OPTRONIQUE & infrarouge
DOSSIER
À ce jour, la majorité des efforts en matière de photodétection infrarouge( IR) à base de nanocristaux( NC) s’ est concentrée sur deux matériaux: le PbS et le HgTe. Les NCs de PbS bénéficient d’ un développement approfondi dans le contexte des cellules solaires, conduisant à des protocoles de synthèse et des architectures de dispositifs matures. En revanche, les NCs de HgTe restent essentiellement la seule plateforme colloïdale permettant d’ accéder au moyen infrarouge.
En fin de synthèse, une solution de nanocristaux infrarouges apparaît sous la forme d’ une solution noire( Figure 2b), dont le spectre peut être accordé, via le confinement quantique, depuis la valeur du matériau massif( E massif
PbS = 0,41 eV; E massif
HgTe = 0 eV) et augmenté de plusieurs centaines de meV. Les NCs sont alors recouverts de
ligands, qui assurent plusieurs rôles. Ces ligands, composés de chaînes carbonées, interagissent avec le solvant, empêchant ainsi l’ agglomération des particules tout en assurant leur stabilité colloïdale. Par ailleurs, en s’ hybridant avec les liaisons pendantes de surface, les ligands limitent la formation d’ états de piège dans la bande interdite.
Cependant, du point de vue du transport de charge, les ligands se comportent comme des barrières tunnel, empêchant l’ émergence d’ un caractère photoconducteur dans les films de nanoparticules. Ils doivent donc être remplacés par des molécules plus courtes, dont le rôle dual est de conserver la passivation de surface tout en réduisant la taille de la barrière tunnel inter-particulaire. Cette étape a fait l’ objet de développements importants entre 2000 et 2010. Il est désormais possible de modifier la chimie de surface des NCs en solution, ce qui conduit à une encre se comportant comme une résine photoconductrice active dans l’ infrarouge après dépôt.
Cette encre peut donc être directement enduite sur un circuit de lecture( Figure 3), ce qui constitue l’ un des points forts des nanocristaux par rapport aux films obtenus par épitaxie. En effet, les films minces de semiconducteur sont crus sur un substrat qui, dans la mesure du possible, est en accord de paramètre de maille avec le matériau optiquement actif. Le substrat génère de multiples contraintes:( i) il est source de coût,( ii) il est la principale source de métaux lourds dans le cas des composés II-VI,( iii) il peut lui-même absorber la lumière.
Le couplage du film absorbant au circuit de lecture, basé sur une technologie silicium, se fait par une étape de collage, le plus souvent à l’ aide de microbilles d’ indium( Figure 3a). Cette étape nécessite un alignement extrêmement précis et devient plus ardue à mesure que le format de la matrice augmente et / ou que la taille des pixels diminue.
Les nanocristaux( NCs) suppriment la contrainte épitaxiale et l’ hybridation, ce qui facilite largement leur intégration même pour les petits pixels permettant une grande résolution. Ils peuvent donc être déposés directement sur le circuit de lecture( Figure 3b). Si le circuit de lecture permet l’ application d’ un champ électrique dans le plan, le dépôt de la seule couche photoabsorbante suffit à la réalisation
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