Optimisation électronique et électromagnétique de détecteurs quantiques dans l'infrarouge

par Mathieu Carras

Thèse de doctorat en Physique et chimie des matériaux

Sous la direction de Vincent Berger et de Alfredo de Rossi.

Soutenue en 2008

à Paris 7 .

  • Titre traduit

    Electronic and electromanetic optimisation of infrared quantum detectors


  • Pas de résumé disponible.


  • Résumé

    Deux thématiques majeures sont abordées dans cette thèse : l'optimisation électronique et l'optimisation électromagnétique de détecteurs dans l'infrarouge. Le premier chapitre traite de l'optimisation de détecteur InAsSb dans la bande 3-5μm. Nous avons dessiné puis fabriqué un détecteur dans lequel le transport est dominé par les phénomènes de génération-recombinaison dans la zone d'absorption et qu'il en va de même du bruit Johnson. Ceci et rendu possible par la maîtrise des interfaces de l'hétérostructure pour annihiler les phénomènes de diffusion et les effets tunnel. Ensuite, nous avons montré qu'il est possible de réduire ces phénomènes en maîtrisant le dopage dans la zone active pour trouver un optimum entre la génération recombinaison SRH et les effets Auger. La fin de ce chapitre ouvre sur l'optimisation électromagnétique de ces structures en parallèle de la réduction de la zone absorbante. Le second chapitre s'attache au dopage dans les détecteurs à puits quantiques dans la bande 8-12μm. Par rapport aux détecteurs interbandes tel que ceux étudiés dans le premier chapitre, nous montrons que la transition de Mott en dopage à lieu à un niveau de densité de donneurs bien supérieure. Nous montrons que cet effet peut engendrer des variations de propriétés optique forte dans une gamme de température correspondant aux températures de fonctionnement des détecteurs à puits quantiques. Une modélisation fine de l'absorption à basse température permet, en outre, d'estimer la ségrégation de silicium dans les barrières. La seconde partie est consacrée à l'optimisation électromagnétique de ces détecteurs à puits quantiques. En introduction de ce chapitre nous résumons les problématiques principales que doit adresser cette partie. L'importance du couplage électromagnétique provient de l'utilisation d'une micro structuration métallique de la surface de chaque pixel permettant d'augmenter l'absorption intersousbande. Le troisième chapitre du manuscrit décrit le fonctionnement de cette micro structuration. Il montre que le métal supporte des ondes de surface que l'on peut guider et dont on peut maîtriser les propriétés de dispersion. Nous proposons l'utilisation de structure périodiques avec des ruptures de symétrie pour localiser la lumière de façon tout à fait contrôlée. Des simulation électromagnétiques (élément finis, FDTD, expansion modale. . . ) viennent corroborer les calculs analytiques. Enfin, dans le quatrième chapitre nous nous proposons d'appliquer ces concepts à l'amélioration des performances des détecteurs. Ainsi nous développons des procédés technologiques permettant de réduire la zone d'absorption du détecteur par implantation de protons pour concentrer le champs électromagnétique dans cette zone et augmenter ainsi le rapport signal sur bruit. Nous montrons qu'il est possible, en utilisant des modes lents de la structuration périodique, de conserver de bonnes propriétés optiques des pixels lorsque l'on réduit leur taille.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (192 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 100 réf.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2008) 227
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.