Simulation et optimization d’une photodiode à avalanche (SPAD) couplée à un absorber Germanium

Publié le : 14 mars 2021

Les dispositifs optoélectroniques avancés tels que la diode à avalanche à photon unique (SPAD) sont maintenant largement utilisés dans les domaines de l’imagerie 3D, de l’assistance de caméra, de la télémétrie laser et de la proximité. La prochaine génération de SPAD sera consacrée à la télémétrie 3D en temps de vol et à la détection rapide des mouvements, notamment pour les LiDaR utilisés dans les voitures à conduite autonome.

Le travail de thèse consistera à développer et exploiter des simulateurs développé à ST-Microelectronics pour les dispositifs optoélectroniques et plus spécifiquement, le SPAD à absorption séparée Ge. Dans ce type de capteurs, la lumière infrarouge est absorbée dans le germanium et les porteurs photogénérés sont transportés dans la zone d’avalanche en silicium pour l’amplification du signal. Une connaissance approfondie du transport entre les deux matériaux est fondamentale pour l’optimisation de l’appareil. Cela se fera par simulation et étalonnages des modèles.

Tout d’abord, des simulations de processus d’implantation de dopage, mais aussi de déformation résiduelle dans la couche épitaxiale de Ge seront utilisées pour extraire des profils de dopage réalistes à insérer dans le code Monte Carlo (MC).

Deuxièmement, en utilisant la simulation 3D de particules MC pour résoudre l’équation de transport de Boltzmann, le comportement temporel de différentes conceptions de dispositifs SPAD basés sur le Si et le Ge sera analysé statistiquement afin de réduire la ‘gigue’ et d’améliorer la probabilité de détection des photons. La technique MC est un outil unique pour analyser les trajectoires de particules uniques ainsi que l’évolution temporelle des courants et des tensions aux bornes du dispositif.

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