Etude, réalisation, et métrologie de photodétecteurs infrarouge à bande d'impuretés bloquée à base de silicium dopé antimoine

par Gilles Sirmain

Thèse de doctorat en Physique des composants électroniques

Sous la direction de Jean Léotin.

Soutenue en 1994

à Toulouse 3 .


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  • Résumé

    Le developpement de photodetecteurs a bande d'impuretes bloquee (bib) a base de silicium dope antimoine a ete entrepris pour couvrir la gamme spectrale centree a 30 m. Ces dispositifs en couches minces epitaxiees fonctionnent aux environs de 10 k. Ils comportent entre deux plans de contacts ohmiques une couche photoactive adjacente a une couche tres pure ayant pour role de bloquer le courant par sauts entre impuretes de la couche active fortement dopee. La technologie bib necessite un niveau de compensation de l'ordre de 10#-#5 dans la couche active, une purete d'environ 10#1#2 cm#-#3 dans la couche pure et un contact frontal semi-transparent. Les couches pure et photoactive ont ete realisees par epitaxie cvd et le contact frontal par implantation ionique dans la couche pure et recuit thermique rapide. Une instrumentation specifique de caracterisation electrique et optique a ete mise en place pour l'etude physique des dispositifs. La caracterisation a demontre que les niveaux de dopage, de compensation et de purete requis sont atteints. La photoconductivite infrarouge a revele par ailleurs un dopage au phosphore non intentionnel de la couche active. L'extension des reponses spectrales vers les grandes longueurs d'ondes est interpretee sur la base de l'effet poole-frenkel et de l'ionisation thermique ou par impact d'electrons chauds des etats localises photoexcites. La modelisation de la sensibilite par un mecanisme d'ionisation par impact conduit a proposer des valeurs de champ electrique seuil et de section efficace d'ionisation par impact pour l'impurete antimoine. Des mesures de magneto-resistance jusqu'a 40 t donnent une valeur indicative des parametres de transport dans la bande d'impuretes. Une efficacite quantique de detectivite de 20% mesuree sous un flux de photons de 60 nw a une temperature de 10 k a ete obtenue pour une concentration optimale d'antimoine de 5. 10#1#7 at/cm#3. Ces performances sont les meilleures dans la gamme spectrale visee et conviennent au projet spatial safire de spectroscopie de la haute atmosphere

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 1994TOU30065
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