Hétérostructures de Type II Basées sur des Nanofils de ZnO Ordonnés pour les Photodétecteurs UV Auto-Alimentés – DOSETTE

La détection du rayonnement UV est cruciale pour une grande variété d’applications, incluant la détection incendie, l’analyse chimique et biologique, ou les communications optiques. La plupart des photodétecteurs UV sont à base de silicium ou de semiconducteurs à large bande interdite sous forme de couches bidimensionnelles. Cependant, leur coût, consommation d’énergie, tension de travail, et temps de réponse sont incompatibles avec leur utilisation dans des dispositifs nanométriques multifonctionnels connectés, qui sont en plein essor.
Afin de traiter ces challenges, le projet JCJC DOSETTE propose des solutions innovantes et originales visant à développer une nouvelle classe de photodétecteurs UV autoalimentés basés sur des hétérojonctions p-n à large bande interdite comprenant des hétérostructures ordonnés de type cœur coquille à nanofils (Nfs) de ZnO, avec les exigences d’utiliser des matériaux bas coût et semi-abondants élaborés par des techniques de dépôt chimiques rentables, extensibles en surface, et fonctionnant à basse température. Ces photodétecteurs UV autoalimentés bénéficieront d’un faible coût, d’une surface active importante, d’une grande sensibilité et d’une grande sélectivité spectrale à travers le piégeage optique et la gestion des porteurs de charges efficaces, et de temps de réponse courts.
Les objectifs impliquent la conception de ces hétérostructures ordonnées à Nfs de ZnO à partir de simulations optoélectroniques, leur fabrication par des techniques de dépôt chimique innovantes bas coût et extensibles en surface (tirage, CBD, SILAR, SALD, CVD, spray chimique) combinées à des procédés technologiques en salle blanche (lithographie avancée et gravure), leur caractérisation avancée par une grande variété de techniques (FEG-SEM, TEM, STEM, XRD, spectroscopie optique, mesures d’absorption et de transport électrique, réponse spectrale, temps de réponse, …), et leur intégration dans des photodétecteurs UV autoalimentés. Leur comportement photovoltaïque sera également déterminé pour évaluer leur potentiel à fournir la puissance nécessaire au fonctionnement des dispositifs entiers. Un effort sera mis sur l’étude des effets piézophototroniques dans ces dispositifs.
Le projet JCJC DOSETTE bénéficiera des compétences uniques du coordinateur et de son équipe projet au LMGP sur le développement d’hétérostructures à Nfs, ainsi que de collaborations étroites avec l’IMEP-LAHC et l’Institut Néel et du soutien fort des plateformes technologiques et de caractérisation avancée, pour former un consortium pluridisciplinaire capable de traiter l’ensemble des tâches par des approches complémentaires allant de la conception, du dépôt, de la caractérisation avancée jusqu’à la fabrication des photodétecteurs UV autoalimentés. Il rassemblera dans un nouvel axe de recherche au LMGP des compétences variées en science des matériaux, chimie, ingénierie, et physique des semiconducteurs et composants.
Le projet JCJC DOSETTE mènera à d’importantes retombées bénéfiques scientifiques, techniques, et économiques. Les dispositifs nanométriques multifonctionnels connectés et autoalimentés sont développés pour améliorer les niveaux de vie et de développement des êtres humains, entreprises, et agglomérations tout en contenant la demande globale en énergie. Ces dispositifs représenteront à moyen terme un marché énorme présentant un potentiel économique très grand.
La dissémination des résultats sera réalisée aux niveaux recherche, industriels, et enseignement, via des publications et communications dans les meilleurs journaux et conférences internationales ainsi que via des cours de Master à l’Ecole d’Ingénieur Phelma et dans plusieurs programmes de Master et écoles d’été européens.
Ce projet offre une opportunité unique de traiter ces sujets en fournissant des solutions de rupture avec une haute valeur ajoutée et d’acquérir un leadership au niveau international sur le développement de dispositifs optoélectroniques à base de Nfs de ZnO.