Thèse en cours

Étude et optimisation des implantations ioniques des pixels CMOS avancés
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Auteur / Autrice : Juan Montoya cardona
Direction : Filadelfo CristianoVincent Goiffon
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : MicroNano Systèmes
Date : Inscription en doctorat le 01/11/2021
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Génie électrique, électronique et télécommunications
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ISAE-ONERA OLIMPES Optronique, Laser, Imagerie Physique et Environnement Spatial

Résumé

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L'utilisation des capteurs d'image CMOS est devenue très répandue ces dernières années pour diverses applications dans les smartphones, tablettes, automobiles ou encore les objets connectés. Les performances de tels capteurs sont en partie dépendantes de la présence de défauts au sein de la photodiode qui peuvent être structuraux et localisés dans le silicium, ou aux interfaces Si/SiO2 du dispositif. Cette thèse s'intégrera au développement des nouvelles technologies d'imageurs sur le site de Crolles 300mm au sein de l'équipe R&D. Son sujet s'inscrit dans l'objectif d'une meilleure compréhension des interactions entre les performances des imageurs et les défauts résiduels induits par les étapes d'implantation ionique nécessaires à la réalisation de différentes zones dopées de la photodiode. Elle devra permettre de relier l'impact de la présence/densité de défauts résiduels avec les propriétés de nos photodiodes planaires ou verticales comme le courant d'obscurité. Ces défauts couvrent un large spectre, allant des défauts ponctuels (interstitiels et lacunes), aux clusters impliquant les impuretés dopantes ou celles présentes dans le substrat (oxygène, carbone), jusqu'aux défauts étendus (défauts {113} ou boucles de dislocations). Dans une démarche générale d'optimisation des performances de nos dispositifs, cette thèse permettra également de supporter les développements au sein des projets associés aux technologies des capteurs optiques. Fort d'une étude bibliographique et de discussions en continu avec les différents interlocuteurs R&D de process, intégration et device, l'étudiant/e sera amené/e à mettre en place des plans d'expériences afin d'évaluer l'impact du choix des espèces et des conditions d'implantation sur plusieurs zones clefs de la photodiode. Il/elle aura à sa disposition les outils de simulation (en modèle continu et Kinetic Monte-Carlo (KMC)), et la possibilité de lancer des études sur des véhicules de test afin de réaliser des analyses structurales (TEM, SIMS, EDX, Thermawave), électriques (DLTS) et optiques (Photoluminescence en mode spectroscopie ou imagerie). Les conditions d'implantations (espèces, température du chuck, énergie, ect..) pourront être également utilisées pour faire fluctuer la quantité de défauts résiduels et ainsi aider à la compréhension des différents phénomènes mis en jeu. Enfin, l'étudiant/e aura la possibilité d'intégrer directement des essais sur des plaques de production afin de remonter aux performances du pixel par des mesures du courant d'obscurité et d'énergie d'activation. Cette thèse se déroulera en partie avec les laboratoires LAAS-CNRS et ISAE-SUPAERO se situant à Toulouse. Ils apporteront leurs expertises renommées dans les domaines de la caractérisation des défauts d'implantation, de la simulation, de la compréhension des phénomènes physiques associés, ainsi que le lien avec les performances opto-électriques des pixels. Il sera entre-autre possible d'y réaliser des analyses de Photoluminescence, structurales (TEM), électriques (DLTS) ou opto-électriques.