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Photonique

publié le , mis à jour le

  • Personnel concerné :
    • Chercheurs permanents : Julien Cardin, Christian Dufour, Fabrice Gourbilleau, Christophe Labbé, Philippe Marie, Xavier Portier.
    • Chercheure invitée : Larysa Khomenkova.
    • Autres chercheurs : Georges Beany (PhD), Patrick Benzo (Post-Doc), Olivier Debieu (Post-Doc), Sébastien Cueff (PhD), Christian Davesne (PhD), Céline Lecerf (PhD), Chuan-hui Liang (PhD), Pratibha R. Nalini (post-Doc), Manuel Roussel (PhD), Jennifer Weimmerskirch (Post-doc), Ahmed Zhiani (Post-doc).
  • Projects :
    • ANR PNANO DAPHNES (2009-2012),
    • DSM/ENERGIE DELOTRAC (2011-2012),
    • PHC Polonium (2012-2013),
    • Labex EMC3 – ASAP (2012-2015),
    • Labex EMC3 – LUZ (2013-2014),
    • Labex EMC3 – HELIOS (2013-2015),
    • Interreg IVA – MEET (2012-2015),

Cette partie est dédiée à la fabrication et à l'étude de diodes électroluminescentes (LED), d'amplificateurs optiques et / ou de lasers dopés avec des ions de terres rares (RE). Ces recherches sont divisées en deux thèmes: les matériaux à base de Si et les matériaux à semi-conducteur à oxyde transparent (TCO). Le premier sujet est basé sur la découverte du rôle de sensibilisation efficace des nanoparticules de Si (Si-Nps) vis-à-vis des ions RE tels que Er3+ ou Nd3+. Cet aspect ouvre la voie à la fabrication d’appareils optiques compacts et efficaces à faible consommation d’énergie et entièrement compatibles avec la technologie Si CMOS.
L’un des principaux objectifs du projet ANR DAPHNES coordonné par l’équipe NIMPH était de démontrer la faisabilité d’un gain net dans les structures à base de Si dopées au Nd. Les ions Nd3+, contrairement aux ions Er3+, sont décrits par un système à quatre niveaux (trois pour Er). Une telle configuration de niveau favorise l’inversion de populations et limite la réabsorption de l’onde émise en raison d’un niveau fondamental peu peuplé. Les mesures de pertes obtenues sur des guides d’onde développés par la technique de pulvérisation cathodique ont démontré l’avantage de travailler avec un système à quatre niveaux (ion Nd3+) car des valeurs inférieures à 0,8 dB.cm-1 ont été mesurées en utilisant la même procédure, les pertes de propagation étaient de l’ordre de 3 dB.cm-1. Des mesures par sonde-pompe ont été effectuées sur les guides d’ondes Si-SiO2-Nd. Un gain net de 20% (3 dB.cm_1) jamais signalé sur ces guides à base de silicium a été mesuré. Les simulations réalisées par ADE-FDTD montrent qu’un gain net mesurable jusqu’à 30 dB.cm-1 est possible dans un système dopé Nd3+ alors que seules les pertes dépassent la faible valeur de gain dans le cas de l’ionEr3+. Les films minces RE : ZnO ont été étudiés sur des films de ZnO dopés à l’Europium (Eu) et au Terbium (Tb) préparés par pulvérisation magnétron RF. L’objectif de tels matériaux dopés RE étant l’application des LED, les propriétés optiques et électriques ont été optimisées au moyen de différents traitements thermiques (traitements de la température du substrat et du recuit). Les résultats montrent clairement qu’une luminescence maximale est observée lorsque la conductivité électrique est minimale et inversement. Le co-dopage Eu / Tb du ZnO a permis l’observation des émissions tant rouges que vertes de la désexcitation de ces ions RE. Ainsi, lors de l’excitation optique, les films RE : ZnO fournissent une manière originale de produire une émission blanche à partir des ions RE3+.
Cette partie est dédiée à la fabrication et à l’étude de diodes électroluminescentes (LED), d’amplificateurs optiques et / ou de lasers dopés avec des ions de terres rares (RE).
Ces recherches sont divisées en deux thèmes : les matériaux à base de Si et les matériaux à semi-conducteur à oxyde transparent (TCO).
Le premier sujet est basé sur la découverte du rôle de sensibilisation efficace des nanoparticules de Si (Si-Nps) vis-à-vis des ions RE tels que Er3+ ou Nd3+.
Cet aspect ouvre la voie à la fabrication d’appareils optiques compacts et efficaces à faible consommation d’énergie et entièrement compatibles avec la technologie Si CMOS.

L’un des principaux objectifs du projet ANR DAPHNES coordonné par l’équipe NIMPH était de démontrer la faisabilité d’un gain net dans les structures à base de Si dopées au Nd.
Le mécanisme de transfert de la matrice aux ions RE diminue significativement l’émission UV de la contribution excitonique aux UV de la matrice.
Une jonction PN composée de silicium pour le matériau de type P et de ZnO dopé RE pour le type N a été fabriquée. Contrairement aux LED du commerce, les phosphores (Eu et Tb) sont intégrés dans la matrice de ZnO et les concentrations de RE sont très faibles (quelques% en%) par rapport à la quantité utilisée dans les LED commerciales.
Des signaux électroluminescents intenses pour Eu : ZnO, Tb : ZnO et Tb, Eu : des films d’environ 100 nm d’épaisseur avec des taux de dopage d’environ 2% ont été démontrés et ils sont très prometteurs.