Opto-électronique de boîtes et puits quantiques colloïdaux - Application au photo-transport

par Adrien Robin

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Benoît Dubertret et de Emmanuel Lhuillier.

Soutenue le 04-11-2016

à Paris 6 , dans le cadre de École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris) , en partenariat avec Laboratoire de Physique et d'Etude des Matériaux (laboratoire) .

Le jury était composé de Stéphane Berciaud, Philippe Bois, Nadine Witkowski.

Les rapporteurs étaient Bernard Urbaszek, Vincent Derycke.


  • Résumé

    Les nanocristaux colloïdaux semi-conducteurs sont des matériaux synthétisés en suspension et dont les propriétés optiques sont ajustables par leur taille. Une fois sous forme de film, il est possible d’effectuer du transport de charges et ainsi obtenir des dispositifs opto-électroniques. Nous avons choisi deux types de nanocristaux présentant des propriétés optiques originales, mais dont le transport est mal connu. Nous l’étudions d’abord dans des films de nanocristaux bidimensionnels, les nanoplaquettes de CdSe, qui sont une réalisation colloïdale de puits quantiques. Nous montrons qu’il est possible d’accroître le gain de photoconduction en passivant les pièges électroniques afin d’augmenter le temps de vie des porteurs photogénérés. Nous tirons également parti de l’extension latérale de ces objets en les déposant sur des électrodes nanométriques de la taille des particules. Cela permet de s’affranchir du transport par sauts tunnel tout en surmontant l’interaction coulombienne entre l’électron et le trou photogénérés. De manière alternative, nous utilisons un canal de graphène comme couche de transport. Combiné aux propriétés optiques bien définies des nanoplaquettes, nous associons ainsi le meilleur des deux mondes. Enfin, nous étudions le transport dans des films de nanocristaux de HgSe. Ces objets étant naturellement dopés après synthèse, ils présentent une transition intrabande dans l’infrarouge moyen. Nous montrons que le dopage peut s’expliquer par la réduction des nanocristaux par l’eau, et qu’il est contrôlable en jouant sur les dipôles de surface induits par les ligands. Cela nous permet finalement d’élaborer un photodétecteur sur un substrat flexible.

  • Titre traduit

    Colloidal quantum wells and dots optoelectronics - Photo-transport application


  • Résumé

    Colloidal semiconducting nanocrystals are solution-grown inorganic particles whose optical properties are size-dependent. By depositing a film of these objects, charge transport become possible and one can obtain optoelectronic devices. We have chosen two types of nanocrystals with original optical properties, but whose transport is poorly understood and requires studying. First, we study it in films of two-dimensional materials, the CdSe nanoplatelets. These are colloidal realization of quantum wells. We show that it is possible to amplify the photoconductive gain by passivating electronic traps, thus increasing the photogenerated carriers lifetime. We also take advantage of the lateral extension of these objects by depositing them on nanoscale electrodes of the size of the particles. This eliminates the hopping transport while overcoming the coulombic interaction between the photogenerated electron and hole. Alternatively, we use a graphene channel as a transport layer. Together with the well defined optical properties of nanoplatelets, we associate the best of both materials. Finally, we study the transport in films of HgSe nanocrystals. Being naturally doped after synthesis, these objects exhibit an intraband transition in the mid-infrared range. We show that the doping can be explained by the water reduction of nanocrystals, and is controllable by varying the ligandsinduced surface dipoles. This allows us eventually to develop a photodetector on a flexible substrate.


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