Dopage de Nanocristaux Semiconducteurs par chimie douce – NanoDoSe

Les nanocristaux de semiconducteurs présentent des propriétés optiques exceptionnelles, ces dernières peuvent être modifiées par l’introduction d’impuretés en quantités dopantes.
Le but de ce projet est de développer de nouvelles voies pour le dopage de nanocristaux par chimie douce afin de proférer aux nanocristaux des propriétés en électronique ou en optique. Par exemple des atomes de manganèse dans des nanocristaux de sulfure de zinc font apparaître une nouvelle transition dans le visible et présentent des propriétés magnétiques. L’introduction de cations de valences différentes du matériau hôte permettent quant à eux de dopés électriquement les nanocristaux.
La plus part des synthèses de nanocristaux semiconducteurs sont effectuées à des températures assez élevées au-delà desquelles l’incorporation d’impuretés est d’autant plus difficiles qu’elles sont le plus souvent expulsées à l’extérieur des particules, c’est pourquoi nous nous focaliserons principalement sur du dopage à température ambiante en solution. Deux approches différentes seront explorées :
- L’introduction de dopants par échange cationique partiel avec de l'argent, du cuivre ou de l'or. Ces dernières années de nombreux progrès dans le domaine ont montré qu’il est possible d’échanger entièrement le réseau cationique de certains nanocristaux. Grâce à un fin contrôle de l’échange partiel il sera possible de doper les nanocistaux, des expériences préliminaires montrent des résultats encourageants en utilisant un mélange biphasique avec les nanocristaux dans le phase apolaire et le précurseur d’argent dans la phase polaire.
- l’introduction d’impuretés dans une coque dont la croissance sera effectuée sur des cœurs de nanocristaux préalablement synthétisés à haute température. En effet, à l’heure actuelle les synthèses les plus performantes pour obtenir des nanocristaux monodisperses et cristallins sont faites à haute température, en revanche nous avons montré que des coques dont la croissance est effectuée à température ambiante sont comparables à celles effectuées à haute température. Ainsi, le dopage aura lieu dans la coque qui sera de même (homostructure) ou de différente (hétérostructure) nature que le matériau de cœur. Les précurseurs utilisés sont des sels solubles en milieux polaires et la croissance sera effectuée soit en milieu biphasique avec les nanocristaux en milieu apolaire soit en milieu monophasique avec les cristaux en milieu polaire.
Le succès du dopage des nanocristaux sera vérifié par plusieurs techniques. Nous effectuerons de l’analyse par spectrométrie de torche à plasma pour détecter les quantités de dopants introduites dans les nanocristaux, ainsi que de la spectroscopie de rayons X par photodetections sur les films de nanocristaux Si les impuretés introduites sont magnétiques nous les détecterons par résonance paramagnétique électronique. Enfin si ces dernières sont électriques nous effectuerons de la spectrométrie infrarouge pour étudier les nouvelles transitions intrabandes introduites. Plus généralement les objets synthetisés seront caractérisés par spectroscopie d’absorbance et d’émission ainsi que par microscopie.
Pour finir, le dopage électrique sera particulièrement étudié grâce à la fabrication de dispositifs types transistors à effets de champs pour parvenir à des informations telles que la nature des charges mises en cause dans le transport (dopage p (trous) ou dopage n (électrons)), leur mobilité et leur densité. A plus long termes de tels nanocristaux pourront être utilisés dans des dispositifs optoélectroniques tels que des diodes.