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Theses Year : 2007

Study of the angular and spectral response of infrared photodetectors.

Etude expérimentale et théorique de la réponse angulaire et de la réponse spectrale hors bande de détecteurs infrarouges hautes performances.

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Abstract

Infrared detectors have proved to be of particular interest in very various application fields (military, medical, astronomy, environment). Each of them exhibits specific requirements, such that one unique type of infrared detectors can n! ot be suited for all applications. Nowadays, many different detectors coexist. Yet the traditional figures of merit don't allow one to compare the performance of different technologies for a specific application. Within the framework of this study, carried out on infrared quantum detectors of high performances such as the quantum well infrared photodetectors (QWIP) and the MCT detectors, we focused on two new figures of merit : the off-band spectral response and the angular response. The first one consists in studying the spectral response of a detector far from the wavelength the detector has been optimised for, thanks to a great dynamics of measurement. The second figure of merit represents the variation of the response of the detector according to the angle of incidence of the incoming light. The set up of these electro-optical characterizations required the development of innovating test benches. Among the results obtained during our work on the angular response, let us underline that the shape of a QWIP angular response doesn't depend on the etch depth of grating or that the angular response of a MCT detector is flat on a wide angular range. The study of the off-band spectral response, as for it, made it possible to highlight physical phenomena never observed until then on a QWIP photocurrent spectrum. This work shows how important the comprehension of the physical phenomena inside the pixels is. Measurements associated with an accurate model of physical phenomena lead thus to a complete study of the infrared quantum detectors ultimate performances.
Les domaines d'application de la détection infrarouge sont tellement nombreux (militaire, médical, astronomie, environnement) et spécifiques qu'un seul type de détecteur infrarouge ne peut pas répondre à l'ensemble des besoins. De nombreuses filières coexistent à ce jour. Or, les fonctions de mérite classiques ne sont pas suffisantes pour comparer les performances de détecteurs de filières différentes pour une application spécifique. Dans le cadre de cette étude, réalisée sur des détecteurs quantiques infrarouges de hautes performances tels que les détecteurs à multipuits quantiques (MPQ) et les détecteurs quantiques HgCdTe, nous nous sommes intéressés à deux nouvelles fonctions de mérite : la réponse spectrale dite « hors bande » et la réponse angulaire. La premièr! e consiste à étudier la réponse spectrale d'un détecteur loin de la gamme de longueur d'onde pour laquelle il a été optimisé, grâce à une très grande dynamique de mesure. La deuxième fonction de mérite traduit la variation de la réponse du détecteur en fonction de l'angle d'incidence du flux lumineux. La mise en place de ces caractérisations électro-optiques a nécessité le développement de bancs de test innovants. Parmi les résultats obtenus lors du travail sur la réponse angulaire, citons le fait que la forme de la réponse angulaire est indépendante de la profondeur de gravure du réseau d'un détecteur MPQ ou encore que la réponse d'un détecteur HgCdTe est quasi-plate sur une large plage angulaire. L'étude de la réponse spectrale a, quant à elle, permis de mettre en évidence des phénomènes physiques jamais observés jusque là sur un spectre de photocourant d'un détecteur MPQ. Ce travail montre l'importance de la compréhension des phénomènes physiques au sein des pixels. Les mesures associées à une modélisation fine des phénomènes physiques aboutissent ainsi à une étude complète des performances ultimes des détecteurs quantiques infrarouges.
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pastel-00003710 , version 1 (22-07-2010)

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  • HAL Id : pastel-00003710 , version 1

Cite

Judikaël Le Rouzo. Etude expérimentale et théorique de la réponse angulaire et de la réponse spectrale hors bande de détecteurs infrarouges hautes performances.. Physique [physics]. Ecole Polytechnique X, 2007. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨pastel-00003710⟩
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