DOSSIER
OPTRONIQUE & infrarouge
DE LA SYNTHÈSE À L’ INTÉGRATION DES NANOCRISTAUX DANS UN IMAGEUR Les nanocristaux sont des nanoparticules de semiconducteurs synthétisées par voie chimique. Leur taille nanométrique fait qu’ ils sont affectés par le confinement quantique, ce qui permet d’ ajuster leur couleur, qui diffère alors de celle du matériau massif. Cette propriété est illustrée sur la Figure 2a, où une série de solutions de nanocristaux de CdSe voit son spectre de luminescence se décaler vers le bleu à mesure que la taille des particules est réduite.
Ce sont généralement des semiconducteurs binaires( II-VI, III-V, IV-VI), et la voie de synthèse repose sur la réaction d’ un sel métallique( généralement le cation) dans un milieu liquide en présence de surfactant, également appelé ligand. À une température modérée( 60 – 300 ° C selon le matériau et la taille visée), un précurseur contenant généralement l’ anion est introduit dans le milieu réactionnel, engendrant la formation de germes qui vont ensuite croître dans le temps. Lorsque le spectre souhaité est atteint— c’ est-à-dire lorsque la taille visée est obtenue par confinement quantique—, la croissance des particules est interrompue. Cette étape a généralement lieu avant que la réaction chimique ne soit complète. L’ étape de purification est absolument critique pour le contexte de l’ optoélectronique: sans elle, il ne sera pas possible de transformer les NCs en un film photoconducteur.
Figure 2. Nanocristaux colloidaux visibles et infrarouges. a. Image de solutions de nanocristaux sous éclairement UV et émettant dans le visible. Les nanocristaux bleus ont un cœur de 2 nm, alors que les rouges ont un cœur proche de 6 nm. b. Image de microscopie electronique de nanocristaux de HgTe. L’ insert est une photographie d’ un pilulier contenant ces mêmes nanocristaux. c. Spectre infrarouge d’ absorption de nanocristaux de HgTe.
Figure 3. Imagerie infrarouge à base de nanocristaux. a. Schéma d’ un imageur à base de film mince InGaAs, cru sur un substrat d’ InP et couplé à travers des billes d’ indium à un circuit de lecture en technologie CMOS. b. Schéma d’ un circuit de lecture sur lequel le film de nanocristaux est directement déposé. c. Image visible de deux piluliers contenant des solutions d’ eau et d’ acetone transparents dans le visible et devant lesquels ont été placés un substrat de silicium et un substrat de verre recouvert d’ ITO. d. La même scène acquise dans l’ infrarouge avec un capteur dont la couche active est faite de nanocristaux de HgTe. e. Image infrarouge de la parade aérienne du 14 juillet survolant Paris.
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