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Nanocristaux colloïdaux pour l’optoélectronique
No full textInternational audienceDepuis son développement au début des années 1990, la croissance desnanocristaux colloïdaux a atteint un très haut niveau de maturité. Le premier intérêt pources matériaux résulte de leurs propriétés optiques accordables avec leur taille et leurcomposition. L’utilisation optoélectronique reste plus complexe que leur adressageoptique car il faut en plus être capable de maîtriser le transport de charge dans un réseaude nanocristaux. Dans cet article, les applications optoélectroniques des nanocristauxpour l’émission de lumières (fluorescence, LED et laser) et d’absorption, principalementpour le photovoltaïque et la détection infrarouge, sont discutées
Nanocristaux colloïdaux pour l’optoélectronique
No full textInternational audienceDepuis son développement au début des années 1990, la croissance desnanocristaux colloïdaux a atteint un très haut niveau de maturité. Le premier intérêt pources matériaux résulte de leurs propriétés optiques accordables avec leur taille et leurcomposition. L’utilisation optoélectronique reste plus complexe que leur adressageoptique car il faut en plus être capable de maîtriser le transport de charge dans un réseaude nanocristaux. Dans cet article, les applications optoélectroniques des nanocristauxpour l’émission de lumières (fluorescence, LED et laser) et d’absorption, principalementpour le photovoltaïque et la détection infrarouge, sont discutées
Accurate energy-size dependence of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals and nanoplatelets using a phase jump approach
No full textAccurate energy-size dependence of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals in the strong confinement regime using classical theoretical approaches such as effective mass approximation, tight binding, or empirical pseudo-potential is difficult. We propose a simple empirical expression with three fitting parameters that accurately relates the size dependence of most known excitonic transitions in CdSe and in InAs nanocrystals. We show that this empirical expression can be deduced from a phase jump approach if the charge carriers are considered to travel on the atomic lattice of the nanocrystal and gain energy upon bouncing at the nanoparticle boundaries. This empirical expression is also tested on the atomically flat CdSe nanoplatelets without any adjustment of the parameters obtained with the CdSe spherical nanocrystals, and provides an estimation of the CdSe nanoplatelets thickness that matches exactly the experimental observations. These results suggest that a phase shift approach could be useful to describe the electronic transitions in semiconductor nanocrystals
Accurate energy-size dependence of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals and nanoplatelets using a phase jump approach
No full textAccurate energy-size dependence of excitonic transitions in semiconductor nanocrystals in the strong confinement regime using classical theoretical approaches such as effective mass approximation, tight binding, or empirical pseudo-potential is difficult. We propose a simple empirical expression with three fitting parameters that accurately relates the size dependence of most known excitonic transitions in CdSe and in InAs nanocrystals. We show that this empirical expression can be deduced from a phase jump approach if the charge carriers are considered to travel on the atomic lattice of the nanocrystal and gain energy upon bouncing at the nanoparticle boundaries. This empirical expression is also tested on the atomically flat CdSe nanoplatelets without any adjustment of the parameters obtained with the CdSe spherical nanocrystals, and provides an estimation of the CdSe nanoplatelets thickness that matches exactly the experimental observations. These results suggest that a phase shift approach could be useful to describe the electronic transitions in semiconductor nanocrystals
Nanocristaux colloidaux confinés pour l’optoélectronique infrarouge: dynamique des porteurs et transitions intrabande
No full textColloidal nanocrystals are crystalline objects grown by colloidal chemistry approaches. Thanks to quantum confinement, their optical properties depend on their size, and can then be tuned accordingly. Using mercury selenide and mercury telluride, we grow infrared-absorbing nanocrystals. While HgTe nanocrystals interband gap can be tuned from the NIR to the MWIR, HgSe nanocrystals display self-doping and intraband transitions in the MWIR to LWIR. With a careful control of their surface chemistry, those nanocrystals can be integrated into electrical devices to create cheap infrared photodetectors. In my PhD work, I am interested in probing carrier dynamics in those devices using various time-resolved techniques, either based on photocurrent measurements or on direct observation of the photocarriers relaxation. From dynamic study of HgSe intraband devices, I identify the issue brought by the degenerative doping level of those nanocrystals: transport is driven by the doping of this material, resulting in very poor IR-sensing performances. By taking inspiration from the III-V semiconductor developments, I propose several successful approaches to uncouple optical and transport properties in HgSe-based, MWIR detectors.Les nanocristaux colloïdaux sont des objets cristallins obtenus par voie chimique. Ces objets étant confinés, leurs propriétés optiques dépendent de leur taille, et peuvent donc être ajustées à la demande. Les nanocristaux de tellurure de mercure et de séléniure de mercure possèdent notamment des propriétés d’absorption dans l’infrarouge: l’énergie de bande interdite (interbande) des nanocristaux de HgTe peut-être variée du SWIR au MWIR, tandis que les nanocristaux de HgSe, grâce à un auto-dopage électronique dégénéré, présentent des transitions intrabande ajustables du MWIR au LWIR. Un contrôle fin de la chimie de surface de ces objets permet de les intégrer dans des dispositifs électroniques et de créer des détecteurs infrarouge à bas coût. Dans mon travail de thèse, je me suis intéressé à différentes manières de sonder la dynamique des porteurs dans ces dispositifs, soit via la mesure du photocourant, soit par des observations directes de la relaxation des porteurs photogénérés. A partir d’études sur la dynamique dans HgSe, j’ai identifié les limitations apportées par le fort dopage de ces nanocristaux : le transportest dominé par la forte densité électronique, conduisant à des faibles performances pour la détection IR. En reprenant les concepts développés pour les hétérostructures de semi-conducteurs III-V, je propose différentes approches fructueuses pour découpler les propriétés optiques et le transport de charges dans des dispositifs de détection MWIR à base de nanocristaux de HgSe
Quasi‐2D Colloidal Semiconductor Nanoplatelets for Narrow Electroluminescence
No full textInternational audienceThe first functional light‐emitting diodes (LEDs) based on quasi 2D colloidal core/shell CdSe/CdZnS nanoplatelets (NPLs). The solution‐processed hybrid devices are optimized with respect to their electroluminescent characteristics, first, by improving charge injection through exchanging the as‐synthesized NPL long‐chain ligands to shorter ones such as 3‐mercaptopropionic acid, and second, by comparing different hole‐transporting layers. NPL‐LEDs exhibit a maximum luminance of 4499 cd m ‐2 and external quantum efficiencies of 0.63%. In particular, over different applied voltages, systematically narrow electroluminescence of full width at half maximum (FWHM) in the range of 25–30 nm is observed to be independent from the choice of device configuration and NPL ligands. As spectrally narrow electroluminescence is highly attractive in terms of color purity in the context of LED applications, these results emphasize the unique potential of this new class of colloidal core/shell nanoplatelet in achieving bright and functional LEDs of superior color purity
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