Transitions électroniques dans le diamant

Objectif

Pour le développement futur des dispositifs optoélectroniques et d'autres applications basées sur le diamant et les nanodiamants, la caractérisation sans contact des états de défauts électroniques et des transitions électroniques dans le diamant massif et à la surface des diamants sur une large gamme spectrale présente un grand intérêt.

Solution

La spectroscopie de phototension de surface (SPV) sans contact, réalisée en mode sonde de Kelvin (mesure directe de la différence de potentiel de contact, DCPD) et en régimes modulés, fournit des informations sur les énergies de transition et la direction de la séparation de charge dans une gamme spectrale allant du proche infrarouge (< 0,5 eV) jusqu'à l'ultraviolet profond (> 6 eV) avec une grande sensibilité.

Exemple d'application

Le diamant présente une bande interdite indirecte ultra-large de 5,47 eV [1]. La figure 1 montre le spectre DCPD et sa dérivée pour un échantillon de diamant polycristallin préparé par CVD. Les transitions liées à l’excitation via des états de défauts et les transitions autour de la bande interdite peuvent être clairement distinguées [2]. Pour les spectres SPV modulés d'un autre échantillon de diamant, la sensibilité est accrue et les transitions à 5,258 et 5,544 eV liées à l'absorption assistée par l'exciton indirect et le phonon optique transversal sont bien prononcées. Les spectres correspondants sont comme des empreintes digitales et peuvent être utilisés, par exemple, pour le contrôle en ligne dans les chaînes de production.

Références

[1] C. D. Clark, P. J. Dean, P. V. Harris, « Intrinsic edge absorption in diamond », Proc. R. Soc. London A 277, 312 (1964).

[2] Th. Dittrich et S. Fengler, « Transitions in polycrystalline diamond probed by surface photovoltage spectroscopy », à soumettre.