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Abstrait

Les nanofils comme éléments de base innovants pour l'optoélectronique

Saint Filo Amboine

L'électronique est au cœur du monde depuis l'invention du premier transistor en 1925. Partout où nous regardons autour de nous, nous voyons des appareils alimentés électriquement à base de silicium. Le silicium est tout simplement génial : il est bon marché, facile à travailler, répandu et bien connu. Pour l'électronique de base, il fonctionne très bien et essayer de trouver quelque chose de mieux que le silicium revient à essayer d'améliorer la poudre à canon. Le silicium a cependant ses limites et elles sont déjà respectées de nos jours : les dernières tendances pointent vers des appareils de plus en plus petits aux couleurs éclatantes. La première est essentiellement traitée en nanotechnologie : lorsque les dimensions d'un objet sont du même ordre de grandeur que le libre parcours moyen des électrons, nous obtenons un effet connu sous le nom de confinement quantique, à cause duquel l'énergie des électrons augmente et les propriétés des matériaux changent en conséquence. La deuxième est bien connue en optoélectronique. Le silicium est un semi-conducteur à bande indirecte, ce qui signifie essentiellement que son interaction avec la lumière est entravée et qu'il n'est pas le meilleur candidat pour les dispositifs optiquement actifs. Il existe des objets dans le monde de la nanotechnologie qui visent à aider à ces deux moments : ils sont appelés nanofils et sont des cristaux très fins mais arbitrairement longs faits de différents matériaux, tels que des semi-conducteurs III-V ou II-VI. De tels cristaux peuvent être obtenus spontanément dans les bonnes conditions de pression, de température et d'atomes disponibles dans ce que l'on appelle communément la « croissance vapeur-liquide-solide ». Dans de tels processus, un monocristal est utilisé comme substrat sur lequel des gouttelettes de liquide d'un matériau catalyseur entraînent la « croissance » du cristal à l'aide d'atomes provenant de la phase vapeur. La taille de la gouttelette de liquide détermine le diamètre des nanocristaux et le temps de croissance affecte leur longueur. De tels cristaux peuvent ensuite être « entourés » d'une couche de matériau différent selon un mode cœur-coquille en modifiant la composition des atomes en phase vapeur. Le Nano-hot-dog ainsi obtenu peut être utilisé comme élément solaire actif, car lors de l'impact de la lumière solaire, des paires électron-trou sont générées, les porteurs de charge se séparent entre le matériau du noyau et de la coque produisant de facto une différence de potentiel, et voilà, nous avons obtenu une cellule solaire à haut rendement : il suffit de connecter les deux couches séparément, de fermer le circuit électrique, de les protéger avec une couche supplémentaire non absorbante pour éviter que les agents atmosphériques n'endommagent notre appareil.