Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation

15/11/2013
Auteurs :
Publication eREE
OAI : oai:www.see.asso.fr:14389:5298
DOI :

Résumé

Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation

Auteurs

L’IA et l’industrie
L’intelligence artificielle : prothèse ou orthèse ?
Refroidissement des logements : ne refaisons pas l’erreur des chauffages d’appoint
26e Congrès de la Conférence générale des poids et mesures (CGPM) à Versailles
Gérard Mourou, prix Nobel de physique 2018
Transition énergétique : il est temps de redonner la priorité à l’électricité
Comment décarboner les transports lourds de marchandises ?
La RATP se met au vert
Autoconsommation : le débat ne fait que commencer
Un mix gazier 100 % renouvelable en 2050 : peut-on y croire ?
La fiscalité du carbone se renforce
Stratégie nationale bas carbone : les premiers indicateurs de résultats interpellent
Eoliennes flottantes : deux inaugurations importantes mais beaucoup d’incertitudes demeurent
Vers un cluster de l’hydrogène dans la région de Liverpool-Manchester
Les batteries Li-ion pour l’automobile : un marché en pleine évolution
Mobileye et le Road Experience Management (REMTM)
La cyber-sécurité dans les systèmes d'automatisme et de contrôle de procédé
Les applications industrielles et scientifiques des logiciels libres : aperçu général
Les applications industrielles des logiciels. libres
Les applications industrielles des logiciels libres (2ème partie)
L'identification par radiofréquence (RFID) Techniques et perspectives
La cyber-sécurité des automatismes et des systèmes de contrôle de procédé. Le standard ISA-99
Êtes-vous un « maker » ?
Entretien avec Bernard Salha
- TensorFlow, un simple outil de plus ou une révolution pour l’intelligence artificielle ?
Donald Trump annonce que les Etats-Unis se retirent de le l’accord de Paris
L’énergie et les données
Consommer de l’électricité serait-il devenu un péché ?
Un nouveau regard sur la conjecture de Riemann – Philippe Riot, Alain Le Méhauté
Faut-il donner aux autorités chargées du respect de la loi l’accès aux données chiffrées ?
Cybersécurité de l’Internet des objets : même les ampoules connectées pourraient être attaquées
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 2)
ISA L’évolution des normes et des modèles
FIEEC - SEE - Présentation SEE et REE - mars 2014
Les radiocommunications à ondes millimétriques arrivent à maturité
L’Internet des objets - Deux technologies clés : les réseaux de communication et les protocoles (Partie 1)
Internet des objets : l’ARCEP et l’ANFR mettent à la consultation l’utilisation de nouvelles bandes de fréquence autour de 900 MHz
L’énergie positive
Controverses sur le chiffrement : Shannon aurait eu son mot à dire
La cyberattaque contre les réseaux électriques ukrainiens du 23 décembre 2015
Le démantèlement des installations nucléaires
L’Accord de Paris
Les data centers
L’hydrogène
Le piégeage et la récolte de l’énergie. L’energy harvesting
Régalez-vous, c’est autant que les Prussiens n’auront pas...
Le kWh mal traité Deuxième partie : le contenu en CO2 du kWh
Le kWh mal traité
Enova2014 - Le technorama de la REE
Les grands projets solaires du pourtour méditerranéen
Après Fukushima, le nucléaire en question ?
On sait désormais stocker les photons pendant une minute
Identification d’objet par imagerie fantôme utilisant le moment orbital angulaire
La découverte du boson de Higgs, si elle est avérée, confirmera le modèle standard
Multiplexage par moment angulaire orbital : mythe ou réalité ?
Supercalculateur quantique: le choix de la supraconductivité
Photovoltaïque : la course au rendement se poursuit
Production d’hydrogène par photolyse de l’eau assistée par résonance plasmon
Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation
Les nombres premiers en première ligne
La nouvelle révolution des moteurs électriques
Les cyber-attaques, un risque pour nos grandes infrastructures ?
Le stockage de l’électricité
Le véhicule électrique (2) : comment donner corps à la transition énergétique ?
L'automatisation des transports publics
Les technologies nouvelles de l’éclairage : leur impact sur l'environnement et la santé
Les énergies marines renouvelables
Le véhicule électrique : une grande cause nationale
Médaille Ampère 2012
Berges2009_Hauet.pdf
Prix Bergès 2009

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6 mai 2013   Vers une meilleure compréhension du bruit de scintillation  Jean‐Pierre Hauet  Membre émérite de la SEE      Le bruit de scintillation (ou flicker noise), dont  la densité spectrale est de la forme S(f)~So/fα,  α  étant  compris  entre  0,8  et  1,3,  est  un  phénomène  identifié  initialement  dans  l'émission cathodique des tubes à vide (1925)  qui  se  manifeste  dans  tous  les  circuits  électroniques.  En  coordonnées  logarithmiques,  il  se  caractérise  par  une  décroissance linéaire de l’intensité du bruit en  fonction  de  la  fréquence  (bruit  rose,  par  comparaison  au  bruit  blanc  de  densité  indépendante  de  la  fréquence  relevé  aux  fréquences  suffisamment  élevées).  Prédominant  aux  fréquences  basses,  il  peut  constituer un obstacle au bon fonctionnement  de certains équipements.  Son  origine  a  été  imputée  à  la  superposition  de  nombreux  phénomènes  liés  notamment  aux  mécanismes  de  la  conduction  électrique.  A.  L.  Mc.  Whorter  a  développé  en  1957  un  modèle  privilégiant  la  fluctuation  du  nombre  de  porteurs  de  charge,  estimant  que  «  les  résultats actuels ne laissent maintenant aucun  doute  que  ce  bruit  est  globalement,  sinon  entièrement  un  phénomène  de  surface».  F.N.  Hooge a attribué en 1969 le bruit en 1/f à la  fluctuation  de  la  mobilité  des  porteurs  de  charge,  considérant  que  «  les  recherches  effectuées démontrent que le bruit en 1/f est  dû à la fluctuation de la mobilité des porteurs  de  charge  et  non  pas  à  la  variation  de  leur  concentration ».  Une question essentielle était donc de savoir  si le bruit en 1/f est un phénomène de surface  ou bien un phénomène de volume. C’est pour  y répondre qu’une étude a été menée par une  équipe  de  chercheurs,  dirigée  par  Alexander  A. Balandin, professeur en génie électrique et  directeur du "Nano‐Device Laboratory", à       l'Université  de  Californie  ‐  Riverside.  Les  résultats en ont été publiés en mars 2013.  Les  travaux  menés  utilisent  les  propriétés  du  graphène, matériau bidimensionnel découvert  en  2004,  qui  possède  des  propriétés  remarquables de conductivité électrique et de  robustesse ainsi qu’une grande légèreté. A la  différence  des  films  métalliques  ou  semi‐conducteurs  –  pour  lesquels  une  épaisseur de 8 nm est la limite en dessous de  laquelle  il  semble  impossible  de  réaliser  une  couche  homogène  –  les  dépôts  de  graphène  peuvent  être  ajustés  couche  par  couche  jusqu’à  ne  contenir  qu’une  seule  couche  monoatomique  et  ceci  sans  altérer  l’homogénéité  des  couches.  En  analysant  le  bruit  en  1/f  dans  un  échantillon  de  dépôts  correspondant  chacun  à  un  nombre  de  couches donné, il est dès lors de possible de  savoir si le bruit provient de la surface ou du  volume et, s’il provient des deux, à partir de  quelle  épaisseur  l’un  ou  l’autre  devient  dominant.  Un  dispositif  expérimental  très  sophistiqué  a  permis de fabriquer et de tester un lot de 15  composants constitués de 1 à 15 couches de  graphène (figure 1).  Partant de là, une modélisation de la structure  a  permis  de  distinguer  les  phénomènes  de  conduction et d’interfaces entre couches. Les  mesures  d’intensité  du  courant  ont  permis  d’analyser la variation du bruit en fonction du  nombre de couches et, avec l’aide du modèle,  de  séparer  le  bruit  de  surface  du  bruit  de  volume.  On  voit  que  le  bruit  suit  fidèlement  une loi en 1/f (α~1) quel le soit le nombre de  couches (figure 2). On détermine que le bruit  de  volume  l’emporte  sur  le  bruit  de  surface  dès  lors  que  le  nombre  de  couches  est  supérieur à 7 ou, de façon plus précise, que le    bruit  engendré  par  la  couche  de  surface  équivaut  à  six  fois  le  bruit  engendré  par  chacune  des  couches  inférieures  qui  constituent  le  volume  (figure  3).   Figure  1 :  (a)  Vue  générale  du  dispositif  faisant  apparaitre  les  électrodes  (en  jaune)  et  l’empilement  de  graphène (en bleu). Le bâtonnet noir donne l’échelle (3 μm). (b) Balayage au microscope électronique selon la  ligne  en  pointillé  faisant  apparaitre  une  épaisseur  de  3.4  nm  pour  un  empilement  à  7  couches.  Source :  Balandin & Al.     Figure 2 : Courbes de variation du bruit en fonction du  nombre de couches. Source : Balandin & Al.  Figure  3 :  Décomposition  de  l’origine  du  bruit  en  fonction du nombre de couches. Source : Balandin &  Al.    Les  résultats  sont  très  importants  pour  la  conception  des  futurs  composants  électroniques.  En  effet,  la  taille  des  composants  diminue  en  permanence,  en  particulier ceux de la filière CMOS, et le bruit  en  1/f  devient  limitant.  Ce  bruit  perturbe  également les circuits à haute fréquence. Avec  des  épaisseurs  de  couche  s’approchant  du  nanomètre, il est important de savoir à partir  de quel seuil, le bruit en 1/f devient un bruit  de  surface  pur,  même  si  ce  seuil  peut  dépendre du matériau considéré.  Les  résultats  seront  également  utiles  pour  développer  les  applications  du  graphène.  Le  graphène  n’a  pas  de  bande  interdite  ce  qui  entrave  son  utilisation  pour  des  applications  non analogiques. Par contre, c’est un matériau  intéressant pour des composants analogiques  entrant dans la conception de capteurs ou de  transmetteurs.  Il  sera  alors  essentiel  de  pouvoir y maîtriser le bruit en 1/f.