Etude des bruits basse fréquence dans les détecteurs infrarouge quantiques refroidis à base de HgCdTe

Study of low frequency noise in IR cooled detectors made in HgCdTe

• Auteur / Autrice : Alexandre Brunner
• Direction : Daniel Bauza, Laurent Rubaldo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 01/06/2015
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Guo Neng Lu
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Bauza, Engin Molva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Pierre Magnan, Abdelmadjid Mesli

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microélectronique

Mots clés libres

Infrarouge

HgCdTe

Bruits basse fréquence

Infrared

HgCdTe

Low frequency noise

Résumé

Les exigences liées aux photodétecteurs modernes font de la maîtrise du niveau de bruit un enjeu majeur pour les technologies de demain. Le Random Telegraph Signal (RTS), à l'origine de « pixels clignotants » en imagerie, gênants pour l'utilisateur comme pour les algorithmes de traitement et d'analyse du signal, fait partie des sources de bruit problématiques. Ce travail en fait l'étude dans les détecteurs infrarouge quantiques refroidis à base de HgCdTe. Le premier chapitre présentera des généralités sur la détection infrarouge, le fonctionnement des photodétecteurs quantiques, le matériau HgCdTe, et le bruit. On exposera ensuite les études réalisées sur le bruit RTS dans les imageurs pour différents domaines de l'infrarouge et trois technologies de fabrication de photodiodes. L'évolution des caractéristiques du bruit (amplitude et fréquence) en fonction de la température du détecteur, du flux de photons reçus, de la polarisation appliquée, ou encore du temps d'intégration seront également analysées. Le troisième chapitre sera consacré à l'origine du bruit RTS. Pour cela, différentes architectures d'étages d'entrée de circuit de lecture et de technologies de fabrication de photodiodes seront passées en revue. Enfin, le dernier chapitre exposera l'étude par Deep Level Transient Spectroscopy des défauts profonds électriquement actifs dans la bande interdite du HgCdTe pour le proche infrarouge (Short Wave InfraRed, à 2,5µm).

Infrared detectors are currently facing two major issues: high operating temperature (HOT) and size, weight, and power (SWaP) requirements. To maintain high performance at higher operating temperatures, pixels exhibiting extra noise such as 1/f noise or Random Telegraph Signal (RTS) noise must be limited. This work study the RTS noise in HgCdTe cooled infrared quantum detectors. The first part concerns generalities about the infrared detection, the physic of quantum photodetectors, the HgCdTe material and the noise. Then we present the studies made on RTS noise for different domains of the infrared spectra and for three technologies of photodiodes (Std, AOP and P/N). The evolution of the main features of RTS noise (frequency and amplitude) as a function of the focal plane array temperature, the flux of photons received, the integration time and the applied polarization will be analyzed. The third part is about the origin of the RTS noise. Two architectures of ReadOut Integrated Circuits (ROIC) and two technologies of photodiodes will be examined. Finally, the last part will present the study of electrically active defects in HgCdTe SWIR (2,5µm) made by Deep Level Transient Spectroscopy.