Dark current in CMOS image sensors, mechanisms of interface contributions

Les capteurs d’image CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) constituent la technologie la plus utilisée dans les systèmes d’imagerie numérique. Fondés sur les propriétés photosensibles des semi-conducteurs, tels que le silicium, les capteurs CMOS permettent une large gamme d’applications : capturer une scène à un instant donné, acquérir des images à grande plage dynamique, ou encore fournir des données pouvant être traitées par des systèmes pour des tâches telles que la reconnaissance faciale ou la détection d’obstacles.Parmi les paramètres clés des capteurs d’image CMOS, la plage dynamique correspond à la capacité du capteur à capturer simultanément des zones faiblement et fortement éclairées. Certains signaux parasites intrinsèques au capteur, tels que le courant d’obscurité, peuvent dégrader cette plage dynamique. Ainsi, le courant d’obscurité fait l’objet de nombreuses études dans la littérature afin d’améliorer les performances des capteurs.Le courant d’obscurité est un signal parasite provenant de la génération non désirée de paires électron-trou, due à la présence de défauts atomiques dans le silicium ou à l’interface entre le silicium et d’autres matériaux. Ce travail de thèse s’intéresse spécifiquement à la contribution des interfaces. Il existe des méthodes de caractérisation permettant de mesurer le niveau de courant d’obscurité dans les capteurs d’image, et d’en extraire les énergies d’activation associées aux mécanismes de génération. Cependant, des ambiguïtés peuvent subsister quant à la source principale du courant d’obscurité, car plusieurs contributeurs peuvent partager une même énergie d’activation et sont difficiles à dissocier.L’objectif de cette thèse est de développer des outils alternatifs pour identifier et étudier les sources du courant d’obscurité. L’approche vise à établir un lien entre les modèles de courant d’obscurité, notamment ceux fondés sur le formalisme SRH, et les mesures de courant d’obscurité réalisées sur des matrices de pixels. Pour atteindre cet objectif, des structures de test dédiées peuvent être caractérisées afin d’isoler certaines interfaces et d’extraire des paramètres clés liés à la passivation de surface, permettant ainsi de décomposer les origines physiques de la génération de porteurs. Ces caractérisations peuvent également contribuer à l’implémentation des modèles de courant d’obscurité, au suivi des technologies de fabrication des pixels, et s’avérer essentielles pour les études de fiabilité des pixels.