للذرة الحديد Résumé (Français et/ou Anglais) : Résumé Premiere Partie Le calcul de la structure électronique et magnétique basés sur la théorie de la fonctionnelle de densité avec l'approximation de la densité locale de spin plus la correction Hubbard-U (LSDA+U) pour les compose FeP2, FeAs2 et FeSb2 dans les deux phase marcassite et CuAl2. Les résultats montrent que les deux premiers composés sont des semi-conducteurs à gap indirect et avec un ordre de spin antiferromagnétique. tandis que pour le troisième avec une haute métallicité et l'ordre ferromagnétique. Deuxième Partie En utilisant la méthode FP-LAPW, nous avons étudié la structure électronique du BaFe2As2 dans la structure tétragonale et orthorhombique dans l’état non-magnétique et ferromagnétique, et aussi dans l’état antiferromagnétique pour la phase orthorhombique. L’énergie d’échange et corrélation a été traité en utilisant l’approximation de la densité local de spin (LSDA+U) et l’approximation de gradient généralisé (GGA-PBE+U) Les résultats montrent que le composé BaFe2As2 dans la phase orthorhombique a un ordre de spin antiferromagnétique. Les deux polarisations de spin up et de spin bas sont considérés pour étudier les structures de bande, densité d’états et densité de charge. La Haute population de la densité d'états au niveau de Fermi révèle le caractère métallique de ce matériau. La propriété magnétisme provient essentiellement des états 3d de l’atome de Fer. Abstract First part First principles calculations, by means of the full-potential linearized augmented plane wave (FP-LAPW) method within the local spin density approximation (LSDA+U), were carried out for the structural, electronic and magnetic properties of the compounds FeP2, FeAs2 and FeSb2 in marcasite and CuAl2 structures. Our LSDA+U calculation shows that the first two compounds are indirect-gap semiconductors with an antiferromagnetic spin ordering, while for the third one it predicts a small hole-pocket at the R point with high metallicity and ferromagnetic ordering. Second part We report structural parameters, magnetic ordering, and the electronic structure of the tetragonal and orthorhombic ternary iron arsenide compound; precisely BaFe2As2. Ab initio calculations are performed by means of the density functional theory (DFT) and the full-potential linearized augmented plane waves plus local orbitals method for both spin states. The local spin density (LSDA+U) and the generalized gradient (GGA-PBE+U) approximations are used to treat the exchange and correlation potentials. The results mainly show that orthorhombic BaFe2As2 compound has an antiferromagnetic spin ordering. Both spin up and spin down polarizations are considered to investigate the band structure, density of states and electron charge density. High density of states population at the Fermi level reveals the metallic character of this material. The magnetism property arises essentially from the 3d orbital of iron atom.
