Infrarouge, Nanocristaux colloïdaux, HgTe, Structures photoniques, Photonique active, Réponse reconfigurable

Cette thèse porte sur la réalisation de photodetecteurs infrarouges combinant des nanocristaux colloïdaux de HgTe et des résonateurs plasmoniques. Dans le cas des photodétecteurs à base de nanocristaux, l'utilisation de résonateurs est particulièrement bénéfique en raison du transport à courte distance résultant du caractère polycristallin du film. En effet, dans un réseau de nanocristaux de HgTe, le mécanisme de « hopping » limite la longueur de diffusion des porteurs à quelques dizaines de nanomètres, une longueur significativement plus courte que la profondeur d'absorption du matériau. Cette décorrélation entre les longueurs caractéristiques de l'absorption et du transport conduit à un compromis entre l'absorption optique et l'efficacité de la collecte de charges. Les résonateurs plasmoniques permettent la manipulation de la lumière à des échelles inférieures à la longueur d'onde. Ils peuvent ainsi être exploités pour focaliser la lumière sur des films de nanocristaux ultrafins compatibles avec le transport de charges. Dans ce travail de thèse, nous démontrons une amélioration des performances des détecteurs grâce à l'utilisation de résonateurs. De plus, nous montrons que des fonctionnalités avancées, comme la modulation électrique de la photoréponse des dispositifs, peuvent être obtenues en couplant les nanocristaux avec des structures plasmoniques. Le transport par hopping, souvent considéré comme une limitation pour les dispositifs optoélectroniques, est dans ce cas un ingrédient bénéfique. Enfin, une photodiode avec une architecture basée sur des résonateurs plasmoniques sera présentée. Le dispositif obtenu est parmi les photodétecteurs à nanocristaux les plus sensibles et les plus rapides rapportés jusqu'à présent dans le moyen infrarouge à température cryogénique. De plus, nous démontrons que l'architecture plasmonique utilisée permet d'obtenir une réponse multi-longueur d'onde, reconfigurable avec la tension. De nouvelles fonctionnalités peuvent aussi être démontrées avec ce dispositif, telles que la réjection de bande et la bidirectionnalité du courant.