study and control of the carrier density in narrow band gap nanocrystals : application to infrared sensing
Étude et contrôle de la densité de porteurs dans des nanocristaux à faible bande interdite : application à la détection infrarouge
Résumé
Colloidal semiconductor nanocrystals are chemically synthetized crystalline objects. Quantum
confinement occurring in these objects give them size-dependent tunable optical properties that can be
adjusted during their synthesis. They are mostly known for their bright photoluminescence in the visible
range they can also absorb infrared light. Among infrared absorbing materials, I used mercury telluride
which bandgap can be tuned across the entire infrared range. These nanocrystals can then be deposited
as thin films onto electrodes to build infrared photodetectors. The goal is to use these photodetectors
as sensors in cheap infrared cameras. Before that, a full understanding of their properties is needed. I
developed different means to probe both nature and dynamics of the majority and minority carriers in
HgTe nanocrystals. This is done through photoemission measurements but also by building field effect
transistors. I developed new gating technologies for these transistors, and I show some examples of their
integration in photodetectors. The addition of a gate allows a better control of the carrier density and
can even lead to a better charge separation induced by the formation of a p-n junction within the channel.
This enables a strong enhancement of the signal-to-noise ratio leading to improved performance
Les nanocristaux de semiconducteur colloïdaux sont des objets cristallins synthétisés par voie
chimique. En raison du confinement quantique présent dans ces objets, leur propriétés optiques
dépendent de leur taille et peuvent être ajustés lors de leur synthèse. Connus principalement pour leur
photoluminescence dans le visible, ils peuvent également absorber le rayonnement infrarouge. Parmi les
matériaux absorbant dans l’infrarouge, j’ai utilisé pendant ma thèse le tellurure de mercure dont l’énergie
de bande interdite peut être ajustée continument sur l’ensemble de la gamme infrarouge. Ces
nanocristaux peuvent être déposés sous forme de films sur des électrodes afin de réaliser des
photodétecteurs infrarouges. L’objectif est d’utiliser ces photodétecteurs dans des caméras infrarouges
à bas coût. Avant cela il est nécessaire d’avoir une connaissance complète de ces matériaux. Je me suis
intéressé à plusieurs moyens permettant de sonder la nature et la dynamique des porteurs majoritaires
et minoritaires dans des nanocristaux de HgTe. Cela passe par des mesures de photoémission mais
également par la réalisation de transistors à effet de champ. J’ai développé de nouvelles technologies de
grille pour ces transistors et je présente des exemples d’intégration de ces transistors dans des
photodétecteurs. L’ajout d’une grille permet un meilleur contrôle de la densité de porteurs et permet
dans certaines conditions d’améliorer la séparation des charges par la formation d’une jonction p-n dans
le canal. Cela permet une augmentation significative du rapport signal-sur-bruit des détecteurs et donc
de meilleures performances.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
---|