Développement d'une voie millifluidique supercritique pour la synthèse de nanocristaux colloïdaux III-N appliqués aux dispositifs QLED auto-émissifs - TEL - Thèses en ligne
Thèse Année : 2023

Development of a supercritical millifluidics route for the synthesis of III-N colloidalnanocrystals applied to self-emissive QLED devices

Développement d'une voie millifluidique supercritique pour la synthèse de nanocristaux colloïdaux III-N appliqués aux dispositifs QLED auto-émissifs

Résumé

« Quantum-dots », semi-conductor nanocrystals capable of emitting monochromatic light, lead to thedevelopment of a new technology : « quantum-dot light emitting devices » or QLED. These electroluminescentsources which aim at replacing current systems such as OLED, still suffer from commonly used materials’toxicity and a diffculty to obtain all wavelength of the visible spectrum.In this work, pressurized millifluidic reactors are employed for the continuous synthesis of GaN and InGaNquantum-dots via supercitical solvothermal routes. Indeed, these biocompatible materials whose emission canbe tuned in the whole visible range as well as near UV and infrared, represent an alternative of choice, buttheir synthesis remain challenging in particular via solvothermal ways. We hereby explore the reaction betweengallium cupferronates and hexamethyldisilazane in supercritical conditions. Following the formation of agregated,colloidally unstable particles using methanol and hexane as co-solvants, a new route is developped usingoleylamine as a solubilization intermediate in hexane or toluene. Consequently, non-agegated soluble particlesare obtained, whose size can be controlled through the reaction conditions such as precursor concentration. Abandgap-to-size dependance very close to the theoretical model is observed, although an energy level is identifiedin the bandgap leading to the quasi-extinction of the excitonic emission and the appearance of a widedefect fluorescence band. Our novel route is also adapted for the synthesis of InGaN solid solutions in the wholecomposition range. Indium inclusion is confirmed by chemical and cristallographic analyses, and the bandgapmeasured for 30 at.% indium is coherent with a joint effect of size and doping.The particles are then deposited by spin-coating and integrated into multi-layered structures allowing directcharge injection to induce electroluminescence. After development of a model device using CdSe, our GaNquantum-dots are used as the emissive layer. Despite very low quantum yields, a voltage induced emission isobtained whose origin can be attributed to our materials. This represents a proof of concept leading the way toGaN and InGaN based QLED fabrication, provided optimization of our materials’ synthesis.
Les « quantum-dots », nanocristaux de semi-conducteur capables d’émettre de la lumière monochromatique,ont permis le développement d’une nouvelle technologie : les « quantum-dot light emitting devices »ou QLED. Ces sources électroluminescentes qui ont pour ambition de remplacer les systèmes OLED, souffrentcependant de la toxicité des matériaux utilisés à ce jour et de la difficulté à atteindre la totalité du domainespectral visible.Dans ces travaux, des réacteurs millifluidiques sous pression sont utilisés pour la synthèse en continu dequantum-dots GaN et InGaN en voie solvothermale supercritique. En effet, ces matériaux biocompatibles etdont l’émission peut être contrôlée dans le domaine visible, proche UV et infrarouge, sont une alternative dechoix, mais leur synthèse reste compliquée en particulier en voie solvothermale. Nous étudions ici la réactionentre les cupferronates de gallium et l’hexaméthyldisilazane en conditions supercritiques. Après l’obtention departicules agrégées et instables en suspension par synthèse dans le mélange méthanol/hexane, une nouvellevoie est développée utilisant l’oleylamine en guise d’intermédiaire de solubilisation dans l’hexane ou le toluène.Des particules non-agrégées et stables en suspension sont obtenues, dont la taille peut être contrôlée via lesconditions de réaction, notamment la concentration initiale en précurseurs. Une corrélation taille-bandgap trèsproche de la théorie est observée, cependant un niveau d’énergie est identifié dans le bandgap menant à laquasi-extinction de la luminescence excitonique et l’apparition d’une large bande de fluorescence de défauts.Notre voie de synthèse est également adaptée à la synthèse de solution solide InGaN dans toute la gamme decomposition. L’incorporation d’indium est confirmée par analyses chimique et cristallographique, et le bandgapmesuré pour 30 at.% d’indium est cohérent avec un effet conjoint entre les effets de taille et de dopage.Les particules sont alors déposées par spin-coating et intégrées dans des structures multicouches permettantl’injection de charges afin d’en induire l’électroluminescence. Après étude d’un système modèle à base de CdSe,des quantum-dots de GaN sont utilisés en guise de couche émissive. Malgré des rendements très faibles, uneémission est obtenue après mise sous tension, dont l’origine est attribuée à nos matériaux. Ce résultat représenteune preuve de concept permettant d’envisager la fabrication de QLED à base de GaN et InGaN, aprèsoptimisation de la synthèse des matériaux.
Fichier principal
Vignette du fichier
DUSOLLE_BRIAN_2023.pdf (146.39 Mo) Télécharger le fichier
Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04149062 , version 1 (03-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04149062 , version 1

Citer

Brian Dusolle. Développement d'une voie millifluidique supercritique pour la synthèse de nanocristaux colloïdaux III-N appliqués aux dispositifs QLED auto-émissifs. Electronique. Université de Bordeaux, 2023. Français. ⟨NNT : 2023BORD0093⟩. ⟨tel-04149062⟩
116 Consultations
9 Téléchargements

Partager

More