Les capteurs SWIR (short-wavelength infrared) sont des capteurs sensibles à la lumière dans le proche infrarouge (entre 1 et 2,5 µm). Ils sont utilisés dans une multitude d'applications, notamment l'imagerie industrielle, la médecine, la sécurité et l’automobile intelligente. Ils présentent un certain nombre d'avantages par rapport aux capteurs visibles, avec par exemple, la possibilité de détecter des photons la nuit ou de voir à travers le brouillard ou les fumées.
Améliorer la résolution des capteurs SWIR tout en facilitant leur mise à l’échelle industrielle est un défi.
En effet, diminuer la taille des éléments photosensibles permet d’intégrer une plus grande densité de pixel dans le capteur final. Le procédé de fabrication développé est compatible avec un procédé CMOS pour permettre une production à grand volume.
Après avoir obtenu un diplôme d'ingénieur en génie des matériaux à l'INSA Lyon, Jules Tillement a effectué un stage de fin d'études dans un laboratoire de recherche sur les capteurs image. Il a ensuite été recruté pour une thèse chez STMicroelectronics en partenariat avec le CEA-Leti.
Dès qu’un nouveau lot de capteurs est produit, on est toute une équipe derrière, impatiente de pouvoir les tester. »
Jules propose un design de photodiode SWIR grâce à l’architecture mesa, dans laquelle la surface active de la photodiode est protégée par une couche d’InP intégrée pour encaisser les dégradations dues au procédé de fabrication. Cette structure facilite la réduction du pas pixel comparée aux architectures classiques que l’on trouve dans la littérature. L'arséniure d'indium gallium (InGaAs) présent dans le capteur permet l’absorption des longueurs d’ondes d’intérêts à température ambiante.
La caractérisation de ce design a montré des résultats prometteurs. Pour un pas pixel de 5 µm, l'efficacité quantique mesurée (QE) atteint 54 %. Avec un revêtement antireflet, la QE pourrait atteindre 77 %. Cerise sur le gâteau photonique ; Le courant d'obscurité est également très faible à 23 °C, avec une valeur de 5 nA/cm² à −0,1 V. Les travaux de Jules à la jonction entre recherche et industrie contribuent à faire avancer l’état de l’art, tout en tenant compte des contraintes de production à grande échelle.
Non seulement je suis fier d’avoir obtenu ce prix, mais je suis également ravi d’avoir obtenu une médaille au jeu de lancer de tronc organisé en marge de la conférence. »
Jules envisage d’intégrer les photodiodes développées dans un capteur d’image SWIR pour améliorer les performances des capteurs actuels.