Quantum-confined nanocrystals for infrared optoelectronics : carrier dynamics and intraband transitions

Nanocristaux colloidaux confinés pour l’optoélectronique infrarouge : dynamique des porteurs et transitions intrabande 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 transport est 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.