OPTRONIQUE & infrarouge
DOSSIER
Figure 5. Comparaison des absorptions et réflexions spectrales d’ un pixel d’ imageur( épaisseur de Si = 10 µ m) recouvert soit d’ un anti-reflet couches minces( CAR), soit de black silicon( BS).
De la même manière que pour concevoir un pixel d’ imageur, la modélisation optoélectronique se décompose en deux champs d’ expertise: une expertise photonique par l’ étude de la propagation de la lumière dans le dispositif et une expertise électronique par l’ analyse de l’ acquisition du signal électrique. En effet, les simulations photoniques permettent d’ observer l’ interaction entre la lumière et la matière, et en particulier la génération d’ électrons par effet photo-électrique, alors que les simulations électroniques examinent la probabilité de collection de ces charges par le dispositif. La modélisation optoélectronique consiste alors à coupler les propriétés optiques, comme l’ absorption et le cross-talk optique, avec les propriétés électroniques, en particulier la probabilité de collection des charges, afin de déterminer les propriétés optoélectroniques, comme les rendements quantiques internes et externes et le cross-talk électronique.
Nous avons développé nos propres modèles à l’ aide d’ outils commerciaux de simulation et évalué la valeur ajoutée du BS dans différentes architectures de pixels au travers des nombreuses métriques explicitées( Figure 4).
La base de ces modèles repose sur la capacité à modéliser des surfaces rugueuses aléatoires fidèles aux caractéristiques de rugosité du BS. Bien que la gravure permettant d’ obtenir le BS soit aléatoire, la texturation résultante répond à des statistiques de rugosité en termes de hauteur H et de longueur de corrélation Lc. Le logiciel de simulation photonique utilisé dans la méthode de modélisation optoélectronique permet de générer des surfaces rugueuses aléatoires selon trois paramètres [ 4 ]: σRMS qui représente l’ écart-type moyen de la hauteur des structures, Lc qui est la longueur de corrélation spatiale, et δ pour l’ échantillonnage spatial numérique de la surface. En jouant sur ces réglages, il est possible d’ obtenir une surface ayant des propriétés optiques semblables au BS intégré dans des capteurs d’ images et de comparer ses propriétés de réflexion et d’ absorption spectrales à d’ autres technologies d’ anti-reflet, comme les couches minces( Figure 5).
En cohérence avec les résultats expérimentaux obtenus, le développement de cette méthodologie de modélisation optoélectronique montre que le BS permet d’ améliorer le rendement quantique externe d’ un pixel d’ imageur, c’ est-à-dire sa capacité à convertir les photons en électrons et à collecter ces charges, de l’ ultraviolet jusqu’ au proche infrarouge.
Le circuit de lecture de l’ imageur permet de restituer l’ image à l’ utilisateur. À partir des résultats issus des simulations photoniques et électroniques, il est possible de déterminer l’ amélioration des caractéristiques de fonctionnement
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