Centrale de Proximité en Nanotechnologies de Paris Nord ... · Alexis FISCHER Equipe Photonique Organique et Nanostructure, Laboratoire de Physique des Lasers, UMR CNRS 7538, IUT

Centrale de Proximité en Nanotechnologies de Paris Nord C(PN)2 – UP13

Avancées en optoélectronique et photonique organique

___

Centrale de Proximité en Nanotechnologies de Paris Nord – C(PN)2

____

Plateforme Technologique de USPC

(Projet de plateformes mutualisées avec SBUPD, Ph. Lafarge déposée dans le cadre de l’AAP USPC Plateformes Technologiques)

Alexis FISCHEREquipe Photonique Organique et Nanostructure,

Laboratoire de Physique des Lasers, UMR CNRS 7538,IUT de Villetaneuse

Centrale de Proximité en Nanotehnologies de Paris Nord - C(PN)2 2


Plan de la présentation Présentation rapide de la plateforme C(PN)2 Chiffres clefs Les avancées scientifiques et technologiques

OLED Cristaux photoniques et nanostructurations Plasmoniques Electronique organique rapide

Prospective Optoélectronique organique et plasmonique moléculaire L’exemple Allemand Les forces en présence à USPC

Objectifs de la présentation Faire connaître C(PN)2 et le projet de mutualisation de

plateformes technologiques USPC Contribuer à la prospective



Présentation de la plateforme C(PN)2

IUT de Villetaneuse UP13 Inaugurée en Mars 2011 Surfaces :

Surface de 295 m² 195 m2 en atmosphère contrôlée

Moyens

Personnels permanents : 1 AI, 1 IE

Personnels : 1 IE + 1 IR Budget fonctionnement ~75k€/an Parc équipements scientif. (>6M€) Aménagement ~ 1,9M€ 10 hottes à flux laminaire ISO 5

Réseaux

Labellisation CNRS (RTB+, TGIR) CNFM/CEMIP Plateforme technologique

mutualisée USPC Labex SEAM



C(PN)2 en chiffre Les utilisateurs

pédagogiques

>120 personnes habilités/an

520h/an d’enseignement DUT SGM – IUT de St Denis LP Nano (45h) (150h) – IUT

Villetaneuse Licence SPI L3 (~40h) – Inst. Gal Master Physique M1 (~15h) – IG. Master Physique M2 (~20h) – IG Master GP M2 (~20h) – IG École Doctorale Galilée : ~ 20

doctorants, 2 à 3 sessions/an Doctorants UP7 (ITODYS)

Recherche UP13

LPL• Equipe Photonique Organique et

Nanostructures LSPM

• Equipe PEMA : Diamants et applications• Equipe MP4 : Elaboration par procédés Sol-

Gel de couches minces ZnO-TiO2• Equipe FINANO : Couches minces et

nanostructures magnétiques

CSPBAT• Equipe Spectroscopies Biomolécules et Milieux

Biologiques, SBMB.

UP7 (ITODYS)….

5 thèse soutenues + 4 en cours 14 publications/brevet (2015)



3 421 5

Dispositif électro-luminescents

Cavité Laser

ExaltationPlasmonique

Pompage Caractérisation

Spectroscopie résolue en temps

Excitation électriqueUltra courte+ haute densité de courant

Milieu à gain

Nanostructures nanophotoniquesCavités à cristaux photoniques

Ces avancées sont l’occasion de présenter les équipements de réalisation et de caractérisation de C(PN)2 ainsi que les compétences

La quête de la diode laser organique nécessite de réunir plusieurs avancées scientifiques et technologiques

OLEDs

Quelques avancées en optoélectronique et photonique organique



Problématique :• Maîtrise scientifique et

technologique• Conception et Fabrication

Objectifs• Réaliser des dispositifs

électroluminescents organiques• Par évaporation/en BAG

OLED

Avancées scientifiques• Émission sur l’ensemble du

spectre visible• Rendement quantique >3,5 %• Structurations d’OLED• Substrats : verre, souples,…

Perspectives : Sources lumineuses intégrées dans des capteurs,OLD



Problématiques/enjeux : Nanocavité laser à facteur de qualité Q

Cavités laser à Cristaux Photoniques (CP) Structures DFB à 1D et 2D

Minimiser le seuil laser Maîtrise technologique locale fabrication/conception

Lithographie électronique – Système Raith Gravure Plasma : Corrial ILS 200

Avancées scientifiques obtenues : Laser à très faibles seuil laser 9 µJ/cm2 Thèse Francois Gourdon Publications :

F. Gourdon, et al,Appl. Phys. Lett. 100, 213304 (2012). F. Gourdon, et al. J. Nanophoton. 8(1), 084092 ( 2014).

Thèses J. Solard : CP ITO Trous 150nm période 200nm, 120nm de profondeur.

Perspectives Combiner cavité laser et pompage électrique

Nanostructures photoniques – Approche Top-down



Problématiques/enjeux : Procédé rapide de structuration Large surface / nombreux échantillons Maîtrise technologique locale

Avancées scientifiques obtenues : Thèse Ayenew Getachew (2014) Procédé breveté Publications :

US Patent : 14/878,915 , 10/08/2015 Getachew T. Ayenew, et al., Optics Express Vol. 22, Iss. S6, (2014) Min Won Lee, et al. J. of Nanoscience, Volume 2014 (2014)

Perspectives Photolithographie DUV (250nm) Nanostructures ~300nm Fabrication cavité laser DFB 2D (ordre 1 ou 2)

Micro et Nanostructures – Approche bottom-up



Rappel de la problématique : Faible densité de courant dans les OLEDs

Densité d’excitation électrique équivalente au seuil laser en pompage optique

Seuil laser en pompage électrique ~20kA/cm²

Impulsion courte <20ns

Avancées (Travaux en cours) Thèse Lei Zeng

Réduction du diamètre des OLED pour réduire la capacité parasite. (50 à 200µm)

Impulsion <50ns 1,95 kA/cm² 160 Volt

Thèse Alex ChimeStructuration de µOLED par photo

lithographieAdaptation électrique HyperFréquenceImpulsion <3 ns170 Volt

Excitation électrique haute densité de courant ultra-courte

ɸ=56µm

100 200 300 400

-0.3

-0.2

-0.1

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Cur

rent

(ar

b.)

time(ns)

15 ns 20 ns 25 ns 30 ns 40 ns 50 ns 75 ns 100 ns

0

4

8

12

EL

inte

nsity

(arb

.)

50 100 150 200 250 300 350

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

Cur

rent

(ar

b.)

time (ns)

30V 60V 90V 120V 160V

0

5

10

15

20

Ele

ctro

lum

inesc

ence

(ar

b.)



Rappel de la problématique : Augmenter le gain laser

Exaltation lumineuse d’OLED

Avancées Thèse S. Khadir

Nanoparticules métalliques Lithographie électronique Dépôt métallique

Thèse T. Diallo Nanoparticules aléatoires

Articles : R. F. Garcia, JOSA B, vol. 33, no 2, p.

246, févr. 2016. S. Khadi,, Optics Express, vol. 23, no 18,

p. 23647, sept. 2015.

Exhaltation lumineuse par effet de résonance de plasmons de surface localisés



Rappel de la problématique : Mesurer le spectre instantanée

des oleds

Excitation électrique <10ns

Avancées Spectrophotomètre Horiba Jobin

Yvon IHR 550

Station sous pointe PM5 Cascade

Perspectives Caméra à balayage de fente

Cofinancement LABEX SEAM

Opérationnel : Automne 2016 ?

Spectroscopie résolue en temps



Bilan des avancées Rappel de la problématique :

Densité de courant équivalente à densité d’excitation optique

État de l’art 2009 : ~100 mA/cm² en continu, ~100 A/cm² en impulsionnel

continu

impulsionnel

1000<Q<2000

2000<Q<5000x100

x10



continu

impulsionnel

1000<Q<2000

2000<Q<5000x100

x10

x10

x10

Rappel de la problématique : Densité de courant équivalente à densité d’excitation optique

État de l’art 2009 : ~100 mA/cm² en continu, ~100 A/cm² en impulsionnel

Avancées scientifiques obtenues : Densité de courant 1,6A/cm² en continu (Thèse Anthony Coens)

Densité de courant 2kA/cm² /impulsion de 20 à 100 ns (Thèse Lei Zeng)

x100

280 x 90 µm² OLED

Bilan des avancées



Prospective

Thématique Novatrice/interdisciplinaire

Construction d’une communauté

Politique commune autour des plateformes

Exemple Allemand de l’électronique organique Rapport de l’ambassade de France en Allemagne. http://www.science-allemagne.fr/fr/wp-content/uploads/

2012/10/Dossier_ElectroniqueOrganique.pdf L’électronique organique en Allemagne : Un domaine

émergent et stratégique - Rapport Présente la structuration des universités et Industries

allemande sur l’électronique organique.

Potentiel de développement économique important

http://www.science-allemagne.fr/fr/wp-content/uploads/2012/10/Dossier_ElectroniqueOrganique.pdf

http://www.science-allemagne.fr/fr/wp-content/uploads/2012/10/Dossier_ElectroniqueOrganique.pdf



Prospective Thématique :

(Opto)électronique organique + Plasmonique Moléculaire

(OLED+OPV+OLD+Capteurs)

Disciplines concernées ; Chimie, Matériaux, Physique, Technologies (Dispositifs), (Applications ; conversion d’énergie, biologie, Sciences de l’Information ...?)

Communauté : UP13 : LPL +LSPM+CSPBAT+...

UP7 : ITODYS + ...

Activités existantes : Avec des résultats probants. (exemple de l’OPV, GDR SES) mais :

Activités éparses – Peu de lien entre les acteurs – collaborations extérieures pour combler les lacunes de compétences au sein de USPC (notamment la fabrication de dispositif)

Manques technologiques pour réaliser des dispositifs (dispositifs OPV = Cristallisation).

Peu de visibilité au niveau national

Renforcement Politique commune autour de la plateforme C(PN)2+SBUPD

Cristallisation des activités en regroupant les acteurs : construction d’une communauté interdisciplinaires.



Conclusion Présentation de C(PN)2 et du projet de mutualisation de plateformes

technologiques USPC● Avancées technologiques● Illustration des possibilités technologiques offertes par C(PN)2

Prospective● Proposition d’une thématique novatrice et interdisciplinaire (Optoélectronique

Organique et Plasmonique moléculaire● Construction d’une communauté autour de la réalisation de dispositifs

permettant de faire contribuer des équipes d’USPC (Chimie Organique, et fonctionnalisation, organique,s oxydes, matériaux carbonés (graphène, fullerene,….), physique optique, semiconducteurs, technologies, application

● Politique commune autour des plateformes● Exemple Allemand de l’électronique organique● http://www.science-allemagne.fr/fr/wp-

content/uploads/2012/10/Dossier_ElectroniqueOrganique.pdf



Avancées Technologiques

Patterned sapphire substrate (PSS)CPN² en partenariat avec CorialRéalisation : lithographie optique / bâti gravureDiamètre 2µm / période 3µm

Micro OLED PON- LPLRéalisation : lithographie

optique / bâti OLED Diamètre 5µm

Structuration du DiamantEquipe PEMA du LSPMRéalisation : lithographie

électronique / bâti gravure

Lithographie /nanoparticulesPON du LPL

Réalisation : lithographie optique / bâti OLED

Diamètre 650nm

Cristaux photoniques d'ITOEquipe PON du LPL

Réalisation : lithographie ebeam / gravure plasma

175nm, pas =200nm

trous 500 nm, pas =1µm

Documents

Centrale de Proximité en Nanotechnologies de Paris Nord ... · Alexis FISCHER Equipe Photonique Organique et Nanostructure, Laboratoire de Physique des Lasers, UMR CNRS 7538, IUT