FR2951582A1 - SILICON INFRARED SOURCE BASED ON SEMICONDUCTOR NANO CRYSTALS AND RELATED DEVICES - Google Patents
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Abstract
Le domaine général de l'invention est celui des diodes électroluminescentes à nanocristaux quantiques (1) structurées en couches successives sur un substrat en silicium. Ces diodes comprennent au moins un empilement de couches minces composé d'une première couche conductrice faisant office d'anode (11), une seconde couche (12) d'injections de trous, une troisième couche (13) dite de transport de trous, une couche émettrice (14) dite quatrième couche comportant des nano-cristaux semiconducteurs, une cinquième couche (15) dite de transport des électrons et la sixième et dernière couche (16) dite couche cathode. Dans les structures selon l'invention, au moins la première couche conductrice ou la dernière couche conductrice sont transparentes dans le proche infrarouge, c'est-à-dire dans une gamme spectrale au moins comprise entre 1500 nanomètres et 3000 nanomètres.The general field of the invention is that of electroluminescent diodes with quantum nanocrystals (1) structured in successive layers on a silicon substrate. These diodes comprise at least one stack of thin layers composed of a first conductive layer serving as anode (11), a second layer (12) of hole injections, a third layer (13) called hole transport, an emitting layer (14) said fourth layer comprising semiconducting nano-crystals, a fifth layer (15) called electron transport and the sixth and last layer (16) called cathode layer. In the structures according to the invention, at least the first conductive layer or the last conductive layer are transparent in the near infrared, that is to say in a spectral range of at least between 1500 nanometers and 3000 nanometers.
Description
Source infrarouge intégrée sur silicium à base de nano-cristaux semi- conducteurs et dispositifs associés Integrated infrared source on silicon based on semiconducting nano-crystals and associated devices
Le domaine général de l'invention est celui des sources et des détecteurs de lumière travaillant dans le proche infrarouge. Les applications industrielles concernées sont plus particulièrement celles mettant en oeuvre des dispositifs de détection de gaz, de liquides ou de biomolécules, notamment pour le diagnostic immunitaire. Les domaines principaux d'utilisation sont alors la sécurité, la santé, l'imagerie biomédicale et les tests biochimiques. D'autres applications peuvent être envisagées, notamment les applications nécessitant une source de lumière et un détecteur spécifiquement adaptés en longueur d'onde. A titre d'exemple, on peut citer les écrans tactiles. The general field of the invention is that of sources and detectors of light working in the near infrared. The industrial applications concerned are more particularly those using devices for detecting gases, liquids or biomolecules, in particular for immune diagnosis. The main areas of use are then safety, health, biomedical imaging and biochemical tests. Other applications may be envisaged, particularly applications requiring a light source and a detector specifically adapted in wavelength. By way of example, mention may be made of touch screens.
Ce type d'applications nécessite que les sources ou les détecteurs soient de petites dimensions et soient intégrables sur un substrat transparent 15 defaçonà: permettre l'adressage individuel ou simultané de plusieurs « pixels » émettant ou détectant à des longueurs d'onde données ; - adapter la source de lumière et le détecteur aux espèces (gaz, molécules, biomolécules) à détecter ; 20 - assurer le couplage avec des photodiodes adaptées à l'absorption ou à la fluorescence des molécules à détecter ; - permettre l'utilisation de micro ou de nano-technologies pour la réalisation des différents composants ; - assurer une autonomie de la source et du détecteur grâce à un 25 couplage à des cellules photovoltaïques. This type of application requires that the sources or the detectors be of small dimensions and be integrable on a transparent substrate 15 in order to: allow the individual or simultaneous addressing of several "pixels" emitting or detecting at given wavelengths; - adapt the light source and the detector to the species (gas, molecules, biomolecules) to be detected; Coupling with photodiodes adapted to the absorption or fluorescence of the molecules to be detected; - allow the use of micro or nano-technologies for the realization of the various components; provide autonomy of the source and the detector by coupling to photovoltaic cells.
Les figures 1, 2 et 3 illustrent différents dispositifs de détection mettant en oeuvre ce type de sources infrarouges. Sur ces figures et sur les suivantes, les molécules 100 à détecter sont représentées par des symboles 30 à trois branches et les émissions lumineuses par des flèches ondulées. Sur la figure 1, le dispositif comporte sur une même carte électronique 5 la source infrarouge 1 et le détecteur 2. Dans ce dispositif, deux micro-optiques 3 assurent le couplage de l'émetteur infrarouge 1 et du détecteur 2, une première optique assure la focalisation de la lumière émise par la source sur les molécules à détecter et une seconde optique assure la focalisation de la lumière réémise par les molécules sur le détecteur 2. Sur la figure 2, le couplage de l'émetteur infrarouge 1 et du détecteur 2 est assuré par un guide d'onde 4 à réseau de diffraction et sur la figure 3, la disposition géométrique de la source 1 et du détecteur 2 assure le couplage émission-réception sans optiques. Figures 1, 2 and 3 illustrate different detection devices using this type of infrared sources. In these figures and on the following, the molecules 100 to be detected are represented by three-branched symbols and the light emissions by wavy arrows. In FIG. 1, the device comprises on the same electronic card 5 the infrared source 1 and the detector 2. In this device, two micro-optics 3 couple the infrared transmitter 1 and the detector 2, a first lens providing the focusing of the light emitted by the source on the molecules to be detected and a second optics ensures the focusing of the light re-emitted by the molecules on the detector 2. In FIG. 2, the coupling of the infrared transmitter 1 and the detector 2 is provided by a diffraction grating waveguide 4 and in Figure 3, the geometrical arrangement of the source 1 and the detector 2 ensures the transmission-reception coupling without optics.
II existe actuellement un grand nombre de types de sources infrarouges. Les principales sont les diodes électroluminescentes infrarouges ou « LED IR », les lasers infrarouges, les sources dites « FTIR » qui émettent un rayonnement, fonction de leur température, les diodes électroluminescentes organiques infrarouges ou « OLED IR » et enfin les diodes électroluminescentes infrarouges à nanocristaux quantiques ou « QDLED », acronyme signifiant « Quantum Dot Light Electroluminescent Diode ». Les LED IR émettent à des longueurs d'onde fixes, qui ne concordent pas toujours avec les longueurs d'onde d'absorption des molécules à détecter. Les lasers IR peuvent être paramétrables tels les oscillateurs paramétriques optiques ou OPO. Ce sont cependant des dispositifs complexes. Les sources FTIR sont également des dispositifs complexes à mettre en oeuvre. Les OLED-IR présentent des rendements lumineux d'électroluminescence très faibles. De plus, leur longueur d'onde d'émission est limitée à 1225 nm pour les OLED-IR « tout organique » à base de petites molécules ou de polymères et à 1500 nm pour les OLED-IR dopées par des terres rares. There are currently a large number of types of infrared sources. The main ones are infrared light emitting diodes or "IR LEDs", infrared lasers, so-called "FTIR" sources that emit radiation, depending on their temperature, infrared organic light emitting diodes or "OLED IR" and finally infrared light emitting diodes. quantum nanocrystals or "QDLED", acronym for "Quantum Dot Light Electroluminescent Diode". IR LEDs emit at fixed wavelengths, which do not always match the absorption wavelengths of the molecules to be detected. IR lasers can be parameterized such as optical parametric oscillators or OPOs. However, they are complex devices. FTIR sources are also complex devices to implement. OLED-IR have very low electroluminescence light yields. In addition, their emission wavelength is limited to 1225 nm for "all organic" OLED-IR based on small molecules or polymers and 1500 nm for rare earth-doped OLED-IR.
Les QD-LEDs sont des structures réalisées à base de nano-30 cristaux de matériaux semi-conducteurs minéraux de façon à permettre le découplage entre : - Le transport des charges: électrons et trous vers les nanocristaux par des molécules organiques et des polymères de façon identique aux OLED conventionnelles. On garantit ainsi une consommation électrique faible et le procédé de fabrication reste compatible des technologies sur silicium, et - L'émission qui est assurée par les nano-cristaux à la condition que les électrons et trous soient couplés au voisinage des nano-5 cristaux pour former des excitons. QD-LEDs are structures based on nano-crystals of mineral semiconductor materials so as to allow decoupling between: - The transport of charges: electrons and holes to the nanocrystals by organic molecules and polymers of identical to conventional OLEDs. This guarantees a low power consumption and the manufacturing process remains compatible technologies on silicon, and - The emission that is provided by the nano-crystals provided that the electrons and holes are coupled in the vicinity of nano-5 crystals for to form excitons.
Le spectre d'émission des nanocristaux et leur efficacité sont déterminés par la nature du semi-conducteur, mais également par leur taille qui peut varier de deux à quelques nanomètres. II est ainsi possible de 10 balayer une très large bande spectrale en ne modifiant que la taille des nanocristaux, sans aucune modification des conditions expérimentales du dépôt des nanocristaux. Ainsi, la demande internationale de référence WO 2008/063657 décrit une structure à base de nanocristaux émettant dans le bleu. La figure 4 représente les plages de longueur d'onde d'émission 15 accessibles pour trois types de nanocristaux, respectivement en tellure de cadmium (CdTe), en tellure de mercure-cadmium (CdxHg1_XTe) et en tellure de mercure (HgTe). Comme on le voit sur cette figure, les nanocristaux en tellure de cadmium permettent de couvrir le spectre visible, les nanocristaux en tellure de mercure-cadmium couvrent le rouge et le tout proche infrarouge 20 jusqu'à 1100 nanomètres, et enfin, les nanocristaux en tellure de mercure couvrent le proche infrarouge. Les performances des sources QD-LED, qui émettent dans l'ensemble du spectre visible pour des applications aux écrans de visualisation et à l'éclairage se rapprochent de celles des OLED « conventionnelles ». Mais, les performances des QD-LED dans le proche 25 infrarouge sont actuellement limitées à une longueur d'onde d'émission maximale de 1500 nanomètres. Les sources actuelles QD-LED comportent, en fait, une électrode en oxyde d'indium ou ITO, matériau qui possède la propriété d'être transparent dans le visible mais qui devient absorbant aux longueurs d'onde supérieures à 1500 nanomètres. Cette longueur d'onde est 30 suffisante pour les applications en visualisation et en télécommunications optiques mais elle demeure insuffisante pour les applications recherchées de détection de gaz, de liquides ou de biomolécules. The emission spectrum of nanocrystals and their efficiency are determined by the nature of the semiconductor, but also by their size which can vary from two to a few nanometers. It is thus possible to scan a very broad spectral band by modifying only the size of the nanocrystals, without any modification of the experimental conditions of the deposition of the nanocrystals. Thus, the international reference application WO 2008/063657 describes a structure based on nanocrystals emitting in the blue. FIG. 4 represents the accessible emission wavelength ranges 15 for three types of nanocrystals, in cadmium telluride (CdTe), mercury-cadmium telluride (CdxHg1_XTe) and mercury telluride (HgTe), respectively. As can be seen in this figure, the cadmium tellurium nanocrystals cover the visible spectrum, the nanocrystals in mercury-cadmium tellurium cover the red and the near infrared up to 1100 nanometers, and finally, the nanocrystals in FIG. tellurium of mercury cover the near infrared. The performance of QD-LED sources, which emit across the visible spectrum for display screen and lighting applications, is similar to conventional OLEDs. However, near-infrared QD-LED performance is currently limited to a maximum emission wavelength of 1500 nanometers. Current QD-LED sources include, in fact, an indium oxide or ITO electrode, a material that has the property of being transparent in the visible but becoming absorbing at wavelengths greater than 1500 nanometers. This wavelength is sufficient for visualization and optical telecommunications applications but it is still insufficient for the desired gas, liquid or biomolecule detection applications.
Les sources d'émission et les détecteurs infrarouge de type QD-35 LED selon l'invention ne présentent pas cette limitation. En effet, si l'on ne cherche pas à obtenir obligatoirement d'émission ou de détection dans le spectre visible, il n'est plus nécessaire d'utiliser une électrode en ITO qui devient absorbante aux longueurs d'onde supérieures à 1500 nm. L'utilisation d'anodes ou de cathodes transparentes au proche infrarouge de la QD-LED conduit à une transparence bien supérieure à celle de l'ITO pour les longueurs d'onde supérieures à 1100 nm. En jouant sur la nature et la taille des nanocristaux intégrés dans les QD-LED, il devient alors possible de réaliser des sources et des détecteurs infrarouges à la longueur d'onde d'absorption des molécules ou des biomolécules que l'on souhaite détecter. The emission sources and the infrared detectors of the QD-35 LED type according to the invention do not have this limitation. Indeed, if one does not seek to necessarily obtain emission or detection in the visible spectrum, it is no longer necessary to use an ITO electrode which becomes absorbing at wavelengths greater than 1500 nm. The use of QD-LED transparent near-infrared anodes or cathodes leads to a much higher transparency than that of ITO for wavelengths above 1100 nm. By modifying the nature and size of the nanocrystals integrated in the QD-LEDs, it becomes possible to produce infrared sources and detectors at the absorption wavelength of the molecules or biomolecules that one wishes to detect.
Il est également possible, avec ce type d'électrode, de coupler plusieurs QDLEDs sur un même substrat pour l'analyse simultanée de différents types de molécules et de gaz et/ou de réaliser des sources multispectrales. It is also possible, with this type of electrode, to couple several QDLEDs on the same substrate for the simultaneous analysis of different types of molecules and gases and / or to achieve multispectral sources.
Plus précisément, l'invention a pour objet une diode électroluminescente à nanocristaux quantiques structurée en couches successives sur un substrat en silicium, ladite diode comprenant au moins un empilement de couches minces, lesdites couches comprenant au moins une première couche conductrice faisant office d'anode, une couche émettrice comportant des nano-cristaux semi-conducteurs et une dernière couche conductrice faisant office de cathode, caractérisé en ce qu'au moins la première couche conductrice ou la dernière couche conductrice est transparente dans le proche infrarouge, c'est-à-dire dans une gamme spectrale au moins comprise entre 1500 nanomètres et 3000 nanomètres. Avantageusement, la première couche conductrice ou anode est transparente dans le proche infrarouge et est réalisée en silicium dopé P. Avantageusement, la dernière couche conductrice ou cathode réfléchit le proche infrarouge et est constituée d'un film métallique ultra-mince. Avantageusement, la dernière couche conductrice ou cathode est 30 un film mince transparent dans le proche infrarouge et réalisé dans un métal de transition. Avantageusement, la première couche conductrice ou anode réfléchit le proche infrarouge et est constituée d'un film métallique et en ce que la dernière couche conductrice ou cathode est un film mince transparent 35 dans le proche infrarouge et réalisé dans un métal de transition. More precisely, the subject of the invention is a quantum nanocrystal electroluminescent diode structured in successive layers on a silicon substrate, said diode comprising at least one stack of thin layers, said layers comprising at least a first conducting layer acting as anode. , an emitting layer comprising semiconducting nano-crystals and a last conductive layer acting as a cathode, characterized in that at least the first conductive layer or the last conductive layer is transparent in the near infrared, that is to say say in a spectral range at least between 1500 nanometers and 3000 nanometers. Advantageously, the first conductive layer or anode is transparent in the near infrared and is made of doped silicon P. Advantageously, the last conductive layer or cathode reflects the near infrared and consists of an ultra-thin metal film. Advantageously, the last conductive layer or cathode is a thin film transparent in the near infrared and made in a transition metal. Advantageously, the first conductive layer or anode reflects the near infrared and consists of a metal film and in that the last conductive layer or cathode is a thin film 35 in the near infrared and made in a transition metal.
Préférentiellement, les nano-cristaux semi-conducteurs de la couche émettrice comprennent un « noyau » réalisé dans au moins un des premiers matériaux semiconducteurs suivants : le séléniure de plomb (PbSe), le tellurure de plomb (PbTe), le tellurure d'étain-plomb (PbSnTe), le tellurure d'étain (SnTe), le sulfure de plomb (PbS), l'arséniure d'indium (InAs), l'antimoniure d'indium (InSb), le tellurure de mercure (HgTe) ou le tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe). Avantageusement, le « noyau » des nanocristaux est enrobé par un second matériau semi-conducteur dont l'intervalle de bande interdite ou « band gap » est plus élevé que celui du premier matériau semi-conducteur composant le « noyau » et dont le paramètre de maille cristalline est proche de celui du « noyau » des nanocristaux, le second matériau de l'enrobage du « coeur» étant réalisé dans au moins un des premiers matériaux semiconducteurs suivants : le séléniure de plomb (PbSe), le tellurure de plomb (PbTe), le tellurure d'étain-plomb (PbSnTe), le tellurure d'étain (SnTe), le sulfure de plomb (PbS), l'arséniure d'indium (InAs), l'antimoniure d'indium (InSb), le phosphure d'indium (InP), le séléniure de cadmium (CdSe), le tellurure de cadmium(CdTe), l'antimoniure de gallium (GaSb), le tellurure de mercure (HgTe) ou le tellurure de mercure-cadmium (HgCdTe). Preferably, the semiconductor nano-crystals of the emitting layer comprise a "core" made in at least one of the following first semiconductor materials: lead selenide (PbSe), lead telluride (PbTe), tin telluride (PbSnTe), tin telluride (SnTe), lead sulfide (PbS), indium arsenide (InAs), indium antimonide (InSb), mercury telluride (HgTe) or mercury-cadmium telluride (HgCdTe). Advantageously, the "core" of the nanocrystals is coated with a second semiconductor material whose gap band gap or "band gap" is higher than that of the first semiconductor material making up the "core" and whose parameter of crystalline mesh is close to that of the "core" of the nanocrystals, the second material of the coating of the "core" being made in at least one of the following first semiconductor materials: lead selenide (PbSe), lead telluride (PbTe) ), tin-lead telluride (PbSnTe), tin telluride (SnTe), lead sulfide (PbS), indium arsenide (InAs), indium antimonide (InSb), indium phosphide (InP), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), gallium antimonide (GaSb), mercury telluride (HgTe) or mercury-cadmium telluride (HgCdTe) ).
Avantageusement, le « noyau » des nanocristaux est enrobé par un ligand organique qui peut être soit un oléate terminé par un groupe carboxyl, soit un octadecylamine terminé par un groupe amine, soit un dodecylamine, soit un octylamine. Avantageusement, la diode comprend, dans cet ordre, la première couche dite couche anode, une seconde couche dite d'injections de trous, une troisième couche dite de transport de trous, la couche émettrice dite quatrième couche, une cinquième couche dite de transport des électrons et la sixième et dernière couche dite couche cathode. Advantageously, the "core" of the nanocrystals is coated with an organic ligand which may be either an oleate terminated with a carboxyl group, or an octadecylamine terminated with an amine group, or a dodecylamine, or an octylamine. Advantageously, the diode comprises, in this order, the first so-called anode layer, a second so-called hole injection layer, a third so-called hole-transporting layer, the so-called fourth-layer emitting layer, a so-called fifth transport layer. electrons and the sixth and last layer called cathode layer.
L'invention concerne également un dispositif de détection optique de gaz, de liquides ou de biomolécules, comprenant un circuit électronique comportant au moins une diode électroluminescente à nanocristaux quantiques selon l'une des dispositions précédentes. Avantageusement, le dispositif de détection optique de gaz, de 35 liquides ou de biomolécules comporte une pluralité de diodes électroluminescentes à nanocristaux quantiques correspondant à différentes zones de détection, chaque zone ayant une longueur d'onde de détection différente pour la détection d'un gaz ou d'un liquide ou d'une biomolécule spécifique. The invention also relates to a device for the optical detection of gases, liquids or biomolecules, comprising an electronic circuit comprising at least one light-emitting diode with quantum nanocrystals according to one of the preceding provisions. Advantageously, the device for the optical detection of gases, liquids or biomolecules comprises a plurality of quantum nanocrystal electroluminescent diodes corresponding to different detection zones, each zone having a different detection wavelength for the detection of a gas. or a specific liquid or biomolecule.
Avantageusement, le circuit électronique comporte également un adressage individuel à transistor CMOS de chaque diode électroluminescente à nanocristaux quantiques ou une cellule photovoltaïque ou une photodiode. L'invention concerne enfin un composant infrarouge comportant une source de lumière comportant au moins une diode électroluminescente à nanocristaux quantiques et un détecteur comportant au moins une diode électroluminescente à nanocristaux quantiques, la longueur d'onde d'émission de la source de lumière coïncidant avec la longueur d'onde de détection du détecteur. Advantageously, the electronic circuit also comprises an individual CMOS transistor addressing of each quantum nanocrystal quantum light-emitting diode or a photovoltaic cell or a photodiode. The invention finally relates to an infrared component comprising a light source comprising at least one quantum nanocrystal quantum light-emitting diode and a detector comprising at least one quantum nanocrystal quantum light-emitting diode, the emission wavelength of the light source coinciding with the detection wavelength of the detector.
L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : Les figures 1, 2 et 3 illustrent différents dispositifs de détection optique selon l'art antérieur mettant en oeuvre des sources infrarouges ; La figure 4 représente les plages de longueur d'onde d'émission accessibles pour trois types de nanocristaux ; Les figures 5 et 6 illustrent deux modes de réalisation possibles de structures QD-LED selon l'invention La figure 7 représente une variante de réalisation des structures précédentes ; Les figures 8, 9 et 10 représentent trois circuits électroniques pour dispositifs de détection optique de gaz, de liquides ou de biomolécules, comportant des diodes électroluminescentes à nanocristaux quantiques selon l'invention ; Les figures 11 et 12 représentent deux dispositifs de détection optique de gaz, de liquides ou de biomolécules comportant les circuits électroniques précédents. The invention will be better understood and other advantages will become apparent on reading the following description, which is given by way of nonlimiting example and with reference to the appended figures in which: FIGS. 1, 2 and 3 illustrate various optical detection devices according to FIG. prior art using infrared sources; FIG. 4 represents the emission wavelength ranges accessible for three types of nanocrystals; FIGS. 5 and 6 illustrate two possible embodiments of QD-LED structures according to the invention. FIG. 7 represents an alternative embodiment of the preceding structures; FIGS. 8, 9 and 10 represent three electronic circuits for devices for the optical detection of gases, liquids or biomolecules, comprising light-emitting diodes with quantum nanocrystals according to the invention; FIGS. 11 and 12 show two devices for the optical detection of gases, liquids or biomolecules comprising the preceding electronic circuits.
Les structures QD-LED selon l'invention sont toutes réalisées sur des substrats silicium afin de pouvoir coupler les propriétés émissives des QD-LED qui sont très versatiles en longueur d'onde, la transparence infrarouge du silicium et les nanotechnologies sur silicium, qui permettent l'intégration de nanostructures adaptées à la détection des molécules et de gaz, l'adressage des sources de lumière et des photodiodes à l'aide de transistors CMOS et TFT à base de silicium ainsi que l'intégration de photodiodes pour la détection de la fluorescence des molécules et des gaz et des cellules photovoltaïques pour assurer une certaine autonomie du détecteur. The QD-LED structures according to the invention are all produced on silicon substrates in order to be able to couple the emissive properties of the QD-LEDs, which are very versatile in wavelength, the infrared transparency of silicon and the nanotechnologies on silicon, which allow the integration of nanostructures adapted to the detection of molecules and gases, the addressing of light sources and photodiodes using silicon-based CMOS and TFT transistors as well as the integration of photodiodes for the detection of the fluorescence of molecules and gases and photovoltaic cells to ensure a certain autonomy of the detector.
D'une façon générale, comme illustré sur les figures 5 et 6, une structure QD-LED comporte, sur un substrat en silicium 10, une première couche conductrice faisant office d'anode 11, une seconde couche dite d'injections de trous 12, une troisième couche dite de transport de trous 13, une quatrième couche 14 comportant des nano-cristaux 20 semi-conducteurs dite couche émettrice, une cinquième couche 15 dite de transport des électrons et une sixième et dernière couche 16 faisant office de cathode. Sur les figures 5, 6 et 7, les nanocristaux 20 sont représentés par des cercles blancs. Dans les structures QD-LED selon l'invention, au moins la première couche conductrice 11 ou la sixième couche conductrice 16 est transparente dans le proche infrarouge, c'est-à-dire dans une gamme spectrale au moins comprise entre 1500 nanomètres et 3000 nanomètres. Ainsi, les structures QD-LED peuvent émettre des photons - Soit uniquement au travers d'une cathode 16 métallique semitransparente, pour toutes les longueurs d'onde supérieures à 1100 nm. Ce type de diode est représentée en figure 5 ; - Soit uniquement au travers d'une anode en silicium dopé p, transparente aux longueurs d'onde supérieures à 1100nm. Ce 30 type de diode est représentée en figure 6 ; - Soit simultanément au travers de l'anode en silicium et de la cathode semi-transparente. In general, as illustrated in FIGS. 5 and 6, a QD-LED structure comprises, on a silicon substrate 10, a first conductive layer serving as anode 11, a second so-called hole injection layer 12 a third so-called hole-conveying layer 13, a fourth layer 14 comprising semiconductor nano-crystals, said so-called emitter layer, a fifth electron-transporting layer 15 and a sixth and last layer 16 serving as a cathode. In Figures 5, 6 and 7, the nanocrystals 20 are represented by white circles. In the QD-LED structures according to the invention, at least the first conductive layer 11 or the sixth conductive layer 16 is transparent in the near infrared, that is to say in a spectral range of at least between 1500 nanometers and 3000 nanometers. Thus, the QD-LED structures can emit photons - or only through a semitransparent metal cathode 16, for all wavelengths greater than 1100 nm. This type of diode is represented in FIG. 5; - Only through a p-doped silicon anode, transparent at wavelengths greater than 1100 nm. This type of diode is shown in Figure 6; - Simultaneously through the silicon anode and the semitransparent cathode.
Par conséquent, les structures selon l'invention diffèrent 35 essentiellement par la nature et la structure de leurs première et de leur sixième couche faisant respectivement fonction d'anode et de cathode et ont en commun la seconde couche 12 dite d'injections de trous, la troisième couche 13 dite de transport des trous, la quatrième couche 14 comportant des nano-cristaux semi-conducteurs dite couche émettrice et enfin la cinquième couche 15 dite de transport de trous. Consequently, the structures according to the invention differ essentially in the nature and the structure of their first and sixth layers respectively acting as anodes and cathodes and have in common the second layer 12 called hole injection, the third layer 13 called hole transport, the fourth layer 14 comprising semiconductor nano-crystals said emitting layer and finally the fifth layer 15 called hole transport.
Dans ce qui suit, on détaille la nature et la composition des différentes couches successives d'une structure QD-LED selon l'invention en partant de la couche anode jusqu'à la couche cathode. 10 Nature et composition de la première couche dite couche anode (couche 11) Cette couche est directement déposée sur le silicium. Comme il a été dit, l'émission de la diode peut se faire au travers de l'anode et au travers 15 du silicium comme indiqué sur la figure 6. Dans ce cas, l'anode est transparente au rayonnement infrarouge. On peut utiliser, à cet effet, une anode en silicium dopé P par implantation et recuit d'activation thermique. Le dopage de type P va permettre d'augmenter la densité de trous dans le silicium. La dose de dopage implantée sera adaptée en fonction de la 20 longueur d'onde d'émission de la QD-LED, le dopage P induisant une légère absorption des photons infrarouges. II est également possible que l'émission se fasse au travers de la cathode. Dans ce cas, il n'est plus nécessaire que l'anode soit transparente. On peut alors utiliser classiquement un film métallique opaque et réflecteur 25 d'épaisseur environ 100 nm. Les matériaux constitutifs de ce film peuvent être l'aluminium, le nitrure de titane TiN ou un empilement comportant différents couches d'aluminium, de nitrure de titane, d'argent, d'or ou de tungstène. In what follows, we detail the nature and composition of the different successive layers of a QD-LED structure according to the invention starting from the anode layer to the cathode layer. Nature and composition of the first layer called anode layer (layer 11) This layer is directly deposited on the silicon. As has been said, the emission of the diode can be through the anode and through silicon as shown in FIG. 6. In this case, the anode is transparent to infrared radiation. For this purpose, a P-doped silicon anode can be used by implantation and thermal activation annealing. P-type doping will make it possible to increase the density of holes in the silicon. The implanted doping dose will be adapted according to the emission wavelength of the QD-LED, the P-doping inducing a slight absorption of the infrared photons. It is also possible that the emission is through the cathode. In this case, it is no longer necessary for the anode to be transparent. An opaque and reflective metallic film having a thickness of about 100 nm can then be conventionally used. The constituent materials of this film may be aluminum, titanium nitride TiN or a stack comprising different layers of aluminum, titanium nitride, silver, gold or tungsten.
30 Nature et composition de la seconde couche dite couche d'injection des trous (couche 12) Cette couche également connue sous le terme anglais de « Hole Injection Layer » ou « HIL » a pour rôle d'amener les trous depuis l'anode vers les nanocristaux semi-conducteurs de la quatrième couche. A titre 35 d'exemple, elle peut être composée des matériaux suivants : - Un premier polymère composé de deux ionomères appelé « PEDOT-PSS » qui est un mélange de poly(3,4-ethylenedioxythiophene) et de poly(styrene-sulfonate) ; - Un second polymère noté « PANI » qui est un polyaniline et ses dérivés. Cette couche d'injection peut être déposée par voie liquide, soit par: - des techniques de dépôts de films minces, connues sous le terme de « spin coating », ce dépôt étant suivi d'une gravure ; - des techniques d'impression par jet d'encre lorsque l'on cherche à réaliser simultanément plusieurs pixels d'émission prédéfinis. Nature and Composition of the Second Hole Injection Layer (Layer 12) This layer, also known as the "Hole Injection Layer" or "HIL", has the role of bringing the holes from the anode to the hole. the semiconductor nanocrystals of the fourth layer. By way of example, it may be composed of the following materials: A first polymer composed of two ionomers called "PEDOT-PSS" which is a mixture of poly (3,4-ethylenedioxythiophene) and poly (styrene-sulphonate) ; - A second polymer noted "PANI" which is a polyaniline and its derivatives. This injection layer may be deposited by a liquid route, or by: thin film deposition techniques, known by the term "spin coating", this deposit being followed by etching; - Inkjet printing techniques when one seeks to achieve several predefined emission pixels simultaneously.
Nature et composition de la troisième couche dite couche de 15 transport des trous (couche 13) Cette couche également connue sous le terme anglais de « Hole Transport Layer » ou « HTL » a pour rôle d'amener les trous depuis la couche d'injection des trous vers les nanocristaux semi-conducteurs de la quatrième couche d'émission. A titre d'exemple, elle peut être composée des 20 matériaux suivants : - des polymères de type « PVK » de composition Poly(N-vinylcarbazole) ; - des polymères de type « NPB » de composition N,N-bis(1-naphthyl)-N, N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine ; 25 - des polymères de type « Spiro-TTB» ou « Spiro-TPD » de formule 2,2_,7,7_-tetra-(m-tolyl-phenylamino)-9,9_-spirobifluorene ou « Spiro-TAD» de composition (2,20, 7,70-tetrakis- (diphenylamino)-9,90-spirobifluorene) ; - des polymères de type « TPD » de composition N,N_-Bis_3- 30 methylphenyl_-N,N_-diphenylbenzidine ; - des hydrocarbures de type aromatique polycyclique comme le pentacène. Cette couche d'injection est déposée par voie liquide par les mêmes techniques que la couche précédente (dépôt par « spin coating » ou 35 impression par jets d'encre). Nature and composition of the third layer called hole transport layer (layer 13) This layer also known by the term "Hole Transport Layer" or "HTL" has the role of bringing the holes from the injection layer holes to the semiconductor nanocrystals of the fourth emission layer. By way of example, it may be composed of the following materials: polymers of the "PVK" type of composition Poly (N-vinylcarbazole); polymers of the "NPB" type of composition N, N-bis (1-naphthyl) -N, N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine; "Spiro-TTB" or "Spiro-TPD" type polymers of formula 2,2_, 7,7-tetra- (m-tolyl-phenylamino) -9,9-spirobifluorene or "Spiro-TAD" of composition (2,20, 7,70-tetrakis- (diphenylamino) -9,90-spirobifluorene); polymers of the "TPD" type of composition N, N-Bis-3-methylphenyl-N, N-diphenylbenzidine; polycyclic aromatic hydrocarbons such as pentacene. This injection layer is liquid deposited by the same techniques as the previous layer (spin coating or ink jet printing).
Cette couche peut également contenir les nanocristaux inorganiques luminescents afin de réaliser : - Une monocouche de nanocristaux semi-conducteurs par démixtion du polymère et des nanocristaux ; - Une couche épaisse « HTL » comportant les nanocristaux pour permettre le transport des charges entre le polymère et les nanocristaux et augmenter l'efficacité de la QD-LED comme indiqué sur la figure 7. Dans ce cas, bien entendu, les couches 13 et 14 sont confondues. This layer may also contain luminescent inorganic nanocrystals in order to achieve: A monolayer of semiconductor nanocrystals by demixing the polymer and nanocrystals; - A thick layer "HTL" comprising the nanocrystals to allow the transport of charges between the polymer and the nanocrystals and increase the efficiency of the QD-LED as shown in Figure 7. In this case, of course, the layers 13 and 14 are mixed up.
Nature et composition de la quatrième couche dite couche sensible, détectrice ou émettrice (couche 14) La quatrième couche dite couche émettrice est à base de nanocristaux semi-conducteurs. Elle peut être : - Une monocouche de nanocristaux semi-conducteurs déposée par voie liquide: o Simultanément avec le « HTL » et démixée ; o Déposée à la surface du polymère « HTL » ; - Une couche épaisse de transport des trous de type « HTL » comportant des nanocristaux . Nature and composition of the so-called sensitive, detector or emitter layer (layer 14) The fourth layer called the emitter layer is based on semiconductor nanocrystals. It can be: - A monolayer of semiconductor nanocrystals deposited by liquid route: o Simultaneously with the "HTL" and demixed; o deposited on the surface of the polymer "HTL"; - A thick layer of HTL-type holes containing nanocrystals.
Les nanocristaux constitutifs de cette couche comportent un « noyau » dont le matériau est choisi en fonction de la longueur d'onde d'émission de la QD-LED que l'on souhaite obtenir. D'autres paramètres comme la structure et la taille de ces nanocristaux influent sur la longueur d'onde et peuvent être optimisés en fonction de la longueur d'onde recherchée. A titre d'exemple, les matériaux peuvent être choisis parmi les semi-conducteurs du tableau I ci-dessous. Ce tableau comporte trois colonnes, la première donne le symbole chimique du matériau, la seconde colonne donne l'énergie Eg de bande interdite ou « band gap » qui sépare la bande de valence de la bande de conduction, la troisième colonne donne la longueur d'onde maximale X,max d'émission du matériau. Cette dernière dépend du « band gap ».35 Tableau I : Caractéristiques électroniques des semi-conducteurs massifs des nanocristaux Composé Eg (eV) Xmax (nm) PbSe 0.29 4300 PbTe 0.33 3800 PbSnTe 0.1 12000 SnTe 0.18 6800 PbS 0.42 2900 InAs 0.4 - 0.359 3000 - 3400 InSb 0.2 6200 HgTe -0.3 Infrarouge HgCdTe-0.225 0.123 10000 HgCdTe-0.31 0.272 4500 Les nano-cristaux n'émettent qu'à des longueurs d'onde inférieures à la longueur d'onde ,,max mentionnée dans le tableau. Leur bande d'émission spectrale est fonction des propriétés électroniques du semi-conducteur constituant le noyau, qui limitent le confinement quantique des excitons, et par conséquent l'efficacité lumineuse de la diode électroluminescente QD-LED. The constituent nanocrystals of this layer comprise a "core" whose material is chosen according to the emission wavelength of the QD-LED that it is desired to obtain. Other parameters such as the structure and the size of these nanocrystals influence the wavelength and can be optimized according to the desired wavelength. By way of example, the materials may be chosen from the semiconductors of Table I below. This table has three columns, the first gives the chemical symbol of the material, the second column gives the band gap energy Eg that separates the valence band from the conduction band, the third column gives the length of the band. maximum wave X, max of emission of the material. The latter depends on the "band gap". Table I: Electronic Characteristics of Solid Nanocrystal Semiconductors Compound Eg (eV) Xmax (nm) PbSe 0.29 4300 PbTe 0.33 3800 PbSnTe 0.1 12000 SnTe 0.18 6800 PbS 0.42 2900 InAs 0.4 - 0.359 3000 - 3400 InSb 0.2 6200 HgTe -0.3 Infrared HgCdTe-0.225 0.123 10000 HgCdTe-0.31 0.272 4500 The nano-crystals emit only at wavelengths shorter than the wavelength, max mentioned in the table. Their spectral emission band is a function of the electronic properties of the semiconductor constituting the core, which limit the quantum confinement of the excitons, and consequently the luminous efficiency of the QD-LED light-emitting diode.
Favorablement, pour augmenter le transport des charges et le confinement quantique des excitons, les nanocristaux peuvent être enrobés par un matériau semi-conducteur dont le « band gap » Eg est plus élevé que celui du matériau émetteur et dont le paramètre de maille cristalline est proche de celui du noyau. Les alliages de matériaux à considérer pour cet enrobage sont rassemblés dans le tableau 2 ci-dessous. Ce tableau comporte trois colonnes, la première donne le symbole chimique du matériau, la seconde colonne donne le paramètre de maille cristalline « a » en nanomètres, la troisième colonne donne l'énergie de bande interdite ou « band gap » Eg. Favorably, to increase the transport of charges and the quantum confinement of the excitons, the nanocrystals can be coated with a semiconductor material whose "band gap" Eg is higher than that of the emitting material and whose crystalline mesh parameter is close from that of the nucleus. The alloys of materials to be considered for this coating are collated in Table 2 below. This table has three columns, the first gives the chemical symbol of the material, the second column gives the crystalline mesh parameter "a" in nanometers, the third column gives the energy bandgap or "band gap" Eg.
Tableau 2 : Caractéristiques électroniques des semi-conducteurs massifs de l'enrobage Composé a (nm) Eg (eV) PbSe 0.61107 0.29 PbTe 0.647 0.33 PbSnTe 0.1 SnTe 0.625 0.18 PbS 0.59524 0.42 InAs 0.6058 0.4/0.359 InSb 0.648 0.2 InP 0.587 1.27 CdSe 0.43+0.701 1.72 CdTe 0.648 1.6/1.49 GaSb 0.606 0.8 HgTe 0.646 -0.3 HgCdTe-0.225 0.123 HgCdTe-0.31 0.272 A titre d'exemple, des nanocristaux en PbSe dont le gap vaut 0.29 eV peuvent être encapsulés par du CdSe dont le gap vaut 1.72 eV et qui est compatible chimiquement ou par du GaSb dont le gap vaut 0.8 eV. De la même manière, des nanocristaux en PbTe (gap égal à 0.33 eV) ou en InSb (gap égal à 0.2 eV) peuvent être encapsulé par du CdTe (gap égal à 1.6/1.49 eV). Dans les configurations des QD-LED selon l'invention, les 10 nanocristaux peuvent être également encapsulés par un ligand organique afin d'assurer un bon transfert de charges entre les polymères ou les « petites molécules » organiques et les nano-cristaux semi-conducteurs. La nature des ligands est bien évidemment fonction de la nature du semi-conducteur et des polymères l'environnant. A titre d'exemple, le ligand peut 15 être choisi parmi les corps suivants qui présentent des propriétés chimiques intéressantes pour le transport des charges: - Un oléate terminé par un groupement carboxyle ; - Un octadécylamine terminé par un groupe amine ; - Un dodécylamine ; Un octylamine. Table 2: Electronic Characteristics of the Solid Semiconductors of the Coating Compound a (nm) Eg (eV) PbSe 0.61107 0.29 PbTe 0.647 0.33 PbSnTe 0.1 SnTe 0.625 0.18 PbS 0.59524 0.42 InAs 0.6058 0.4 / 0.359 InSb 0.648 0.2 InP 0.587 1.27 CdSe 0.43 +0.701 1.72 CdTe 0.648 1.6 / 1.49 GaSb 0.606 0.8 HgTe 0.646 -0.3 HgCdTe-0.225 0.123 HgCdTe-0.31 0.272 For example, nanocrystals in PbSe whose gap is 0.29 eV can be encapsulated by CdSe whose gap is 1.72 eV and which is chemically compatible or GaSb whose gap is 0.8 eV. In the same way, nanocrystals in PbTe (gap equal to 0.33 eV) or InSb (gap equal to 0.2 eV) can be encapsulated by CdTe (gap equal to 1.6 / 1.49 eV). In the configurations of the QD-LEDs according to the invention, the nanocrystals can also be encapsulated by an organic ligand in order to ensure good charge transfer between the organic polymers or "small molecules" and the semiconductor nanocrystals. . The nature of the ligands is obviously a function of the nature of the semiconductor and the surrounding polymers. By way of example, the ligand may be chosen from the following bodies which have interesting chemical properties for the transport of the charges: an oleate terminated with a carboxyl group; An octadecylamine terminated with an amine group; - a dodecylamine; Octylamine
Nature et composition de la cinquième couche dite de 5 transport des électrons ou ETL (couche 15) Cette couche a deux fonctionnalités : - Elle assure la conduction des électrons depuis la cathode métallique jusqu'aux nanocristaux ; - Elle assure également le blocage des trous au voisinage des 10 nanocristaux pour assurer un bon confinement des trous. Comme les nano-cristaux de semi-conducteurs présentent des propriétés de confinement qui dépendent de la nature du semi-conducteur, le blocage des trous par la couche ETL peut s'avérer nécessaire. A titre d'exemple, les matériaux de la couche de transport ETL 15 peuvent être : - Du BPhen de formule 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline ; - De l'AIg3 de formule aluminum tris(8-hydroxyquinoline) ; - Du BCP ou BathoCuProine ; Un hydrocarbure de type aromatique polycyclique comme le 20 pentacène. Cette couche est déposée préférentiellement par évaporation organique. Nature and composition of the so-called fifth electron transport layer ETL (layer 15) This layer has two functionalities: It ensures the conduction of electrons from the metal cathode to the nanocrystals; - It also ensures the locking of the holes in the vicinity of 10 nanocrystals to ensure good containment holes. Since semiconductor nano-crystals have confinement properties that depend on the nature of the semiconductor, ETL-blocking of the holes may be necessary. By way of example, the materials of the ETL transport layer 15 may be: BPhen of the formula 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline; Alg3 of formula aluminum tris (8-hydroxyquinoline); - BCP or BathoCuProine; A polycyclic aromatic hydrocarbon such as pentacene. This layer is preferably deposited by organic evaporation.
Nature et composition de la sixième couche dite couche 25 cathode Comme il a été dit, l'émission de la diode peut se faire au travers de la cathode métallique comme montré sur la figure 5. Dans ce cas, la cathode est semi-transparente à la longueur d'onde d'émission de la QDLED. Cette cathode peut être constituée d'un film mince de 2 à 3 nanomètres 30 d'épaisseur. Le film peut être un métal de transition tel que le nickel, le cobalt ou le titane et doit être compatible des procédés de gravure microélectroniques. La cathode peut également être opaque et réflectrice à la longueur d'onde d'émission de la QD-LED en utilisant des métaux compatibles avec la 35 microélectronique. Dans ce cas, la cathode peut être un film mince d'argent, 13 d'or ou d'aluminium et son épaisseur est supérieure à 100 nanomètres. Cette couche est déposée préférentiellement par évaporation organique. Nature and composition of the sixth layer called cathode layer As has been said, the emission of the diode can be through the metal cathode as shown in Figure 5. In this case, the cathode is semi-transparent to the emission wavelength of the QDLED. This cathode may consist of a thin film of 2 to 3 nanometers thick. The film may be a transition metal such as nickel, cobalt or titanium and must be compatible with microelectronic etching processes. The cathode may also be opaque and reflective at the emission wavelength of the QD-LED using metals compatible with microelectronics. In this case, the cathode may be a thin film of silver, gold or aluminum and its thickness is greater than 100 nanometers. This layer is preferably deposited by organic evaporation.
Quelle que soit la structure de la QD-LED, l'épaisseur individuelle 5 de chaque film doit être adaptée à la longueur d'onde d'émission de la QDLED afin : - D'optimiser l'épaisseur totale de la structure QD-LED pour qu'elle corresponde à un minimum en réflectance à la longueur d'onde d'émission. On obtient alors un effet de « microcavité », 10 c'est-à-dire que les réflexions sur les faces inférieures et supérieures de la structure de la QD-LED sont en opposition de phase ; - D'éviter que les nanocristaux émetteurs soient proches de la cathode ou de l'anode métallique afin d'éviter le couplage par les 15 plasmons ; - De minimiser les phénomènes d'absorption des films organiques dans l'infra rouge qui risquent de limiter l'efficacité de la QD-LED. Whatever the structure of the QD-LED, the individual thickness of each film must be adapted to the emission wavelength of the QDLED in order to: - optimize the total thickness of the QD-LED structure so that it corresponds to a minimum reflectance at the emission wavelength. A "microcavity" effect is thus obtained, i.e. the reflections on the lower and upper faces of the QD-LED structure are in phase opposition; To prevent the emitting nanocrystals from being close to the cathode or the metal anode in order to avoid coupling by the plasmons; - To minimize the absorption phenomena of organic films in the infrared that may limit the efficiency of QD-LED.
20 Les nanotechnologies vont permettre une intégration beaucoup plus importante du détecteur de molécules, de biomolécules ou de gaz. En effet, les cellules utilisées pour la détection des molécules, des biomolécules et de gaz peuvent être favorablement réalisées à l'aide des technologies de photolithographie-gravure de matériaux couramment utilisés pour la 25 microélectronique comme le silicium cristallin, amorphe ou polycristallin, l'oxyde et le nitrure de silicium. La combinaison des QD-LED versatiles en longueur d'onde, de petites dimensions couplées aux technologies mises en oeuvre en nanotechnologies permet l'intégration de nombreux composants de très 30 petites dimensions, qui peuvent être autonomes, le cas échéant. Elles peuvent utilement remplacer les technologies lourdes utilisées actuellement pour la détection de molécules, de biomolécules et de gaz. Ainsi, le fait d'utiliser un substrat silicium 10 pour la réalisation des 35 QD-LED autorise le couplage de l'émission avec un adressage individuel des pixels 1 (QD-LED) à l'aide de transistors 30 de type CMOS comme représenté sur la figure 8. Sur cette figure, chaque pixel peut être réalisé avec le même QD-LED. En variante, il est possible d'avoir des QD-LED différentes par pixel, avec des couches sensibles différentes adaptées à une certaine longueur d'onde pour détecter un gaz ou une molécule spécifique. Nanotechnology will allow much greater integration of the detector of molecules, biomolecules or gases. Indeed, the cells used for the detection of molecules, biomolecules and gases can be favorably made using photolithography-etching technologies of materials commonly used for microelectronics such as crystalline silicon, amorphous or polycrystalline, the oxide and silicon nitride. The combination of versatile wavelength QD-LEDs, small dimensions coupled with technologies implemented in nanotechnology allows the integration of many components of very small dimensions, which can be autonomous, if necessary. They can usefully replace the heavy technologies currently used for the detection of molecules, biomolecules and gases. Thus, the fact of using a silicon substrate 10 for the realization of the QD-LEDs allows the coupling of the emission with an individual addressing of the pixels 1 (QD-LED) by means of CMOS transistors 30 as shown In this figure, each pixel can be made with the same QD-LED. Alternatively, it is possible to have different QD-LEDs per pixel, with different sensitive layers adapted at a certain wavelength to detect a specific gas or molecule.
L'association avec des cellules photovoltaïques peut également assurer une certaine autonomie du composant à base de QD-LED. Ainsi, la figure 9 représente sur le même substrat 10 l'association de diodes ou de pixels émetteurs 1 et de cellules photovoltaïques 40. Dans le cas présent, chaque pixel émetteur 1 est alimenté par une cellule photovoltaïque 40 dédiée mais on peut envisager d'autres associations. Ces cellules photovoltaïques peuvent être réalisées à l'aide de jonctions à base de silicium amorphe ou poly-cristallin ou de cellules à base de nanocristaux réalisés, par exemple, en CdSe ou en PbSe ou en InAs. Ces différents nanocristaux peuvent être déposés comme les nanocristaux de la QD-LED par voie humide. The association with photovoltaic cells can also ensure a certain autonomy of the component based on QD-LED. Thus, FIG. 9 represents on the same substrate 10 the association of diodes or emitter pixels 1 and photovoltaic cells 40. In the present case, each emitter pixel 1 is powered by a dedicated photovoltaic cell 40 but it is possible to envisage other associations. These photovoltaic cells can be made using amorphous or polycrystalline silicon-based junctions or nanocrystal-based cells made, for example, of CdSe or PbSe or InAs. These different nanocrystals can be deposited as the nanocrystals of QD-LED wet.
La figure 10 illustre un premier exemple de réalisation d'un dispositif de détection optique comprenant un circuit comportant à la fois des émetteurs infrarouges selon l'invention et des photorécepteurs 50. Sur cette figure, un dispositif à guide d'ondes optiques 51 assure la jonction émetteur-récepteur, le flux de molécules 100 à détecter passant au-dessus de ce guide d'onde. FIG. 10 illustrates a first exemplary embodiment of an optical detection device comprising a circuit comprising both infrared emitters according to the invention and photoreceptors 50. In this figure, an optical waveguide device 51 assures the transceiver junction, the flow of molecules 100 to detect passing above this waveguide.
La figure 11 illustre un second exemple de réalisation de couplage des diodes émettrices QD-LED 1 avec des photodiodes 50 permettant de réaliser sur un même circuit 10 l'émission et la détection. Dans cet exemple, le dispositif de détection comporte une couche luminescente 52 sensible aux molécules à détecter disposée en regard et parallèlement au plan du circuit 10 et la sensibilité spectrale des photodiodes est adaptée à la fluorescence des molécules ou des biomolécules et gaz à détecter. Les récepteurs peuvent être des photodiodes infrarouges conventionnelles ou des cellules à base de nanocristaux réalisés, par exemple, en CdSe ou en PbSe ou en InAs. Avantageusement, il s'agit de QD-LEDs selon l'invention qui peuvent être spécifiquement adaptées à la longueur d'onde d'émission de la source de lumière et des espèces à détecter. FIG. 11 illustrates a second exemplary embodiment of coupling of the QD-LED 1 emitting diodes with photodiodes 50 making it possible to carry out on the same circuit 10 the transmission and the detection. In this example, the detection device comprises a phosphor layer 52 sensitive to the molecules to be detected arranged facing and parallel to the plane of the circuit 10 and the spectral sensitivity of the photodiodes is adapted to the fluorescence of the molecules or biomolecules and gas to be detected. The receivers may be conventional infrared photodiodes or nanocrystal-based cells made, for example, of CdSe or PbSe or InAs. Advantageously, these are QD-LEDs according to the invention which can be specifically adapted to the emission wavelength of the light source and the species to be detected.
Dans le schéma de la figure 12, les pixels émetteurs 1 et les photorécepteurs 50 sont disposés sur deux circuits électroniques différents 10, disposés en regard. Les molécules 100 à détecter passent dans la zone séparant les deux circuits. In the diagram of FIG. 12, the emitter pixels 1 and the photoreceptors 50 are arranged on two different electronic circuits 10 arranged opposite each other. The molecules 100 to be detected pass into the zone separating the two circuits.
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2011045289A1 (en) | 2011-04-21 |
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