Caractérisation des matériaux semi-conducteurs par photoluminescence pour la détection infrarouge

par Maxence Soria

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Johan Rothman et de Pierre Bleuet.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI - CEA) (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    Le projet de thèse s'articule autour du développement d'un nouvel outil de caractérisation de matériaux semi-conducteurs destinés à la réalisation de détecteurs infrarouges. Ces détecteurs sont utilisés pour des applications industrielles, spatiales et défense. La photoluminescence émise par un matériau semi-conducteur (type II-VI ou III-V, opérant à des températures cryogéniques) éclairé par une source laser permet de remonter à des informations critiques pour la caractérisation du détecteur infrarouge, notamment la durée de vie de porteurs, qui est un paramètre clé pour déterminer les performances des capteurs infrarouges. Le LETI est déjà équipé d'un tel banc de mesure. Dans ce contexte, les travaux consisteront à atteindre les limites techniques de l'instrument : intégration du détecteur APD dans le cryostat pour améliorer la sensibilité et la résolution spatiale (à l'échelle du pixel), choix de la longueur d'onde du laser d'excitation (injection homogène dans l'épaisseur, séparation des effets de surface), mise en place d'un interféromètre pour obtenir la résolution spectrale. In-fine, le banc de mesure devra permettre d'effectuer des mesures 4D(x,y,t,lambda) voire 5D avec la dimension verticale. En plus des compétences instrumentales, des compétences en traitement de données multidimensionnelles (réduction de données) seront nécessaires pour pouvoir analyser les données et les corréler avec les informations données par la techno ou issues d'autres caractérisation (électrique, optique, morphologique). En fonction de l'avancement, d'autres applications pourront être explorés (par exemple en biologie).

  • Titre traduit

    Characterization of semiconductor materials by photoluminescence for infrared detection


  • Résumé

    The thesis project is to realize a new tool that will enable advanced semi-conductor materials investigations used for the realization of infrared detectors. Those sensors are typically used for industrial, space and defense applications. Laser-excited photoluminescence of semiconductor materials (II-VI or III-V materials, which operate at cryogenic temperature) makes it possible to quantitatively determine the minority carrier lifetime, which is critical for the optoelectronics properties. LETI is already equipped with such a tool. The work will consist in reaching the physical limits of the instrument: integration of an APD detector within the cryostat to improve the sensitivity and the spatial resolution (down to the pixel size), laser wavelength choice (for homogeneous injection and to separate surfaces' effects), use of an interferometer for spectral resolution. The output of this state-of-the-art tool will be 4D (x,y,t,lambda) data or even 5D taking into account the vertical dimension. For that reason, on top of instrumental skills, data processing will be important to reduce data and correlate them with process parameters and other electrical or optical characterization data. Depending on the achievements, other scientific domains will be explored (e.g. biology).