Structures de couplage optique originales pour les détecteurs infrarouge à puits quantiques

par Thomas Antoni

Thèse de doctorat en Champs, particules, matière

Sous la direction de Vincent Berger.

Soutenue en 2009

à Paris 7 .


  • Résumé

    L'étude du comportement électromagnétique des détecteurs infrarouge à puits quantiques (QWIPs et QCDs) est longtemps resté insuffisant, le développement de ces détecteurs depuis une dizaine d'années s'étant surtout orienté sur l'optimisation du transport dans la couche active. Ce n'est que très récemment qu'un formalisme adéquat au traitement du champ proche a été mis en œuvre pour modéliser ces réseaux. L'étude du réseau de couplage sur ces structures peut désormais bénéficier des travaux de recherche récents sur la plasmonique et les métamatériaux. L'enjeu de ces recherches est de dépasser la simple fonction de couplage et d'imaginer des structures optiques assurant des fonctions supplémentaires. Nous démontrons notamment la possibilité de discriminer la polarisation de l'émission corps noir avec un réseau unidimensionnel. En se basant sur les propriétés de dispersion des interfaces métal/diélectrique structurées, présentant une band interdite photonique, nous avons réussi à concentrer l'intégralité du signal incident dans une distance inférieure au quart de la longueur d'onde. Nous proposons d'utiliser cette structure sur des pixels implantés pour augmenter le rapport signal à bruit. Nous proposons trois solutions technologiques de contact supérieur permettant de remplir aux mieux son double rôle : électrique et optique. Nous nous intéressons également à la modification du photocourant due à la présence d'impuretés dans les puits. Ces travaux devraient permettre à la fois une optimisation plus efficace du couplage électromagnétique ainsi qu'à plus long terme, la mise en œuvre de nouvelles fonctionnalités optiques intégrées au pixel.

  • Titre traduit

    Original coupling structures for quantum well infrared photodetectors


  • Résumé

    For a long time, the electromagnetic behaviour of quantum well infrared photodetectors (QWIPs and QCDs) has been insufficiently studied, and research on these Systems has been rather oriented on the optimization of transport in the active layer. A formalism suitable to near field modelling of these gratings has been developed only quite recently. The study of the coupling gratings on such structures can now take advantage from the recent developments on plasmonics and metamaterials. The scope of this work is to go beyong the simplistic coupling feature of the grating and design optical structures fulfilling extra roles As an example we demonstrate the possibility of discriminating the polarisation of black body emission using a unidimensional grating. Based on the dispersion properties of metal/dielectric corrugated interfaces, that exhibit a photonic bandgap, we concentrated all the incident electric field on a distance less than a quater of wavelength. On an implanted pixel, such an optical structure can be used to increase the signal to noise ratio. We propose three technical solutions for an upper contact fulfilling the double function of electric contact and optical grating. We also focus on the influence of the well impurities on the photocurrent. We wish that this work will lead both to a best optirmization of electromagnetic coupling and to implement new pixel integrated optical functionnalities.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (266 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 133 réf.

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  • Bibliothèque : Université Paris Diderot - Paris 7. Service commun de la documentation. Bibliothèque Universitaire des Grands Moulins.
  • PEB soumis à condition
  • Cote : TS (2009) 141
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