Structures de couplage optique originales pour les détecteurs infrarouge à puits quantiques - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2009

Original coupling structures for quantum well infrared photodetectors

Structures de couplage optique originales pour les détecteurs infrarouge à puits quantiques

Résumé

For a long time , the electromagnetic behaviour of quantum well infrared photodetectors (QWIPs and QCDs) was insufficiently studied, and research on these systems has been hitherto rather oriented on the optimization of transport in the active layer. A formalism suitable to near field modeling of these gratings has been developed only quite recently. The study of the coupling gratings on such structures can now take advantage of the recent developments on plasmonics and metamaterials. The aim of this work is to go beyond the simplistic coupling feature of the grating and design optical structures fulfilling extra roles. To give an example, we demonstrate the possibility of discriminating the polarization of black body emission using a unidimensional grating. Based on the dispersion properties of metal/dielectric corrugated interfaces which exhibit a photonic bandgap, we concentrated all the incident electric field on a distance less than a quarter of wavelength. On an implanted pixel, such an optical structure can be used to increase the signal to noise ratio. We propose three technical solutions for an upper contact fulfilling the double function of electric contact and optical grating. We also focus on the influence of the well impurities on the photocurrent. We wish that this work will lead both to a better optimization of electromagnetic coupling and to implement new pixel integrated optical functionalities.
L'étude du comportement électromagnétique des détecteurs infrarouge à puits quantiques (QWIPs et QCDs) est longtemps resté insuffisant, le développement de ces détecteurs depuis une dizaine d'années s'étant surtout orienté sur l'optimisation du transport dans la couche active. Ce n'est que très récemment qu'un formalisme adéquat au traitement du champ proche a été mis en œuvre pour modéliser ces réseaux. L'étude du réseau de couplage sur ces structures peut désormais bénéficier des travaux de recherche récents sur la plasmonique et les métamatériaux. L'enjeu de ces recherches est de dépasser la simple fonction de couplage et d'imaginer des structures optiques assurant des fonctions supplémentaires. Nous démontrons notamment la possibilité de discriminer la polarisation de l'émission corps noir avec un réseau unidimensionnel. En se basant sur les propriétés de dispersion des interfaces métal/diélectrique structurées, présentant une bande interdite photonique, nous avons réussi à concentrer l'intégralité du signal incident dans une distance inférieure au quart de la longueur d'onde. Nous proposons d'utiliser cette structure sur des pixels implantés pour augmenter le rapport signal à bruit. Nous proposons trois solutions technologiques de contact supérieur permettant de remplir aux mieux son double rôle : électrique et optique. Nous nous intéressons également à la modification du photocourant due à la présence d'impuretés dans les puits. Ces travaux devraient permettre à la fois une optimisation plus efficace du couplage électromagnétique ainsi qu'à plus long terme, la mise en œuvre de nouvelles fonctionnalités optiques intégrées au pixel.  
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Dates et versions

tel-00441495 , version 1 (16-12-2009)
tel-00441495 , version 2 (18-12-2009)

Identifiants

  • HAL Id : tel-00441495 , version 2

Citer

Thomas Antoni. Structures de couplage optique originales pour les détecteurs infrarouge à puits quantiques. Physique Atomique [physics.atom-ph]. Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00441495v2⟩
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