Etude et développement d’un pixel de type PMOS pour des applications médicales imagerie Xray.
Contexte
Le travail de thèse s’inscrit dans le cadre du développement des capteurs d’images numériques au sein de STMicroelectronics.
Réalisés en technologie CMOS, ces capteurs présentent de nombreux avantages tels que la faible consommation, le fort niveau d’intégration, la fabrication en fort volume. Cette technologie permet d’intégrer de nombreuses fonctions électroniques sur la même puce et offre la possibilité de réaliser des systèmes complets sur puce (SOC : « System On Chip »).
Le marché des capteurs d’images CMOS est en pleine croissance depuis 12 ans, et de nouvelles applications sont proposées et introduites régulièrement.
C’est dans ce contexte que s’inscrit le travail de thèse et en particulier il est proposé d’étudier un pixel dédié aux applications médicales où la tenue aux rayonnements ionisants (imagerie rayons X) est un critère de sélection du capteur d’images.
Contrairement aux architectures classiques basées sur un pixel de type NMOS, le pixel de type PMOS présente l’avantage d’être résistant aux radiations ionisantes. Pas encore présent sur le marché des capteurs d’images numériques, l’architecture de type PMOS offre donc l’opportunité de proposer des capteurs où la performance électro-optique et le tenue aux radiations ionisantes sont des critères exigés par l’application. L’étude consistera à développer l’architecture du pixel PMOS contenant la photodiode et les transistors de lecture intégrés dans le pixel, de faire évoluer la technologie pour optimiser les performances électro-optiques et d’évaluer sa tenue aux rayonnements X. Une attention particulière sera portée sur les améliorations attendues en courant d’obscurité et bruit (bruit fixe, bruit temporel).
En coopération avec un Laboratoire universitaire et les équipes de conception, de caractérisation et développement des technologies de STMicroelectronics, l’étudiant contribuera au développement de cette nouvelle architecture.
Objectifs et plan de travail
- Comprendre, grâce à des travaux de simulation Process & Device, les principes de fonctionnement des capteurs d’images classiques de type NMOS et de prévoir les évolutions de la technologie inhérentes à des capteurs d’images de type PMOS
- A l’issue de cette première phase et en coordination avec les experts en conception et architecture de pixel des structures innovantes seront proposées.
Cette étude sera soutenue par des simulations électriques et devra permettre de dégager les architectures de photodiode et de pixel les plus prometteuses. Les étapes technologiques spécifiques à cette approche seront définies et orienteront les choix de conception d’un véhicule de test et d’un démonstrateur capteur d’images. - Les structures de test et le circuit démonstrateur seront conçus, les séquences technologiques proposées seront réalisées en fonction du design du pixel. Pour cela un jeu de masques pourra être commandé et permettra de réaliser les échantillons sur silicium. Si besoin, différents essais technologiques pourront être suggérés et discutés avec les responsables des procédés élémentaires.
L’étudiant participera aux travaux de caractérisation des structures élémentaires et des capteurs d’images. Les performances électro-optiques des différents pixels seront mesurées et analysées. La tenue aux rayonnements ionisants sera évaluée sur des échantillons.
Les résultats expérimentaux seront confrontés aux résultats de simulation électrique et optique. Les performances électro-optiques et les principes de fonctionnement seront analysés en détail. - A l’issue de cette analyse de nouveaux essais technologiques seront réalisés en vue d’améliorer et d’optimiser les performances du capteur.
Niveau d'étude requis
Ecole Ingénieurs, M2 Recherche
Compétences requises
Physique des semi-conducteurs, physique des dispositifs électroniques
Travail en équipe pluridisciplinaire dans un environnement de haute technologie en Recherche et Développement.
Lieu
Site de Crolles (pôle scientifique à côté de Grenoble)
Contact
François Roy (francois.roy@st.com)