De meilleurs photodétecteurs nanométriques
Tous les objets absorbent et émettent des infrarouges, que l'on ressent sous forme de chaleur. Les infrarouges ont de très nombreuses applications, comme la surveillance militaire ou chimique, l'imagerie médicale ou la vision par ordinateur. Le fait d'augmenter la sensibilité des détecteurs et de réduire leur coût augmentera la compétitivité de l'UE sur le marché mondial. Le projet COQUADOT («Colloidal quantum dot infrared photodetectors»), financé par l'UE, s'est attaqué à ce problème. Son but était d'associer les propriétés de points quantiques colloïdaux traités en solution, avec des méthodes de fabrication à grande échelle, compatibles avec les techniques de silicium monolithique en couche mince. Les points quantiques sont ici des nanocristaux de matériau semi-conducteur. Les scientifiques de COQUADOT ont cherché comment obtenir une sensibilité optique élevée dans le visible et l'infrarouge, à l'aide de points quantiques et de la plasmonique. Ce domaine scientifique relativement nouveau étudie l'intensification des sous-longueurs d'onde en champ proche optique, lorsque la lumière interagit avec des électrons de conduction à l'interface du métal ou dans des nanostructures métalliques. L'intégration de points quantiques avec des structures plasmoniques, y compris de nouvelles architectures de focalisation comme des quadrillages en œil de bœuf, a notablement amélioré les performances. Les chercheurs ont mis au point de nouveaux photodétecteurs mixtes, couplant des points quantique colloïdaux avec du graphène et d'autres semi-conducteurs en 2 dimensions. Ceci a conduit à des performances sans précédent en termes de réactivité et de sensibilité. Ces photodétecteurs ont été améliorés pour fonctionner dans le visible ainsi que dans l'infrarouge. Les chercheurs ont aussi suivi une autre voie, s'affranchissant de la limite de bande interdite des photodétecteurs classiques à semi-conducteurs. Il s'agit de photodétecteurs plasmoniques à porteurs chauds, qui utilisent l'excitation des porteurs chauds dans une nanostructure métallique. Cette excitation est un phénomène de surface à l'interface entre le métal et un semi-conducteur transparent, la photostimulation conduisant à une oscillation résonante des électrons de conduction. La nanostructure métallique a été conçue afin que la réponse spectrale soit déterminée par la forme de la nanostructure et pas par la bande interdite du semi-conducteur. Ceci devrait ouvrir de nouvelles voies de détection optique et pourrait conduire à des photodétecteurs IR à faible coût. Les travaux de COQUADOT apportent une contribution importante à un domaine en plein essor. Ces photodétecteurs IR, plus performants, élargiront la pénétration des marchés actuels et ouvriront la voie vers d'autres marchés haute technologie.
Mots‑clés
Photodétecteurs, infrarouges, point quantique colloïdal, détection optique, plasmonique
