Élaboration d’un substrat de contrainte et développement des méthodes associées pour la fabrication d’un détecteur infrarouge refroidi grand format pour les applications spatiales

Development of a stress compensating substrate and associated processes to produce large infrared detectors in the context of spatial imaging

• Auteur / Autrice : Lucas Duperrex
• Direction : Tudor Balan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique-matériaux (AM)
• Date : Soutenance le 18/03/2021
• Etablissement(s) : Paris, HESAM
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz - LCFC - Laboratoire de Conception, Fabrication et Commande. Metz
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation de la thèse : École nationale supérieure d'arts et métiers (1780-....)
• Jury : Président / Présidente : Véronique Aubin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Tudor Balan, Manuel François, Pierre-Olivier Renault, Raphaël Pesci, Olivier Mailliart
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Manuel François, Pierre-Olivier Renault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Éléments finis, Méthode des

Contraintes résiduelles

Thèses et écrits académiques

Matériaux

Mots clés libres

Contraintes résiduelles

Modélisation éléments finis

Diffraction des rayons X

Planéité

Cryogénie

Matériaux

Residual stress

Finite element analysis

X-Ray diffraction

Warpage

Cryogenics

Materials

Résumé

Afin de réaliser des détecteurs infrarouges de très grands formats, deux grandeurs thermomécaniques préalablement identifiées comme critiques ont été étudiées à la température de fonctionnement de 100 K : le niveau de contraintes résiduelles dans le semi-conducteur HgCdTe et la planéité du plan focal.Dans un premier temps les deux structures de détecteurs actuellement produites par la société Lynred ont été caractérisés à la fois par des méthodes expérimentales (mesures de contraintes résiduelles par diffraction des rayons X et de planéité, à température ambiante et à 100 K) et numériques (modélisations analytiques et éléments finis), afin de bien comprendre leur comportement thermomécanique. Deux nouvelles structures apportant des voies d’amélioration ont pu être ensuite définies, prototypées, puis étudiées avec le même protocole, afin de pouvoir conclure sur leur pertinence et permettre une extrapolation pour le cas des très grands formats (applications spatiales).

Two critical thermomechanical parameters have been studied at the operating temperature of 100 K in order to manufacture very large format of infrared detectors: the level of residual stress in the semiconductor material HgCdTe and the planarity of the focal plane array.First, the two types of detector currently produced at Lynred have been characterized, both through experimental measurements (X-ray diffraction residual stress analysis and planarity measurements, both at room temperature and at 100 K) and numerical simulations (analytical and finite element modelling), so as to clearly understand their thermomechanical behavior. Then two improved structures have been defined, prototyped, and studied with the same approach, in order to finally conclude on the most relevant for very large formats (spatial applications).