Synthèse chimique et assemblage sous champ électrique de nanocristaux semiconducteurs anisotropes

Synthesis and assembly of semiconductors nanorods under an electric field

• Auteur / Autrice : Emanuela Rossitto
• Direction : Peter Reiss, David Peyrade, Laurence Latu-Romain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble 1

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrophorèse

Excitons

Champs électriques

Nanocristaux semiconducteurs

Résumé

Cette thèse a eu pour objectif la synthèse de nanocristaux de semi-conducteur de forme allongée et leur assemblage contrôlé entre des électrodes. L'alignement de ces nanorods à grande échelle permet d'obtenir des matériaux ayant des propriétés optiques et électriques intrinsèquement anisotropes. Nous avons synthétisé des nanorods de CdSe dans une large gamme de rapports de forme (de 1,6 à 10), et des hétérostructures cœur sphérique de CdSe et coquille allongée de CdS. Nous avons utilisé les techniques de spectroscopie UV-vis et PL pour caractériser les propriétés optiques des nanorods ; leur morphologie et leur structure ont été étudiées par MET et diffiaction des rayons X. La mise en œuvre d'un dispositif pour réaliser l'assemblage en parallèle de plusieurs électrodes a permis d'implémenter une technique rapide et reproductible. Bien que l'application d'un champ électrique seul permet de guider les nanorods entre les électrodes, le contrôle de l'assemblage et leur alignement est réalisé grâce à l'application simultanée d'un champ électrique et d'une excitation ultraviolette pendant l'évaporation d'une goutte de solution colloïdale. Différents paramètres expérimentaux ont été explorés pour identifier leurs influences sur les assemblages. Ces derniers ont ensuite été caractérisés par destechniques de microscopie (électronique à balayage et optique), révélant un degré d'alignement considérable des nanorods de CdSe selon les lignes de champ électrique quand il y a l'action synergique d'un champ électrique et d'une source UV.

This work is devoted to the synthesis and controlled assembly of semiconductor nanorod between electrodes. The alignment of nanorods on a macroscopic scale makes it possible to prepare a novel class of materials with intrinsically anisotropic optical and electric properties. To integrate nanorods in useful devices, low-cost assembly methods have to be developed. Ln this perspective, four sizes of rod-shaped CdSe and a new cIass of asymmetric core@shell system (CdSe@CdS) were prepared by chemical synthesis. Spectroscopic (UV-vis and PL) studies were performed in order to characterise the optical properties of these nanorods, while their morphology and their structure were investigated by transmission eIectron microscopy (TEM) and by X-ray difftaction (XRD). Then, a simple set-up was engineered to perform the assembly. The alignment was achieved by the application of an external electric field during the solvent evaporation after drop-cast deposition across lithographically pre-patterned metal electrodes (Ti/Au) on silicon oxide substrates. Experimental parameters were tested in order to evaluate their impact on the structure of the assembly. Their morphology was investigated by scanning electron microscopy (SEM) and by optical microscopy techniques. These analyses revealed a strong enhancement ofNR's alignment parallel to the field lines, when an UV excitation (365 nm) is ilPplied in addition to the electric field.