CE09 - Nanomatériaux et nanotechnologies pour les produits du futur

Synthèse en flux continu de quantum dots à base d’InP – FLUO

Résumé de soumission

Les nanocristaux semi-conducteurs (ou quantum dots - QDs) possèdent des propriétés optiques uniques (absorption large, émissions étroites avec un maximum modulable avec la taille, rendements quantiques de luminescence élevés – QY,…) qui ont conduit à leur intégration en tant que convertisseurs de couleur dans les écrans TV de dernière génération. A ce titre et parce qu’ils respectent les règlementations REACH et RoHS de l’UE, les QDs d’InP sont des candidats de choix pour la conversion du rayonnement des LEDs bleues en couleurs primaires rouge et verte dans les dispositifs d’affichage. Toutefois, des progrès importants sont nécessaires pour lever les verrous existant pour les QDs d’InP en termes de (i) distribution de taille et largeur des pics d’émission, (ii) QY et photo-stabilité, et (iii) reproductibilité et préparation en grande échelle. L’objectif de ce projet est de surmonter ces points bloquants et de valider l’intégration de ces QDs comme convertisseur du rayonnement des LED bleues 3D (nanofil) développées par le partenaire industriel Aledia.
Afin de répondre à la problématique de la pureté des couleurs des QDs d’InP, la distribution en taille doit être réduite significativement et nous proposons deux voies : (i) l’utilisation de nouveaux précurseurs de réactivités contrôlées à la fois pour l’indium et pour le phosphore (non pyrophorique) pour orienter le régime de croissance vers une monodispersité ; (ii) le développement d’une stratégie de croissance hétérogène sur germes à partir de clusters synthétisés au préalable, afin de dissocier les étapes de nucléation et de croissance.
Pour exacerber leur QY et renforcer leur photostabilité, les QDs d’InP ainsi obtenus seront recouverts par une coquille présentant un gradient de composition, en formant une couche intermédiaire appropriée (matériau de choix GaP et/ou ZnSe) entre le cœur (InP ou InZnP) et la coquille externe de ZnS.
Un procédé de synthèse en flux continu à réacteurs tubulaires sera développé afin d’améliorer la reproductibilité et d’assurer la production à grande échelle de ces QDs d’InP de haute qualité. Cette technique permet d’avoir un transfert de chaleur et de masse beaucoup plus efficace qu’avec les réactions batch traditionnelles ouvrant la voie pour des synthèses reproductibles et précises de QDs. Elle présente aussi l’avantage de permettre l’analyse rapide de nombreux paramètres réactionnels grâce au suivi in situ de l’absorption UV-vis et des propriétés de luminescence des QDs durant leur croissance. Ces données permettront de remonter aux mécanismes qui gouvernent la croissance et d’optimiser les protocoles.
Enfin, ces QDs seront intégrés dans une matrice transparente à base de matériaux acrylate pour former des pixels verts et rouges sur des substrats d’ALEDIA (de type plaquettes de silicium) en utilisant des techniques de photolithogravure. Les films QDs/polymère ainsi préparés seront alors testés en tant que convertisseurs de couleur dans des dispositifs LEDs à base de nanofil bleu de GaN permettant à ALEDIA d’évaluer le potentiel des QDs pour cette application.
Les résultats escomptés sont (i) QDs à base d’InP émettant dans le vert et rouge avec des largeurs de raie < 40 nm et des QY > 80% ; ii) première démonstration de la synthèse en flux continu de nanocristaux cœur/coquille à base d’InP ; iii) intégration des QDs obtenus dans des démonstrateurs à deux et trois couleurs convertissant la lumière bleue émise par les LEDs à nanofils III-V d’ALEDIA.

Coordination du projet

Peter REISS (Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

ALEDIA ALEDIA
LPCNO LABORATOIRE DE PHYSIQUE ET CHIMIE DES NANO-OBJETS
SyMMES Systèmes Moléculaires et nano Matériaux pour l'Energie et la Santé

Aide de l'ANR 461 195 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2018 - 42 Mois

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