Étude du dopage extrinsèque dans CdHgTe pour la réalisation de photodiodes infrarouges

par Bruno Delacourt

Thèse de doctorat en Physique des matériaux

Sous la direction de Johan Rothman et de Philippe Ballet.

Le président du jury était Henri Mariette.

Le jury était composé de Yves Guldner.

Les rapporteurs étaient Isabelle Ribet, Philippe Christol.


  • Résumé

    La photodiode infrarouge, basée sur des semi-conducteurs à petit gap, permet de collecter des porteurs générés par l’impact de photons mais aussi par agitation thermique. Cette dernière crée un courant parasite dit d’obscurité qui détériore la performance du composant. Afin de minimiser le courant d’obscurité, le paramètre clef à maximiser est la durée de vie des porteurs minoritaires. Dans le contexte HOT, ceci ouvre la possibilité d’augmenter la température de fonctionnement des dispositifs de détection infrarouge quantique. Pour la fenêtre spectrale du MWIR, l’objectif à moyen terme est de fonctionner à 150−180 K au lieu de 80−120 K actuellement. Ceci permettrai un progrès significatif en termes de consommation, de puissance et donc d’autonomie et de fiabilité des systèmes. L'objectif de ces travaux de thèse est de déterminer expérimentalement les limites théoriques de la durée de vie des porteurs minoritaires dans le CdHgTe et dans un matériau III-V. Pour cela un banc de mesure de décroissance de photoluminescence ainsi qu’une méthode d’extraction des données permettant de discriminer les mécanismes de recombinaisons à partir de l’évolution du signal en fonction du niveau d’injection de porteurs dans l’échantillon ont été développés. En parallèle, un ensemble de caractérisations a été effectué pour assister le développement de technologies adressant le contexte HOT.

  • Titre traduit

    Study of extrinsic doping in CdHgTe for the realisation of Infrared detector


  • Résumé

    Infrared photodiodes, which are based on narrow gap semiconductors, permit collection of carriers generated by photons impact but also by thermal agitation. This agitation create a parasitic dark current deteriorating device performance. In order to minimize this dark current, the key parameter to maximize is the minority carrier lifetime. In high operating temperature (HOT) context, it open the possibility to increase the operating temperature of photonic infrared detectors. For the mid-wave infrared window, the goal is to work at 150−180 K instead of 80−120 K currently. This would allow significant progress in terms of energy consumption, power and thus autonomy and reliability of the systems. The objective of this thesis is to experimentally determine the theoretical limits of the minority carrier lifetime in HgCdTe and in a III-V semiconductor. For this, a photoluminescence decay measurement bench as well as a data extraction method making possible to discriminate the recombination mechanisms from the evolution of the signal as a function of the level of carrier injection in the sample were developed. In parallel, a set of characterizations was carried out to assist the development of technologies addressing the HOT context.

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