Étude de la fiabilité sous éclairement des transistors spécifiques aux applications capteurs d'images à pixels actifs

Reliability study under illumination of transistors for active pixel sensors applications

• Auteur / Autrice : Diana Lopez El Kouri
• Direction : Francis Balestra, Stéphane Ricq
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro et nanoélectronique
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Grenoble INPG

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité

Résumé

Les capteurs d’images à pixels actifs se sont largement imposés sur le marché, aidés par la pénétration des technologies CMOS. La fonction de conversion photo-électrique est assurée par une photodiode à la source d’un transistor de transfert. En raison de la focalisation du système de lentilles utilisé, la puissance lumineuse au niveau du silicium est très importante et peut générer des défauts entraînant des problèmes de fiabilité. Ce travail de thèse a consisté à inclure la lumière visible comme contrainte lors de l’étude de fiabilité des transistors de transfert. Une dégradation induite par la lumière a été mise en évidence. Des simulations TCAD et des mesures de bruit basse fréquence ont montré qu’elle est liée à un changement du chemin de conduction des porteurs entre la photodiode et le canal. Cet effet est réversible par l’application d’un champ électrique. L’origine physique de cette dégradation a été attribuée à l’apparition de charges positives, par effet Staebler Wronski, dans une des couches du pré-métal (le nitrure borderless). Cette thèse présente les premiers travaux dans ce domaine d’étude. Elle a permis de mettre en évidence une dégradation jamais étudiée et de proposer un mécanisme physique permettant de l’expliquer.

In APS, the photoelectric conversion is performed by a photodiode that is the source of a transfer transistor. Because of the focalisation of used lenses, the light undergone by a pixel can be very high and lead to reliability issues. In this thesis visible light has been included in the reliability study of the transfer transistors. Degradation induced by light was demonstrated. TCAD simulations and low frequency noise measurements have shown that degradation is related to a change in the conduction path of carries between the photodiode and the channel. This effect is reversible by applying an electric field. The physical origin of this degradation has been attributed to the generation of positive charges in the borderless nitride by Syaebler Wronski effect. This thesis presents first works in this field of study. A degradation never studied before was highlighted and a physical mechanism to explain it was proposed.