Opto-electronic and power devices

Enseignants

Flandre Denis; Francis Laurent (coordinateur(trice));

Langue
d'enseignement

Anglais

Préalables

Students should master the basic operating principles and constitutive equations of semiconductor-based devices such as diodes and transistors (as seen in LELEC1755 or equivalent)

Thèmes abordés

Physical basis of electronics (Part 1):

• band structures,
• semiconductors and metals,
• phonons,
• charge transport,
• generation and recombination of carriers.

Applied electronic devices (Part 2):

• photosensors,
• photovoltaic cells,
• power/high-voltage and Zener diodes,

MIS and MOS structures.

Acquis
d'apprentissage

A la fin de cette unité d’enseignement, l’étudiant est capable de :
.	Contribution to the learning outcomes of the ELEC programme see on https://uclouvain.be/prog-2020-fsa1ba-competences_et_acquis AA1.1, AA1.2 AA2.1, AA2.2, AA2.3, AA.2.4, AA2.5, AA2.6 AA4.2 AA5.1 Specific learning outcomes: Physical basis of electronics (Part 1): Explain the concepts by means of mathematical models, graphical representations and one-dimensional numerical simulations, Solve simple problems of semiconductor physics, e.g., Hall effect, illumination, thermopiles, … Applied electronic devices (Part 2): Apply the physical mechanisms of part 1 at play in the operation of optoelectronic and power devices, Determine the relevant mathematical models of their electrical operation and characteristics in the DC and low-frequency small-signal regimes, under dark or light conditions, versus temperature, Compare and discuss these models versus the simulations and characteristics of real devices.

Contenu

Les cours magistraux présentent de manière dynamique, en s'appuyant en grande partie sur les questions des étudiants, les concepts décrits ci-dessus. Les cours magistraux et les sessions pratiques sont complétés par des notes écrites qui présentent les concepts de manière plus détaillée. Des exercices spécifiques visent à appliquer les concepts du cours pour résoudre des problèmes liés à la physique des semi-conducteurs et aux dispositifs électroniques de base.
Partie 1 - Bases physiques de l'électronique
chapitre 1 : bandes d'énergie du cristal parfait
chapitre 2 : bandes d'énergie des métaux
chapitre 3 : bandes d'énergie des semi-conducteurs
chapitre 4 : vibrations du réseau
chapitre 5 : équations de transport
chapitre 6 : mécanismes de génération et de recombinaison des porteurs de charge
Partie 2 - Dispositifs électroniques appliqués
chapitre 7 : jonctions p-n avancées 
chapitre 8 : condensateurs MOS avancés
chapitre 9 : photodiodes
chapitre 10 : cellules solaires photovoltaïques

Méthodes d'enseignement

L'enseignement est basé sur des cours magistraux et des sessions pratiques d'accompagnement.
La comparaison entre la théorie, les simulations et les caractéristiques des dispositifs réels est importante dans l'approche pédagogique pour discuter et valider les simplifications du modèle.
En particulier, des structures simples seront analysées en détail pour soutenir le contenu de la première partie et, pour la deuxième partie, des simulations avancées aidées par des logiciels dédiés viseront à valider les hypothèses du modèle et à visualiser les résultats. Ces logiciels pourront également être utilisés dans le cadre de l'évaluation continue. 
La recherche documentaire et les références fournies aideront à trouver des dispositifs réels et permettront de mettre en évidence les différences constatées entre les propriétés expérimentales (ou réelles) et simulées.

Modes d'évaluation
des acquis des étudiants

Les étudiants sont évalués individuellement sur la base 1) d'une évaluation continue à travers des exercices appliqués pendant le semestre, et 2) d'un examen écrit pendant la session d'examen, comprenant une partie de développements de concepts théoriques, et une autre partie de résolution de problèmes. Cette dernière partie est du même niveau que celles résolues lors des sessions pratiques du cours. Les points acquis lors de l'évaluation continue sont conservés pour toutes les sessions d'une même année académique.

Ressources
en ligne

Moodle

Bibliographie

Notes and list of reference books available on Moodle (see above)

Faculté ou entité
en charge

ELEC