[en] The scope of the present Bachelor Thesis is to study an alternative material for the channel of a phototransistor, the black phosphorus. The search for a new material for the channel of phototransistors is motivate by the issues to further scale down devices with the traditional silicon channels. Although during the last 50 years the size of these devices has been significantly reduced, today we are very close to reach an impasse. We have chosen to study black phosphorus for several reasons. First, because its structure is laminated, one can isolate atomically thin layers by mechanical exfoliation, allowing to reduce the dimensions of the phototransistor and thus to improve their performance. Moreover, due to its narrow direct bandgap, it can be used for detection of light in a wide band of spectrum and energy harvesting, reaching the near-infrared range. The first part of this thesis consists on the fabrication of a field effect phototransistor based on MoS2, as it is a well-known and characterized material which will be used to confirm that the methods and experimental setups provide us the correct results. We isolate a few atoms thick flakes this bidimensional material and we determine the electrical and optoelectronic characteristics of these devices. Once we have checked for the correct operation and calibration of our experimental setup, we proceed to fabricate a field effect phototransistor, based on the material under study, black phosphorus, using the same methods as with MoS2 devices. The characterization of black phosphorus-based photodetectors yields a good performance, meaning that the material is a good candidate for photodetection applications. This photodetector has a fairly high responsivity (comparable that of commercial silicon-based photodetectors) and a wide bandwidth, even responding in the infrared range from 1.2 to 1.55 microns (one critical band of the spectrum for optical fiber communication).

[es] Este Trabajo Fin de Grado (TFG) consiste en el estudio de un material alternativo para el canal de un fototransistor: el fósforo negro. La búsqueda de un nuevo material para el canal de un fototransistor proviene de la falta de escalabilidad del dispositivo con el tradicional canal de silicio que, aunque durante los últimos 50 años el tamaño de estos dispositivos se ha ido reduciendo notablemente, hoy en día se está muy cerca de llegar a un punto de estancamiento. Se ha elegido el fósforo negro por varias razones. Debido a su estructura laminada se pueden obtener capas atómicamente finas, permitiendo reducir así las dimensiones del transistor y mejorar su rendimiento. Además, gracias a su estrecho bandgap directo, le permite ser utilizado para la detección de luz en una banda ancha del espectro y la recolección de energía, llegando hasta el rango de infrarrojo cercano. En este trabajo, lo primero que hacemos es fabricar un fototransistor de efecto campo basado en MoS2, ya que es un material bien conocido y caracterizado, que nos servirá para comprobar que los métodos y montajes experimentales nos proporcionan resultados correctos. Aislamos copos del material de tan solo unos pocos átomos de espesor y determinamos las características eléctricas y optoelectrónicas de estos dispositivos. Una vez comprobado el correcto funcionamiento y la calibración de nuestro montaje experimental, procedemos a fabricar un fototransistor de efecto campo, esta vez ya basado en el material a estudio, el fósforo negro, siguiendo los mismos métodos empleados que con los dispositivos de MoS2. Con la caracterización del dispositivo basado en fósforo negro, demostramos que es un buen candidato para la fabricación de fototransistores ya que nuestro fotodetector tiene una responsividad bastante elevada (comparable con valores de fotodetectores comerciales basados en silicio) y un ancho de banda muy amplio, incluso respondiendo en la banda de infrarrojos de 1.2 a 1.55 micras (una banda del espectro crucial para la comunicación por fibra óptica).