DISPOSITIFS OPTOELECTRONIQUES A BASE DES NANOSRUCTURES Université constontine1 Département d’électronique Faculté des sciences de la technologie Master 2 en électronique biomédicale Module : NANOTECHNOLOGIE DISPOSITIFS OPTOELECTRONIQUES A BASE DES NANOSRUCTURES Réaliser par: AOUATI HOUSSEM EDDINE MESKALDJI SEIF EDDINE Date: 17/02/2014 Année universitaire : 2013/2014 PRF du module : M TLIA

introduction  Les nanotechnologies et les nanosciences sont l'étude, la fabrication et la manipulation de structures, de dispositifs et de systèmes matériels à l'échelle de moins d'une quarantaine de nanomètres

1 / Nanostructure Une nanostructure est un objet de taille intermédiaire entre les microscopiques et moléculaires structures (la dimension est comprise entre 0,1 et 100 nanomètre).

Quelques exemples de nanostructures: 1_nanomesh. 2_nanofibre. 3_nanoparticule. 4_héterostructure quantum

2 / Nanolithographie Technique de gravure utilisant un rayonnement de longueur d'onde plus courte rayons X ou à un faisceau d'électrons pour créer un motif en creux sur une surface. Elle est notamment utilisée pour la réalisation de circuits électronique à semi- conducteurs et dans le domaine des nanotechnologies.

3 / L'optoélectronique L'optoélectronique c’est la branche de l'électronique et de la photonique. Elle concerne l'étude des composants électroniques qui émettent ou interagissent avec la lumière. Quelques composants optoélectroniques: Photodiode / photomultiplicateur / photorésistance /phototransistor / cellule photoélectrique /diode laser/ diode électroluminescente (DEL) ……etc. _ voir les figures des composant optoéléctroniques dans le diapo suivant

4 / Hétérostructure Quantum _Hétérostructure Quantum est une hétérostructure à un substrat (en général un matériau semi-conducteur ), où la taille limite les mouvements des porteurs de charge en les forçant dans un confinement quantique. _ Cela conduit à la formation d'un ensemble de niveaux d'énergie discrets au cours de laquelle les opérateurs peuvent exister.

Les Hétérostructures quantiques sont importants pour l’ applicationsoptoélectroniques. Exemples de hétérostructures quantiques confinant les transporteurs en quasi-deux, un-dimensions et nuls sont: Puits quantiques ( quantum wells ) Fils quantiques (quantum wires) Les points quantiques (quantum dots) Remarque: Une hétérojonction est une jonction entre deux semiconducteurs dont le gap (la bande interdite) est différent.

4_1 / Quantum well « puits quantique » Un puits quantique est une zone de l'espace dans laquelle le potentiel ressenti par une particule quantique atteint un minimum. Un puits quantique désigne également une hétérostructure de semi-conducteurs qui est la plus proche réalisation pratique des puits de potentiel étudiés dans les cours de mécanique quantique. Un confinement 1D peut être obtenu avec un puits quantique, 2D avec un fil quantique, 3D avec une boîte quantique. Niveaux d'énergie d'un puits quantique de profondeur U0 et de largeur L

4_2 / QUANTUM WIRES « nanofil » Un nanofil est une nanostructure, dont le diamètre est exprimé en nanomètre, donc en principe de 1 à 999 nanomètres À ces échelles les effets quantiques sont importants - d'où l'utilisation du terme de « fils quantiques ».

4_3 / QUANTUM DOTS « points quantiques » Les points quantiques sont des nanocristaux composés de matériaux semiconducteurs non organiques, tels que le CdSE, l’InGaP, le carbone et le silicium, dans lesquels des paires électron-trou peuvent être créées et confinées. Lorsque les points quantiques sont exposés à la lumière, les paires électron- trou sont excitées et deviennent fluorescentes.

Figure : ( droite ) morphologie schématique et ( gauche ) densité d'états pour les porteurs de charge dans les structures de semi-conducteurs avec différents dimensionnalités:(b) puits quantique, (c) fil quantique, et (d) de point quantique.

5_1 / Le laser semiconducteur A hEtErOSRucture Les lasers à semiconducteur sont des lasers qui utilisent comme milieu amplificateur un matériau semiconducteur. Le plus répandu est le laser à diodes. Le semiconducteur de base utilisé est GaAlAs. Ils sont assez facilement accordables. Le milieu amplificateur est constitué d'hétérostructures (empilement de couches minces).

5_2 / Le laser semiconducteur A PUIT QUANTIQUE Et un laser a semi- conducteur ou La zone active, formée de puits quantiques, est insérée dans une cavité Fabry-Pérot asymétrique.

QCL « Quantum Cascade Laser » : Structure de la bande de conduction, sous tension. Un électron (arrivant par la gauche) « tombe » dans un puits quantique : il y subit une relaxation entre deux sous- bandes, émettant un photon. Il passe ensuite au puits suivant par effet tunnel, où il subira une nouvelle relaxation et ainsi de suite.

5_ 3 / photodétecteur infrarouge à puits quantiques   Le QWIP « Quantum Well Infrared Photodetector   »est un détecteur de rayonnement infrarouge. La gamme de longueurs d'onde s'étend de 3 µm à plus de 30 µm. Ce type de détecteur est sensible au rayonnement thermique émis par tout corps dont la température n'est pas nulle.

L’imagerie thermique vue dans la nuit

5_4 / Modulateur d'onde électromagnétique à puits quantiques un modulateur d'onde électromagnétique comprenant une structure semiconductrice à puits quantiques présentant deux puits adjacents dont le couplage est modifié sous l'action d'un champ électrique en utilisant le phénomène d'anticroisement de niveaux en résonance.

CONCLUSION _La nanotechnologie évoluer la fabrication des composants optoélectronique. _Cette développements baser sur les effets quantique surtout pour la réalisation des lasers semiconducteur a Hétérostructure. _ donc par la nanotechnologie le micro devient nano et avec cette technologie les dimensions des composants optoélectroniques sont diminue

Merci pour votre attention