Project

Discipline

imaging; Light-trapping; Fiber processing; optoelectronic devices; Multi-material fibers; Nanowire processing

Lead
Emetteurs, détecteurs, modulateurs ou capteur de lumière, les composants photoniques prennent une place de plus en plus importante dans la recherche scientifique mais aussi au quotidien. Jusqu’à récemment, les technologies de fabrication utilisées pour ces composants, ainsi que les matériaux les constituant, ont été conçus pour des substrats rigides et de petites tailles, de l’ordre de quelques dizaines de centimètres carrés. De plus en plus d’applications modernes nécessitent cependant de réaliser de tels composants sur de grandes distances ou des surfaces importantes, ou encore sur des substrats flexibles. Par exemple, de nombreuses avancées dans les techniques de prévention et de soins médicaux ou d’imagerie nécessitent de plus en plus d’intégrer des fonctionnalités complexes, et notamment optoélectroniques, dans des habits intelligents, sur la peau ou au sein même du corps humain. Ceci nécessite un composant flexible adapté à des surfaces conséquentes et courbées.
Lay summary
Contenu et objectif du travail de recherche  Notre objectif principal est d’étudier une technique de fabrication récente pour intégrer des composants optoélectroniques efficaces et à base de micro- et nano-fils semi-conducteurs, dans des fibres minces, flexibles, et de plusieurs kilomètres de long. Ces fibres, pouvant agir comme détecteurs ou même comme capteurs de l’énergie solaire, par exemple, peuvent être déployées seules ou intégrées dans des mailles fonctionnelles ou des tissus. Ce projet permettra de mieux comprendre la microstructure et les propriétés électriques et optoélectroniques des éléments semi-conducteurs intégrés dans ces fibres dites « multi-matériaux ». De plus, nous proposerons de nouvelles méthodes de fabrication pour fabriquer des composants fibrés à base de micro-, voir nano-fils semi-conducteurs, pouvant être contactés électriquement et présentant des rapports d’aspect inégalés. Ceci pourrait améliorer de façon importante les performances de ces fibres optoélectroniques.  Contexte scientifique et social du projet de recherche  Nos résultats permettront d’améliorer le potentiel des fibres optoélectroniques qui ont été proposées pour un nombre important d’applications comme pour des habits intelligents, des détecteurs distribués de différentes natures, des écrans flexibles interactifs ou encore des éléments photovoltaiques flexibles. Tous ces domaines, qui prennent une importance grandissante dans nos sociétés modernes, bénéficieraient d’une telle technologie capable d’apporter des solutions innovantes et à la pointe des technologies de procédés des matériaux et des composants optoélectroniques nano-structurés.  Keywords Fibre materials and processing ; multimaterial fibres ; optoelectronic devices ; semiconducting micro- and nano-wires ; nano-wire based optoelectronic devices ; charge transport, trapping and photo-detector responsivity and sensitivity.

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Last update: 28.09.2016

Title	Year

Number	Title	Start	Funding scheme

The ability to impart novel functionalities to thin and flexible fibers beyond optical transport or thermal insulation holds great promises in several scientific and technological fields. In an ongoing Swiss National Science Foundation project, we have proposed and demonstrated how to use the thermal drawing process - the same process used to fabricate optical fibers - to realize state-of-the-art optoelectronic fibers. These hybrid fibers integrate materials and architectures that enable both optical and electrical transport, as well as responsiveness to various stimuli (e.g. light, heat, or chemicals) via electrically addressed semiconducting domains integrated along the entire fiber length (potentially tens of kilometers). Thanks to the support of the SNF we have been able to demonstrate, for the first time, the growth of single crystal semiconducting nanowires in contact with conducting materials, onto and within optical fibers. The resulting long, thin, flexible fiber devices exhibit photodetecting performance an order of magnitude better than previous state-of-the-art. In this proposal, we want to build on these exciting results and propose to develop a deeper understanding of the electrical and optical properties of the in-fiber grown nanowire mesh, and how they relate to the fabrication process. This will enable us to improve further single crystal nanowire based devices and to realize flexible photodetecting fibers with sensitivities on par with conventional planar photoconductors. These innovative research directions can lead to the simple and scalable fabrication of novel optical fibers and meta-materials, of advanced optical probes for surgical tools or to interface with biological tissues, and of fiber-integrated imaging systems. Also, such advanced fibers can be assembled into various meshes, screens, artificial skins or textile configurations, capable of sensing various stimuli. It also paves the way towards making fibers and fabrics capable of harnessing different forms of energy. All of these applications can have a significant impact in crucial areas for the Swiss scientific and technological landscape, such as health care, renewable energy, or advanced high-tech textiles.