Study and applications of hybrid organic/ inorganic semiconductor quantum dots in thin films
Etude de structures hybrides couches minces organiques/boîtes quantiques semiconductrices inorganiques
Résumé
Semiconductor quantum dots attract a lot of attention for their application in many fields such as optoelectronic and biology. In the study, we investigated optical properties of hybrid nanocomposited thin films made of PMMA polymer containing different concentrations of core-shell CdSe/ZnS quantum dots. Both absorption and luminescence spectra can be well explained by taking into account quantum mechanisms. From the luminescence spectra a clear evidence of coupling effect between quantum dots has been observed. With a pump laser emitting at 514 nm the luminescence spectrum centered at 560 nm strongly changes with time. Besides, for applications, it would be necessary to control the luminescent light spatial distribution. We proposed for this to structure the films with a bi-periodic grating by nanoimprint technique using an engraved silicon mold. The characterization of the imprinted structure show the good quality of the method used. We also show, by numerical calculation, that the local field is resonant in the periodic structure and that the emission diagram can be controlled in the far field.
Les nanocristaux de semi-conducteurs, ou boites quantiques, trouvent leur application dans de nombreux domaines. Pendant cette thèse nous avons étudié les propriétés optiques de couches minces nanocomposites de polymère PMMA contenant différentes concentrations de boites quantiques CdSe/ZnS. Les spectres d'absorption et de luminescence peuvent être expliqués par la mécanique quantique. A partir des spectres de luminescence mesurés nous montrons clairement l'effet du couplage entre les boites quantiques. Sous l'effet d'un faisceau pompe à 514nm le spectre de luminescence centré à 560nm évolue fortement au cours du temps. Nous montrons que ces couches luminescentes qui convertissent ainsi les fréquences optiques peuvent permettre d'augmenter l'efficacité de cellules solaires. Par ailleurs, pour bénéficier au mieux du fort rendement de photoluminescence, il est nécessaire de contrôler la répartition spatiale de la lumière émise. Pour contrôler cette répartition une nanostructure bi périodique a été réalisée dans des couches de PMMA contenant les boites quantiques par nano-impression, en utilisant un moule en silicium gravé. La caractérisation de la structure réalisée met en évidence la qualité de la méthode utilisée. On montre également, par la théorie, à la fois que le champ local est résonant dans la structure et que la lumière se répartie en champ lointain dans les directions de diffraction contrôlées par la période du réseau.
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