Etude sur la mise en oeuvre et l'intégration de nouvelles fonctions optiques pour des capteurs d'images

• Auteur / Autrice : Caroline Penner
• Direction : Joël Fontaine, Patrice Twardowski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Electrotechnique, Automatique. Optoélectronique
• Date : Soutenance en 2002
• Etablissement(s) : Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Optique électronique

Dispositifs à couches minces

Diffraction

Capteurs CCD

Résumé

Les travaux décrits dans ce mémoire concernent l'intégration de structures diffractives dans des capteurs d'images, pour réaliser des fonctions de séparation des couleurs. Les structures diffractives à modulation d'indice, approchées par un empilement multicouches, ont été mises en œuvre pour réaliser cette fonction sur une barrette CCD. L'état de l'art sur la séparation des couleurs, et sur les différentes technologies de dépôt que nous avons testées est présenté. Le comportement des empilements obtenus a été simulé avec une formulation matricielle. Ainsi, nous avons proposé des solutions théoriques pour le filtrage du bleu, du vert et du rouge. Nous avons ensuite testé les procédés de dépôt PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD (Low Pressure CVD) et ALCVD (Atomic Layer CVD) pour réaliser le filtre bleu. Puis, l'intégration du filtre sur la puce CCD, et les différentes modifications introduites par sa présence dans le procédé de fabrication du capteur, ont été étudiées. Enfin, nous avons démontré la faisabilité technique de notre étude, par la fabrication d'une barrette CCD comportant un filtre interférentiel bleu, composé d'oxyde de silicium et de nitrure de silicium, intégré directement sur la puce. Nous avons analysé de plus, les perspectives que pourraient offrir les structures diffractives à modulation de relief. Ces structures se sont avérées inadaptées pour la séparation des couleurs, mais intéressantes pour réaliser des traitements antireflets.

We have investigated the integration of diffractive structures in image sensors, for color filtering. The index modulation diffractive structures, approximated by a multilayer stack, have been integrated in a linear CCD sensor. The state of the art on color filtering for image sensors, and on the different deposition technologies that we have tested, is presented. The behaviour of our stack has been simulated with a matrix formulation. So we have proposed theoretical solutions for the blue, green and red filtering. We have then tested the following deposition processes, PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), LPCVD (Low Pressure CVD), and ALCVD (Atomic Layer CVD), for the realization of the blue filter. The integration of the filter in the CCD chip , and the modifications introduced in the fabrication process have been analyzed. Finally, we fabricated a CCD linear sensor containing a blue interference filter made of silicon nitride and silicon oxide, with the stack directly integrated on the chip. We have also analyzed the perspectives of the integration of surface relief diffractive structures. These structures are inadapted for color filtering, but are interesting for the realization of antireflection surfaces.