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Institut Supérieur de l'Aéronautique et de l'Espace
/ 18-11-2016
Belloir Jean-Marc
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Les imageurs CMOS représentent un outil d’avenir pour de nombreuses applications scientifiques de haut vol, telles
que l’observation spatiale ou les expériences nucléaires. En effet, ces imageurs ont vu leurs performances
démultipliées ces dernières années grâce aux avancées incessantes de la microélectronique, et présentent aussi des
avantages indéniables qui les destinent à remplacer les CCDs dans les futurs instruments spatiaux. Toutefois, en
environnement spatial ou nucléaire, ces imageurs doivent faire face aux attaques répétées de particules pouvant
rapidement dégrader leurs performances électro-optiques. En particulier, les protons, électrons et ions présents dans
l’espace ou les neutrons de fusion nucléaire peuvent déplacer des atomes de silicium dans le volume du pixel et en
rompre la structure cristalline. Ces effets de déplacement peuvent former des défauts stables introduisant des états
d’énergie dans la bande interdite du silicium, et ainsi conduire à la génération thermique de paires électron-trou. Par
conséquent, ces radiations non-ionisantes produisent une augmentation permanente du courant d’obscurité des
pixels de l’imageur et donc à une diminution de leur sensibilité et de leur dynamique. L’objectif des présents travaux
est d’étendre la compréhension des effets de déplacement sur l’augmentation du courant d’obscurité dans les
imageurs CMOS. En particulier, ces travaux se concentrent sur l’étude de la forme de la distribution de courant
d’obscurité en fonction du type, de l’énergie et du nombre de particules ayant traversé l’imageur, mais aussi en
fonction des caractéristiques de l’imageur. Ces nombreux résultats permettent de valider physiquement et
expérimentalement un modèle empirique de prédiction de la distribution du courant d’obscurité pour une utilisation
dans les domaines spatial et nucléaire. Une autre partie majeure de ces travaux consiste à utiliser pour la première fois
la technique de spectroscopie de courant d’obscurité pour détecter et caractériser individuellement les défauts
générés par les radiations non-ionisantes dans les imageurs CMOS. De nombreux types de défauts sont détectés et
deux sont identifiés, prouvant l’applicabilité de cette technique pour étudier la nature des défauts cristallins générés
par les effets de déplacement dans le silicium. Ces travaux avancent la compréhension des défauts responsables de
l’augmentation du courant d’obscurité en environnement radiatif, et ouvrent la voie au développement de modèles de
prédiction plus précis, voire de techniques permettant d’éviter la formation de ces défauts ou de les faire disparaître.
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