Développement d'un pixel de type 'temps de vol indirect' pour un capteurs d'image 3D

Soutenance de thèse de Bruno Henrique LOPES, pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " NANO ELECTRONIQUE et NANO TECHNOLOGIES "

Mots-clés :
Image 3D,temps de vol,architecture,pixel,

Résumé :
La popularité croissante de l’imagerie 3D provient de ses vastes applications potentielles, telles que l’amélioration de la sécurité automobile et la reconnaissance faciale sécurisée pour l’authentification des appareils. Ce travail de thèse vise à modéliser, simuler, concevoir et fabriquer des pixels à temps de vol indirect (iToF) utilisés pour la détection d’images 3D. La technique iToF utilise des ondes modulées en intensité pour la mesure de distance.

Des outils de simulation Technology Computer-Aided Design sont utilisés pour analyser les structures de pixels, en évaluant des paramètres clés tels que la consommation d’énergie, le contraste de demodulation (DMC), la sensibilité à la lumière parasite et l’efficacité quantique (QE). Différentes solutions de pixels sont comparées à l’aide d’une configuration de simulation multiphysique.

Sur la base d’une analyse détaillée des simulations, une nouvelle technologie de pixel iToF est proposée. Il s’agit du « fast photogate » (FPG), utilisant des grilles de transfert verticales (VTG), qui surmonte les limitations des grilles planaires. Les simulations démontrent un compromis amélioré entre QE et DMC, avec une QE élevée (40 %) à 940 nm, un DMC supérieur à 80 % à 200 MHz, et une sensibilité à la lumière parasite quasi nulle. Les valeurs simulées de DMC obtenues avec ce nouveau pixel dépassent les spécifications de l’état de l’art. Des valeurs de DMC plus élevées sont atteintes avec des tensions de polarisation réduites pour le FPG. Les faibles tensions de polarisation requises pour le transfert de charge photogénérée entraînent une consommation d’énergie plus faible du pixel.

Membres du jury :

• Anne Kaminski  - Professeur des Universités - Grenoble INP, UGA : Directrice de thèse
• Maryline Bawedin - Maitre de Conférences - Grenoble INP, UGA : Co-directrice de thèse
• Pascal Fonteneau - Ingénieur - STMicroelectronics : Co-superviseur
• Vincent Goiffon - Professeur des Universités - Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (ISAE-SUPAERO) : Rapporteur
• Francis Calmon - Professeur des Universités - CNRS - Institut des Nanotechnologies de Lyon (INL) : Rapporteur
• Panagiota Morfouli - Professeur des Universités - Grenoble INP, UGA : Examinatrice