Matériaux nanostructurés à base d’oxyde de zinc : synthèse et ingénierie de l’émission

Inspirée de l’optoélectronique, cette thèse a porté sur deux principaux semi-conducteurs luminescents : l’oxyde de zinc (ZnO) et les monocouches de dichalcogénures de métaux de transition (TMDs). Le ZnO est un matériau à large bande interdite. Les TMDs comme WS2 et MoS2, deviennent des matériaux à gap direct en monocouche. Cette thèse réalisée en collaboration avec la Molecular Foundry a porté à la fois sur la synthèse, la modélisation optique et l’ingénierie d’émission. Très étudié, le ZnO est un matériau transparent dans le visible et fortement absorbant dans l’UV. Typiquement, la photoluminescence du ZnO contient deux contributions : une émission de bord de bande dans l’UV et une émission visible. Dans cette thèse, on s’est d’abord intéressé à la synthèse en solution de couches minces de nanofils de ZnO dans le but d’obtenir des couches homogènes à l’échelle d’un substrat. Les propriétés optiques passives de ces couches de nanofils ont ensuite été étudiées. Un modèle phénoménologique combinant la théorie des milieux effectifs et la diffusion de Mie a été développé pour expliquer la transmission optique des couches. Concernant les propriétés actives, nous nous sommes intéressés à l’optimisation de l’émission dans le vert en développant une technique originale de désulfuration. Après traitement thermique, a pu être également observée une forte augmentation de l’émissions de micro-bâtonnets de ZnO. Enfin, des monocouches de WS2 et MoS2 ont été synthétisées par dépôt de couche atomique sur sur SiO2 et nanofils de ZnO.Inspired by the essential role of luminescent materials in optoelectronics, this thesis was devoted to two main luminescent semiconductors, namely, zinc oxide (ZnO) and transition metal dichalcogenides (TMDs) monolayers. ZnO is a wide bandgap material with excellent optical properties. TMDs monolayers like WS2 and MoS2, are new type of atomically thin direct band gap materials. The synthesis and emission engineering of the combined ZnO and TMDs materials were conducted partly in collaboration with the Molecular Foundry.The optical properties of ZnO have already been widely investigated. ZnO has high transparency in the visible and strong absorption in the UV range. Typical photoluminescence of ZnO contains two main contributions: near band edge transition inducing ultraviolet emission and a relatively wide visible emission. In this thesis, ZnO nanowires thin films were first synthesized by chemical bath deposition, which was found to enable low-temperature wafer-scale production of homogeneous well-aligned nanowires arrays. As for passive optical properties, a phenomenological model combining effective medium theory and Mie scattering has been developed and discussed. As for active optical properties, we report on an efficient technique namely desulfurization to increase the green light emission from ZnO nanowires. We also observed a strong emission enhancement from ZnO microrods after thermal treatment. Finally, high crystalline WS2 and MoS2 monolayers were synthesized by atomic layer deposition on SiO2 coated Silicon wafer and ZnO nanowires