Missions | Le spectre du Moyen InfraRouge (MIR) couvre une gamme de fréquences très large (20-60 THz – 15-5μm) qui fait appel à des technologies très variées dans les domaines de l’optique et de l’optoélectronique. Dans ce contexte notre équipe développe depuis plusieurs années des photoconducteurs [1] dont la bande passante électrique atteint à présent la centaine de GHz, un record de performance à ce jour. Ces composants sont constitués de réseaux de photo-detecteurs à puits quantiques, couplés à des antennes plasmoniques [2]. Ils sont adaptés à de nombreuses applications telles que la spectroscopie et la détection de gaz, l’imagerie cohérente, les télécommunications en espace libre, ou encore la génération d’ondes THz par photomélange et l’astrophysique [3-6]. A partir des performances déjà obtenues, l’objectif de ce projet est celui de démontrer une nouvelle génération de photo-détecteurs dans la gamme 8-12μm avec des performances accrues, notamment par la conception de nouveaux types d’antennes et de structures avec un plus fort gain photoconductif en travaillant sur le design quantique du dispositif. En particulier, nous visons (i) une augmentation de la responsivité d’un facteur 2-3 par rapport à l’état de l’art ; (ii) une extension de la bande passante radiofréquence (RF) jusqu’à 2000 GHz ; (iii) la conception d’une architecture d’antenne compatible avec un circuit de lecture CMOS. |
Activités | Le travail sera réparti sur deux volets.
• Design électromagnétique et quantique des antennes et de la zone active des photodétecteurs à l’aide des codes de simulation aux éléments finis. Objectif principal: obtenir un modèle prédictif de transport et d’optimisation de la photo-réponse dans la gamme de températures 77K-300K. • Caractérisation électrique et optique des photo-détecteurs, notamment par |
Compétences attendues |
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Contexte de travail : | Le travail se déroulera dans le cadre d’un projet financé par le PEPR Électronique, en collaboration avec l’ENS Paris et le CEA-LETI. Les travaux seront menés en tandem avec un doctorant, au sein du groupe THz-Photonics du laboratoire IEMN (THz-Photonics-Group publications). Le groupe a une longue expérience de conception et réalisation de dispositifs optoélectroniques allant du THz au MIR, et est entièrement équipé pour la croissance par MBE, la fabrication et la caractérisation des dispositifs réalisés dans ce projet. |
Contraintes et risques | Des déplacements de courte durée en France et à l’étranger sont à prévoir |
Unité d’accueil :
IEMN UMR CNRS 8520
Avenue Poincaré
59652 VILLENEUVE D ASCQ CEDEX
www.iemn.fr
Date de début souhaitée :
Septembre-Décembre 2023
Durée souhaitée :
2 ans
Les candidatures accompagnées d’un CV et de 2 lettres de recommandation doivent être envoyées à :
Stefano Barbieri
stefano.barbieri@iemn.fr
Stefano Barbieri – web page
Stefano Barbieri
stefano.barbieri@iemn.fr
Stefano Barbieri – web page
[1] M. Hakl et al., “Ultrafast Quantum-Well Photodetectors Operating at 10 μm with a Flat Frequency Response up to 70 GHz at Room Temperature,” ACS Photonics, 2021, doi: 10.1021/acsphotonics.0c01299.
[2] D. Palaferri, et al. “Room-temperature 9-μm wavelength photo- detectors and GHz-frequency heterodyne receivers,” Nature 85, 556 (2018)
[3] N. A. Macleod, et al. “Broadband standoff detection of large molecules by mid-infrared active coherent laser spectrometry,” Opt. Expr. 23, 912 (2015)
[4] H. Dely et al., “10 Gbit s−1 free space data transmission at 9 μm wavelength with unipolar quantum optoelectronics,” Laser Photon. Rev., 16, 2100414 (2022)
[5] D. Maes et al. “High-speed UTC photodiodes on silicon nitride,” APL. Photon. 8, 016104 (2022)
[6] D. D.S.Hale, et al. “ The Berkeley infrared spatial interferometer: a heterodyne stellar interferometer for the mid-infrared,” Astrophys. J. 537, 998 (2000)