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Un photorécepteur au bout du nanofil !


​Des chercheurs de l'Inac ont développé de nouvelles approches de détection UV et infrarouge utilisant des nanofils individuels de nitrure de gallium (GaN). Ils ont notamment réalisé le premier nanofil photodétecteur utilisant des transitions électroniques à l'intérieur de la bande de conduction d'une hétérostructure semi-conductrice.

Publié le 1 décembre 2017
Les nanofils semi-conducteurs inspirent de nouveaux dispositifs exploitant leur basse dimensionnalité (1D) et leur grande surface (à volume donné), notamment de l'électronique flexible ou des interconnexions optiques sur puce. Ils sont également prometteurs comme photodétecteurs. Leurs propriétés diélectriques très différentes de leur environnement et leur diamètre, souvent inférieur à la longueur d'onde de la lumière détectée, permettent une ingénierie de leur indice de réfraction ou de leur capacité électrique, associée aux caractéristiques d'absorption du matériau massif.

Il existe deux façons d'activer un photocourant dans un nanofil de GaN. La première voie est l'absorption de  photons d'énergie supérieure au gap de GaN (ultraviolets) qui conduit à des transitions électroniques dites interbandes. La seconde est l'absorption de  photons d'énergie « résonante » infrarouge, accordée sur les transitions électroniques autorisées à l'intérieur de la bande de conduction de GaN. La géométrie de l'hétérostructure permet alors d'ajuster finement la longueur d'onde à détecter.

Les hétérostructures GaN/AlN se prêtent bien à ces deux processus, respectivement dans l'UV-B et dans la fenêtre proche infrarouge de 1,55 µm des télécommunications. GaN présente se surcroît l'avantage d'être robuste et de résister à des environnements extrêmes.

Des physiciens de l'Inac ont fabriqué des photodétecteurs constitués chacun d'un nanofil de GaN contenant des hétérostructures GaN/AlN. Ces nanofils ont pu être isolés et observés en microscopie électronique en transmission. En déterminant les dimensions de l'hétérostructure et le profil de dopage dans les nanofils, les chercheurs ont pu optimiser l'efficacité des dispositifs.

Ils ont finalement obtenu un détecteur UV-B près de cent fois plus sensible que l'état de l'art et le premier photodétecteur à 1,55 µm inclus dans un nanofil.

Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec des chercheurs du CNRS, de l'Institut Néel (Université Grenoble Alpes) et de l'Université Justus Liebig de Giessen (Allemagne), et ont bénéficié de la plateforme de nanocaractérisation de CEA-Minatec.

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