Electromechanical characterizations of MEMS based energy harvesters by harmonic sampling analysis method

Peer Reviewe

Development of Electromechanical Architectures for AC Voltage Metrology

This paper presents results of work undertaken for exploring MEMS capabilities to fabricate AC voltage references for electrical metrology and high precision instrumentation through the mechanical-electrical coupling in MEMS. From first MEMS test structures previously realized, a second set of devices with improved characteristics has been developed and fabricated with Silicon on Insulator (SOI) Surface Micromachining process. These MEMS exhibit pull-in voltages of 5 V and 10 V to match with the best performance of the read-out electronics developed for driving the MEMS. Deep Level Transient Spectroscopy measurements carried out on the new design show resonance frequencies of about only some kHz, and the stability of the MEMS output voltage measured at 100 kHz has been found very promising for the best samples where the relative deviation from the mean value over almost 12 hours showed a standard deviation of about 6.3 ppm

Modélisation semi­classique du courant tunnel inter­bandes dans les jonctions tunnel GaAs

National audienceLes jonctions tunnel sont un élément de base dans les cellules solaires multijonction (MJSC), en assurant une interconnexion électrique entre chaque sous­cellule absorbante. La minimisation des pertes électriques et optiques au travers de ces jonctions fortement dopées est ainsi une condition essentielle pour l'obtention de très hauts rendements. De plus ces cellules MJSCs fonctionnant généralement sous concentration, ces jonctions tunnel doivent être capables de conduire avec une très faible résistance de très forts courants [1]. Nous avons mené une étude théorique et expérimentale sur différentes structures de jonctions tunnel GaAs qui a permis d'identifier les mécanismes d'effet tunnel prédominants et de proposer un modèle semi­classique d'effet tunnel interbande simple et prédictif. Pour cela, nous nous sommes basés sur les résultats expérimentaux de sept échantillons de JTs GaAs de dopage N croissant, dont les performances indiquent que l'effet tunnel interbande est prédominant par rapport à l'effet tunnel assisté par les défauts. Ce résultat a été confirmé par des simulations semi­ classiques [2] et quantiques [3]. La précision des modèles semi­classiques a alors été augmentée par la considération de la non­parabolicité des bandes dans le cas de fort dopages, et la prise en compte de la non­ uniformité du champ électrique dans la structure [3] Ce modèle permet donc d'évaluer quantitativement le courant tunnel et notamment le courant pic des jonctions tunnel dans le système GaAs. En effet nous avons montré que les résultats obtenus par le modèle semi­classique étaient en accord très proche, d'une part avec les mesures expérimentales, et d'autre part avec des simulations effectuées à l'aide d'un modèle quantique développé à l'IM2NP. Ce modèle analytique, de par sa simplicité et sa précision, pourrait donc être étendu à des structures de bande plus complexes, et potentiellement pourrait être facilement intégré dans des outils plus généraux de modélisation de dérive­diffusion

Fabrication, caractérisation et simulation d’hétérojonctions tunnel et d’un absorbeur à 1eV à base de semiconducteurs III-V pour les cellules solaires multijonctions à haut rendement

National audienc

Modélisation semi­classique du courant tunnel inter­bandes dans les jonctions tunnel GaAs

National audienceLes jonctions tunnel sont un élément de base dans les cellules solaires multijonction (MJSC), en assurant une interconnexion électrique entre chaque sous­cellule absorbante. La minimisation des pertes électriques et optiques au travers de ces jonctions fortement dopées est ainsi une condition essentielle pour l'obtention de très hauts rendements. De plus ces cellules MJSCs fonctionnant généralement sous concentration, ces jonctions tunnel doivent être capables de conduire avec une très faible résistance de très forts courants [1]. Nous avons mené une étude théorique et expérimentale sur différentes structures de jonctions tunnel GaAs qui a permis d'identifier les mécanismes d'effet tunnel prédominants et de proposer un modèle semi­classique d'effet tunnel interbande simple et prédictif. Pour cela, nous nous sommes basés sur les résultats expérimentaux de sept échantillons de JTs GaAs de dopage N croissant, dont les performances indiquent que l'effet tunnel interbande est prédominant par rapport à l'effet tunnel assisté par les défauts. Ce résultat a été confirmé par des simulations semi­ classiques [2] et quantiques [3]. La précision des modèles semi­classiques a alors été augmentée par la considération de la non­parabolicité des bandes dans le cas de fort dopages, et la prise en compte de la non­ uniformité du champ électrique dans la structure [3] Ce modèle permet donc d'évaluer quantitativement le courant tunnel et notamment le courant pic des jonctions tunnel dans le système GaAs. En effet nous avons montré que les résultats obtenus par le modèle semi­classique étaient en accord très proche, d'une part avec les mesures expérimentales, et d'autre part avec des simulations effectuées à l'aide d'un modèle quantique développé à l'IM2NP. Ce modèle analytique, de par sa simplicité et sa précision, pourrait donc être étendu à des structures de bande plus complexes, et potentiellement pourrait être facilement intégré dans des outils plus généraux de modélisation de dérive­diffusion

Modelling of interband transitions in GaAs tunnel diode

International audienceIn this paper, an improved model for non-local band-to-band tunneling carrier transport is presented and compared to experimental measurement from GaAs tunnel junctions devices. By carefully taking into account the coupling between the conduction band and the light holes valence band, the model is able to predict, with realistic material parameters, the amplitude of the current density throughout the whole tunneling regime. The model suggests that elastic band-to-band tunneling instead of trap-assisted-tunneling is the predominant mechanism in GaAs tunnel junctions, which is of great interest for better understanding and improving III–V multijunction solar cells

Jonctions tunnels à base d'hétérostructures à semiconducteurs III-V pour les cellules solaires multi-jonctions à haut rendement

National audienc

Fabrication, characterization and simulation of MBE-grown GaAs-based tunnel diodes with type I and type II heterojunctions for multijunction solar cells

International audienc

Pseudomorphic and metamorphic (Al)GaAsSb/(Al)InGaAs tunnel junctions for GaAs based Multi-Junction Solar Cells

International audienceAim and approach-Tunnel Junctions (TJs) are key devices for monolithic Multi-Junction Solar Cells (MJSCs), in which they ensure the series interconnection between the subcells. For GaAs based MJSCs, very low resistive (with peak tunneling current density J peak up to 10 kA/cm²) AlGaAs:C/GaInP:Te or AlGaAs:C/GaAs:Te have been recently developed by MOVPE using Te instead of Si as N-dopant making it possible to get the heavily doping levels needed for tunneling optimization [1]. In this work, we investigate an alternative to this approach. The tunneling probability is increased through the engineering of band-offset thanks to the use of a type II (Al)GaAsSb/(Al)InGaAs staggered heterojunction. Such TJs are suitable for both lattice-matched and metamorphic MJSCs. Scientific innovation and relevance – MBE was used to grow pseudomorphic and metamorphic (Al)GaAsSb/(Al)InGaAs TJs (5% to 10 % In and Sb contents) on GaAs substrate, where Aluminium enables to limit light absorption in the TJ. We have experimentally and theoretically investigated the role of the layer thicknesses on the tunneling mechanisms to propose TJ heterostructure designs suitable for lattice-matched MJSCs and metamorphic MJSCs. Preliminary results and conclusions-For relatively thin [10 to 30 nm] type II TJs, the incorporation of Sb/In in the GaAs TJ is actually degrading the electrical performances, with J peak decreasing from 180 A/cm² for simple GaAs TJ to 70 A/cm² for GaAs 0.95 Sb 0.05 /In 0.05 Ga 0.95 As TJs. On the other hand, thicker 100 nm (Al)GaASb/(Al)InGaAs TJs present the expected tunneling current density increase with J peak close to 1000 A/cm². It worths to note that such thick TJs lead to strain/relaxation issues that could be detrimental for lattice-matched MJSCs but beneficial for metamorphic MJSCs. The origin of this difference in behavior is under investigation both using a semi-classical model [2] and a Non Equilibrium Green's Function based quantum model [3]. First simulations suggest that it originates from a balance between quantum confinement and type II-related tunneling probability enhancement. Based on these results, we are developing GaAs/InGaAs/GaAsSb/GaAs TJs suitable for lattice-matched MJSCs with preliminary measurements showing a thousand-fold increase of the peak tunneling current. Complementary, we are studying the relaxation mechanisms of (Al)Ga(In)As(Sb) alloys using in-situ MBE stress measurements in order to optimize the growth of metamorphic (Al)GaAsSb/(Al)InGaAs TJs