Soutenance de thèse de Félix BARDONNET

  • Soutenance de Thèse
  • Evénement scientifique

Soutenance de thèse de Félix BARDONNET, doctorant dans le groupe Nanophotonique, le lundi 13 février 2023 à 13h30 dans  l'Auditorium  de  l'Institut d'Optique  à  Palaiseau, sur le thème : " Étude de l’amélioration des performances optiques des capteurs d’images CMOS dans le proche infrarouge ".

Résumé : "Pour répondre à la demande de nombreuses nouvelles applications comme la reconnaissance faciale, la réalité virtuelle ou encore les LIDAR (de l’anglais Light Detection and Ranging), de nouveaux capteurs d’images CMOS (de l’anglais Complementary Metal Oxide Semiconductor) opérant dans le proche infrarouge ont vu le jour ces dernières années. La principale raison de travailler dans ce domaine de longueur d’onde est que cette lumière est invisible à l’œil humain, notamment pour des questions de sécurité. Le problème majeur qui en émerge est la faible absorption du Silicium dans le proche infrarouge, qui est l’élément central de photo-détection dans ces capteurs, rendant leurs performances optiques médiocres et limitant ainsi les différentes applications.

Le travail de cette thèse a donc pour but d’améliorer les performances optiques des capteurs d’images CMOS dans le proche infrarouge, et plus précisément à la longueur  d’onde de 940 nm qui est utilisée pour la plupart des applications énumérées précédemment. Nous nous sommes intéressés aux deux principaux paramètres optiques de ces capteurs : le rendement quantique (QE de l’anglais Quantum Efficiency) et le cross-talk qui est fortement lié à la fonction de transfert de modulation du capteur (MTF de l’anglais Modulation Transfer Function).

Cette thèse s’est tout d’abord inscrite dans la conception d’une nouvelle brique technologique au sein de l’entreprise STMicroelectronics, permettant d’augmenter considérablement le QE de nos capteurs dans le proche infrarouge, appelée structuration. Il s’agit en fait de graver des structures dans le Silicium afin que la lumière qui entre dans le pixel soit diffractée dans la photodiode, augmentant le chemin optique dans celle-ci et donc l’absorption. A l’aide d’un outil de simulation FDTD (de l’anglais Finite Difference Time Domain), nous avons pu constater l’impact de ces structures sur nos différents paramètres optiques. Ces résultats simulés ont ensuite été confirmés grâce à plusieurs mesures. Bien qu’extrêmement bénéfique pour le QE, cette solution dégrade le cross-talk ou la MTF, laissant apparaître un compromis entre ces deux paramètres. Ensuite, ne pouvant à l’origine pas prédire la MTF de nos capteurs, nous avons décidé de travailler sur une nouvelle méthodologie de simulation de ce paramètre optique en se basant sur la technique utilisée pour les mesures : la méthode du bord incliné. Nous sommes donc maintenant en capacité de prédire les tendances de ce paramètre, ce qui nous permet d’évaluer en amont le compromis entre QE et MTF pour les différentes structures gravées sur nos pixels. Pour finir, des solutions de confinement de la lumière dans le pixel ont été étudiées théoriquement (seulement en simulation) afin d’améliorer ces deux paramètres simultanément, donnant ainsi quelques perspectives pour l’avenir des capteurs d’images dans le proche infrarouge. "
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