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Optoélectronique, Hétéroépitaxie et Matériaux (OHM)

 

responsable Charles CORNET

Cette équipe étudie l’élaboration, les propriétés électro-optiques et électroniques de nouveaux matériaux et composants (principalement à base de semi-conducteurs) pour la photonique et le photovoltaïque. Pour satisfaire cet objectif, elle dispose en un même lieu de moyens techniques qui vont de la croissance de (nano-)structures par épitaxie par jets moléculaires (MBE) à la fabrication de composants en salle blanche en passant par la modélisation, l’étude des propriétés structurales, optiques, électriques, électro-optiques et fonctionnelles. Les activités de l’équipe vont donc de la compréhension du matériau à l’échelle atomique, jusqu’à la réalisation de démonstrateurs lasers ou photovoltaïques. Ces activités correspondent à quatre axes de recherche de l’institut FOTON, une description courte est proposée ici :

 
Activités de recherche


- Axe I : Composants et fonctionnalités pour les communications optiques
L’équipe travaille en particulier sur le développement de sources laser à base de nanostructures de la filière InP (puits, fils ou boites quantiques), à émission par la tranche (lasers « edge ») ou par la surface (« VCSELs »), en collaboration avec les équipes SP et DOP. L’équipe étudie également l’intégration de composants photoniques actifs et passifs III-V sur silicium, via le GaP, afin d’exploiter en particulier les non-linéarités optiques directement sur substrat de silicium pour les interconnexions optiques ou la génération THz.

Contact : Charles CORNET
 

- Axe III : Matériaux émergents pour la photonique
L’équipe étudie en amont la possibilité de développer de nouveaux matériaux et nanostructures pour la photonique et le photovoltaïque. Ici, les propriétés structurales, électroniques et optiques de matériaux très divers sont explorées (e.g. Pérovskites hybrides, cristaux liquides pour la photonique, nanostructures carbonées, matériaux 2D ou 3D, avec ou sans confinement quantique). Ces études permettent d’évaluer ces matériaux pour le développement futur de composants photoniques ou photovoltaïques.

Contact : Nicolas BERTRU
 

- Axe II & Axe IV : Optique hyperfréquence, capteurs optiques et imagerie cohérente
L’équipe développe principalement ici des sources lasers à émission verticale (de type VCSELs ou VECSELs), à base de nanostructures quantiques de la filière InP pour de l’émission laser bi-fréquence, de la conversion opto-hyper, la métrologie ou les capteurs, en collaboration avec l’équipe DOP. Des micro-cavités résonantes dans le moyen infra-rouge sont également développées pour la spectroscopie de gaz. Enfin, de manière prospective, l’utilisation du GaP pour la génération THz est étudiée.

 

- Axe V : Concepts avancés pour le photovoltaique
L’équipe travaille expérimentalement et théoriquement au développement de nouveaux concepts de cellules photovoltaïques. En particulier, les pérovskites hybrides, matériaux en plein essor pour le photovoltaïque, sont très largement étudiées dans l’équipe. Mais d’autres concepts comme les cellules solaires III-V/Si, ou encore les cellules à porteurs chauds sont également développés expérimentalement et théoriquement.

Contact : Olivier DURAND
 
Compétences & Équipements

L’ensemble des équipements et compétences disponibles dans l’équipe OHM sont intégrés dans la plateforme technologique NanoRennes, qui regroupe les moyens technologiques de Foton-OHM (INSA) et de IETR-MM (UR1). NanoRennes est une plateforme régionale, dédiée aux actions de caractérisation et de micro-nanofabrication, qui fait partie du réseau national CNRS des plateformes régionales. Nanorennes offre ses compétences et son expertise pour la réalisation de projets collaboratifs, de prestations avec des partenaires académiques ou privés.

Compétences

L’équipe OHM est composée de personnels de l’INSA de Rennes et du CNRS, constituant une force vive de 44 personnels titulaires ou contractuels, dont 21 enseignants/chercheurs, 12 doctorants et 11 ingénieurs, techniciens et administratifs. Les activités de recherche de l’équipe OHM utilisent principalement les quatre compétences suivantes :

- Élaboration des Matériaux par MBE
- Technologie en salle blanche / composants
- Études des propriétés électro/optiques
- Simulations atomistiques et composants

Moyens techniques

Les équipements disponibles dans l’équipe OHM sont :

  • Réacteurs de croissance épitaxiale de matériaux Si et III-V (2 MBE, 1 UHV-CVD)
Contact : Nicolas BERTRU
 
  • Salle blanche ISO4-ISO5 de 120 m², comprenant :
    • Système de photolithographie UV ;
    • Mesure d’épaisseur par profilométrie à stylet ;
    • Évaporateurs de couches minces métalliques par faisceau d’électrons (Au, Ti, Pt, Ge, Pd, Ni, Al, Cr, ...) ;
    • Évaporateurs de couches minces diélectriques par pulvérisation cathodique ou PECVD (Si, Si3N4, SiO2 ...) ;
    • Gravures chimiques et/ou assistées par plasma (RIE) de matériaux multiples ;
    • Four à recuit rapide (RTA) ;
    • Système de micro-câblage de dispositifs (Au, Al).
 
  • Bancs de mesures optiques :
    • Bancs de mesures pour des longueurs d’onde d’émission de 0,4 à 5 µm, avec ou sans système de cryogénie (de 10 à 400 K), photoluminescence, électroluminescence, mesures laser, microscopie ;
    • Chaine laser à impulsion ultra-courte (130 fs) couvrant le spectre de [0.4, 3] µm ;
    • Banc de mesure du rendement quantique de cellules solaires.
Contact : Yoan LÉGER
 

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