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Conception de diodes à avalanche monophotonique intégrées verticalement et fabriquées à échelle de gaufre pour une technologie de convertisseur photon-numérique

Date :
Mardi 23 août 2022
Heure :
À 15 h 
Type :
Soutenance de thèse
Lieu :
Auditorium de l'Institut quantique de la Faculté des sciences (D9)

Description :
Doctorant: Samuel Parent

Directeur de recherche: Jean-François Pratte

Codirecteur de recherche: Serge Charlebois

Président du jury: Serge Ecoffey

Résumé: Les diodes à avalanche monophotonique (SPAD - Single-Photon Avalanche Diode) peuvent détecter les faibles niveaux de lumière allant jusqu'au photon unique, et ce dans le spectre infrarouge, visible ou ultraviolet, avec une précision remarquable sur la résolution de temps d'arrivée des photons. Les SPAD et ses dérivés sont des détecteurs utilisés dans les applications de sciences médicales, les expériences en physique des particules, les systèmes de communication quantique et les détecteurs de type LIDAR (light detection and ranging). À cause des applications de plus en plus demandantes en termes de dimension, de performance et de coût, il y a une tendance à vouloir intégrer ensemble les SPAD avec leur électronique CMOS. Notre groupe travaille sur une technologie de convertisseur photon-numérique (PDC pour photon-to-digital converter), qui consiste en un empilement d'une couche de SPAD en matrice avec une couche de lecture électronique de type CMOS. L'architecture tri dimensionnelle du PDC donne accès à de l'électronique embarquée comme l'acquisition d'étampe temporelle et le calcul numérique sur puce, à l'échelle du pixel de SPAD. Les applications du PDC 3D développées par le groupe sont un scanneur d'imagerie médicale par temps de vol et un détecteur d'astroparticules dans des expériences de physique. La présente thèse porte sur les aspects clés du PDC que sont la technologie de SPAD et son procédé de microfabrication avec l'électronique CMOS. Le travail prend lieu chez un partenaire industriel sur une ligne de fabrication à semiconducteur. L'architecture proposée du SPAD est conçue pour optimiser la résolution temporelle tout en gardant des spécifications de pointes pour les autres caractéristiques du SPAD comme l'efficacité de photodétection. La thèse présente des résultats électriques et mécaniques de prototypes de SPAD intégrés en 3D de même que des figures et descriptions détaillées du procédé et de l'architecture de la technologie