Etude théorique du dimensionnement d’une matrice bolométrique au pas de 5µm, par report de dispositifs SOI sur structures suspendues pour des applications dans l’imagerie infrarouge non refroidi

par Étienne Fuxa

Thèse de doctorat en Nanoélectronique et nanotechnologie

Sous la direction de Jalal Jomaah.

Le président du jury était Abdelkader Souifi.

Le jury était composé de Jean-Jacques Yon, Francis Balestra, Jean-Christophe Peyrard.

Les rapporteurs étaient Costin Anghel, Nicolas Guérineau.


  • Résumé

    Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur la problématique de réduction du pas du pixel des matrices bolométriques utilisées dans l'imagerie infrarouge non refroidie (domaine LWIR). Si l'intérêt d'une telle réduction se comprend bien (augmentation des performances et/ou réduction des coûts de production), la miniaturisation sans perte de performance du point de vue du pixel est un véritable défi. En effet pour les technologies de l'état de l'art à base de thermistors la réduction des dimensions s'accompagne d'une dégradation du rapport signal à bruit ainsi que de l'isolation thermique des détecteurs, nécessaire à l'obtention d'un signal important. Nos travaux ont consisté en l'évaluation de l'intérêt de l'utilisation de dispositifs SOI en tant que transducteurs thermiques dans une architecture pensée pour le pas de 5µm. Nous avons donc étudié les propriétés thermiques intrinsèques de ces dispositifs pour comparer l'efficacité théorique d'un tel bolomètre au pas de 5µm à celle attendue pour un bolomètre à l'état de l'art échelonné au même pas ce qui a permis de conclure quant à l'intérêt de ces dispositifs. Pour terminer nous avons également confirmé qu'une structure permet d'obtenir une absorption convenable mais que la technologie 5µm pose encore un problème du point de vue de l'isolation thermique du détecteur, problème qui n'est pas spécifique au bolomètre SOI et ne remet par conséquent pas en cause son intérêt.

  • Titre traduit

    Theoretical study of the design of a 5µm pitch bolometer matrix, by wafer bonding of SOI devices on suspended structures for applications in uncooled infrared imaging


  • Résumé

    The work reported in this document relates to pixel size reduction in uncooled infrared imaging in the LWIR range. The motivation for such a downsize is pretty straightforward (better matrices performances or lower production costs), achieving this without lowering the pixel performance is a true challenge. That is, for state of the art detectors based on thermistors, pixel downscaling leads to lower signal to noise ratio as well as a decrease in detector thermal isolation that in turn reduces the signal's amplitude. Our work focused on the study of SOI components for use as thermal transducer in a 5µm pixel design. As such we evaluated these components' intrinsic thermal properties to compare expected performance of a 5µm SOI bolometer with that of a state of the art bolometer scaled to the same pixel size, which allowed us to conclude that the interest for SOI bolometers is well-founded. We were also able to confirm that our pixel design is able to maintain sufficient IR absorption, but that the thermal isolation is yet problematic. This problem is however not specific to SOI bolometers and as such does not undermine the interest for SOI detectors for 5µm pixel pitch bolometers for uncooled IR imaging.



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