Le groupe nanoMIR leader mondial de la technologie des semiconducteurs III-Sb

Le groupe nanoMIR est un leader mondial de la technologie des semiconducteurs III-Sb, c’est-à-dire la famille des composés III-V à base de GaSb, InAs, AlSb, InSb, leurs alliages et leurs hétérostructures.Il vise à développer cette technologie et ses applications, notamment grâce à l’EQUIPEX EXTRA (Centre d’Excellence sur les Antimoniures).

Les antimoniures (III-Sbs) sont des semi-conducteurs III-V avec des bandes interdites particulièrement bien adaptées à l’infrarouge moyen (MIR 2-12 μm), une gamme de longueurs d’onde qui présente des fenêtres de transparence de l’atmosphère ainsi que des raies d’absorption intense pour de nombreuses espèces de gaz. Le MIR est donc très bien adapté pour développer une variété d’applications ayant un impact sociétal important comme l’analyse des gaz (contrôle de pollution, surveillance des procédés, de l’environnement, physique des gaz, de l’atmosphère, …), les applications médicales (diagnostic …), les communications en espace libre, mais aussi les applications liées à la sécurité et à la défense (contre-mesures, détection d’espèces toxiques ou explosives, vision de nuit …).

Figure 1: (A) Equipement de croissance par épitaxie par jets moléculaires (EQUIPEX EXTRA), (B) Image en microscopie électronique à balayage de la facette d’une diode laser, (C) Différentes molécules identifiables dans le moyen infrarouge.

Au cours des dix dernières années, le groupe nanoMIR s’est principalement concentré sur le développement de dispositifs optoélectroniques MIR (lasers, photodétecteurs, sources laser hautement cohérentes) pour ces applications. Il a réalisé un certain nombre de percées qui peuvent être retracées dans la liste despublications.

Un autre objectif du groupe est de réaliser des études plus fondamentales et d’explorer tout le potentiel de la technologie III-Sb. Ainsi, des activités sur l’intégration des dispositifs III-Sb avec la technologie Si, sur la plasmonique tout-semi-conducteur ou sur des capteurs de gaz sont apparues récemment. D’autre part, de nouveaux thèmes exploratoires (Oscillations Paramétriques Optiques, Isolants Topologiques, Photovoltaïque Concentré, …) émergent.

Figure 2: (A) et (B) Images en microscopie électronique en transmission (collaboration avec le Paul Drude Institute – Berlin): (A) 3 puits quantiques GaSbBi de 10 nm d’épaisseur dans une matrice GaSb, (B) structure complète du laser. (C) Caractérisations électro-optiques du laser et (D) Evolution de la position spectrale de l’émission avec la température.

La plupart des travaux sont menés en collaboration avec des partenaires académiques français (C2N, FOTON, IEMN, L2C, LAAS, MPQ,…) ou étrangers (Ioffe Inst., PDI-Berlin, U. Lancaster, U. Nottingham,…) et des industriels (III-V Lab, CEA-LETI, Environnement SA, MIRSENSE, Sikemia, SOFRADIR, Thales-RT,..).

Parmi les résultats marquant récents on mentionnera:

• démonstration du 1er laser à semiconducteur fonctionnant à température ambiante avec une zone active en III-V-Bi(doi 10.1063/1.4984799)
• démonstration d’un laser à base de GaSb émettant à 1,55 µm épitaxié sur Silicium(doi 10.1063/1.4983389)
• démonstration de SEIRA en plasmonique tout semiconducteur à base de InAsSb très dopé(doi 10.1364/OE.25.026651)
• démonstration d’un laser à cascade quantique en technologie GaAs émettant dans le THz
• identification du mécanisme limitant les performances de photodétecteurs MIR InAs/GaSb(doi 10.1063/1.4948670)
• démonstration du fonctionnement en régime continu d’un laser à cascade quantique en InAs/AlSb émettant à 16 µm (plus grande longueur jamais atteinte en régime continu à température ambiante)(doi 10.1364/OE.24.018799)
• démonstration de nouveaux lasers monomodes en technologie GaSb(doi 10.1088/0268-1242/30/6/065015 et doi 10.1364/OE.23.019118)
• fabrication d’un détecteur de méthane compact et très sensible(doi 10.1016/j.infrared.2015.01.016)

Figure 3: (A) Capteur de gaz QEPAS en version compacte, intégré avec diode laser, lentilles et quartz, (B) Schéma du banc de mesure QEPAS, (C) Caractérisations électro-optiques du laser utilisé pour la mesure QEPAS, (D) Spectres QEPAS pour différentes concentrations de gaz CH4 dilué dans l’azote à pression atmosphérique.

Figure 4: (A) Images en microscopie électronique à balayage de résonateurs plasmoniques, (B) Exaltation du champ électrique à l´interface entre les nano-antennes de InAsSb et la substrat GaSb, (C) Optimisation géométrique des nano-antennes, (D) Spectroscopie optique exaltée en réflexion d´une couche ~ 100 nm de PMMA.

Vous trouverez plus d’informations sur chacun de ces sujets dans leurs pages dédiées.

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Le groupe nanoMIR souhaite la bienvenue à Marta Rio Calvo (doctorante), Roman Rousseau (doctorant) et Dr. Dilek Cakiroglu (Post-doctorante).