Technique de photocourant modulé

La technique de photocourant modulé (MPC pour modulated photocurrent) a été proposée pour la premier fois par H. Oheda en 1981 [1], puis le traitement des données a été largement amélioré par R. Brüggemann et al. [2] et la technique totalement analysée sur le plan théorique [3]. Son principe est le suivant : on dépose sur l’échantillon deux électrodes parallèles et ohmiques et on éclaire l’espace inter-électrode avec un flux lumineux continu auquel on superpose un petit flux alternatif de pulsation ω. L’énergie des photons est choisie pour être juste supérieure à la largeur de bande interdite. De la mesure de l’amplitude du photocourant alternatif résultant et de sa différence de phase avec l’excitation lumineuse pour différentes températures et différentes valeurs de ω on peut obtenir une spectroscopie de la densité d’états de la bande interdite interagissants avec les porteurs majoritaires.

Cette technique est particulièrement bien adaptée à l’étude de semi-conducteurs semi-isolants et a été appliquée avec succès à de nombreux matériaux aussi bien déposés en couche mince (a-Si:H, µc-Si, CIGS, Sb2S3, …) que cristallin massif (GaAs, CdTe, Bi12TiO20, a-GeTe, …). Elle permet donc des investigations sur la qualité électronique de matériaux destinés au photovoltaïque, à l’électronique, ces matériaux pouvant être photo-réfractifs ou encore à changement de phase.

Nous avons développé un banc de mesure équipé d’un cryostat sous vide (< 10^-5 mbar) qui permet de faire varier la température de l’échantillon dans une plage de 110 K à 450 K et pourvu de sources lumineuses modulables entre 1 Hz et 40 kHz, avec des longueurs d’onde allant de 380 nm à 850 nm, ce qui nous permet d’étudier un grand nombre de matériaux. De plus, des mesures de conductivité d’obscurité et de photoconductivité peuvent être réalisées simultanément.

La figure 1 ci-dessous montre un exemple de spectroscopie par la technique MPC de la densité d’états présents dans la bande interdite d’un cristal de GaAs:Cr.

Figure 1 :  (a) Pics de densité d’états présents dans la bande interdite d’un cristal de GaAs:Cr mis en évidence par la technique MPC, (b) le traitement des données de MPC révèle cinq défauts dont la position énergétique est indiquée sur la figure

Références

[1] H. Oheda, J. Appl. Phys. 52, 6693 (1981).
[2] R. Brüggemann, C. Main, J. Berkin, S. Reynolds, Philos. Mag. B 62, 29 (1990).
[3] C. Longeaud, J. P. Kleider, Phys. Rev. B 45, 11672 (1992); C. Longeaud, J. P. Kleider, Phys Rev. B 48, 8715 (1993).
[4] C. Longeaud, J. P. Kleider, P. Kaminski, R. Kozlowski, M. Pawlowski, J. Cwirko, Semicond. Sci. Technol. 14, 747–756 (1999).

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