FR3039531A1 - - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal enrobées avec de multiples ligands organiques et inorganiques; dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ou un de leurs mélanges; et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges; dans lequel lesdits plusieurs ligands inorganiques comprennent au moins un acide ligands inorganiques sont choisis parmi S2-, SH-, Se2-, Te2-, OH-, BF4-, PF6-, Cl-, Br-, I-, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, As2S3 ou un mélange de ceux-ci; et dans lequel l'absorption des liaisons CH des ligands organiques par rapport à l'absorption de nanocristaux de chalcogénure métallique est inférieure à 50 %, de préférence inférieure à 20 %.
Description
PHOTODÉTECTEURS MOYEN ET LOINTAIN INFRAROUGE À BASE DE NANOCRISTAUX ET PRÉSENTANT DES PERFORMANCES AMÉLIORÉES
DOMAINE D’INVENTION
La présente invention s’intéresse à l’imagerie infrarouge. En particulier, la présente invention porte sur les méthodes et les dispositifs à moyenne et grande longueurs d’onde dédiées à l’imagerie infrarouge dans la gamme de longueur d’onde située entre 3 et 50 pm.
ART ANTÉRIEUR RELATIF À CETTE INVENTION
Depuis la première synthèse de nanocristaux colloïdaux rapportée dans le début des années 90, un fort engouement a porté sur l'intégration de ces nanocristaux dans des dispositifs optoélectroniques. Les boites quantiques colloïdales (CQD) sont en effet très prometteuses pour construire des dispositifs optoélectroniques à faible coût grâce à la combinaison de leur facilité de fabrication et leur stabilité en raison de leur nature inorganique. La majorité des efforts ont d’abord été concentrés sur les longueurs d'onde visible, et l'idée d'utiliser ces nanomatériaux pour des applications telles que l’éclairage ou la bio-imagerie est rapidement apparu. Alors que le domaine a gagné en maturité, une plus large gamme de matériau est devenue accessible et en particulier la synthèse de semiconducteur à faible bande interdite (composé IV-VI) comme les chalcogénures de plomb est devenu possible. Ces matériaux sont d'un grand intérêt pour aborder l'absorption de la lumière du soleil dans la gamme de longueur d’onde relative au proche infrarouge pour le photovoltaïque.
Cependant, l'utilisation de nanoparticules colloïdales dans les applications optoélectroniques se trouve en concurrence avec la technologie existante telle que le « Complementary Métal Oxide Semiconductor » (CMOS) ou arséniure de gallium indium (InGaAs) qui est beaucoup plus mature et déjà rentable. A contrario, les dispositifs relatifs aux longueurs d’onde ultraviolettes (UV) ou infrarouge (IR) restent plus chers et techniquement plus complexes. Dans l'infrarouge, les technologies actuelles (multipuits quantique, HgCdTe ou les super réseaux de type II...) demeurent coûteuses.
La recherche pour une technologie alternative reste complexe dans le moyen et lointain infrarouge puisque les matériaux organiques sont inefficaces dans cette gamme de longueur d'onde. Il existe donc un véritable défi pour réaliser des dispositifs optoélectroniques à faible coût dédiés aux moyen et lointain infrarouges en utilisant des nanocristaux colloïdaux. Les nanocristaux peuvent offrir des propriétés intéressantes pour rivaliser avec les technologies existantes si elles peuvent présente une absorption supérieure à 12 pm et une plus grande mobilité.
Le but de la présente invention est de pousser plus loin les propriétés optoélectroniques de nanocristaux dans deux directions : (i) en démontrant une plus grande gamme de longueur d'onde qui peut être abordée avec ce type de matériaux et (ii) d'autre part, par l'amélioration de leurs propriétés de transport, et en particulier en démontrant des mobilités des porteurs plus élevées. Ces deux caractéristiques sont ainsi attendues pour combler l'écart entre les dispositifs optoélectroniques basés sur les nanocristaux et des dispositifs basés sur des technologies de semi-conducteurs plus matures.
Le brevet US 2014/0299772 décrit un photodétecteur moyen infrarouge comprenant des nanoparticules HgTe et présentant une conductivité accrue à travers la couche photoabsorbante sous illumination par une lumière dont la longueur d'onde est située entre 1,7 pm et 12 pm. Dans ce brevet et dans Adv Mat 25, 137 (2013), les auteurs décrivent l'utilisation de HgTe CQD comme matériaux photosensible à l’infrarouge. Toutefois, les propriétés de transport et en particulier la mobilité des porteurs de charge restent assez faibles (<0,1 cm2 V'1 s'1), ce qui limitent la photoréponse globale du système.
Une percée importante dans le domaine a été la découverte de CQD naturellement dopés sur la base de chalcogénures de mercure. L'auto-dopage des CQD permet observer non seulement la transition interbande mais aussi la transition intrabande, qui ont tendance à avoir un espacement plus faible en énergie. En conséquence les CQD de HgS et HgSe présentent des transitions optiques de faible énergie et donc dans l’infrarouge, sans la nécessité d’injecter des charges par une source externe, voir J. Phys Chem Lett 5, 1139 (2014) et ACS Nano 8, 11707 (2014). Toutefois, le matériel décrit à nouveau présente une faible mobilité (<0,01 cm2 V'1 s’1), ce qui est très préjudiciable pour leurs propriétés de photoconduction. En outre, la transition intrabande reste limitée en-dessous de 6pm. Dans la présente invention, nous fournissons des nanocristaux et des méthodes pour l'obtention de ces derniers, pour lesquels nous pouvons facilement régler la longueur d’onde du pic d'absorption de la transition intrabande entre 3 et 50 pm.
De plus en couplant ces nanocristaux avec une chimie de surface inorganique nous avons démontré une mobilité élevée dans un film mince de nanocristaux. La mobiüté peut être supérieure à 100 cm V s' .
Par rapport à l'état de l’art relatif aux nanocristaux avec des propriétés optiques dans l’infrarouge, la mobilité des nanocristaux de cette invention est typiquement de deux à trois ordres de grandeur plus élevée. Cette amélioration impacte directement les propriétés optoélectroniques du matériau. Une amélioration remarquable est le fait que, pour atteindre les mêmes niveaux de performances de détection notre matériel peut être utilisé à la température ambiante alors que les dispositifs basés sur des nanocristaux de la génération précédente (ACS Nano 8, 11707 (2014)) étaient opéré dans des conditions cryogéniques (i.e. en dessous de 200K). RÉSUMÉ
La présente invention porte sur une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal recouverts de plusieurs ligands organiques et/ou inorganiques ; • dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ou un de leurs mélanges ; ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges ; • dans lequel lesdits plusieurs ligands inorganiques comprennent au moins un des ligands inorganiques de la liste S2\ SH', Se2', Te2', OH', BF4', PF6', Cl', Br', Γ, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, As2S3 ou un mélange de ceux-ci ; • dans lequel l'absorption des ligands organiques par rapport à l'absorption du chalcogénure de métal est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 20%.
Selon un mode de réalisation, ladite pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal présente une absorption optique sur une plage de longueur d’onde allant de 3 pm à 50 pm et une mobilité de porteur de charge d’au moins de 1 cm2 V'1 s'1.
Selon un mode de réalisation, ledit métal est choisi parmi Hg, ou un mélange de mercure et au moins un élément choisi parmi Pb, Sn, Cd, Bi, Sb; et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges; lesdits nanocristaux de chalcogénure de métal ne sont pas fait de HgTe recouvert de ligands inorganiques fait à base d’As2S3.
La présente invention concerne également un procédé de fabrication de la pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métaux selon l’invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : • fourniture d'un carboxylate de métal, de préférence un oléate de métal ou un acétate de métal dans un solvant de coordination sélectionné de préférence à partir d’une amine primaire plus préférentiellement parmi l’oleyamine, l’hexadécylamine ou l’octadécylamine ;
• Mélanger à l'intérieur de ladite solution d'un précurseur de chalcogénure choisi de préférence à partir de trioctylphosphine de chalcogénure, triméthylsilyle de chalcogénure ou le disulfure de chalcogénure à une température allant de 60° C à 130° C; -· Isoler les nanocristaux de chalcogénure de métaux ; ·*· Recouvrir des nanocristaux isolées de chalcogénure de métaux avec de multiples ligands inorganiques.
Selon un mode de réalisation, l'étape d'isolement des nanocristaux de chalcogénure de métal comprend le mélange d'un thiol et/ou d’une phosphine avec les nanocristaux ; en formant ainsi un mélange refroidi ; puis l'extraction des nanocristaux du mélange refroidi.
Selon un mode de réalisation, lors de l'étape d'isolement des nanocristaux de chalcogénure de métaux un thiol et/ou une phosphine peut être ajouté à la solution de nanocristaux; afin de passiver la surface des nanocristaux et faciliter ainsi leur purification.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux colloïdaux de chalcogénure de métaux comprend en outre une étape consistant à maintenir le mélange à une température entre 60° C et 130° C pendant une durée prédéterminée allant de 1 à 60 minutes après l'injection du précurseur de chalcogénure.
Selon un mode de réalisation, lesdits plusieurs ligands inorganiques comprennent au 2 2 2 moins un ligand inorganique choisis parmi S ', SH', Se ', Te ', OH', BF4', PFô", Cl', Br, Γ, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, SbaSe3, As3S3 ou un mélange de ceux-ci.
La présente invention se rapporte également à un photoconducteur, une photodiode ou un phototransistor, comprenant : • une couche photoabsorbante comprenant une pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métaux tel que décrit dans l'invention ou une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métaux fabriqués selon la présente invention ; et • une première pluralité de connexions électriques connectées à la couche photoabsorbante ; o dans lequel la pluralité de nanocristaux de chalcogénures métalliques sont positionnés de sorte qu'il y a une augmentation de la conductivité entre les connexions électriques et à travers la couche photoabsorbante, en réponse à l'éclairage de la couche photoabsorbante par de la lumière à une longueur d'onde allant de 3 pm à 50 pm ; 9 11 o dans lequel la mobilité des porteurs est d’au moins 1 cm V" s' .
Selon un mode de réalisation, la couche photoabsorbante a une épaisseur allant de 3 nm à 1 mm. Selon un mode de réalisation, la couche photoabsorbante a une superficie allant de 100 nm2 à 1 m2.
La présente invention concerne également un dispositif comprenant une pluralité de photoconducteurs, photodiodes ou phototransistors selon l'invention et un circuit de lecture relié électriquement à la pluralité de photoconducteurs, photodiodes ou des phototransistors.
La présente invention concerne également un matériau de revêtement absorbant le rayonnement infrarouge comprenant des nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'invention ou des nanocristaux de chalcogénure de métal fabriqués selon l'invention.
La présente invention concerne également un bolomètre ou un pyromètre comprenant des nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'invention ou des nanocristaux de chalcogénure de métal fabriqués selon l'invention.
La présente invention concerne également un bolomètre ou un pyromètre comprenant une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal revêtues de multiples ligands organiques; dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, ou un mélange de mercure et au moins un élément parmi Pb, Sn, Cd, Bi, Sb; et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges.
DÉFINITIONS
Dans la présente invention, les termes suivants ont les significations suivantes : • Le terme « environ » est utilisé ici pour signifier environ, à peu près, autour ou dans la région de. Lorsque le terme «environ» est utilisé conjointement avec une plage numérique, il modifie cette plage en étendant les limites au-dessus et en dessous des valeurs numériques indiquées. En général, le terme « environ » est utilisé ici pour modifier une valeur numérique au-dessus et en-dessous de la valeur indiquée par une variance de 20%. • « Mobilité de porteur » désigne à la fois la mobilité des électrons et trous dans les semiconducteurs. La mobilité des électrons et des trous permet de relier la vitesse de chaque porteur au champ électrique appliqué. • « Infrarouge lointain » se réfère à une région du spectre électromagnétique correspondant à une longueur d'onde dans une plage de 10 à 300 pm, une fréquence de 1 à 30 THz, et l'énergie des photons 4-120 meV. • « Moyen infrarouge » se réfère à une région du spectre électromagnétique correspondant à une longueur d'onde dans une plage de 2 à 12 pm, une fréquence de 24 à 150 THz, et l'énergie de photon de 100 à 621 meV. • « Nanocristal » se réfère à une particule de forme quelconque ayant au moins une dimension entre 0,1 et 100 nanomètres. • « Coque » se réfère à un film ou une couche d'au moins un atome d’épaisseur recouvrant le nanocristal de chalcogénure de métal sur chacune des faces (à savoir sur toute la surface à l'exception, si le processus de croissance est réalisé sur un substrat, sur la surface en contact avec ledit substrat).
DESCRIPTION DÉTAILLÉE
Selon un premier aspect, la présente invention concerne un nanocristal de chalcogénure de métal couvert avec des ligands inorganiques ou une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal recouverts de ligands inorganiques.
Dans un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est couvert de multiples ligands organiques et / ou inorganiques.
Dans un mode de réalisation, les nanocristaux de l'invention sont par exemple des points quantiques, nanofeuillets, nanobatonets, nanoplaquettes, nanoplaques, nanoprismes, nanomurs, nanodisques, les nanoparticules, nanofils, nanopoudres, nanotubes, nanotetrapods, nanorubans, nanoceintures, nanofils, nanoaiguilles, nanocubes, nanobilles, nanobobine, nanocônes, nanopilliers, nanofleurs, ou une combinaison de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal a 0, 1 ou 2 dimension.
Selon un mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend un semi-conducteur choisi dans le groupe comprenant ou consistant en: groupe IV, groupe ΠΙΑ- VA, groupe ΠΑ-VIA, le groupe ΠΙΑ-VIA, groupe IA-IIIA-VIA, le groupe IIA- VA, le groupe IVA VIA, VIA-groupe VIB, du groupe VB-VIA, le groupe IVB-VIA ou leurs mélanges.
Selon un autre mode de réalisation, ledit métal est choisi dans l'ensemble comprenant ou constitué par: Hg, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ou un de leurs mélanges.
Selon un autre mode de réalisation, ledit métal est choisi dans le groupe comprenant ou consistant en du mercure ou un mélange de mercure et au moins un élément choisi parmi Pb, Sn, Cd, Bi, Sb.
Selon un autre mode de réalisation, ledit chalcogénure est choisi parmi l'ensemble comprenant ou constitué de: S, Se, Te ou un de leurs mélanges.
Selon un autre mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend un matériau choisi dans l'ensemble comprenant ou constitué par: HgS, HgSe, HgTe, HgxCdi_xTe, dans lequel x est un nombre réel compris strictement entre 0 et 1, PbS, PbSe, PbTe, B12S3, Bi2Se3, Bi2Te3, SnS, SnS2, SnTe, SnSe, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3 et alliages et leurs mélanges.
Selon un autre mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend un matériau choisi dans l’ensemble comprenant ou constitué par: HgS, HgSe, HgTe et des alliages et des mélanges de ceux-ci.
Selon un autre mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend ou consiste en HgSe.
Selon un autre mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend ou consiste en HgSSe.
Selon un autre mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend ou consiste en HgSeTe.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal comprend un élément supplémentaire en quantités mineures. L'expression « quantités mineures » se réfère ici à des quantités allant de 0,0001% à 10 % molaire, de préférence de 0,001 % à 10 % molaire.
Selon un mode de réalisation, ledit nanocristal de chalcogénure de métal comprend un métal de transition ou un lanthanide en quantités mineures. L'expression «quantités mineures » se réfère ici à des quantités allant de 0,0001 % à 10 % molaire, de préférence de 0,001 % à 10 % molaire.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal comprend en des quantités mineures un élément induisant un excès ou un défaut d'électrons par rapport aux nanocristaux non dopés. L'expression « quantités mineures » se réfère ici à des quantités allant de 0,0001 % à 10 % molaire, de préférence de 0,001% à 10% molaire.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal comprend en quantités mineures un élément induisant une modification des propriétés optiques aux nanocristaux non dopés. L'expression « quantités mineures » se réfère ici à des quantités allant de 0,0001 % à 10 % molaire, de préférence de 0,001 % à 10 % molaire.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal comprend ou est constitué d'une structure cœur/coquille connue de l'homme de l'art ou une structure coeur/coquille selon la présente invention. Selon un mode de réalisation, le « cœur » peut avoir un revêtement ou une coque à la surface de son cœur.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal possède d'une structure cœur/coquille dont la coque est faite de CdS, CdSe, PbS, PbSe, PbTe, ZnO, ZnS, ZnSe.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a une taille allant de 0,3 nm à 10 pm, de préférence entre 1 nm et 1 pm, de préférence entre 3 nm et 100 nm et encore plus préférentiellement de 5 nm à 50 nm.
Selon un mode de réalisation, l’épaisseur de la coque est comprise entre 0,2 nm et 10 mm, de 0,2 nm à 1 mm, de 0,2 nm à 100 pm, de 0,2 nm à 10 pm, de 0,2 nm à 1 pm, de 0,2 nm à 500 nm, de 0,2 nm à 250 nm, de 0,2 nm à 100 nm, de 0,2 nm à 50 nm, de 0,2 nm à 25 nm, de 0,2 nm à 20 nm, de 0,2 nm à 15 nxn, de 0,2 nm à 10 nm ou de 0,2 nm à 5 nm.
Selon un autre mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est une hétéro- structure comprenant ou consistant en des semi-conducteurs différents.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est un semi-conducteur intrinsèque ou un semi-conducteur dopé.
Selon un autre mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est un semi-conducteur extrinsèque ou semi-conducteur non dopé.
Selon un mode de réalisation, le dopage est induit par un effet de surface.
Selon un autre mode de réalisation, le dopage est induit par la non-stoechiométrie dudit nanocristal de chalcogénure de métal.
Selon un autre mode de réalisation, le dopage est induit par une impureté ou des impuretés.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a une surface riche en cations.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a une surface riche en anions.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est dopée.
Selon un mode de réalisation, le dopage du nanocristal de chalcogénure de métal est compris entre 0 et 2 électrons par nanocristal.
Selon un mode de réalisation, chaque nanocristal de chalcogénure de métal comprend moins de 100 dopants et de manière préférentielle moins de 10 dopants par nanocristal.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut en outre être entouré par un ligand organique telle qu'une amine, un thiol, un acide carboxylique, une phosphine ou un oxyde de phosphine.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être entouré d'amine tel que l'oléylamine, la dodécylamine, l'octadécylamine, la tétradécylamine, l'octylamine, l'aniline, l’heptadiamine, la butylamine, la propylamine.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être entouré par un thiol tel que dodecanthiol, octadecnthiol, octanthiol, decanthiol, éthanedithiol.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être entouré avec de l'acide carboxylique tel que l'acide oléique, l'acide myristique, l'acide stéarique, l'acide rachidique. L'acide décanoïque, l'acide butyrique, l'acide éthanoïque, l'acide formique.
Selon un autre mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être entouré avec une phosphine telle que la trioctylphosphine, le tributyl phosphine, phényl phosphine, diphényl phosphine.
Selon un autre mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être entouré d'oxyde de phosphine tel que l’oxyde de trioctyl-phosphine.
Selon un autre mode de réalisation, la densité de ligand organique à la surface du nanocristal varie de 0,01 ligand.nm'2 à 100 ligand.nm'2 et plus préférentiellement de 0,1 ligand.nm'2 à 10 ligands.nm'2.
Selon un mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal de l'invention est revêtu avec des ligands inorganiques.
Selon un mode de réalisation, le ligand inorganique est choisi dans le groupe comprenant ou constitué de: S2', SH', Se2', Te2', OH', BF4", PF6', Cl', Br", Γ, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, As2S3 ou un mélange de ceux-ci.
Selon un mode de réalisation, le ligand inorganique est de préférence As2S3, S ", HS". Selon un mode de réalisation, le ligand inorganique est de préférence aussi As2S3.
Selon une autre réalisation, la densité de ligand du nanocristal inorganique de surface varie de 0,01 ligand.nm'2 à 100 ligands.nm'2 et plus préférentiellement de 0,1 ligand.nm à 10 ligands.nm' .
Selon un mode de réalisation, le rapport entre les ligands et les ligands organiques inorganiques de la surface du nanocristal est compris entre 0,001 et 0,25, de préférence de 0,001 à 0,2, de manière davantage préférée de 0,001 à 0,1 ou même plus de préférence de 0,001 à 0,01.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal ne comprend pas ou ne se compose de HgTe couvert par AS2S3.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal ne comprend pas ni n’inclut du PbS.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal ne comprend pas ni n’inclut du PbSe.
Selon une autre réalisation, le chalcogénure de métal est HgS.
Selon une autre réalisation, le chalcogénure métallique est HgSe.
Selon une autre réalisation, le chalcogénure de métal est HgSSe.
Selon une autre réalisation, le chalcogénure de métal est HgSeTe.
Selon un autre mode de réalisation, le chalcogénure de métal est SnTe, SnS2, SnS, B12S3, BÎ2Te3, Bi2Se3, Sb2S3, Sb2Se3, Sb2Te3.
Selon une réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des caractéristiques d'absorption optique dans le visible, dans le proche infrarouge, dans le moyen infrarouge, dans le IR lointain.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal présente une absorption optique provenant d’une transition interbande.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal présente une absorption optique provenant d’une transition intrabande.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal présente une absorption optique provenant des propriétés plasmoniques.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d'absorption optique de 400 nm à 50 pm, de préférence de 0.8 pm à 25 pm et plus avantageusement de 1 pm à 20 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d'absorption optique de 3 pm à 50 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d’absorption optique de 1 pm à 3 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d'absorption optique de 3 pm à 5 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal présente des propriétés optiques d'absorption de 3 pm à 8 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d'absorption optique de 8 pm à 15 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des propriétés d'absorption optique de 8 pm à 12 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des caractéristiques d'absorption optique au-dessus de 12 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a des caractéristiques d’absorption optique au-dessus de 15 pm.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal a une longueur d’absorption de 1 nm à 100 pm et de préférence de 100 nm à 10 pm.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal a un coefficient d'absorption allant de 100 cm'1 à 5xl05 cm'1 au premier pic excitonique et plus préférablement de 500 cm'1 à 105 cm'1 et encore plus préférablement de 1000cm'1 à 104 cm'1.
Selon un autre aspect, la présente invention se rapporte à une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal, dans lequel ladite pluralité de nanocristaux de chalcogénure métallique présente un pic de photoluminescence à une longueur d'onde dans une plage de 3 pm à 50 pm et un mobilité de porteur d'au moins 1 cm2 V"1 s"1.; ledit métal est choisi parmi Hg, Pb, Sn, Cd, Bi ou Sb et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se ou Te.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal présentent un pic d'absorption optique à une longueur d'onde dans une plage allant de 1 pm à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 27, 28, 29 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 pm.
Selon un mode de réalisation, la largeur à mi-hauteur du pic d'absorption dans l’infrarouge est inférieure à 50% de l'énergie du pic intrabande, de préférence inférieure à 20% de l'énergie du pic de intrabande, de préférence inférieure à 10% de l'énergie du pic de intrabande et encore plus préférentiellement inférieure à 5% de l'énergie du pic intrabande.
Selon un mode de réalisation, la largeur à mi-hauteur du pic d'absorption dans l’infrarouge est inférieure à 2000 cm'1, de préférence inférieure à 1000 cm'1, et encore plus préférentiellement inférieure à 500 cm'1.
Selon un mode de réalisation, la largeur à mi-hauteur en énergie du pic d’absorption dans l’infrarouge est inférieure à 200 meV, de préférence inférieure à 100 meV et encore plus préférentiellement inférieure à 50meV.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de de nanocristaux de chalcogénure de métal présentent un pic de photoluminescence à une longueur d'onde dans une plage de 1 pm à 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 5 10, 11, 12, 13, 14,15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26 27, 28, 29 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40,41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50 μιη.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est en outre entouré d'un ligand tel qu'une amine, thiol, acide carboxylique, phosphine, oxyde de phosphine.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal est entouré de ligands inorganiques choisi dans l'ensemble comprenant ou constitué de: AS2S3, S2", SH\
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut en outre être entouré par un ligand inorganique choisi dans le groupe comprenant ou constitué de : S2 , SH , Se2 , Te2 , OH , BF4 , PFg, Cl, Br, F, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, AS2S3 ou un mélange de ceux-ci.
Selon un autre mode de réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal peut être encore entouré par ligand inorganique choisi dans le groupe comprenant ou consistant en: CdSe, CdTe, SnS2, AsS3+, L1S2, FeS2, Cu2S ou un mélange de ceux-ci.
Selon un autre mode de réalisation, la procédure d'échange de ligands pour éliminer les ligands organiques initiaux et recouvrir le nanocristal avec les nouveaux inorganiques est faite en utilisant une approche de l'état solide.
Selon un autre mode de réalisation, la procédure d'échange de ligands pour éliminer les ligands organiques initiaux et recouvrir le nanocristal avec les nouveaux inorganiques est faite en utilisant une approche à l'état liquide.
Selon un autre mode de réalisation, la procédure d'échange de ligands pour éliminer les ligands organiques initiaux et recouvrir le nanocristal avec les nouveaux inorganiques est faite en utilisant une approche de transfert de phase à l’état liquide.
Selon un autre mode de réalisation, la procédure d'échange de ligands pour éliminer les ligands organiques initiaux et recouvrir le nanocristal avec les nouveaux inorganiques est faite en utilisant une approche en phase gazeuse.
Selon un mode de réalisation, la procédure d'échange de ligands s’accompagne d’une réduction de l'absorption liée aux ligands organiques initialement à la surface du nanocristal, en particulier une réduction de l'absorption liée à la liaison CH.
Selon un mode de réalisation, l'échange de ligand conduit à une réduction de l'absorption liée aux ligands organiques qui est supérieure à 50% de l'absorption des nanocristaux de chalcogénure de métal, de préférence supérieure à 60 %, 70 %, 75 %, 80%, 90% ou 95% de l'absorption des nanocristaux de chalcogénure de métal.
Selon un mode de réalisation, l'échange de ligand conduit à une réduction de l'absorption liée aux ligands organiques qui est supérieure à 50 % de l'absorption du pic interbande ou le pic intrabande de nanocristaux de chalcogénure de métal, de préférence supérieure à 60 %, 70 % , 75 %, 80 %, 90 % ou 95 % de l'absorption du pic interbande ou intra-bande de nanocristaux de chalcogénure métallique.
Selon un mode de réalisation, l'absorption des ligands organiques par rapport à l'absorption de nanocristaux de chalcogénure de métal est inférieure à 50 %, de préférence inférieure à 40 %, 30 %, 25 %, 20 %, 10 % ou 5 %.
Selon un mode de réalisation, l'absorption des ligands organiques par rapport à l'absorption du pic interbande ou le pic intrabande de chalcogénure de métal de nanocristaux est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 40 %, 30 %, 25 %, 20 %, 10 % ou 5 %.
Selon un mode de réalisation dans lequel le nanocristal de chalcogénure de métal est dopé ou non dopé, comme par exemple pour HgSe ou HgS, l'échange de ligand conduit à une réduction de l'absorption liée aux ligands organiques qui est supérieure à 50 % de l'absorption intrabande du pic de nanocristaux de chalcogénure de métal, de préférence supérieure à 60 %, 70 %, 75 %, 80 %, 90 % ou 95 % de l'absorption du pic intrabande de nanocristaux de chalcogénure de métal.
Selon un mode de réalisation dans lequel le nanocristal de chalcogénure de métal est dopé ou non dopé, comme par exemple pour HgSe ou HgS, l'absorption des ligands organiques par rapport à l'absorption du pic intrabande de nanocristaux de chalcogénure de métal est inférieure à 50%, de préférence inférieur à 40 %, 30 %, 25 %, 20 %, 10 % ou 5 %.
Selon un mode de réalisation dans lequel le nanocristal de chalcogénure de métal est non-dopé, tel que par exemple pour HgTe, PbTe, PbSe ou PbS, l'échange de ligand conduit à une réduction de l'absorption par rapport aux ligands organiques qui est supérieure à 50 % l'absorption du pic interbande de nanocristaux de chalcogénure de métal, de préférence supérieure à 60 %, 70 %, 75 %, 80 %, 90 % ou 95 % de l'absorption du pic interbande de nanocristaux de chalcogénure de métal.
Selon un mode de réalisation dans lequel le nanocristal de chalcogénure métallique est non dopée, comme par exemple pour HgTe, PbTe, PbSe ou PbS, l’absorption des ligands organiques par rapport à l'absorption du pic interbande de nanocristaux de chalcogénure de métal est inférieure à 50 % , de préférence inférieure à 40 %, 30 %, 25 %, 20 %, 10 % ou 5 %.
Selon un mode de réalisation, l'absorption des ligands organiques se réfère ici à l’absorption de la liaison C-H contenu dans les ligands organiques.
Selon un mode de réalisation, l'absorption liée aux ligands organiques, en particulier l'absorption de la liaison C-H, présente une densité optique plus faible que l'absorption dû à la transition intrabande du nanocristal.
Selon un mode de réalisation, le rapport de l'absorption liée aux ligands organiques, en particulier l'absorption C-H, par rapport à l'absorption de la caractéristique intrabande du nanocristal est inférieur à 100 %, de préférence inférieur à 50 %, plus préférablement inférieur à 20 % et encore plus préférentiellement moins de 10 %.
Selon un troisième aspect, la présente invention concerne un procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métaux décrits ici.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénure de métal comprend : • la fourniture d'un carboxylate de métal, de préférence un oléate de métal ou un acétate de métal, dans un solvant de coordination sélectionné à partir d'une amine primaire choisie dans l’ensemble comprenant ou constitué par: l'oléylamine, hexadécylamine ou octadécylamine ; • mélanger la solution à l'intérieur d'un précurseur de chalcogénure choisi dans l'ensemble comprenant ou constitué par: trioctylphosphine chalcogénure, triméthylsilyle de chalcogénure ou le disulfure de chalcogénure à une température allant de 60° C à 130° C; et, • isoler les nanocristaux de chalcogénure de métal; dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ou un de leurs mélanges et ledit chalcogénure est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métaux est effectué à une température comprise entre 0° C et 350° C, de manière préférentielle entre 80° C et 250° C et encore plus préférentiellement entre 60° C et 130° C.
Selon un mode de réalisation, l'étape d’isolement des nanocristaux de chalcogénure de métal comprend l’ajout d'un thiol et / ou une phosphine avec les nanocristaux; amenant à la formation de nanoparticule passivées ; puis l'extraction des nanocristaux du mélange obtenu.
Selon un mode de réalisation, le mélange avec le précurseur de chalcogénure est maintenu à une température allant de 60°C à 130°C pendant une durée prédéterminée allant de 1 à 60 minutes après l'injection du précurseur de chalcogénure.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénure de métal comme décrit ci-dessus comprend en outre l'étape consistant à revêtir les isolés nanocristaux de chalcogénure de métal avec des ligands choisis parmi amine, thiol, acide carboxylique, phosphine, oxyde de phosphine, S2', SH’, Se2', Te2', OH', BF4', PFô', Cl', Br', Γ, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, AS2S3OU un mélange de ceux-ci.
Selon une autre réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénure de métal comme décrit ci-dessus comprend en outre l'étape consistant à revêtir la surface du nanocristal par un ligand choisi parmi CdSe, CdTe, SnS2, AsS3+, L1S2, FeS2, CU2S ou un mélange de ceux-ci.
Selon une autre forme de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénure de métal est effectué dans un ballon à tri-cols, dont le volume se situe de préférence de 50 ml à 250 ml.
Selon un autre mode de réalisation, le procédé de fabrication des chalcogénures de métal nanocristaux est effectué dans une installation automatisée dont le volume est compris entre 10 ml de volume et 100 L, de préférence entre 250 ml et 50 L et plus préférentiellement entre 1 litre et 30 L.
Selon une autre forme de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux chalcogénures de métal est conduit dans un réacteur à écoulement continu.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal comprend l'utilisation d'un solvant coordinant tel que l'oléylamine, l'hexadécylamine ou l'octadécylamine.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal, dans lequel le chalcogène est Se comprend l'injection à une température élevée de précurseur de sélénium tel que la TOPSe, de la poudre de Se, SeS2, et sélénourée.
Dans un mode de réalisation, sélénourée n'a pas été utilisé comme source de Se.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal dans lequel le métal est du mercure Hg se fait en utilisant le carboxylate de mercure comme source de métal.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal dans lequel le métal est du mercure Hg se fait en utilisant l’oléate de mercure comme source de métal.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal telle que HgSe comprend l'injection des précurseurs dans un rapport stoechiométrique.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal de HgSe comprend l'injection du précurseur Hg en excès par rapport à Se d'un facteur ne dépassant pas 10 fois, et plus préférablement 3 fois.
Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication des nanocristaux de chalcogénures de métal de HgSe comprend l'injection du précurseur de Se en excès par rapport à Hg d'un facteur ne dépassant pas 10 fois, et plus préférablement 3 fois.
Selon un quatrième aspect, la présente invention concerne des photoconducteurs, photodiodes ou des phototransistors.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métal est destiné à être utilisé dans un transistor, conducteur ou une diode, de préférence un phototransistor, un photoconducteur ou d’une photodiode.
Selon un autre mode de réalisation, le photoconducteur, un phototransistor ou une photodiode peuvent être choisis dans le groupe constitué par un dispositif à couplage de charge (CCD), une sonde luminescente, un laser, une caméra thermique, un système de vision nocturne et un photodétecteur.
Selon un autre mode de réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métal est dédié à être utilisée dans un transistor, un conducteur ou une diode à haute mobilité.
Selon une autre réalisation, le transistor, le conducteur ou une diode de l'invention est pour une utilisation dans un transistor, un conducteur ou une diode avec une mobilité supérieure à 1 cm2 V'1 s"l, de préférence supérieur de 5 cm2 V'1 s'1, et encore plus préférentiellement supérieure à 10 cm V s' .
Selon un mode de réalisation, le transistor conducteur ou une diode de l'invention comprend une première couche de cathode, la couche de cathode étant couplée électroniquement à une première couche photoabsorbante comprenant une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal comme décrit ci-dessus ou une pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métal fabriqué selon le procédé tel que décrit ci-dessus, la première couche photoabsorbante étant couplée à une anode.
Selon un mode de réalisation, le photoconducteur, une photodiode ou un phototransistor comprend : - une couche ou un film photoabsorbant comprenant une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal comme décrit ci-dessus ou une pluralité de nanocristaux de chalcogénure métallique fabriqué selon le procédé tel que décrit ici ci-dessus ; et - une première pluralité de connexions électriques de la couche de pontage photoabsorbante; dans lequel : - la pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métal est positionnée de sorte qu'il y a une augmentation de la conductivité entre les connexions électriques et à travers la couche photoabsorbante, en réponse à l'éclairage de la couche par de la lumière dont la longueur d'onde se situe entre 3 pm et 50 pm ; - la mobilité des porteurs est d’au moins 1 cm2 V'1 s'1.
Selon un mode de réalisation, la couche ou film photoabsorbante a une épaisseur de 3 nm à 1 mm, plus préférablement de 10 nm à 10 pm et de préférence de 30 nm à 1 pm.
Selon un autre mode de réalisation, la couche ou film photoabsorbante a une épaisseur de 10 nm à 50 pm, de 0.05 microns à 25 pm, de 0.1 pm à 12.5 pm ou de 0.5 pm à 10 pm.
Selon un autre mode de réalisation, la couche ou le film photoabsorbant a une superficie de 100 nm2 à 1 m2, de préférence entre 1 pm2 à 10 cm2 et de préférence de 50 pm2 à 1 cm2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film photoabsorbant est préparés par « dropcasting », dépôt par trempage, dépôt à la toumette ou dépôt électrophorétique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film est photoabsorbant est en outre protégés par une couche de protection.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche de protection est une couche inorganique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film photoabsorbant est protégé par une couche inorganique comprenant ou consistant en ZnO, ZnS, ZnSe, AI2O3, S1O2, MgO, AS2S3, As2Se3.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film photoabsorbant est protégé par une couche de polymère tel que par exemple un polymère, de PET à base de silicium ou PVA.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film photoabsorbant est protégé par une couche inorganique déposée par « atomic layer déposition » (ALD).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film photoabsorbant est protégé par une couche inorganique déposée par dépôt en bain chimique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film est photoabsorbant protégé par une couche isolante à O2.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film est photoabsorbant protégé par une couche isolante à H20.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche ou le film est photoabsorptive protégés par une couche qui est le rôle de gestion thermique de la température nanoparticule.
Selon un autre mode de réalisation de l’invention, la couche ou le film photoabsorptive a un coefficient d'absorption allant de 100 cm'1 à 5x105 cm'1 à la première structure excitonique et plus préférablement de 500 cm'1 à 105 cm'1 et encore plus préférentiellement de 1000 cm'1 à 104cm'1.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la mobilité des porteurs est d'au moins 1 cm2 V'1 s'1, de préférence supérieure à 10 cm2 V'1 s1 et plus préférentiellement encore supérieure à 50 cm2 V'1 s'1.
Selon un mode de réalisation, la couche ou le film photoabsorbant est connecté à au moins deux électrodes.
Selon un mode de réalisation, la couche ou le film photoabsorbant est connecté à trois électrodes, dans lequel l'une d’elles est utilisée comme une électrode de grille.
Selon un mode de réalisation, la couche ou le film photoabsorbant est connectée à une matrice d’électrodes.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur est destiné à être utilisé comme un détecteur de flamme.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet une détection bicolore.
Selon un autre mode de réalisation, le détecteur permet une détection bicolore et une des longueurs d’onde est centrée autour de l'absorption du CO2 à 4.2 μτη.
Selon un autre mode de réalisation, le détecteur permet une détection bicolore et une des longueurs d'onde est centrée autour de l'absorption du CH à 3.3 pm.
Le détecteur permet une détection bicolore et une des longueurs d'onde est centrée autour de l'absorption de H20 à 3 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet de détecter bicolore et une longueur d'onde est centrée autour 3pm et l’autre est centrée autour de 4.2 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet de détecter bicolore et une longueur d'onde est centrée autour de 1.3 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet de détecter bicolore et une longueur d'onde est centrée autour de 1.55 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet de détecter bicolore et une longueur d'onde est centrée entre 3 pm et 5 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet de détecter bicolore et une longueur d'onde est centrée entre 8 pm et 12 pm.
Selon un autre mode de réalisation, le photodétecteur permet une détection multicolore.
Selon un autre mode de réalisation, la couche ou le film photoabsorbant selon l'invention est utilisé comme couche absorbante d'une caméra infrarouge.
Selon un cinquième aspect, la présente invention concerne un dispositif à un seul pixel.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal de l'invention est déposée sous une forme de matrice.
Selon un mode de réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal de l'invention est processée sous forme de plusieurs pixels.
Selon une autre réalisation, la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal de l'invention sert à la conception d'au moins 2, 3, 4, 5 pixels.
Selon une autre réalisation, le nanocristal de chalcogénure de métal de la présente invention est utilisé pour concevoir un réseau de pixels.
Selon un autre mode de réalisation, les pixels comprenant la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal de l'invention forme une barrette (1D) de détecteur.
Selon un autre mode de réalisation, les pixels comprenant la pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal de l'invention forme une matrice (2D) de détecteur.
Selon un autre mode de réalisation, un réseau de pixel de l'invention comprend au moins 50x50 pixels, ou 256x256 pixels ou 512x512 pixels ou 1024x1024 pixels.
Selon un autre mode de réalisation, la matrice de pixel de l'invention est une matrice d’un mega-pixels.
Selon un autre mode de réalisation, la matrice de pixels selon l’invention contient plus d’un millions de pixels, de préférence plus de 2,4, 8, 16, 32 ou 64 millions de pixels.
Selon un autre mode de réalisation, la matrice de pixels a un facteur de remplissage supérieur à 40 % (soit plus de 40 % de la superficie totale de la matrice est composée de pixels), plus préférablement supérieur à 50 %; plus préférablement supérieur à 60 %, plus préférablement supérieur à 70 %, plus préférablement supérieur à 80 %, et encore plus préférablement supérieur à 90 %.
Selon un autre mode de réalisation, l'espacement entre les pixels est inférieure à la taille des pixels, de préférence moins de 50 % de la taille des pixels, de façon encore plus préférentielle moins de 20 % de la taille du pixel.
Selon un autre mode de réalisation, le pixel est relié à un circuit de lecture.
Selon un autre mode de réalisation, le pixel est relié à un circuit de lecture dans une géométrie planaire.
Selon un autre mode de réalisation, le pixel est relié à un circuit de lecture dans une géométrie verticale.
Selon une autre réalisation, la taille du pixel est comprise entre 1 m et 10 cm, de préférence entre 100 nm et 1 mm et encore plus préférentiellement entre 1 pm et 1 mm.
Selon un sixième aspect, la présente invention a pour objet un revêtement absorbant l’infrarouge.
Selon un mode de réalisation, la présente invention a pour objet une couche comprenant ou consistant en un revêtement absorbant le rayonnement infrarouge, formant ainsi couche absorbante à faible bande interdite.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge est utilisée pour sensibiliser à l’infrarouge un autre matériau.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge favorise l'absorption infrarouge d'un dispositif type bolomètre.
La présente invention concerne également un bolomètre ou un pyromètre comprenant un revêtement d'absorption infrarouge obtenu à partir d’une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'invention.
Selon un mode de réalisation, le pyromètre ou bolomètre comprend une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal revêtues de multiples ligands organiques; dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, ou un mélange de mercure et au moins un des éléments parmi Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ; et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges. Selon un mode de réalisation, ledit revêtement comprend ou se compose de ligands organiques.
Selon un mode de réalisation, la couche absorbant l’infrarouge n’est pas directement reliée aux électrodes.
Selon un autre mode de réalisation, la couche absorbant l’infrarouge est espacée des électrodes en métal par une barrière unipolaire.
Selon un autre mode de réalisation, une barrière unipolaire est utilisée pour réduire le courant d'obscurité.
Selon un autre mode de réalisation, une barrière unipolaire est utilisée pour réduire le courant de porteur de charge majoritaire.
Selon un autre mode de réalisation, la barrière unipolaire utilisée pour réduire le courant d'obscurité est une couche bloquant les trous.
Selon un autre mode de réalisation, la barrière unipolaire utilisée pour réduire le courant d'obscurité est une couche bloquant les électrons.
Selon un mode de réalisation, la couche comprenant la couche absorbant le rayonnement infrarouge est connectée à un circuit de lecture.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est refroidie par un dispositif à effet Peltier.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est refroidie par un refroidisseur cryogénique.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge est refroidie à la température de l’azote liquide.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est refroidie en utilisant de l'hélium liquide.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est actionnée à partir de 1,5 K à 350 K, de préférence de 4 K et 310 K à encore plus préférentiellement de 70 K à 300 K.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est éclairé par la face avant.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est éclairé par la face arrière (à travers un substrat transparent).
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant la couche absorbant l'infrarouge est utilisé en tant que couche émettrice infrarouge.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge présente une photoréponse entre 1 pA.W'1 et 1 kA.W'1 plus préférablement entre 1 mA.W'1 et 50 A.W'1 et encore plus préférentiellement de entre lOmA.W1 et 10 A.W1.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge présente un courant dont le bruit est limité par le bruit en 1/f.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge présente un courant dont le bruit est limité par le bruit de grenaille.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, la couche comprenant le revêtement d'absorption infrarouge a une détectivité spécifique de 106 à 1014 Jones, plus
La Figure 9 représente le courant en fonction de la tension d'un film mince de nanocristaux de HgSe sous différents tension de grille.
La figure 10 (a) illustre le courant de drain en fonction de la tension de grille pour un transistor, où le canal est réalisé à partir de nanocristaux de HgSe fonctionnalisés par AS2S3 comme ligand. Le dispositif est opéré dans l'air à température ambiante sous lOmV de polarisation de drain, b est un histogramme de la mobilité mesurée pour une large gamme de film constitué du même matériau.
La Figure 11 représente la densité spectrale de bruit dans film mince de nanocristaux de HgSe.
La Figure 12 représente la photo réponse d'un film mince de HgSe QD éclairé par un laser à 1.5 pm.
La Figure 13 est une image de microscopie électronique à balayage d’une matrice de pixels faits dans un film mince de nanocristaux de HgSe.
EXEMPLES
La présente invention est davantage illustrée par les exemples suivants.
Exemple 1 : synthèse de nanocristaux de HgSe en deux étapes
Dans un ballon tricol de 50 mL, 2 g d'acétate de mercure (Hg (OAc)2) et 80 ml d'acide oléique sont dégazés à 85° C sous vide pendant 30 min. La solution obtenue est transparente avec un aspect un peu jaunâtre. 4 mL de cette solution sont mélangées avec 10 mL d'oléylamine et dégazée à 85° C pendant 30 min. Pendant ce temps, 1,58 g de sélénium en poudre sont dissous par sonication dans 20 ml de trioctylphosphine (TOPSe). La solution finale est claire et transparente. Sous atmosphère d’Ar, à une température comprise entre 60 et 130° C, 1 mL de TOPSe est injecté dans le tricol contenant le précurseur de Hg. Le mélange tourne immédiatement noir; la réaction est effectuée pendant 30s à 60min. Puis 1 mL de dodecanthiol est injecté pour stopper la réaction et le ballon est rapidement refroidi à l'aide d’un flux d’air frais. Le contenu du ballon est partage dans des tubes de 50 ml et de l'éthanol est ajouté pour précipiter les nanoparticules. Après centrifugation pendant 5 min à 5000 rpm, le surnageant clair est jeté et le culot redissous dans 10 mL de toluène. Cette procédure de nettoyage est répétée une deuxième fois avec de l'éthanol comme non solvant et du toluène comme bon solvant. Le culot est à nouveau remis en solution dans le toluène et 3 ml d'acétone est ajoutée avant la centrifugation de la solution. La pastille formée est séchée sous un courant d'azote avant d'être redissous dans du toluène. 5 ml d'éthanol sont ajoutés au surnageant qui est en outre centrifugé pour former une deuxième pastille. Ce dernier est également séché et redissous dans du toluène. Enfin 20 ml d'éthanol sont utilisés pour précipiter les nanocristaux restant dans le surnageant et la troisième fraction est encore traitée comme les deux premiers. Les nanocristaux obtenus ont une taille inférieures à 10 nm, voir la figure 1 et présentent des caractéristiques optique allant de 3 à 7μ m (au premier pic exitonique lié à la transition intrabande, voir figures 3 et 4). La nature cristalline des nanocristaux est mise en évidence par diffractogramme de rayon X, voir figure 5.
Exemple 2 : synthèse de nanocristaux de HgS en deux étapes
Dans un ballon tricol de 50mL, 2 g d'acétate de mercure et 80 ml d’acide oléique sont dégazés à 85 ° C sous vide pendant 30 min. La solution obtenue est claire et transparente. 4 mL de cette solution sont mélangés avec 10 ml d'oléylamine et dégazés à 85° C pendant 30 min. Pendant ce temps 1 lmg de soufre en poudre sont dissous par sonication dans 3 ml d'oléylamine. La solution finale est orangée et claire. Sous atmosphère d’Ar, à une température comprise entre 60 et 120° C, la solution de soufre est injectée dans le flacon contenant le précurseur de Hg. Le mélange tourne immédiatement noir; la réaction est continuée pendant 30 secondes à 60 minutes. Puis 1 mL de dodecanthiol est injecté pour stopper la réaction et le ballon rapidement refroidie à l'aide d’un flux d’air frais. Le contenu du ballon est divisé dans des tubes de 50 ml et de l'éthanol est ajouté pour précipiter les nanoparticules. Après centrifugation pendant 5 min à 5000 rpm, le surnageant clair est jeté et le culot redissous dans 10 ml de toluène frais. Cette procédure de nettoyage est répétée une deuxième fois avec de l'éthanol comme non solvant et du toluène 10 comme bon solvant. Le culot est à nouveau remis en solution dans le toluène et 3 ml d'acétone sont ajoutés avant la centrifugation de la solution. La pastille formée est séchée sous un courant d'azote avant d'être redissous dans du toluène. 5 ml d'éthanol sont ajoutés au surnageant qui est en outre centrifugé pour former une deuxième pastille. Ce dernier est également séché et redissous dans du toluène. Enfin 20 ml d'éthanol sont utilisés pour précipiter le nanocristal restant dans le surnageant et la troisième fraction est encore traitée comme les deux premières.
Exemple 3 : synthèse de nanocristaux HgSe en quasi une étape
Dans un ballon tricol de 25 mL, 0,1 g d'acétate de mercure, 10 mL d'acide oléique et 4 ml d’oléylamine sont dégazés sous vide à 85° C pendant 30 min. La solution est claire et jaunâtre. Sous atmosphère d’Ar, à la même température, 0,3 mL de TOPSe (IM) est rapidement injecté. La solution devient immédiatement sombre. Puis 1 mL de dodecanthiol est injecté pour stopper la réaction et le ballon rapidement refroidie à l'aide d’un flux d’air frais. Le contenu du ballon est divisé dans plusieurs tubes de 50 mL et de l'éthanol est ajouté pour précipiter les nanoparticules. Après centrifugation pendant 5 min à 5000 rpm, le surnageant clair est jeté et le culot redissous dans 10 mL de toluène clair. Cette procédure de nettoyage est répétée une seconde fois en utilisant de l'éthanol comme non solvant et du toluène en tant que bon solvant. Le culot est à nouveau remis en solution dans le toluène et 3 mL d'acétone sont ajoutés avant la centrifugation de la solution. La pastille formée est séchée sous un courant d'azote avant d'être redissous dans du toluène. 5 ml d'éthanol sont ajoutés au surnageant, qui est à nouveau centrifugées 30 s pour former un culot. Ce dernier est également séché et redissous dans du toluène. Enfin 20 ml d'éthanol sont utilisés pour précipiter les nanocristaux restant dans le surnageant et la troisième fraction est encore traitée comme les deux premières.
Exemple 4 : synthèse à grande échelle de petits nanocristaux de HgSe
Dans un réacteur d’IL automatisé, 10g de Hg (OAc)2 est dissous dans 200 ml d'acide oléique. Le réacteur est dégazé sous vide pendant 15 minutes à 85 °C. Ensuite, 0,5 L d'oléylamine sont ajouté et le flacon est de nouveau dégazé à la même température. L'atmosphère est passée sous Ar et la température ajustée à 85 ° C. Pendant ce temps, 40 mL de TOPSe (IM) est préparé par sonication. Pour cela 3,16 g de sélénium en poudre sont agités dans 40 mL de trioctylphosphine (TOP). 32ml de la solution de TOPSe sont rapidement injectés dans le réacteur et la solution contenue dans le réacteur devient sombre. La réaction est poursuivie pendant 15 minutes, avant d'être stoppée par addition de 5 mL de dodecantiol et 1 mL de TOP. Le contenu du flacon est mélangé avec le même volume de méthanol dans un Erlenmeyer de 2 litres. La solution est ensuite filtrée. Le solide obtenu est en outre nettoyé avec de l'hexane et le méthanol. Plus de 10,8 g de solide ont été obtenus (voir figure 6). Le stockage final se fait dans du toluène.
Exemple 5 : synthèse des gros nanocristaux de HgSe
Afin d’obtenir des nanocristaux plus gros présentant des propriétés optiques en dessous de 1500 cm'1 (voir la figure 2), la procédure suivante a été développé. Dans un ballon tricol de 25 ml, 100 mg de Hg(OAc)2 est dissous dans 4 mL d'acide oléique et de 10 mL d'oléylamine. Le ballon est dégazé sous vide pendant 30 minutes à 85° C. L'atmosphère est échangé pour de l’Ar et la température ajustée entre 60 et 130° C en fonction de la taille des nanocristaux finale attendue. Pendant ce temps, 0,13 g de SeS2 sont dissous dans 2 ml d'oléylamine par sonication. Le mélange brun est injecté dans le ballon dont la couleur vire au noir. Après 1 à 60 min, 1 mL de dodecanthiol est utilisé pour arrêter la réaction. Le chauffe-ballon est retiré et le ballon est refroidi au moyen d'un flux d'air frais. Les nanocristaux sont précipités par addition d'éthanol. Après centrifugation, le culot formé est redissous dans le toluène. La procédure de nettoyage est répété deux autres fois. Les nanoparticules sont stockées dans du toluène. Cependant, en raison de leur grande taille (20 nm) ils ont une stabilité colloïdale limitée. Les nanocristaux obtenus sont plus de 10 nm de taille, voir la figure 2 et ont des propriétés optiques liées à la transition intrabande entre de 7 à 25 pm (voir figure 3 et 4).
En dépit de l'utilisation d'un précurseur à base de soufre (SeS2), on ne constate aucune évidence de soufre dans le composé final. La diffraction des rayons X présente le même pic que le matériau obtenu en utilisant la TOPSe en tant que précurseur de Se (voir figure 5). En outre les données EDS conduisent à une absence ou une présence extrêmement limitée (quelques%) en soufre. Cette faible quantité peut alors être attribuée aux ligands thiols. Ce résultat semble cohérent avec le fait qu’aucune réaction n’est observée en remplaçant la TOPSe par de la TOPS, la réactivité du soufre set moindre par rapport à celle du sélénium.
Exemple 6 : synthèse de nanocristaux HgSeTe
Dans un ballon tricol de50 mL, 2 g d'acétate de mercure et 80 ml d'acide oléique sont dégazés à 85° C sous vide pendant 30 min. La solution obtenue est transparente et jaunâtre. 8 mL de cette solution sont mélangés avec 20 ml d'oléylamine et dégazée à 85° C pendant 30 min. Pendant ce temps, 1,58 g de sélénium en poudre est dissous par sonication dans 20 ml de trioctylphosphine. La solution finale est claire et transparente. 1,27 g de tellure (Te) en poudre est dissoute dans la boîte à gants dans 10 ml de TOP et agité pendant deux jours, la solution finale de TOPTe est jaune et claire. Sous atmosphère d’Ar à 85° C, 1 mL de TOPSe est injecté dans le flacon contenant le précurseur de Hg. Le mélange devient immédiatement noir. Immédiatement nous commençons l’injection de 1 mL, goutte à goutte, et pendant 30 min de la TOPTe. Après 30 min, 2 mL de dodecanthiol sont injectés pour stopper la réaction et le ballon rapidement refroidie à l'aide de débit d'air frais. Le contenu du ballon est divisé en tubes de 50 ml et de l'éthanol est ajouté pour précipiter les nanoparticules. Après centrifugation pendant 5 min à 5000 rpm, le surnageant clair est jeté et le culot redissous dans 10 ml de toluène. Cette procédure de nettoyage est répétée une seconde fois en utilisant de l'éthanol comme non solvant et du toluène en tant que bon solvant. Le culot est à nouveau remis en solution dans le toluène et 3 mL d'acétone sont ajoutés avant centrifugation de la solution. La pastille formée est enregistrée et on le sèche sous un courant d'azote avant d'être redissous dans du toluène. 5 mL d'éthanol sont ajoutés au surnageant qui est en outre centrifugé pour former une deuxième pastille. Ce dernier est également séché et redissous dans du toluène. Enfin 20 ml d'éthanol sont utilisés pour précipiter les nanocristaux restant dans le surnageant et la troisième fraction est encore traitée comme les deux premières.
Exemple 7 : HgSe-CdS structure cœur coque
Pour faire croître une coque de CdS sur un coeur de HgSe, la procédure suivante est utilisée. On mélange 30 mg de Na2S dans 2 mL de NMFA dans un flacon de 4 mL jusqu'à dissolution. Les coeurs sont ensuite précipités par addition d'acétonitrile pour enlever l'excès de sulfure et redispersés dans du Nmethylformamide (NMFA). Ensuite, 500 μΐ d'acétate de cadmium (0,2 M) dans la NMFA sont ajoutés dans le flacon. Après la réaction quasi immédiate de l'excès de précurseurs est éliminé par précipitation des nanocristaux avec un mélange de toluène et d'acétonitrile (5: 1). Le solide obtenu par centrifugation est redissous dans NMFA. La procédure est répétée de 3,5 fois.
Exemple 8 : échange de ligand à l’état solide
Un film de nanocristaux de HgSe recouvert de ligands dodecanthiol est déposé par dépôt de goûte d’une solution de nanocristaux dispersé dans un mélange 9: 1 d'hexane/octane. Le film est ensuite plongé pendant 30 secondes dans une solution à 1% en volume d'éthanedithiol dans l'éthanol. Le film est ensuite rincé dans de l'éthanol pur.
Exemple 9 : échange de ligand à l’état solide
Un film de nanocristaux de HgSe recouvert de ligands dodecanthiol est déposé par dépôt de goûte d’une solution de nanocristaux dispersé dans un mélange 9: 1 d'hexane/octane. Le film est ensuite plongé pendant 30 secondes dans une solution à 1% en volume de NH4CI dans l’éthanol. Le film est ensuite rincé dans de l'éthanol pur.
Exemple 10 : échange de ligand à l’état solide
Un film de nanocristaux de HgSe recouvert de ligands dodecanthiol est déposé par dépôt de goûte d’une solution de nanocristaux dispersé dans un mélange 9: 1 d'hexane/octane. Pendant ce temps, de la poudre de AS2S3 est mélangée à une solution d’amine courte telle que la propylamine ou la butylamine (à 1 à 10 mg/mL de concentration). La solution est traitée aux ultrasons pour obtenir une solution jaune clair. Cette solution est diluée 10 fois avec de l'acétonitrile. Le film de nanocristaux est plongée dans cette solution pendant 30 secondes et on le rince dans de l'éthanol pur. Le film est finalement teint en utilisant un flux d’Ar.
Exemple 11 : échange de ligand en phase liquide
Quelques mg de Na2S sont dissous dans 2 mL de N-méthylformamide. La solution'est traitée par ultrasons pendant 2min. Dans un tube à essai, 1 mL de la solution précédente est introduit avec 3 ml de la solution de nanocristaux de HgSe dispersés dans de l'hexane. La solution est agitée fortement et soumis à une sonication. Un transfert de phase des nanoparticules a lieu et la phase polaire tourne sombre. La phase non polaire est alors nettoyé à trois reprises par addition d'hexane avant d’être laisse pour sédimentation. La phase supérieure claire est jetée chaque fois. Enfin 3 mL d'éthanol sont ajoutés et le tube est centrifugé à 3000 rpm pendant 3 minutes. Le liquide est de nouveau jeté et le culot formé est séché sous flux d'azote, avant d'être redispersé dans de la NMFA fraîche.
Exemple 12 : échange de ligand en phase liquide avec VAS2S3
Quelques mg de AS2S3 sont dissous dans 1 mL de propylamine. La solution est traitée par ultrasons pendant 1 min. La solution finale est jaune et claire. 500 pL de cette solution est ensuite mélangée avec 1 ml de NMFA. La solution est traitée par ultrasons pendant 2min. Dans un tube à essai, 1 ml de la solution précédente est introduite avec 3 mL de la solution de nanocristaux de HgSe dispersés dans de l'hexane. La solution est agitée fortement et en outre soumis à une sonication. Un transfert de phase des nanoparticules a lieu et la phase polaire tourne sombre. La phase non polaire est alors lavée à trois reprises par addition d'hexane avant de sédimenter. La phase supérieure claire est jetée chaque fois. Enfin 3 mL d'éthanol sont ajoutés et le tube est centrifugé à 3000 rpm pour 3 min. Le liquide est jeté et le culot formé est séché sous flux d'azote, avant d'être redispersé dans de la NMFA fraîche. La figure 7 montre comment le spectre infrarouge des nanocristaux de HgSe CQD est affecté par le processus d'échange de ligands.
Exemple 13 : échange de ligand en phase liquide avec l’Sb2S3
Quelques mg de Sb2S3 sont dissous dans 1 mL d’ethylenediamine. La solution est traitée par ultrasons pendant 1min. La solution finale est jaune et claire. 500 pL de cette solution est ensuite mélangée avec 1 ml de NMFA. La solution est traitée par ultrasons pendant 2 min. Dans un tube à essai, 1 ml de la solution précédente est introduite avec 3 mL de la solution de nanocristax de HgSe dispersés dans de l’hexane. La solution est agitée fortement et en outre soumis à une sonication. Un transfert de phase des nanoparticules a lieu et la phase polaire tourne sombre. La phase non polaire est alors lavée à trois reprises par addition d'hexane avant de sédimenter. La phase supérieure claire est jetée chaque fois. Enfin 3 mL d'éthanol sont ajoutés et le tube est centrifugé à 3000rpm pour 3min. Le liquide est jeté et le culot formé est séché sous flux d'azote, avant d'être redispersé dans de la NMFA fraîche
Example 14 : Encapsulation par ‘Atomic Layer Déposition (ALD)’
Un film de nanocristaux de HgSe recouvert de ligands dodecanthiol est déposé par dépôt de goûte d’une solution de nanocristaux dispersé dans un mélange 9: 1 d'hexane/octane. Le film est ensuite plongé pendant 30 secondes dans une solution à 1% en volume d'ammoniac dans l'éthanol. Le film est ensuite rincé dans de l'éthanol pur. Puis le film est introduit dans le « setup » d’ALD et mis sous vide primaire. Le film est ensuite exposé successivement à de l'eau et à du diéthylzinc. Chaque exposition est suivie d'une étape d'attente d'au moins 1 min. 10 couches de ZnO sont déposées et le film est enfin cuits à 70° C pendant 10 minutes.
Exemple 15 : fabrication d’électrodes
Un substrat de silicium dopé avec une couche de S1O2 de 400 nm, est coupé en morceaux de lxlcm2. Le substrat est ensuite nettoyé dans de l'acétone par sonication pendant 5 minutes, puis rincé à l'isopropanol. Puis le substrat est traité pendant 5 min sous plasma O2. Nous déposons ensuite une résine photosensible AZ5214 par dépôt à la toumette. Le substrat est cuit sur une plaque chauffante à 110°C pendant 90s. Le substrat est ensuite illumine par une lampe UV à travers un substrat pour 2s . Une deuxième cuisson du substrat est réalisé à 125°C est réalisé pendant 2min. Ensuite, une seconde exposition aux UV est pratique pour 40s sans masque. Enfin, la résine est développée en plongeant le film pour 32sdans le développeur AZ326. Puis 3 nm de Cr et 40nm de l'or sont déposés grâce à un évaporateur thermique. Enfin, le « liftoff » est effectué en plongeant le substrat dans de l'acétone pendant 1 h, avant de rincer les électrodes avec de l'isopropanol.
Exemple 16 : fabrication de nanotranchée
Sur une plaquette de SÎ/SÎ02, une première électrode est préparée soit en utilisant la lithographie optique standard ou la lithographie électronique. Dans une préparation typique la résine AZ 5214 E est déposée par dépôt à la toumette sur le substrat. Le substrat est ensuite cuit pendant 90 s à 110° C. Une première exposition aux UV en utilisant le masque de lithographie est réalisée pour 2 secondes. Puis l’échantillon est encore cuit sur plaque chauffante à 125° C pendant 2 minutes. Nous procédons ensuite à un dépôt de métal par évaporation de Ti (5 nm) et une couche d'or (54 nm) en utilisant un évaporateur d'électrons. Enfin, le « lift-off » est effectué en plongeant le substrat dans de l'acétone pendant 12 h, avant de rincer les électrodes avec de l'isopropanol. Une deuxième électrode est préparée en utilisant le même mode opératoire de lithographie optique. La seconde évaporation métallique est effectuée alors que l'échantillon est incliné de 60° afin que la première électrode cache une partie du second motif. Dans ce cas, 5 nm de Cr et 50 nm d'or sont déposés. Cet effet d'ombre permet la formation de nanotranchée à l'échelle de quelques dixièmes de nanomètres.
Exemple 17 : photodétecteur à barrière unipolaire
Sur un substrat de Si/Si02 deux électrodes ont été conçus, généralement de 2 mm de long et espacées par 20 pm. Ensuite, une électrode est reliée à une source de tension continue élevée. Le substrat fait face à une lame de verre de 1 cm2 revêtu d’une couche d’ITO. Cette seconde électrode est reliée au côté négatif de l'alimentation haute tension. Le substrat fonctionnalisé avec les deux électrodes et l'électrode revêtue d’ITO sont immergés dans une solution de nanoplaquette de CdTe. Une tension de 400 V est appliquée pendant 30 s. Nous observons le dépôt de CdTe sur l'électrode positive. Le substrat avec les deux électrodes est maintenant immergé dans une solution de Na2S dans de l'éthanol pendant 1 min, avant d'être rincée dans de l'éthanol pur. Les électrodes sont finalement séchées sous un courant d'azote. Les électrodes sont ensuite recuites sur une plaque chauffante pendant 1 h à 300° C. Puis les nanoparticules de HgSe fonctionnalisées par AS2S3 sont déposées sur les électrodes fonctionnalisés et chauffé sur une plaque chauffante dans une boîte à gants pendant 10 minutes à 100°C.
Exemple 18 .-fabrication d'un dispositif photoconducteur
Dans la boîte à gants, les nanoparticules de HgSe fonctionnalisées par AS2S3 sont déposées sur les électrodes sur une plaque chauffantes à 100° C.
Exemple 19 : fabrication d'électrolyte 50 mg de L1CIO4 sont mélangés avec 230 mg de polyéthylène glycol sur une plaque chauffante dans une boîte à gants remplie d'argon à 170° C pendant 2 h.
Exemple 20 .-fabrication d’un transistor avec une grille face arrière
Dans la boîte à gants, les nanoparticules de HgSe fonctionnalisées par AS2S3 sont déposées sur les électrodes sur une plaque chauffante à 100° C pendant 10 min. Une fois que le film est séché, du polyéthylène glycol pur est déposé comme couche de protection.
Exemple 21 : Fabrication d’un transistor à double grille
Dans la boîte à gants, les nanoparticules de HgSe fonctionnalisées par AS2S3 sont déposées sur les électrodes sur une plaque chauffante à 100° C pendant 10min. Pendant ce temps, l'électrolyte est ramolié à 100° C. L’électrolyte fondu est maintenant clair et est déposé sur le film de nanoparticules Une grille de cuivre est ensuite déposé sur le dessus de l'électrolyte et peut être utilisé comme grille supérieure. Un schéma du dispositif est représenté sur la figure 8. Le courant dans le transistor en fonction de la tension appliquée de l'appareil est donné sur la figure 9. Le courant dans le transistor en fonction de la tension de grille appliquée est donné sur la figure 10. Le bruit dans le dispositif est représenté sur la figure 11. La photoréponse du système en fonction de la fréquence est donnée sur la figure 12.
Exemple 22 : Fabrication de pixel dans un film de nanocristaux de HgSe
Dans la boîte à gants, les nanoparticules de HgSe fonctionnalisées par AS2S3 sont déposées sur un substrat de silicium préalablement nettoyé. Le film de nanocristaux fait typiquement 100 nm d'épaisseur. Dans la salle blanche, du PMMA est déposé par centrifugation et cuit à 160° C pendant 15 minutes. L’échantillon est ensuite introduit dans le marqueur électronique. Une accélération de 20 kV et un courant de 6.4 nA est utilisé pour effectuer l'écriture par faisceau d'électrons. Le film est développé en utilisant un mélange de Méthylisobutylcétone et Isopropanol et rincé dans l'isopropanol pur. La gravure de la couche de nanocristaux est obtenue par une gravure plasma à O2 utilisé pendant 5 min. Enfin, le résine est enlevée par immersion du film pendant 5 minutes dans de l'acétone pure. Le film est en outre rincé par de isopropanol et finalement séché. Cette méthode permet la conception de pixels avec une taille de 20pm et 60μιη, voir figure 13).
Claims (13)
- REVENDICATIONS1. Une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal recouverts de plusieurs ligands organiques et inorganiques ; - dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg, Pb, Sn, Cd, Bi, Sb ou un de leurs mélanges; ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges ; - dans lequel lesdits plusieurs ligands inorganiques comprennent au moins un des ligands inorganiques de la liste S2', HS\ Se2', Te2', OH', BF4', PF6', Cl', Br', Γ, As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, As2S3 ou un mélange de ceux-ci ; - dans lequel l'absorption des ligands organiques par rapport à l’absorption du chalcogénure de métal est inférieure à 50%, de préférence inférieure à 20%.
- 2. La pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal selon la revendication 1, dans lequel ladite pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal présente une absorption optique sur une plage de longueur d’onde allant de 3 pm à 50 pm et une mobilité de porteur de charge d’au moins de 1 cm2 V1 s'1.
- 3. La pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal selon la revendication 1 ou 2, dans lequel ledit métal est choisi parmi Hg ou un mélange de mercure et au moins un élément choisi parmi Pb, Sn, Cd, Bi, Sb; et ledit chalcogène est choisi parmi S, Se, Te ou un de leurs mélanges; lesdits nanocristaux de chalcogénure de métal ne sont pas fait de HgTe recouvert de ligands inorganiques fait à base d’As2S3.
- 4. Procédé de fabrication de la pluralité de nanocristaux de chalcogénures de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: - fourniture d'un carboxylate de métal, de préférence un oléate de métal ou un acétate de métal dans un solvant de coordination sélectionné de préférence à partir d’une amine primaire plus préférentiellement parmi l’oleyamine, Phexadécylamine ou l’octadécylamine ; - mélanger à l'intérieur de ladite solution un précurseur de chalcogénure choisi de préférence à partir de trioctylphosphine de chalcogénure, triméthylsilyle de chalcogénure ou le disulfure de chalcogénure à une température allant de 60°C à 130°C ; - isoler les nanocristaux de chalcogénure de métaux ; - recouvrir les nanocristaux isolés de chalcogénure de métal avec de multiples ligands inorganiques.
- 5. Le procédé de fabrication des nanocristaux colloïdaux de chalcogénure de métal selon la revendication 4, dans lequel l'isolement des nanocristaux de chalcogénure de métal comprend le mélange d'un thiol et / ou d’une phosphine avec les nanocristaux ; en formant ainsi un mélange refroidi; puis l'extraction des nanocristaux'du mélange refroidi.
- 6. Procédé de fabrication de nanocristaux colloïdaux de chalcogénure de métal selon la revendication 4 ou la revendication 5, comprenant en outre une étape consistant à maintenir le mélange à une température allant de 60° C à 130° C pendant une durée prédéterminée allant de 1 à 60 minutes après l’injection du précurseur de chalcogénure.
- 7. Le procédé de fabrication des nanocristaux colloïdale de chalcogénure de métal selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, dans lequel, lesdits plusieurs ligands inorganiques comprennent au moins un ligand inorganique choisis parmi S2', SH , Se2', Te2', OH", BF4', PFe, CT, Br, I", As2Se3, Sb2S3, Sb2Te3, Sb2Se3, AS2S3 ou un mélange de ceux-ci.
- 8. Un photoconducteur, une photodiode ou un phototransistor, comprenant : - une couche photoabsorbante comprenant une pluralité de nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou d'une pluralité de nanocristaux métalliques de chalcogénure fabriqué selon l'une quelconque des revendication^ à 7 ; et - une première pluralité de connexions électriques connectées à la couche photoabsorbante ; dans lequel la pluralité de nanocristaux de chalcogénures métalliques sont positionnés de sorte qu'il y a une augmentation de la conductivité entre les connexions électriques et à travers la couche photoabsorbante, en réponse à l'éclairage de la couche photoabsorbante par de la lumière à une longueur d’onde allant de 3 pm à 50 pm ; - la mobilité des porteurs est d’au moins 1 cm2 V'1 s'1.
- 9. Un photoconducteur, une photodiode ou un phototransistor selon la revendication 8, dans lequel la couche photoabsorbante a une épaisseur allant de 3 nm à 1 mm.
- 10. Un photoconducteur, une photodiode ou un phototransistor selon la revendication 8 ou la revendication 9, dans lequel la couche photoabsorbante a une superficie allant de 100 nm2 à 1 m2.
- 11. Dispositif comprenant une pluralité de photoconducteurs, photodiodes ou phototransistors selon l'une quelconque des revendications 8 à 10 et un circuit de lecture relié électriquement à la pluralité de photoconducteurs, photodiodes ou des phototransistors.
- 12. Un matériau de revêtement absorbant le rayonnement infrarouge comprenant des nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, ou en nanocristaux de chalcogénure de métal fabriqués selon l'une quelconque des revendications 4 à 7.
- 13. Un bolomètre ou un pyromètre comprenant des nanocristaux de chalcogénure de métal selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 ou nanocristaux de chalcogénure de métal fabriqués selon l'une quelconque des revendications 4 à 7.
Priority Applications (7)
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