Thèse de Titouan Le Goff sur l’étude de la persistance dans les matrices proche infrarouge

Thèse de Doctorat soutenue par Titouan Le Goff du CEA-LETI sur l’« Étude de la persistance dans les rétines proche infrarouge en HgCdTe pour les applications en astronomie ».

Lieu : maison Minatec à Grenoble (salle Chrome1)
Date : le 4 mars 2022 10h.

Résumé : Le niveau de performance attendu des détecteurs utilisés pour les applications en astronomie Infra-Rouge (IR) extrêmement élevé. Pour les détecteurs de la filière HgCdTe, le rendement quantique, le bruit de lecture et le courant d’obscurité sont bien maitrisés. Il reste cependant une caractéristique limitant l’exploitation scientifique avec ces détecteurs : la persistance. Concrètement, l’empreinte des images précédentes pollue pendant plusieurs heures les images suivantes. Or, les développements en cours ne prennent absolument pas en compte cette caractéristique, qui est assez prononcée sur les matrices déjà existantes aux USA. Les mécanismes physiques et les étapes technologiques responsables de cette dégradation ne sont pas connus. Il n’existe pas non plus de méthodologie claire pour étudier le phénomène. Cette thèse étudie donc expérimentalement la persistance sur des matrices issues des salles blanches même du CEA-LETI. Le laboratoire est en effet impliqué avec l’ESA, le CEA-IRFU et l’industriel Lynred pour mettre au point une filière Européenne de détecteurs en HgCdTe grand format (2048x2048 pixels au pas de 15µm) dans la bande spectrale 0.8-2.1µm. Un gain sur cette caractéristique représenterait alors un facteur différenciant crucial par rapport aux détecteurs actuels. Les matrices de petit format (640x520 pixels) étudiées sont fabriquées selon une grande diversité de procédés technologiques et l’impact de certaines étapes sur la persistance a été mis en évidence. La passivation, les dégâts liés au procédé de fabrication des photodiodes et les défauts dans le volume du matériau absorbant se sont notamment révélés être des contributeurs majeurs. Ces contributions n’avaient jamais été observées avec des méthodes de caractérisation classiques, d’où l’intérêt des protocoles développés pour une filière de fabrication d’imageur IR en HgCdTe. Ces mesures sont enfin comparées à un modèle analytique de persistance. Ce modèle permet d’estimer qu’une densité de défauts de l’ordre du dopage résiduel et apparait suffisant pour expliquer la persistance mesurée sur certains détecteurs.

Comparaison de cartographies de courant d’obscurité et de persistance sur un même détecteur. Bien que le courant d’obscurité soit très bas et uniforme sur la matrice, la persistance est intense et non uniforme, notamment caractérisée par une structure granulaire sur le pourtour de l’imageur. La caractérisation de la persistance permet de mettre en évidence l’impact d’étapes technologiques sur les performances des détecteurs qu’il n’est pas possible d’observer avec des méthodes classiques comme la mesure du courant noir

Mots-clés : Persistance, HgCdTe, Détecteur IR, SWIR, Astronomie.

Ce travail sera évalué par le jury composé de :

  • M. Rémi Barbier (IN2P3, IP2I - Université Claude Bernard),
  • M. Didier Tiphène (Observatoire de Paris),
  • M. Fabien Malbet (Université Grenoble Alpes),
  • M. Ghanem Marrakchi (Université de St Etienne),
  • Mme Alessandra Ciapponi (ESA – ESTEC),
  • M. Quentin Rafhay (Université Grenoble Alpes),
  • Mme Diane Sam-Giao (Lynred)

Mis à jour le 1er mars 2023