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Nos Thèses par thème

Défis technologiques >> Photonique, imageurs et écrans
9 proposition(s).

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Etude de diodes SOI verticales pour la détection LWIR

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie thermique et THz

Physique des semiconducteurs

01-09-2021

SL-DRT-21-0313

patrick.leduc@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les détecteurs thermiques non refroidis absorbent le flux infrarouge pour des longueurs d'onde de 7µm à 14µm. Cette bande spectrale correspond à une fenêtre de transmission atmosphérique et au maximum d'émission d'un corps noir à 300K, ce qui permet de mesurer des variations de température inférieures à 100mK dans la scène imagée. Le principe de fonctionnement des microbolomètres repose sur la mesure de température d'une membrane suspendue absorbant le flux infrarouge. Le transducteur thermique est l'élément sensible du microbolomètre qui détermine son rapport signal sur bruit et donc la performance du pixel bolométrique. La majorité des microbolomètres commerciaux utilisent une thermistance à base de silicium amorphe ou d'oxyde de vanadium pour son coefficient de température élevé (TCR=2-4%/K) et son faible bruit basse fréquence (bruit 1/f). L'objet de la thèse est l'étude d'une technologie en rupture pour la fabrication des microbolomètres. Contrairement aux filières classiques à thermistances, on se propose d'évaluer un transducteur thermique à base de diodes SOI verticales, qui permettra d'améliorer significativement la qualité d'image des détecteurs LWIR. Le sujet portera sur la caractérisation et la modélisation des performances d'un tel dispositif.

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Conception et fabrication de composants à base d'alliage de GeSn pour la détection de gaz

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Capteurs Optiques

école d'ingénieur ou master en physique fondamentale, physique du solide, optique, optoélectronique ou photonique.

01-10-2020

SL-DRT-21-0315

vincent.reboud@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

L'un des principaux défis actuels de la photonique sur silicium est d'obtenir un laser intégré technologiquement compatible avec les fonderies de la microélectronique. Les lasers à semi-conducteurs traditionnels utilisent des semi-conducteurs III-V qui ne sont pas acceptés dans les fonderies de silicium, contrairement aux semi-conducteurs du groupe IV. Le CEA Grenoble fait partie des rares laboratoires à avoir déjà fait la démonstration du laser à pompage optique dans l'infrarouge moyen dans les semi-conducteurs du groupe IV, à la fois en Ge et GeSn. Avec des hétérostructures en GeSn relaxé ou sous contraintes en tension et des puits quantiques en alliages silicium-germanium-étain (Si) GeSn, nous ciblons aujourd'hui le laser continu à température ambiante et la réalisation de s photodétecteurs moyen infrarouge en 200 mm. Pour atteindre l'effet laser à température ambiante, il faut améliorer le gain optique et optimiser le confinement des porteurs. Les améliorations nécessiteront de nouvelles configurations de puits quantiques et de hétérojonctions en germanium étain, en jouant sur les compositions atomiques et la déformation mécanique à l'échelle microscopique. Comme pour les lasers que nous avons déjà obtenus, les nouvelles couches de GeSn (Si) seront épitaxiées en 200 mm au CEA Leti, puis traitées par le candidat au doctorat dans des salles blanches de plus petite échelle. Les développements réalisés pour les sources lasers seront utilisés pour la réalisation des photodétecteurs. La thèse se déroulera au sein du Département Optique et Photonique dans le Laboratoire de Capteur Optique, qui est un leader mondial dans le développement et la fabrication de composants photoniques Silicium (ou CMOS) pour la détection de gaz dans l'infra-rouge. Les objectifs de la recherche consisteront : (i) A réduire le nombre de défauts cristallins dans les régions de gain GeSn, (ii) à concevoir des empilements de GeSn (Si) efficaces qui confinent à la fois les électrons et les trous, tout en offrant un fort gain optique (iii) à appliquer et contrôler la contrainte en tension dans les couches d'étain au germanium (iv) à évaluer le gain optique sous pompage optique et injection électrique, à différentes contraintes et niveaux de dopage (v) à concevoir et fabriquer des cavités laser à fort confinement optique (vi) à obtenir des lasers du groupe IV à base de germanium qui soient accordables et qui lase en continu. (vii) à tester les composants fabriqués (sources et photodétecteurs) dans des cellules de détection de gaz À plus long terme, ces lasers seront largement utilisés dans les dispositifs miniaturisés omniprésents de faible puissance pour la détection optique de gaz et la surveillance de l'environnement. Ce travail impliquera des contacts avec des laboratoires étrangers travaillant sur le même sujet dynamique.

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Synthèses et études de matériaux organiques chiraux pour le transport de charges dans les semi-conducteurs organiques

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physico-chimiste ou chimiste organicien avec de fortes connaissances en physique du semi-conducteur organique

01-10-2021

SL-DRT-21-0395

benoit.racine@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La détection et la manipulation de l'état de polarisation de la lumière connaît actuellement un engouement scientifique important, du fait notamment de l'intérêt d'utiliser une lumière circulairement polarisée (LCP) dans de nombreux domaines d'importance sociétale tels que les technologies d'affichage, la transmission d'informations, la cryptographie, l'imagerie bio-médicale ou encore la détection de molécules chirales d'intérêt pharmaceutique. De part leur capacité à interagir spécifiquement avec une LCP et à moduler sa polarisation, les matériaux moléculaires chiraux s'imposent comme un élément de choix pour explorer ces applications innovantes et envisager de nouvelles potentialités en électronique organique. De plus, la propriété unique des molécules chirales à induire une sélectivité de spin électronique dans la conduction de courant électrique (CISS effect pour Chiral Induced Spin Selectivity) ouvre également des opportunités dans le domaine de la spintronique organique. En conséquence, la synthèse de semi-conducteurs chiraux pi conjugués innovants, présentant une modulation aisée de leurs propriétés physico-chimiques et l'intégration de ces matériaux dans des dispositifs optoélectroniques de type OLEDs, OPDs ou OFETs présente un intérêt aussi bien fondamental qu'applicatif. Le projet de thèse se fera en collaboration avec un laboratoire de chimie du CNRS et le laboratoire du CEA/LETI le LCEM spécalisé dans les semi-conducteurs organiques. L'étudiant de thèse aura pour objectifs de synthétiser des nouveaux transporteurs de charges organiques chiraux et de caractériser leurs propriétés photophysiques (d'absorption et d'émission) et opto-électronique. Les molécules les plus prometteuses seront intégrées dans des dispositifs OLEDs et OPDs. La partie synthèse et caractérisation photophysiques (spectromètre de dichroisme circulaire, spectromètre de luminescence non polarisée et circulairement polarisée, RPE, ?) seront réalisées au laboratoire de Chimie du CNRS (Institut des Sciences Chimiques de Rennes). L'intégration des molécules dans des dispositifs OLEDs et OPDs se fera au sein du laboratoire LCEM du CEA Grenoble où se trouve les équipements de dépôt (chambre PVD pour matériaux organiques) et les moyens de caractérisation opto-électronique (IVL, C(V), TLM, Photocourant, effet hall, ?).

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Qualification et quantification des défauts de surface du Gan, InGaN et AlGaN

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire des Composants Emissifs

Physique des semiconducteurs / Optoélectronique

01-09-2021

SL-DRT-21-0515

David.Vaufrey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Les µLED à base de GaN semblent prometteuses pour les applications de type réalité augmentée (AR) ou réalité virtuelle (VR). En effet, elles permettraient de réaliser des écrans avec des résolutions et des luminances jusqu'alors non atteintes. Mais ces µLED souffrent d'un chute d'efficacité en comparaison de leur s?ur de plus grande taille. Une explication communément admise à cette chute d'efficacité réside dans l'existence de nombreux défauts de surface induit par la gravure de singularisation des pixels. Plus les dimensions de la LED sont réduites, plus les défauts jouent un rôle important dans le comportement électro-optique. Leurs présences, s'ils sont peu profonds, peuvent faciliter l'injection électrique, en revanche s'ils sont profonds, contribuent à la dégradation des performances de composants de type LED par exemple. Le présent sujet de thèse vise à quantifier et qualifier les défauts de surface dans le GaN, l'InGaN et l'AlGaN qui composent les µLED à base de GaN. La ou le thèsard(e) devra réaliser par lui-même toutes les étapes de réalisation de nouveaux composants nécessaires à l'étude, débutant par la conception des masques de photolithographie, la réalisation de toutes les étapes technologiques et finalement des caractérisations électro-optiques tels que par exemple DLTS (Deep Level Transient Spectroscopy), DLOS (Deep Level Optical Spectroscopy) ou photocourant. A l'issue, la ou le thèsard(e) devra identifier les défauts de surface les plus limitant pour l'efficacité des LED et les plus favorables à l'injection de porteurs électriques. La thèse se déroulera en étroite collaboration avec Ph Ferrandis (directeur de thèse) de l'institut Néel, N. Rochat (co-encadant) du CEA Leti (PFNC Plateforme Nano Caracterisation) et David Vaufrey (encadrant) du CEA Leti (LCEM Laboratoire Composant Emissif). La bourse de thèse serait intégralement financée par le CEA Leti de Grenoble pour une durée de 3 ans.

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Etude de l'EBIC et la cathodoluminescence appliquée aux photodiodes petit gap pour la détection IR refroide

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie IR

Physique, Ingénieur Généraliste

01-10-2021

SL-DRT-21-0626

pierre.bleuet@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

Le CEA LETI développe depuis plus de 40 ans des détecteurs IR utilisant des matériaux semi-conducteur petit-gap. Ces travaux ont même donné naissance à la société Sofradir puis Lynred, acteur de premier ordre dans l'imagerie IR. Dans le cadre de la collaboration entre LETI et Lynred, de nouveaux besoins de caractérisation apparaissent, à la fois pour la compréhension fine du fonctionnement de la photodiode lors de la réduction du pas pixel, mais aussi au niveau de la compréhension de l'effet des défauts métallurgique et technologiques sur la performance des photodiodes IR. Nous proposons ici d'étudier le comportement des diodes petit-gap IR refroidies lorsqu'elles sont excitées par le pinceau électronique au sein d'un microscope électronique (MEB). Une cartographie du courant induit (EBIC) donne une information sur le transport de charges dans le petit gap, alors qu'une cartographie de la luminescence induite (cathodo-luminescence) apporte une information complémentaire sur la dynamique de recombinaison radiative des porteurs injectés, notamment en présence de défauts métallurgiques. La manip EBIC est aujourd'hui fonctionnelle à température cryogénique dans notre équipement. La manip Cathodo IR est à mettre au point pour compléter l'image EBIC et donner une représentation complémentaire de la physique à l'?uvre dans la photodiode IR. Outre la mise au point de la cathodo, le travail de thèse pourra s'attacher à investiguer différentes structures de détection IR orientées petits pas et haute température de fonctionnement, en s'appuyant sur la corrélation entre EBIC, cathodo IR mais aussi les caractérisations electro-optique classique de la photodiode IR.

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Optimisation optique du module de réception d'un système d'imagerie hétérodyne 3D

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire Architecture Systèmes Photoniques

sup-optique

01-09-2021

SL-DRT-21-0697

laurent.frey@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La capture de l'information de distance d'une scène devient un atout majeur pour certaines applications nouvelles. Un exemple typique étant la reconnaissance faciale par un téléphone portable. Différentes techniques existent déjà avec plus ou moins d'avantages et d'inconvénients. Au sein du LETI/DOPT nous nous intéressons à plusieurs techniques et notamment celle basé sur la modulation de fréquence optique (FMCW). La thèse proposée s'articule autour de l'optimisation du module de réception d'un prototype miniaturisé d'imagerie 3D FMCW. Le travail se décomposera sur 3 composants optiques à définir/simuler et optimiser pour améliorer le système final. Le candidat devrait avoir des connaissances approfondies en optique/simulation/instrumentation et interférométrie par laser.

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Étude de la fiabilité des photo-détecteurs à avalanche 3D

Département Composants Silicium (LETI)

Laboratoire de Caractérisation et Test Electrique

microelectronique , optronique

01-10-2020

SL-DRT-21-0830

jean.coignus@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

STMicroelectronics développe de nombreuses technologies CMOS destinées à l'imagerie. L'essor et la démocratisation des capteurs d'image entrainent une diversification des usages technologiques tels que l'imagerie à haute résolution et la télémétrie à usage domestique et pour l'automobile. Un des enjeux est de répondre aux besoins du marché et de s'adapter à la concurrence en améliorant sans cesse les performances et la fiabilité des dispositifs. L'objectif de cette thèse est d'étudier et de modéliser la fiabilité des photodétecteurs à avalanche pour la détection de photon unitaire. Le principe de ce capteur réside dans la capacité à mesurer le temps de transit entre une source optique et le détecteur, de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres tout en étant insensible à la lumière environnante. Une matrice constituée de milliers de pixel permet de restituer une image 3D fidèle de la cible. A ce jour, de premiers essais montrent que le détecteur se dégrade au cours du temps, conduisant en une perte de sensibilité et en la dégradation de la précision de mesure. Quantifier ces effets et comprendre ces dérives est absolument nécessaire pour améliorer le procéder de fabrication et développer un modèle prédictif de fiabilité. La thèse se focalisera à part égale entre la fiabilité d'un pixel unitaire et la fiabilité d'une matrice de pixels, ceci pour se rapprocher de la fiabilité produit. Le candidat s'appuiera un ensemble d'outils de caractérisation, de mesure de la fiabilité, ainsi que sur des outils de modélisation et simulation développés chez STMicroelectronics.

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Etude de la rémanence des imageurs swir MCT pour l'observation de la terre depuis l'espace

Département d'Optronique (LETI)

Laboratoire d'Imagerie IR

Physicien solide, Electronicien

01-10-2021

SL-DRT-21-0855

nicolas.baier@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

La détection infrarouge est un enjeu majeur pour les missions spatiales scientifiques en cours et futures sur les thématiques de chimie de l'atmosphère (par exemple la mission MicroCarb de mesure du CO2 dans l'atmosphère), et sciences de l'Univers (par exemple la Mission Ariel d'observation des atmosphères des exoplanètes). Les détecteurs infrarouges sont au c?ur de la performance des instruments. La technologie la plus utilisée pour les détecteurs est une technologie hybride à base de circuit de détection exploitant le matériau semi-conducteur HgCdTe adapté pour la détection des photons infrarouges et un circuit de lecture Asic silicium. Cette technologie, initialement mise au point au CEA LETI, a été ensuite transférée à la société Lynred pour qualification et production. Les précisions de mesure recherchées sur les missions scientifiques requièrent une étude approfondie des biais détecteur susceptibles de dégrader la performance. Parmi ces biais, le phénomène de rémanence détecteur limite les performances des instruments actuels. En effet, à la manière de l'?il humain face au soleil, la trace des images précédentes est parfois visible sur les images délivrées par la rétine. Cet effet est dans la plupart des cas lié à la physique du semi-conducteur du circuit de détection (généralement attribué à des phénomènes de charge-décharge). Cette persistance étant difficilement calibrable, idéalement, on cherchera à supprimer ou minimiser ce phénomène par des modifications de procédés dans la fabrication de la couche détectrice. Ceci passe par une caractérisation et une compréhension des phénomènes physiques liés au mécanisme de la rémanence. Dans le cadre de projets de recherche précédents, le LETI a développé un banc de test spécifique pour la caractérisation de cette persistance pour les rétines d'observation astronomique et d'observation de la terre depuis l'espace. Le travail de thèse proposé porte sur plusieurs axes : un axe caractérisation de détecteurs existants dans l'objectif de mieux comprendre les phénomènes physiques en jeu, la simulation des phénomènes physiques observés, la proposition d'action correctives technologiques en collaboration avec la société Lynred qui industrialise ces détecteurs, l'expérimentation des solutions technologiques et enfin leur validation.

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Matériaux innovants pour les microLEDs, une technologie d'écran émergente combinant faible consommation énergétique et très haute luminance

Département des Plateformes Technologiques (LETI)

Laboratoire

Diplôme d'ingénieur ou Master2 Science des matériaux, physique, chimie, physique du semi-conducteur, micro-nanotechnologie

01-09-2021

SL-DRT-21-0889

philippe.rodriguez@cea.fr

Photonique, imageurs et écrans (.pdf)

CONTEXTE Dans le domaine des écrans, la technologie microLED a un très fort potentiel. En effet, elle permet d'atteindre des niveaux de luminance très élevés tout en ayant conservant une efficacité énergétique importante. Grâce à ces propriétés, la technologie microLED pourrait permettre de réduire la consommation énergétique des écrans, et être au c?ur de nouveaux dispositifs à réalité augmentée qui révolutionneraient la manière dont on interagit avec le monde numérique. Le CEA-LETI est un leader mondial dans le domaine des microLEDs, et s'est associé à un des acteurs majeurs du numérique afin de transformer ces promesses en un nouveau produit très innovant. OBJECTIF DE LA THÈSE Des matériaux innovants seront sélectionnés afin d'améliorer certaines propriétés clé des microLEDs. Ces matériaux seront élaborés et leurs propriétés physiques, chimiques et optoélectroniques seront caractérisées. Une analyse scientifique permettra de corréler les propriétés à l'échelle micro- et nanoscopique avec le comportement des matériaux, et l'effet des conditions d'élaboration sur ces propriétés sera étudié. Des écrans fonctionnels à base de microLEDs utilisant ces matériaux seront enfin réalisés et testés. Les propriétés électrooptiques des microLEDs seront mesurées, et corrélées aux matériaux utilisés. CANDIDAT(E) Le(la) candidat(e) idéal(e) aura à sa disposition de solides connaissances en science des matériaux, en physique du semiconducteur, ainsi qu'une compréhension des procédés microélectroniques et des méthodes de caractérisation des matériaux. Durant cette thèse, le(la) candidat(e) pourra profiter d'un environnement scientifique et technologique à l'état de l'art, et pourra acquérir un savoir-faire de pointe dans le domaine prometteur de la technologie microLED. Le(la) candidat(e) aura accès des conditions de rémunération attirantes ainsi qu'aux nombreux avantages offerts par le CEA.

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