Étude en photoluminescence du phosphore noir bidimensionnel

Les matériaux bidimensionnels ont eu un gain en popularité lorsque les propriétés exceptionnelles du graphène ont été démontrées en 2004. Depuis cette découverte, les matériaux 2D ont eu un essor fulgurent en science des matériaux. Par définition, ces matériaux consistent en un assemblage d'atome sur un plan. L'épaisseur est alors seulement d'une couche d'atomes. Les propriétés causées par cette dimensionnalité réduite peuvent toutefois être observées jusqu'à plusieurs couches. Parmi la panoplie de possibilité, un matériau récent attire l'attention : le phosphore noir (BP). Le phosphore monoatomique a plusieurs formes, l'allotrope noir étant le plus stable d'entre tous. C'est un cristal de Van Der Waals tout comme le graphite, donc les méthodes de fabrication sont très similaires. Par rapport aux autres matériaux du même genre, le phosphore noir est souvent comparé aux dichalcogénure de métaux de transitions (TMDC) et au graphène. Dans cette optique, il se différencie par sa forte anisotropie et sa bande interdite. Son anisotropie offre une masse effective et une mobilité dépendante de la direction cristalline. Comme tous les matériaux 2D, le phosphore noir voit ses propriétés électriques et optiques changer selon le nombre de couche. Sa bande interdite varie entre celle du graphène et des TMDC offrant un domaine d'applications dans l'infrarouge. En effet, sous forme massive, son gap est d'environ 0,33eV. L'étude du phosphore noir bidimensionnel n'a débuté que depuis 2014, donc la recherche est encore très active. Ce mémoire vise à étudier les propriétés du phosphore noir massif en vue de son application dans des dispositifs infrarouges. En effet, sa bande interdite directe pourrait offrir de bonnes performances dans un domaine spectral ayant peu de candidats. L'objectif est de déterminer les mécanismes non radiatifs limitant son efficacité. La méthodologie consiste à prendre des mesures en photoluminescence à plus hautes densité de porteur. Dans le cas de diode électroluminescente (DEL), la recombinaison Auger est le mécanisme limitant et particulièrement pour petit gap comme le BP. C'est l'hypothèse de départ. La fabrication des échantillons est faite par exfoliation mécanique. Il s'agit d'utiliser du ruban adhésif pour amincir et transférer le BP sur un substrat. Les mesures d'intensité de PL en fonction de la température ont révélé l'activation thermique d'un mécanisme non radiatif à une énergie de 49meV. Les mesures de spectres contenant une queue Urbach porte à croire qu'il y a présence de défauts dans le matériau. Des séries de puissance permettent l'observation de la diminution d'efficacité à haute densité de porteur à température ambiante, mais moins à une température inférieure.