Contribution à la modélisation par la méthode des éléments finis de composants hyperfréquences contrôlés optiquement. - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2002

Contribution to model with the finite element method high frequency optically controlled devices

Contribution à la modélisation par la méthode des éléments finis de composants hyperfréquences contrôlés optiquement.

Résumé

The numerical simulation of optically controlled microwave passive components raises the double problem of the high frequency and optical behaviors of the semiconductor enlightened by a laser beam.
Suggested modellings are based on the finite element method which allows a discretization of the wave equations and the taking into account of the optical injection by an equivalent permittivity area.
Bi- and three-dimensional formulations of the eigenvalues problem and high frequency propagation are presented, as well as the optical coupling.

The main part of the work concerns the carriers injection modelling in the semiconductor substrate subjected to a high frequency wave.
The enlightened substrate behaves like a plasma having a carriers concentration variation governed by a simplified model of ambipolar diffusion.
In order to avoid the nonphysical phenomena appearance called spurious modes, related to the numerical methods using the classical nodal finite element method and to obtain accurate results, we choose to use edge finite elements of a higher order.

The carried out developments are applied and checked on simple high frequency structures and on the particular case of the open microstrip line enlightened by a suitable wavelength and strong power laser.
La simulation numérique de composants microondes passifs contrôlés optiquement pose le double problème des comportements hyperfréquence et optique du semiconducteur éclairé par un faisceau laser.
Les modélisations proposées sont basées sur la méthode des éléments finis qui permet une discrétisation des équations d'ondes et la prise en compte de l'injection optique par une zone de permittivité équivalente.
Des formulations bi- et tri-dimensionnelles des problèmes aux valeurs propres et de propagation hyperfréquence sont présentées, ainsi que le couplage optique.

L'essentiel des travaux porte sur la modélisation de l'injection de porteurs dans un substrat semiconducteur soumis à une onde hyperfréquence.
Le substrat éclairé se comporte comme un plasma ayant une variation de la concentration des porteurs régie par un modèle simplifié de diffusion ambipolaire.
Afin d'éviter l'apparition de phénomènes non physiques liés aux méthodes numériques utilisant les éléments finis nodaux et d'obtenir des résultats précis, nous avons choisi d'utiliser des éléments finis d'arêtes d'ordre supérieur.

Les développements réalisés sont appliqués et vérifiés sur des structures hyperfréquences simples et sur le cas particulier de la ligne microruban ouverte éclairée par un laser de longueur d'onde appropriée et de forte puissance.
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Dates et versions

tel-00422342 , version 1 (06-10-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00422342 , version 1

Citer

Jean-Daniel Arnould. Contribution à la modélisation par la méthode des éléments finis de composants hyperfréquences contrôlés optiquement.. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2002. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00422342⟩

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