Etude de structures avancées pour la détection IR quantique à haute température

Study of advanced structures for HOT IR quantum detection

• Auteur / Autrice : Wala Hassis
• Direction : Johan Rothman, Olivier Gravrand
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique appliquée
• Date : Soutenance le 16/04/2014
• Etablissement(s) : Grenoble
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique (Grenoble, Isère, France ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Gérard Ghibaudo
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bruno Guillet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Didier Decoster, Philippe Christol

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Mots clés libres

Bruit 1/f

Courant d'obscurité

Détection haute température

Photodiode CdHgTe

NBn

1/f noise

Dark current

Hot detection

HgCdTe photodiode

NBn

Résumé

La détection IR quantique met classiquement en jeu l'absorption de photons dans le matériau semi-conducteur II-VI CdHgTe. Cet alliage présente la particularité de permettre un ajustage du gap du semi-conducteur aux longueurs d'onde couvrant toute la gamme IR en jouant simplement sur la composition de l'alliage, ce qui en fait un matériau de choix. Cependant,les petits gaps en jeu ici imposent un refroidissement des plans focaux à des températures généralement cryogéniques (typiquement la centaine de Kelvins). Ce refroidissement représente naturellement une limite importante dans l'exploitation, l'encombrement et le coût de tels détecteurs.Un des grands défis à venir dans le domaine de la détection IR quantique est la détection à plus haute température. Une figure de mérite populaire pour examiner le fonctionnement de ces détecteurs est le courant d'obscurité qui reflète son bruit, dans le cas d'un détecteur limité par le bruit de courant (shot noise). Or, du fait des propriétés électriques du matériau semi-conducteur utilisé, ce courant d'obscurité augmente fortement avec le réchauffement du détecteur et rend son utilisation impossible à haute température. De plus, un autre phénomène apparaît également limiter le fonctionnement de nos photo-détecteurs : à hautes températures apparaît du bruit 1/f dont l'origine n'est pas parfaitement comprise aujourd'hui (matériau bulk ou interfaces, le débats reste ouvert…).Ce travail de thèse a pour objectif de comprendre les phénomènes physique régissant le bruit 1/f dans les photodiodes CdHgTe à travers la variation d'un bon nombre de paramètres physique et géométriques en vue de mettre en évidence la ou les corrélations de ce bruit avec ces variantes.

The IR sensor makes quantum conventionally involves the absorption of photons in the semiconductor CdHgTe II -VI material . This alloy has a feature to allow an adjustment of the gap of the semiconductor at wavelengths covering the whole IR range by simply varying the composition of the alloy, which makes it a material of choice . However, small gaps at stake here impose a focal cooling to cryogenic temperatures generally planes ( typically hundred Kelvins ) . This cooling naturally represents an important limitation in the operation , the size and cost of such detectors .One of the great challenges ahead in the field of quantum IR detection is the detection at higher temperatures . A figure of merit for popular review the operation of these sensors is the dark current , which reflects its sound , in the case of a noise-limited current ( shot noise) detector. However, because the electrical properties of the semiconductor material used , the dark current increases sharply with the heating of the detector and makes it impossible to use at high temperature . In addition, another phenomenon also appears to limit the functionality of our photo-detectors: high temperature appears on the 1 / f noise whose origin is not fully understood today ( or bulk material interfaces , the debate remains open ... ) .To understand the physical phenomena governing the 1 / f noise in HgCdTe photodiodes through the variation this thesis aims to lots of physical and geometrical parameters in order to highlight the correlations or noise with these variants .