Semi-Conducteur, Théorie des groupes, Méthode de Kane, Super-Réseaux, Refroidissement thermoionique

Cette thèse est composée de deux sujets distincts dans le cadre de l'étude théorique des hétérostructure et de leurs propriétés électro-optiques. Nous ferons une analyse quantitative des états électroniques caractéristiques des super-réseaux utilisés dans le spectre du moyen infrarouge sous champ électrique, et de leurs spécificités optiques linéaires. Ensuite nous étudirons les mécanismes de refroidissement thermionique pour une structure composée d'un simple puits quantique avec des barrières asymétriques, afin de fournir une description phénoménologique. Le manuscrit commence par introduire les concepts de théorie des groupes dans les semiconducteurs, l'objectif étant de relier le modèle des liaisons chimiques fortement hybridé, les combinaisons linéaire d'orbitales atomiques (LCAO) et le modèle de symétrie typiquement utilisé dans les semiconducteurs pour les groupes Td et Oh. Nous verrons en détail la théorie des bandes et leurs propriétés de symétries. Après cela, nous expliquerons la théorie perturbative k.p et le concept de masse effective, puis nous introduirons les effets spin-orbite et l'influence du champ électrique sur le modèle, conduisant à écrire le modèle 8 bandes de Kane comme une solution exacte. Dans notre approche, nous ne prendrons pas en compte les bandes lointaines, impliquant un domaine de validité pour une dispersion à faible vecteurs d'ondes. Pour le chapitre sur les super-réseaux, nous modéliserons les états électroniques et les propriétés optiques linéaires, dans la première approche, nous présentons la théorie de la fonction d'onde enveloppe que nous appliquerons ensuite aux hétérostructures utilisant la matrice de Kane. Grâce à nos méthodes numériques, nous étudierons les différentes contributions des particules et leurs propriétés associées, ainsi que les effets du champ électrique appliqué à la structure. Ce chapitre se terminera par une étude de l'absorbance et de son évolution selon le champ électrique et l'impact du nombre de périodes. Pour le chapitre du refroidissement thermionique des hétérostructures, nous présenterons l'approche de "rate equation" afin de décrire le refroidissement des électrons stockés dans le puits quantique d'une hétérostructure asymétrique à double barrière sous champ électrique appliqué. Ce modèle se compare assez bien aux prédictions des Non-Equilibrium Green Functions (NEGF) et aux expériences, notre méthode est moins précise que la NEGF. Néanmoins cette modélisation permet d'optimiser différents paramètres avec un temps de calcul numérique raisonnable, de plus nous allons discuter de l'influence de plusieurs paramètres sur la température électronique.