Synthèse et propriétés optiques de nanocristaux colloïdaux du groupe II-VI : homo- et hétèro-structures

Ces travaux de thèse ont porté sur une nouvelle classe de semi-conducteurs colloïdaux sous forme de nanoplaquettes composées de chalcogénures de cadmium. Ces nanocristaux, comparables à des puits quantiques, présentent un confinement excitonique dans une seule direction, l’épaisseur, qui est contrôlée au niveau atomique. Les nanoplaquettes sont caractérisées par une excellente résolution spectrale et de bons rendements quantiques. Par conséquence, elles représentent de potentiels candidats pour développer des dispositifs optoélectroniques comme des diodes électroluminescentes ou bien des photo-détecteurs. Toutefois, dans ce but, il est nécessaire d’élargir la gamme de longueurs d’ondes d’absorption et d’émission et d’augmenter leur rendement quantique. Pour cela, nous avons étudié la synthèse colloïdale de nanoplaquettes à base d’homo- et d’hétèro-nanoplaquetts des groupes II-VI. Les nanocristaux fabriqués ont été caractérisé par spectroscopie UV-visible et de fluorescence, par diffraction à rayons X et par microscopie électronique. Dans un premier temps, nous avons optimisé la préparation de nanoplaquettes de CdTe en utilisant des procédés de synthèse colloïdale par injection de précurseurs à hautes températures. Ensuite, des structures plus complexes ont été investiguées. Par exemple, nous avons synthétisé nanoplaquettes cœur/couronne de CdSe/CdTe qui possèdent une structure électronique de type-II. Nous avons également étudié la croissance de couches d’un deuxième semi-conducteur dans la direction de l’épaisseur de plaquettes cœur pour la fabrication de structures type cœur/coque. Grâce au contrôle de la composition chimique du cœur et de la coque, l’alignement de bande a été modulé pour obtenir structures électroniques de type-I, quasi type-II et type-II.This thesis project is based on the development of a novel class of colloidal two-dimensional nanocrystals, i.e. nanoplatelets (NPLs), composed of cadmium chalcogenides. These nanocrystals, in analogy to quantum wells, are characterized by an exciton confinement along one direction, i.e. the thickness, which can be controlled at atomic level. Nanoplatelets possess unique optical features as an excellent spectral resolution and good quantum yields. As consequence these nanocrystals are potential candidates for the fabrication of optoelectronic devices such as electroluminescent diodes or photo-detectors. However, for this aim it is necessary to enlarge the range of the absorption and emission wavelengths and to increase their quantum yield. For this reason, we investigated the colloidal synthesis of II-VI homo- and hetero-nanoplatelets which have been characterized by UV-Vis and photoluminescence spectroscopy, by X-ray diffraction and by electronic microscopy. First, we optimized the synthesis of CdTe NPLs using colloidal synthesis based on precursors injection at high temperatures. Then, we focused on more complexes hetero-structures. For example, through lateral extension reactions we obtained CdSe/CdTe core/crown NPLs which possess a type-II electronic structure. Successively, we studied the synthesis of core/shell NPLs by the growth of a second semiconductor layer along the thickness of NPLs cores. Depending on the core and shell chemical composition we could engineer the band gap of the nanoplatelets between type-I, quasi type-II and type-II electronic structures