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

La capture d’images de distance, ou 3D sensing, est une fonction clé dans de nombreux domaines applicatifs émergents tels que la réalité augmentée, la robotique et la télé-médecine. Le laboratoire a développé un prototype innovant de 3D sensing en micro-optique, utilisant une technologie Lidar à modulation de fréquence avec une illumination simultanée de toute la scène. La prochaine étape consiste à miniaturiser ce dispositif en optique intégrée. Une première thèse est actuellement en cours au laboratoire, se concentrant sur l’intégration du module d’illumination.
La thèse proposée portera sur la définition d’une architecture optique intégrée pour le module de réception. L’objectif principal est de réaliser la recombinaison des faisceaux en optique intégrée, en utilisant des guides d’onde et des réseaux de couplage, pour effectuer le mélange hétérodyne de la lumière rétro-diffusée par la scène avec l’oscillateur local. Le travail consistera à concevoir ces composants d’optique intégrée en lien avec le système optique à lentilles, à simuler la propagation des faisceaux et les interférences sous Lumerical et Zemax, à participer à la réalisation en salle blanche, à effectuer la caractérisation optique des composants, et à valider expérimentalement la preuve de concept de l’imagerie de distance avec le prototype miniaturisé.
En fonction de l’avancée des travaux, la thèse pourra inclure le développement d’un module combinant les fonctions d’illumination et de réception avec un unique composant. Le travail sera valorisé par des dépôts de brevet, des publications dans des revues à comité de lecture, et des présentations en conférences internationales.

Initialement développé pour des applications de défense et de surveillance, l’usage des imageurs thermiques se généralise depuis plusieurs années à des applications grand public telles que la thermographie, le contrôle industriel de point chaud ou encore la domotique. Son usage ne requérant ni source ni éclairage ambiant, cela en fait une modalité de choix pour le développement de véhicules plus sécuritaires voir autonomes. A la différence des imageurs visibles, les imageurs thermiques ne disposent pas aujourd’hui de fonctions optiques embarquées au plus proche des pixels.
Dans cette thèse, nous nous intéressons à l’ajout d’une fonction de triage angulaire à faible résolution permettant de discriminer la direction principale de provenance du flux infrarouge incident. Cette information est pertinente pour alimenter des algorithmes de traitement d’images permettant une mise au point automatique plus rapide, une meilleure segmentation des images mais également une estimation de distances. Pour réaliser une telle fonction, un réseau de micro-optiques construites à l’échelle d’un groupe de quelques pixels doit être dimensionné et réalisé. Deux approches concurrentielles à base microlentilles réfractives ou de méta-surfaces sont envisagées à ce stade. En tant que doctorant, votre rôle consistera à :
- Etablir les spécifications préliminaires de ces microlentilles
- Concevoir ces micro-optiques à l’aide de simulation numérique et prédire leur performance
- Suivre la fabrication de ces micro-optiques en salle blanche
- Caractériser ces micro-optiques sur un banc laser dédié et réaliser une preuve de principe en couplant ces dernières avec un imageur infrarouge.

Pour mener à bien votre thèse, vous serez pleinement intégré au sein du Laboratoire d'Imagerie Thermique et THz (LI2T) qui développe, réalise et caractérise des technologies d'imageurs à base de micro-bolomètres.

Depuis une dizaine d’années, l’augmentation continue du trafic internet pousse les interconnexions électriques des centres de données vers leur limite en terme de débit, de densité et de consommation. En remplaçant ces liens électriques par des fibres optiques et en intégrant sur puce l’ensemble des fonctions optiques nécessaires à la réalisation d’émetteurs-récepteurs (transceivers), la photonique sur silicium représente une opportunité unique de répondre à ces problématiques. L’intégration d’une source de lumière (laser) au sein d’une puce photonique est une brique essentielle pour le développement de cette technologie. Si de nombreuses démonstrations reposent sur l’utilisation de lasers externes, ou de puces laser aboutées, c’est bien la fabrication hétérogène directe d’un laser sur la puce photonique qui permettrait d’atteindre le niveau de performances souhaité tout en limitant les couts.
L’objectif de cette thèse est d’apporter une solution inédite à la gestion des communications très courtes distances (inter-puces, intra-puces) en réalisant, sur silicium, des microlasers de type membrane III-V à hétéro-structure enterrée. Cette architecture de laser permet de répondre aux nombreux défis des liens très courtes distances grâce à un compromis efficacité/intégrabilité supérieur à l’état de l’art tout en étant compatibles avec les lignes de fabrication CMOS.
L’étudiant aura la charge de (i) dimensionner les microlasers grâce aux outils de simulations numériques disponibles au laboratoire puis (ii) fabriquer ces microlasers en s’appuyant sur les plateformes technologiques du CEA-LETI et du LTM/CNRS et enfin (iii) de caractériser électro-optiquement les composants. Ce travail de thèse sera effectué en collaboration entre le CEA-LETI et le LTM/CNRS et constituera une brique stratégique, nécessaire aux futures générations de transceivers photoniques.