Projet ANR-06-BLAN-0013 – GHzOCPETs : Giga Hertz Optically-Controlled Piezo-Electrical Transducers
Programme : Programme blanc (BLANC) 2006
Année de financement : 2006
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE BRETAGNE ET PAYS- DE-LA-LOIRE)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique
Montant : 150000.0 euros
Date de début : 2006
Durée : 36 mois
Résumé : Parmi les enjeux majeurs actuels en recherche fondamentale comme appliquée, l'inspection des propriétés physiques à des échelles spatiales et de temps de plus en plus petites constitue toujours un défi. L'application des méthodes acoustiques pour l'évaluation et le contrôle non-destructif des nanomatériaux et des films liquides ou solides submicroniques requiert le développement de méthodes de génération et de détection d'ondes acoustiques dans la bande 10GHz-1THz (correspondant à des longueurs d'ondes de 1µm-1nm). Le but de ce projet est d'ouvrir une voie vers la création de générateurs acoustiques continus et impulsionnels, efficaces et accordables sur une large gamme de fréquences. Il est proposé de réaliser des transducteurs piézoélectriques GHz contrôlés optiquement (GHzOCPETs). Le but de ce projet sera atteint grâce à l'étude des processus fondamentaux qui entrent en jeu dans les semiconducteurs piézoélectriques soumis simultanément à un champ électrique statique et une excitation électromagnétique impulsionnelle (femtoseconde-picoseconde) ou continue (modulée à 10GHz-1THz). La séquence des phénomènes physiques impliqués peut être décrite de façon qualitative comme suit : 1) L'absorption de l'impulsion laser par le semiconducteur génère des porteurs libres photo-excités 2) Ces électrons et trous hors équilibre diffusent dans le champ électrique statique préexistant. 3) La séparation spatiale des charges génère un champ électrique dynamique entre les nuages électroniques des électrons et trous. 4) Ce champ dynamique via l'effet piézoélectrique induit une contrainte mécanique qui est la source des ondes acoustiques. La différence essentielle entre les GHzOCPETs et les transducteurs piézoélectriques classiques provient du fait que le champ électrique qui s'exerce sur le matériau pour générer les sons est déclenché optiquement et non électriquement, ce qui permet d'étendre considérablement les dispositifs à des fréquences de travail supérieures au GHz. La durée de l'impulsion acoustique ainsi générée par les GHzOCPETs (fréquence caractéristique de l'onde acoustique émise) dépend à la fois du temps du processus de génération et de la dimension spatiale où est généré le son. Le premier paramètre dépend du temps de recombinaison des porteurs électron-trou photogénérés et de la durée de l'impulsion laser ou de la période de modulation de l'intensité laser le cas échéant. Le second peut être contrôlé par la localisation spatiale du champ électrique statique et par conséquent, les forts champs électriques de reconstruction existants à l'interface de jonctions p-n ou à l'interface de barrières Schottky sont de ce fait favorables à la génération d'hypersons. Cependant, l'application d'un champ électrique externe offrira un contrôle complet de la génération de ces ondes acoustiques. Une fois générées, ces ondes acoustiques seront détectées optiquement via l'effet acousto-optique. La transformation optoacoustique à travers l'effet piézoélectrique inverse induit par excitation laser sera produite avec une efficacité bien plus grande que celle, classique, de l'effet thermoélastique résultant du simple effet de la dilatation thermique sous excitation laser. Les orientations principales dans le développement des GHzOCPETs seront les suivantes : 1) Contrôle du spectre du signal acoustique à travers l'usage d'un champ électrique externe influençant la localisation du champ électrique total (contrôle de la dimension du générateur optoacoustique). 2) Contrôle du spectre du signal acoustique et extension jusqu'à 1THz par ajustement du temps de recombinaison du plasma électron-trou conditionné par le champ électrique, la concentration du plasma photogénéré et également dépendant des procédés de croissance des semiconducteurs (LT-GaAs). 3) Excitation d'ondes de cisaillement grâce à un choix judicieux de l'orientation du champ électrique par rapport aux axes de symétrie cristallographiques du semiconducteur. 4) Utilisation pour la conversion opto