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RÉSUMÉ
Les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d'une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
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Semiconductor nanocrystals have attracted much research interest for more than thirty years. These inorganic particles, capped by a layer of organic molecules separating them from each other, are a particularly good illustration of the modification of physical properties induced by the quantum confinement effect when size is lowered to the nanometre range. At the same time, progress in chemical synthesis enables the precise control of size and composition of nanocrystals, and hence of their optical properties, paving the way for various applications. This article gives an overview of the basic properties characterizing semiconductor nanocrystals, their synthesis methods, and their main applications.
Auteur(s)
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Peter REISS : Docteur, chercheur CEA ([email protected])
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Frédéric CHANDEZON : Ingénieur, docteur, chercheur CEA ([email protected]) - Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, UMR 5819 SPrAM (CEA-CNRS-UJF) - Université Grenoble Alpes, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CEA, Inac-SPrAM, F-38000 Grenoble, France - CNRS, SPrAM, F-38000 Grenoble, France
INTRODUCTION
les nanocristaux semi-conducteurs suscitent un grand intérêt de recherche depuis plus de trente ans. Ces particules inorganiques, couvertes d’une couche de molécules organiques les séparant les unes des autres, illustrent particulièrement bien le changement des propriétés physiques en diminuant la taille au nanomètre par effet de confinement quantique. En même temps, grâce aux avancées de la synthèse chimique, la taille et la composition des nanocristaux et par conséquent leurs propriétés optiques peuvent être précisément contrôlées ce qui ouvre la voie à diverses applications. Cet article donne un aperçu des propriétés les plus marquantes des nanocristaux semi-conducteurs, des méthodes de synthèse et de leurs principales applications.
Semiconductor nanocrystals attract a large research interest for more than thirty years now. These inorganic particles, capped by a layer of organic molecules separating them, illustrate particularly well the modification of physical properties induced by the quantum confinement effect when the size is decreased to the nanometre range. At the same time, progress in chemical synthesis enables the precise control of nanocrystals’ size and composition and hence of their optical properties, paving the way to various applications. This article gives an overview of the basic properties characterizing semiconductor nanocrystals, of their synthesis methods of their main applications.
photo-/électroluminescence, imagerie optique en biologie, photovoltaïque, éclairage/affichage, marquage biologique, cellules solaires, synthèse chimique, propriétés optiques, fonctionnalisation, applications.
photo-/electroluminescence, optical imaging in biology, photovoltaics, lighting/displays, biological labeling, solar cells, chemical synthesis, optical properties, functionalisation, applications.
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MOTS-CLÉS
applications cellules solaires fonctionnalisation photo-/électroluminescence éclairage/affichage marquage biologique synthèse chimique propriétés optiques
KEYWORDS
applications | solar cells | functionalisation | photo-/electroluminescence | lighting/displays | biological labeling | chemical synthesis | optical properties
VERSIONS
- Version archivée 1 de oct. 2004 par Frédéric CHANDEZON, Peter REISS
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Physique des nanocristaux semi-conducteurs fluorescents
En anglais
1. Introduction
Depuis l’invention du transistor et le développement de l’industrie des semi-conducteurs, la microélectronique a été marquée par une course à la miniaturisation des composants. Cette course suit la fameuse « loi de Moore » qui prédit que la taille d’un composant électronique diminue d’un facteur deux tous les six ans. Avec l’évolution actuelle des techniques de lithographie, on atteint ainsi des tailles de gravure en production d’environ 14 nm en 2014 (nanomètre ≡ nm en abrégé, 1 nm = 10−9 m soit un milliardième de mètre). Des composants de cette taille sont constitués d’une quantité dénombrable d’atomes : les effets quantiques deviennent importants et donnent lieu à des propriétés physiques particulières. L’étude des propriétés de ces nano-objets est le domaine des nanosciences qui connaît un développement spectaculaire de part le monde depuis une dizaine d’années.
Les nanocristaux semi-conducteurs fluorescents (quantum dots en anglais) dont il est question dans cet article font partie de ces nano-objets, tout comme les nanoparticules métalliques, les nanotubes, etc. Ce sont des cristaux de taille nanométrique de matériaux semi-conducteurs comme par exemple les composés de type II-VI (CdSe…), IV-VI (PbS…), III-V (InP…) ou autres, qui sous éclairement ultraviolet, réémettent une lumière de fluorescence dont la « couleur » dépend de la taille du nanocristal, une conséquence d’un phénomène appelé « confinement quantique » lié à leur petite taille. Les physiciens s’intéressent aux propriétés des nanocristaux depuis une trentaine d’années. La mise au point dans les années 1990 de techniques chimiques de synthèse performantes et sélectives en taille de dispersions colloïdales de nanocristaux a permis des avancées significatives dans le domaine. Outre des nanocristaux sphériques (quantum dots), on sait maintenant synthétiser des nano-bâtonnets (« nanorods ») ou encore des plaquettes (« nano-platelets »). On s’intéresse désormais à la préparation de matériaux à partir des nanocristaux en contrôlant précisément leur état de surface et leur arrangement dans des super-réseaux bidimensionnels ou tridimensionnels. La fonctionnalisation chimique des nanocristaux peut ainsi les...
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Introduction
BIBLIOGRAPHIE
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(4) - ROGACH (A.L.), TALAPIN (D.V.), SHEVCHENKO (E.V.), KORNOWSKI (A.), HAASE (M.), WELLER (H.) - * - . – Adv. Funct. Mater. 12, 653 (2002).
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(5) - BRUS (L.E.) - * - . – J. Chem. Phys. 79, 5566 (1983).
-
(6) - BRUS (L.E.) - * - . – J. Chem. Phys. 80, 4403 (1984).
-
...
Conférence : « NaNaX – Nanoscience with Nanocrystals » a lieu tous les deux ans dans différents pays européens (années paires).
Conférence : « 30 years colloidal quantum dots » May 26-28, 2014, Paris.
( http://www.30-years-QDs.com).
HAUT DE PAGE2.1 Laboratoires – Centres de recherche (liste non exhaustive)
Laboratoire d’Électronique moléculaire, organique et hybride, INAC-SPrAM (UMR 5819 CEA-CNRS-UJF), CEA Grenoble, 17, rue des Martyrs, 38054 Grenoble cedex 9
( http://inac.cea.fr/spram/NanoX/)
Laboratoire de physique et d’étude des matériaux (LPEM, UMR8213CNRS/UPMC/ESPCI), 10, rue Vauquelin, 75005 Paris
NanoBioPhotonics Group, Institut d’Électronique fondamentale, Université Paris-Sud (UMR 8622 – CNRS), 15, Rue Georges Clémenceau, 91405 ORSAY cedex
( http://www.nbp.ief.u-psud.fr/Website/HOME.html)
Physics and Chemistry of Nanostructures Group, Ghent University, Krijgslaan 281 building S3 (Campus Sterre),...
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