Etude des photodiodes PiN pour les imageurs infrarouges refroidis // Study of new photodiode architecture for IR imagers

En termes de détection IR haute performance, le LETI joue un rôle de premier plan dans le développement du matériau HgCdTe qui donne aujourd’hui des performances telles qu’il est embarqué sur le Télescope Spatial James Webb (JWST) et permet l’observation et l’étude de l’espace lointain avec une précision inégalée à ce jour. Cependant, nous pensons qu’il est encore possible de franchir un pas important en termes de performances de détection. En effet, il semble qu’une structure totalement déplétée, appelée photodiode PiN, pourrait permettre de réduire encore le courant d’obscurité (et donc réduire le bruit et gagner en sensibilité à bas flux photonique) par rapport aux structures non totalement déplétées utilisées jusqu’à présent. Cette architecture représenterait la photodiode ultime et permettrait soit un gain en performance pure à une température de fonctionnement donnée, soit une augmentation importante de la température de fonctionnement du détecteur avec le potentiel d’ouvrir de nouveaux champs d’application en simplifiant fortement la cryogénie.
Votre rôle dans ce travail de thèse sera de contribuer au développement de la photodiode ultime pour la détection IR refroidi très haute performance, caractériser et simuler les photodiodes PiN en technologie HgCdTe fabriquées sur notre plateforme photonique. Les figures de mérite principales des détecteurs seront établies et comparées à celles de la littérature (courant d’obscurité, qualité image, …). Le candidat pourra s’appuyer sur un socle de moyens de caractérisations avancées disponibles au laboratoire : mesures de FTM par EBIC (Electron-Beam-Induced-Current), de transport électronique par EH (Effet Hall), MEMSA (Maximum Entropy Mobility Spectrum Analysis) ou EBIC (extraction de la durée de vie des porteurs minoritaires) en plus des moyens plus classiques de mesures : analyseurs de paramètres à semi-conducteurs (HR-SMU pour High-Resolution Source Measurement Unit), rendement quantique, bruits temporel et spatial. Ce travail expérimental et théorique permettra de proposer une modélisation du comportement des objets fabriqués au CEA-Léti et de déterminer la sensibilité aux paramètres technologiques.
Le doctorant s’intègrera dans une équipe multidisciplinaire qui va de la croissance des matériaux II-VI jusqu’à la caractérisation EO, en passant par les procédés de fabrication de type microélectronique en salle blanche et les problématiques de packaging de tels objets fonctionnant à basse température.
Vous êtes titulaire d’un Master en optoélectronique ou physique des matériaux semi-conducteurs et êtes passionné par la recherche appliquée.
Les principales compétences techniques souhaitées sont : physique des composants à semi-conducteurs, optoélectronique, traitement des données, simulations numériques, attrait pour le travail expérimental pour mener à bien les caractérisations en environnement cryogénique et théorique pour mener à bien les simulations numériques. Rigueur
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In the field of high-performance infrared detection, CEA-LETI plays a leading role in the development of the HgCdTe material, which today offers such performance that it is integrated into the James Webb Space Telescope (JWST) and allows the observation and study of deep space with unparalleled precision to date. However, we believe that it is still possible to make a significant step forward in terms of detection performance. Indeed, it seems that a fully depleted structure, called a PiN photodiode, could further reduce the dark current (and thus reduce noise and gain sensitivity at low photonic flux) compared to the non-fully depleted structures currently used. This architecture would represent the ultimate photodiode and would allow either a further increase in performance at a given operating temperature or a significant increase in the operating temperature of the detector, with the potential to open new fields of application by greatly simplifying cryogenics.

Your role in this thesis work will be to contribute to the development of the ultimate photodiode for very high-performance infrared detection, characterize and simulate the PiN photodiodes in HgCdTe technology manufactured on our photonic platform.

Candidate Profile:

You hold a Master's degree in optoelectronics and/or semiconductor material physics and are passionate about applied research.

The main technical skills required are: semiconductor component physics, optoelectronics, data processing, numerical simulations, interest in experimental work to carry out characterizations in a cryogenic environment but also theoretical work to carry out numerical simulations.

The PhD student will be integrated into a multidisciplinary team ranging from the growth of II-VI materials to electro-optical characterization, including microelectronics manufacturing processes in clean rooms and the packaging issues of such objects operating at low temperature.


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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 IR
Date de début souhaitée : 01-10-2025
Ecole doctorale : Ecole Doctorale de Physique de Grenoble (EdPHYS)
Directeur de thèse : GRAVRAND Olivier
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DOPT//LIR

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

Master optroélectronique, physique des semiconducteurs