Etude et caractérisation de la passivation des photodiodes pour l'optimisation des performances des futures générations de détecteurs infrarouge refroidis

par Loïc Mangin

Thèse de doctorat en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Gérard Ghibaudo.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) .


  • Résumé

    Dans l'optique de répondre aux défis posés par le développement de l'imagerie infrarouge, ce travail de thèse a été consacré à l'étude de la passivation des semi-conducteurs utilisés dans les détecteurs quantiques au CEA-LETI. Ce type de détecteur offre les meilleures performances disponibles parmi les technologies de détection infrarouge existantes, mais doit être refroidi pour fonctionner correctement. Les axes de recherche actuels dans ce domaine sont l'augmentation de température de fonctionnement des détecteurs, la diminution des pas de pixels, l'augmentation de la taille des détecteurs et l'amélioration de la qualité image. Dans plusieurs de ces axes, l'optimisation de la passivation occupe une place importante. Une passivation non idéale présente en effet un état de charge, du fait de la présence de charges fixes, mobiles, et de pièges qui interagissent avec les porteurs du semi-conducteur. Cet état de charge est dépendant du type de passivation utilisée, du déroulement des étapes technologiques qui la concerne et des conditions de fonctionnement du composant. Il influe directement sur les performances de détection des pixels. Dans ce contexte, ces travaux de thèse ont permis de développer des outils de caractérisation et de simulation des structures de passivation de différentes filières de détecteurs infrarouge existantes au CEA-LETI, de lier l'état électrique de la passivation avec les étapes technologiques mises en œuvre dans sa réalisation, et de déterminer expérimentalement l'influence de ces propriétés électriques sur le fonctionnement d'une photodiode.

  • Titre traduit

    Study and characterization of the passivation layer of photodiodes for the optimization of the next generations of cooled infrared detectors


  • Résumé

    In a context of developing the current generation of cooled infrared detectors, this work's main objectif is to improve the understanding of the passivation structure of these detectors at CEA LETI. This kind of detectors yields better performances than others available technologies, but must be cooled to cryogenic temperatures to function properly. The current developments have several objectives, augment the functioning temperature, reduce the pixel pitch, make bigger detectors with the same performances, and improve the image quality. In most of these developments, the passivation layer is known to be a factor of importance. A non-optimized passivation layer is indeed associated with a charged state, coming from different contributions within the layer and at its interface with the semi-conductor. This charge depends on the chosen passivation structure, the process flow used in the fabrication of the detector and the experimental conditions of the device. It has a direct influence over the performances of the pixels. In this context, this PhD work has developed tools to properly characterize and model the passivation layer, according to the structures used at CEA LETI. The link between the electrical properties of the layer and the associated process flow has also been studied, as well as how the passivation properties experimentally interact with the rest of the device and degrades the performances of the detector.