Emetteurs infrarouges superradiants
Superradiant infrared emitters
par Sébastien COSME sous la direction de Angela VASANELLI et de Carlo SIRTORI
Thèse de doctorat en Physique
ED 564 Physique en Île-de-France

Soutenue le lundi 04 mars 2019 à Sorbonne Paris Cité

Sujets
  • Gaz d'électrons
  • Plasmons
  • Semiconducteurs

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Mots clés
Moyen Infrarouge, Gaz bidimentionnel électrons, Plasmon confiné, Semiconducteur, Emetteur thermique
Resumé
Cette thèse porte sur la réalisation et la caractérisation d'émetteurs infrarouges, basés sur l'utilisation de couches semi-conductrices III-V fortement dopées. Quand l'épaisseur des couches est inférieure à la longueur d'onde du plasmon dans le matériau, le plasmon est confiné et se couple très fortement au rayonnement. Son spectre d'absorption présente une unique résonance se trouvant dans l'infrarouge moyen pour nos structures. Le taux d'émission spontanée du plasmon est proportionnel à la densité électronique de la couche semi-conductrice fortement dopée. L'émission spontanée est donc un phénomène coopératif : en d'autres termes, le plasmon confiné est superradiant. Dans cette thèse j'ai exploité l'égalité qui existe entre l'émissivité et l'absorptivité d'une structure (loi de Kirchhoff de l'émissivité), ainsi que le fort couplage des plasmons au rayonnement, pour réaliser des émetteurs thermiques dans l'infrarouge moyen, à spectre étroit et directifs. Dans les dispositifs que j'ai réalisés le plasmon est excité thermiquement en injectant un courant dans le plan des couches semiconductrices. L'étude et l'amélioration de leurs propriétés d'émission sont au cœur de mon travail de thèse. Le résultat principal que j'ai obtenu est la réalisation d'émetteurs thermiques modulables en fréquence jusqu'à 50 MHz, soit deux ordres de grandeur au-dessus de l'état de l'art.