Localisation de centres colorés dans des micro-piliers de SiC 4H

Nous reportons l'exaltation de l'émission optique de centres colorés dans un réseau de micro-piliers de SiC-4H . Notre étude ouvre la voie au design et à la fabrication de dispositifs pour des application en photonique quantique intégrée ainsi que pour des applications bio et capteurs.

Pour toutes ces applications, l’optimisation de la collection de la lumière émise est cruciale en particulier à température ambiante. Ces défauts émettant pour la plupart dans l’infrarouge proche (NIR), il est également très intéressant d’améliorer leur émission spontanée. Dans cette étude, nous nous concentrons sur l’augmentation du signal optique pour les défauts suivants : VSi (lacune de Si avec des raies zéro phonon (ZPL) à 862 nm et 917 nm), VSi-Vc (bi-lacune ZPL à 1079 nm et 1131 nm), NcVSi (Centre NV, ZPL à 1180 nm, 1223 nm, 1242 nm). Dans ce but nous avons développé une technologie intégrée pour réaliser un réseau de micro-piliers contenant les défauts. Ceci permet la collection par un objectif en espace libre ou une fibre optique avec lentille. Les micro-piliers sont fabriqués par gravure ionique réactive profonde (ICP-RIE) suite à une lithographie laser avec un masque métallique. Les micro-piliers ont une hauteur de 4.5 µm, un diamètre de 700 nm environ et sont espacés de 4 µm. Les défauts sont créés principalement à 2µm de profondeur par une irradiation avec des protons à 300 keV. Nous avons obtenu un facteur d’augmentation de 20 pour le défaut Vsi et 7 pour le défaut VSiVc.

A gauche : Image en microscopie électronique à balayage d'un réseau de micro-piliers ; A droite : Cartographie de l'émission de VSi en micro-photoluminescence à température ambiante.

A gauche : Image en microscopie électronique à balayage d’un réseau de micro-piliers ; à droite : Cartographie de l’émission de VSi en micro-photoluminescence à température ambiante.

Contacts:

Pr. Jean-Marie Bluet

Equipe Nanomatériaux Fonctionnels

 

Références et collaborations:

Deterministic placement of ultra-bright near infrared color centers in arrays of silicon carbide micropillars.
S. Casteletto, A. S. Al Atem, F. A. Inam, H. J. Von Bardeleben, S. Hameau, A. F. Almutairi, G. Guillot, S. Sato, A. Boretti and J. M. Bluet
Bellstein J. Nanotechnol. 2019, 10, 2383-2395.
DOI : 10.3762/bjnano.10.229

Collaboration avec le RMIT, Melbourne, Australie.

INL CNRS
A gauche : Image en microscopie électronique à balayage d'un réseau de micro-piliers ; A droite : Cartographie de l'émission de VSi en micro-photoluminescence à température ambiante.