Physique et Ingénierie des Matériaux pour la Microélectronique et les Nanotechnologies (PHYMATECH)

Ce module est consacré aux bases de la physique et la technologie des composants à base de semiconducteur. La majeure partie de l’UE est consacrée à la physique du composant. En s’appuyant sur les équations qui décrivent les propriétés des matériaux, les principaux cas de jonctions sont examinés (p/n, métal/SC, MIS). A partir de ces connaissances, le fonctionnement des composants élémentaires (diodes, transistors) est expliqué. Dans la seconde partie, les premières briques de la technologie des procédés de fabrication des composants sont présentées.

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Cours TD d’anglais, à l’intention des étudiants de la filière Master 1 Physique et qui visent l’autonomie professionnelle en langue anglaise scientifique.

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Cet enseignement fait partie du fondement de la physique moderne. Il fournit un socle de connaissances strictement nécessaire pour tous les parcours en physique puisque il pose les bases de la description théorique de l’interaction entre le champ électromagnétique et les éléments quantiques élémentaires tels que les systèmes à deux niveaux, les atomes et les molécules. Il fournit par ailleurs l'enseignement nécessaire à la compréhension du LASER, des dispositifs optiques modernes, ainsi que des méthodes et des analyses de spectroscopies.

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Ce module a pour but de permettre aux étudiants de confronter la réalité expérimentale à leurs connaissances théoriques. Une attention particulière est portée sur la rédaction des résultats et leurs présentations sous forme de communication orale. Le travail s’organise en séance de huit heures pour laquelle un thème est choisi par les étudiants. Ils consignent leurs résultats et leurs analyses dans un cahier d’expériences sur le modèle des protocoles appliqués dans les laboratoires. A l’issue du semestre, l’étudiant choisit une thématique, qu’il développe sous forme d’un rapport final qu’il soutient oralement. Cet enseignement est une préparation des stages effectués par les étudiants au cours de leur cursus.

Exemples d’expériences mises à disposition : spectroscopies optique (IR, Visible), gamma, RX, acoustique ; photoluminescence à basse température ; spectroscopie en champ proche (AFM, STM) ; microscopie électronique...

Le panel des expériences proposées couvre les domaines de la physique enseignés dans les différents parcours de Physique. L’étudiant doit choisir parmi ses différentes expériences celles qui lui semblent le plus proche de ses centres d’intérêts. Un effort important est fait pour intégrer les nouvelles technologies d’acquisition des données et l’utilisation des outils informatiques afin de comparer expérience et théorie.

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A travers deux exemples particuliers (la diffraction de rayons X et les vibrations), ce module montre en détail comment on modélise les propriétés physiques d’un solide. Le formalisme sera aussi appliqué aux systèmes finis, comme des nanoparticules, et restera valable pour les matérieux amorphes, mais une attention particulière sera accordée aux systèmes périodiques (de la chaîne linéaire aux cristaux de protéines en passant par le graphène et le silicium). Associée à cette périodicité apparaitra naturellement la notion de réseau réciproque.

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Cette UE comporte une mise à niveau et un approfondissement des techniques de programmation ainsi qu’une introduction à la physique numérique. On commencera avec une révision de la programmation procédurale avec le langage Python 3. Ensuite on regardera en profondeur des méthodes numériques pertinentes pour la physique, en étudiant une sélection d’algorithmes classiques de l’analyse numérique et en les appliquant aux problèmes physiques.

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L’UE « Physique de la Matière Condensée 2: propriétés électroniques » est destinée aux étudiants intéressés par la physique du solide.

Dans la continuité de l’UE « Physique de la Matière Condensée 1: propriétés structurales » cette UE aborde les propriétés des électrons dans les solides cristallins, la structure de bandes des niveaux électroniques ainsi que les concepts de base de la physique des semi-conducteurs.

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La physique expérimentale actuelle nécessite généralement la mise en place d’une chaîne d’acquisition plus ou moins complexe impliquant différents types d’instruments : sources, capteurs, actionneurs, etc. et contrôleur (de type ordinateur). L’objectif de cette UE est de familiariser les étudiants à ce type de problématique afin qu’ils puissent mettre en place un tel système d’acquisition de données. Au niveau du contrôleur, la partie pilotage sera mise en œuvre en Python (en particulier avec la librairie PyVisa).  

- Présentation des interfaces/ports de communication les plus communs : série (RS-232, USB), parallèle (GPIB) ou encore réseau (éthernet) (CM).

- Mise en œuvre d’exemples simples de communication, de paramétrage d’appareils et d’acquisitions de données (TD).

- Développement d’une chaîne d’acquisition plus complète, via des projets (TP). 

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Ce module est consacré d'une part à la compréhension physique des processus d'émission et d'absorption de lumière dans les dispositifs semiconducteurs, et d'autre part aux technologies mises en œuvre pour fabriquer de tels dispositifs. Ces problématiques sont concrétisées dans le projet en salle blanche, avec la réalisation puis la caractérisation d'un composant opto-électronique.

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Savoir acquérir et traiter des données constitue des compétences indispensables dans un contexte professionnel de type scientifique et/ou technique. L’objectif de cet enseignement est d’adresser au mieux trois types de savoir-faire standards dans le milieu professionnel :

· L’utilisation avancée de tableurs/grapheurs (MS EXCEL, LO-CALC) pour un usage scientifique et technique

· Les interconnexions de réseaux : infrastructures, suite de protocoles TCP-IP, sécurité

· L’initiation aux bases de données relationnelles (MS ACCESS, LO-BASE) – concepts & vocabulaire, création de requêtes, états graphiques, formulaires.

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Stage d'initiation à la recherche, en laboratoire universitaire

Dates : mai-juin

Durée : 7 semaines minimum, extensible en juillet

En amont du stage, l'analyse d'un article sur proposition des tuteurs de stage permet de préparer l'étudiant à la thématique de son stage, et à la lecture approfondie de publications scientifiques.

En aval du stage, dans une démarche d'évaluation par les pairs, l'étudiant soumet son rapport écrit et sa soutenance orale au regard critique d'autres étudiants, charge à lui de les améliorer en conséquence avant leur rendu final au jury du stage.

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Ce cours est destiné à donner aux étudiants des compétences dans le domaine de résolution numérique de l’équation de Schrödinger afin de simuler des structures de puits quantiques complexes. Le cours commence par l’étude de situations où la résolution est analytique, puis des situations où la solution est semi-analytique avant d’attaquer sur la méthode des différences finies DF. Différents schémas de DF sont proposés avec, à chaque fois, une évaluation de la convergence en fonction des différents paramètres clés (troncature du domaine, nombre d’échantillons…). Enfin des exemples d’applications physiques concrètes sont étudiés.    

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Troisième et dernier volet des enseignements consacrés aux procédés d’élaboration de dispositifs micro, nano et opto-électroniques. Les dernières briques technologiques non encore traitées aux semestres précédents sont présentées de manière détaillée. L’aspect modélisation et simulation des procédés technologiques y est prépondérant, en introduction aux solutions TCAD. Enfin la synthèse de tous ces enseignements est effectuée de manière concrète avec l’enchaînement de toutes ces étapes technologiques afin de réaliser des composants discrets et intégrés, du wafer jusqu’aux dispositifs packagés.

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Cette UE présente les propriétés physiques de différentes nanostructures comme les puits quantiques, les cristaux photoniques 1D, les nanotubes de carbone ou le graphène. Les propriétés électroniques (structure et transport), vibrationnelles et optiques sont abordées ainsi que l’interaction rayonnement-matière.

Il s’agira de décrire l’élaboration de matériaux de basse dimensionnalité, les structures électroniques, photoniques et phononiques associées, d’étudier les phénomènes de transport, les couplages électron-photon, électron-phonon, les excitons ainsi que l’absorption, l’émission et la diffusion de lumière.

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Cours TD d’anglais, à l’intention des étudiants de la filière Master 2 Physique et qui visent l’insertion professionnelle en langue anglaise dans un contexte contemporain.

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Ce module est l’occasion pour les étudiants de découvrir les spécificités de monde du travail et de se préparer à l’intégrer dans les meilleures conditions possibles, notamment au travers de partages d’expérience avec des intervenants du milieu professionnel. Les étudiants s’exercent à mener à bien une candidature, avec méthode, en optimisant l’analyse de l’offre, la rédaction ciblée du CV et de la lettre de motivation, la préparation de l’entretien d’embauche (jeux de rôles, simulations).

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Les plans d’expériences font partie de la démarche qualité. C’est une méthode de conduite d’essais et d’analyse de données qui permet de gagner du temps et de l’argent. C’est pourquoi elle est très utile dans l’industrie.

L’accent est mis sur la compréhension des bases.

C’est un cours interactif, avec une approche par l’exemple.

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Ce module vise à enseigner les principes de fonctionnement des principales techniques de caractérisation de la structure (en volume et en surface) et des propriétés (optiques, électroniques, …) de la matière condensée :

• techniques de diffraction des rayons X et des électrons
• techniques de spectroscopie optique (absorption, réflexion, luminescence)
• microscopies à sonde locale

  Ce module vise à enseigner les principes de fonctionnement des principales techniques de caractérisation de la structure (en volume et en surface) et des propriétés (optiques, électroniques, …) de la matière condensée :

  • techniques de diffraction des rayons X et des électrons
  • techniques de spectroscopie optique (absorption, réflexion, luminescence)
  • microscopies à sonde locale

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Stage de fin de parcours, en entreprise ou en laboratoire universitaire

Cette expérience professionnelle significative (jusqu’à six mois) a pour but de démontrer la capacité de l’étudiant à occuper des fonctions de niveau cadre (ingénieur ou chercheur-doctorant), ou à poursuivre en thèse, dans les domaines de compétences de la formation.

Date de début : dès le mois de février

Durée : de quatre à six mois, se terminant obligatoirement avant le 31 août.

Stage de fin de parcours, en entreprise ou en laboratoire universitaire

Cette expérience professionnelle significative (jusqu’à six mois) a pour but de démontrer la capacité de l’étudiant à occuper des fonctions de niveau cadre (ingénieur ou chercheur-doctorant), ou à poursuivre en thèse, dans les domaines de compétences de la formation.

Date de début : dès le mois de février

Durée : de quatre à six mois, se terminant obligatoirement avant le 31 août.

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Cette UE est une formation expérimentale aux principales techniques de nano-caractérisations et de nanotechnologies :

• AFM
• MEB
• Photoluminescence
• Diffraction des rayons X
• Ellipsométrie
• Microscopie Optique
• Sourcemètre
• Capacimètre
• Procédés de fabrication de micro-dispositifs en salle blanche

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