Etude de mécanismes d’hybridation pour les détecteurs d’imagerie Infrarouge

par Toufiq Bria

Thèse de doctorat en Optoélectronique

Sous la direction de Eric Costard.

Le président du jury était Jean-Louis Meyzonette.

Le jury était composé de Eric Costard, Jean-Louis Meyzonette, Manuel Fendler, Giuseppe Leo, Julien Roumegoux.

Les rapporteurs étaient Manuel Fendler, Giuseppe Leo.


  • Résumé

    L’évolution de la microélectronique suit plusieurs axes notamment la miniaturisation des éléments actifs (réduction de taille des transistors), et l’augmentation de la densité d’interconnexion qui se traduisent par la loi de Gordon Moore qui prédit que la densité d'intégration sur silicium doublerait tous les deux ans. Ces évolutions ont pour conséquence la réduction des prix et du poids des composants. L’hybridation ou flip chip est une technologie qui s’inscrit dans cette évolution, elle consiste en l’assemblage de matériaux hétérogènes. Dans cette étude il s‘agit d’un circuit de lecture Silicium et d’un circuit de détection InP ou GaAs assemblés par l’intermédiaire d’une matrice de billes d’indium. La connexion flip chip est basée sur l’utilisation d’une jonction par plots métalliques de faibles dimensions qui permet de diminuer les pertes électriques (faible inductance et faible bruit), une meilleure dissipation thermique, une bonne tenue mécanique. Enfin elle favorise la miniaturisation avec l’augmentation de la compacité et de la densité d’interconnexion.Les travaux de thèse se concentrent sur deux axes principaux. Le premier concerne l’hybridation par brasure avec la technologie des billes d’indium par refusion, et le second concerne l’hybridation par pression à température ambiante (nano-scratch) par l’intermédiaire des nanostructures (Nano-fils d’or, Nano-fils ZnO). Ces travaux ont permis la réalisation d’un détecteur InGaAs avec extension visible de format TV 640*512 pixels au pas de 15 µm. Ces travaux ont également permis la validation mécanique de l’assemblage d’un composant de format double TV 1280*1024 pixels au pas de 10 µm par cette même méthode de reflow. Pour l’axe hybridation à froid, nos travaux ont permis la validation d’une méthode de croissance de nano-fils ZnO par une voix hydrothermique à basse température (<90°C).

  • Titre traduit

    Study of hybridization mechanisms for two dimensional infrared detectors


  • Résumé

    Evolution of microelectronics follows several major roads, in particular the size decrease of active elements (reduction of size of transistors), better electrical performances, high I/O density and smaller size. This revolution has been predicted by Gordon Moore who suggested that integrated circuits would double in complexity every 24 months. As a consequence, this evolution induces both the reduction of prices and the weight of components.The term flip chip describes the method of electrically connecting the die to the package substrate. Flip chip microelectronic assembly is the direct electrical connection of face-down (or flipped) integrated circuit (IC) chips onto substrates, circuit boards, or carriers, using conductive bumps on the chip bond pads. Flip chip offers the highest speed electrical performance, reduces the delaying inductance and capacitance of the connection, Smallest Size Greatest I/O Flexibility, Most Rugged, high I/O density and Lowest Cost.This thesis work study concentrates on two main directions. The first one concerns hybridization by means of the technology of Indium bumps associated to a reflow process and the second one is about pressure induced hybridization at low temperature using nanostructures (Nano-scratch). In this work, we have developed a complete process to assemble a focal plane array format of 640 x 512 pixels with a pitch of 15 µm. These studies also allowed the mechanical validation of hybridization of a focal plane arrays 1280*1024 pixels with a pitch of 10 µm. Concerning alternative technologies to flip chip reflow, we introduced and demonstrate the relevance of a method of growth of ZnO nanorods using low temperature wet chemical growth and further hybridization at ambient temperature.


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