Etude et évaluation de capacités en technologie silicium pour applications dans la bolométrie infrarouge // Study and evaluation of silicon technology capacities for applications in infrared bolometry

Les microbolomètres constituent aujourd'hui la technologie dominante pour la réalisation de détecteurs thermiques infrarouges non refroidis. Ces détecteurs sont couramment utilisés dans les domaines de la thermographie et de la surveillance. Il est néanmoins attendu, pour les prochaines années, une explosion du marché des microbolomètres, avec notamment l'implantation de ces derniers dans les automobiles et la multiplication des objets connectés. Le CEA Leti Li2T, acteur reconnu dans le domaine des détecteurs thermiques infrarouges, transfère depuis plus de 20 ans les technologies successives de microbolomètres à l'industriel Lynred. Afin de rester compétitif dans ce contexte d'accroissement du marché des microbolomètres, le laboratoire travaille à des microbolomètres de rupture comportant des composants CMOS comme élément sensible. Dans cette optique, le laboratoire a engagé des études se focalisant sur des capacités en technologie silicium qui varient avec la température, avec des premiers résultats prometteurs non rapportés dans la littérature. Le sujet de thèse s'inscrit dans ce contexte et vise à démontrer l'intérêt de ces composants pour des applications microbolométriques. Il portera ainsi sur la modélisation analytique de ces composants et des effets physiques associés, ainsi que sur la lecture d'un tel composant dans une approche imageur microbolomètre. Une réflexion autour de l'intégration technologique sera également menée. L'étudiant bénéficiera de plusieurs lots technologiques déjà réalisés afin de caractériser expérimentalement les effets physiques et de prendre en main le sujet. L’étudiant aura à sa disposition l’ensemble des moyens de test du laboratoire (testeur paramétrique de semiconducteur, analyseur de bruit, banc optique, etc.) ainsi que les outils d’analyse pour une compréhension des phénomènes (Matlab/Python, simulations TCAD, simulations SPICE, Comsol, etc.). À l'issue de la thèse, l'étudiant sera en mesure de répondre à la question de l'intérêt de ces composants pour des applications microbolométriques.

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Microbolometers currently represent the dominant technology for the realization of uncooled infrared thermal detectors. These detectors are commonly used in the fields of thermography and surveillance. However, the microbolometer market is expected to grow explosively in the coming years, particularly with their integration into automobiles and the proliferation of connected devices. The CEA Leti LI2T, a recognized player in the field of infrared thermal detectors, has been transferring successive microbolometer technologies to the industrial partner Lynred for over 20 years. To remain competitive in this growing market for microbolometers, the laboratory is working on breakthrough microbolometers incorporating CMOS components as the sensitive element. In this context, the laboratory has initiated studies focusing on temperature-dependent silicon technology capabilities, with promising initial results not reported in the literature. The thesis topic fits into this context and aims to demonstrate the interest of these components for microbolometric applications. It will therefore cover the analytical modeling of these components and their associated physical effects, as well as the reading of such a component in a microbolometer imager approach. A reflection on technological integration will also be conducted. The student will benefit from several already realized technological lots to experimentally characterize the physical effects and familiarize themselves with the subject. To understand the encountered phenomena, the student will have access to the laboratory's entire test set-ups (semiconductor parameter tester, noise analyzer, optical bench, etc.) as well as the numerical analysis Tools (Matlab/Python, TCAD simulations, SPICE simulations, Comsol, etc.). By the end of the thesis, the student will be able to address the question of the interest of these components for microbolometric applications.
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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie
Laboratoire : Laboratoire d’Imagerie thermique et THz
Date de début souhaitée : 01-01-2025
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : RAFHAY Quentin
Organisme : IMEP LAHC CNRS
Laboratoire : UMR 5130

Public/private mixed funding

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département d’Optronique (LETI)
Service : Service des Composants pour l’Imagerie

Bac+5 physique/microélectronique/optronique