Structuration de lames en silicium pour des spectromètres imageurs compacts dédiés au sondage atmosphérique

par Nadine Gerges

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Cécile Gourgon, Yann Ferrec et de Jumana Boussey.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal , en partenariat avec Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (laboratoire) depuis le 01-10-2019 .


  • Résumé

    Cette thèse a pour objectif la structuration de lames en Silicium pour la réalisation de spectromètres imageurs compacts et s'inscrit dans le cadre d'une collaboration avec l'ONERA et l'IPAG. Le composant à développer repose sur un ensemble de cavités Fabry-Perot obtenu à partir d'une lame de Si gravée avec des marches parfaitement contrôlées en terme d'épaisseur et de rugosité de surface. L'application qui est envisagée est la mesure de gaz à effet de serre (CO2, CH4) depuis l'espace. La compacité du composant attendue sera un atout pour embarquer le système lors de missions spatiales. La première partie de ce travail consistera à optimiser les procédés technologiques existants dans le cadre du projet Scarbo et à en développer de nouveaux pour répondre aux critères de contrôle d'épaisseur et de rugosité des marches. En particulier, nous devrons passer d'une configuration 1D à une configuration 2D tout en augmentant le nombre de marches, ce qui nécessitera, entre autres, le développement d'un procédé de lithographie gray-scale. La deuxième grande étape visera à améliorer les performances optiques des premiers démonstrateurs ainsi obtenus. En effet, et afin de minimiser les phénomènes de cross-talk optiques entre deux cavités voisines, on cherchera à modifier, sur des zones bien définies des surfaces de cavités, le coefficient d'absorption du silicium à la longueur d'onde de travail. Pour cela, il faudra développer les procédés de dépôt de films minces et/ou de traitement de surface susceptibles de moduler l'absorption dans le silicium selon les requêtes issues de la modélisation et des premières caractérisations. La mise en œuvre ne sera pas aisée à cause de la topographie importante de la surface des lames 2D, peu compatible avec les procédés de fabrication planar (lithographie et gravure). Aussi, nous serons probablement amenés à explorer le potentiel de procédés de micro fabrication non standard tels que l'impression 3D, l'usinage avec un faisceau d'ion, le stencils… Enfin, la troisième année de thèse sera consacrée à l'amélioration des procédés développés, en lien avec les caractérisations réalisées, et à la rédaction du manuscrit de thèse.

  • Titre traduit

    silicon micro-interferometers for imaging spectrometer for greenhouse gas global survey


  • Résumé

    The objective of this thesis is the structuration of Silicium slides for the realization of miniaturized imaging spectrometers. It will be realized in collaboration with ONERA and IPAG. The principle of the device is a group of Fabry-Perot cavities obtained with Si etched steps. The most important specification is the control of the step depth and roughness. The application of such a device is the control of greenhouse gazes (C02, CH4) measured during space missions. The first part of this work will be the optimization of technologiclal processes already used for the Scarbo project and the development of new ones. The goal will be the control of the step detph accuracy and of the surface roughness which has to be minimized. One important issue will be the evolution from a 1D array of steps to a 2D configuration including a higher number of steps. For this requirement the PhD student will develop a gray-scale lithography process. The second part of this thesis will be the optimization of optical performances. To minimize optical cross-talk between neighboring cavities, we will modify locally, on specific areas of the steps, the Si absorption coefficient for defined wavelengths. This will require the development of deposit process of thin films and/or surface treatment processes to take into account optical specifications resulting from simulation and first characterizations. Standard lithograhy and etching processes will be perhaps not adapted due to the high topography on the surface, and we will have to consider other microfabrication techniques such as 3D printing, ion beam etching, stencils… Finally, the third year will be devoted to the improvments of technological processes in relation with optical results and writing of the thesis manuscript.