Développement d'une voie millifluidique supercritique pour la synthèse de nanocristaux colloïdaux III-N appliqués aux dispositifs QLED auto-émissifs

Abstract

Les « quantum-dots », nanocristaux de semi-conducteur capables d’émettre de la lumière monochromatique,ont permis le développement d’une nouvelle technologie : les « quantum-dot light emitting devices »ou QLED. Ces sources électroluminescentes qui ont pour ambition de remplacer les systèmes OLED, souffrentcependant de la toxicité des matériaux utilisés à ce jour et de la difficulté à atteindre la totalité du domainespectral visible.Dans ces travaux, des réacteurs millifluidiques sous pression sont utilisés pour la synthèse en continu dequantum-dots GaN et InGaN en voie solvothermale supercritique. En effet, ces matériaux biocompatibles etdont l’émission peut être contrôlée dans le domaine visible, proche UV et infrarouge, sont une alternative dechoix, mais leur synthèse reste compliquée en particulier en voie solvothermale. Nous étudions ici la réactionentre les cupferronates de gallium et l’hexaméthyldisilazane en conditions supercritiques. Après l’obtention departicules agrégées et instables en suspension par synthèse dans le mélange méthanol/hexane, une nouvellevoie est développée utilisant l’oleylamine en guise d’intermédiaire de solubilisation dans l’hexane ou le toluène.Des particules non-agrégées et stables en suspension sont obtenues, dont la taille peut être contrôlée via lesconditions de réaction, notamment la concentration initiale en précurseurs. Une corrélation taille-bandgap trèsproche de la théorie est observée, cependant un niveau d’énergie est identifié dans le bandgap menant à laquasi-extinction de la luminescence excitonique et l’apparition d’une large bande de fluorescence de défauts.Notre voie de synthèse est également adaptée à la synthèse de solution solide InGaN dans toute la gamme decomposition. L’incorporation d’indium est confirmée par analyses chimique et cristallographique, et le bandgapmesuré pour 30 at.% d’indium est cohérent avec un effet conjoint entre les effets de taille et de dopage.Les particules sont alors déposées par spin-coating et intégrées dans des structures multicouches permettantl’injection de charges afin d’en induire l’électroluminescence. Après étude d’un système modèle à base de CdSe,des quantum-dots de GaN sont utilisés en guise de couche émissive. Malgré des rendements très faibles, uneémission est obtenue après mise sous tension, dont l’origine est attribuée à nos matériaux. Ce résultat représenteune preuve de concept permettant d’envisager la fabrication de QLED à base de GaN et InGaN, aprèsoptimisation de la synthèse des matériaux.