Etude, modélisation et développement de détecteurs à base d’antennes et de nano diodes MIM pour la gamme infrarouge 8-12 µm

La thèse concerne l’étude, la modélisation et le développement de détecteurs à base d’antennes et de nano diodes MIM (Métal-Isolant-Métal) pour la gamme infrarouge 8-12 µm. Ces dispositifs fonctionneront à température ambiante et seront fabriqués en salle blanche du CEA-LETI.

Le thésard entamera son travail de thèse par une étude théorique du comportement des matériaux diélectriques et conducteurs à très hautes fréquences ainsi une étude bibliographique sur les composants MIM et MIIM et les mécanismes de conduction associés.

Pour se familiariser avec la thématique du sujet, le candidat commencera par caractériser en DC des composants passifs de type MIM et MIIM existants, fabriqués précédemment par le CEA LETI.

Le diélectrique de la capacité MIM est un Al2O3 ou HfO2 ou une combinaison des deux avec des épaisseurs allant de 0.5 nm à 5 nm. Ces matériaux sont fabriqués par dépôt de couches atomiques (ALD) à 250°C et 300°C, d’autres diélectriques seront étudiés dans le cadre de la thèse.

Les métaux qui composent la capacité MIM ou MIIM peuvent être symétriques avec le même travail de sortie ou asymétriques avec des travaux de sorties différents. Un travail de modélisation des différents dispositifs à partir des différentes caractérisations sera fait par le doctorant afin de déterminer les phénomènes de transport électroniques dominants tel que l’effet tunnel à basse fréquence avec l’extraction des différents paramètres physiques.

Dans un second temps, le doctorant entamera des simulations électromagnétiques afin de concevoir des antennes adaptées en dimension pour la gamme infrarouge 8-12µm, ensuite il proposera le dessin de nouvelles structures de test et des matrices avec des antennes combinées aux diodes MIM ou MIIM. Ces structures seront par la suite réalisées par le CEA LETI et seront caractérisées ensuite par le doctorant.

Le but de cette thèse est de réaliser et de modéliser des détecteurs infrarouges à antennes comprenant des diodes de type MIM ou MIIM de très petites dimensions de l’ordre de 50 nm x 50 nm avec des fréquences de coupure au-delàs de 30 THz. Les différentes simulations électromagnétiques couplées aux caractérisations des différents matériaux devront permettre d’obtenir des règles de dessins prédictives du comportement dans la gamme infrarouge (8-12µm) des composants conçus. Ces règles permettront ainsi l’optimisation des performances de composants isolés (capacités, inductances, etc.) ainsi que de fonctions plus complexes associant différents éléments.

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