Missions

L'équipe Photonique THz de l'Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologies (IEMN) souhaite recruter un Ingénieur de Recherche en CDD (24 mois). L’objectif du travail sera l'optimisation, la fabrication et la caractérisation electro-optique de photo-détecteurs pour la détection d'ondes moyen-infrarouge (5-15um, 20-60THz).

Activités

Le candidat sera chargé de la conception, la fabrication et la caractérisation des photo-détecteurs. Pour ce faire, il devra :

-Optimiser le design des photo-détecteurs à l’aide des logiciels de simulation RF et photonique (CST, Lumerical, etc)).

-Réaliser les étapes de fabrication en environnement salle blanche (DAO des masques de lithographie, enduction résines, lithographie électronique/optique, métallisation, dépôts par PVD, gravure plasma).

-Caractériser les échantillons en cours de fabrication (AFM, profilomètre, microscopie optique et électronique, caractérisation électrique).

-Effectuer la caractérisation électrique et optique des échantillons réalisés.

Pour mener à bien cette mission, l'Ingénieur recruté s'appuiera sur l'expertise des membres de l’équipe Photonique THz, ainsi que de l'ensemble des personnels de la salle blanche. Le travail de caractérisation électrique et optique des détecteurs sera effectué en collaboration avec un doctorant.

Compétences

• Candidat motivé, indépendant, rigoureux, capable de prendre l’initiative et d’apporter de nouvelles idées.
• Candidat capable de travailler en équipe.
• Connaissances solides en électromagnétisme, et optoélectronique.
• Compétences dans la simulation électromagnétique avec des logiciels de simulation de type CST Microwave Studio, HFSS ou Lumerical.

• Bonne connaissance des techniques de fabrication en salle blanche. Une première
expérience dans la fabrication de dispositifs à semi-conducteurs (MEMS, diodes,
photodétecteurs, transistors...) en salle blanche est primordiale.

• Une expérience dans la caractérisation des dispositifs optoélectronique serait un plus.

Contexte de travail

Le spectre du Moyen Infra Rouge (MIR) fait appel à des technologies très variées dans les domaines de l’optique et de l’optoélectronique. Dans ce contexte l’équipe «Photonique THz» de l’IEMN (THz-Photonics- Group publications) - qui propose ce contrat - développe depuis plusieurs années des photoconducteurs dont la bande passante électrique atteint à présent la centaine de GHz, un record de performance à ce jour [1,2]. Ces composants sont constitués de réseaux de photo-détecteurs à puits quantiques, couplés à des antennes plasmoniques. Nous avons notamment pu démontrer que leur bande passante électrique est limitée par le temps employé par les électrons photo-excités au-dessus des barrières de potentiel pour retourner dans le niveau fondamental des puits quantiques. Ce dernier, appelé temps de capture, est de l’ordre de quelques ps et dépend notamment de paramètres tels que la largeur des barrières de potentiel ou l’énergie de l’état excité. La bande passante peut donc potentiellement être module, et notamment élargie en modifiant le design quantique des photo-détecteurs. C’est l’un des aspects que l’on souhaite explorer dans ce projet. Un autre point clef est celui des antennes plasmonique. Ces dernières permettent en effet d’obtenir une surface de collection de la radiation MIR incidente supérieure à la surface physique des détecteurs, permettant ainsi de réduire le bruit de détection et donc d’augmenter la sensibilité par rapport aux dispositifs traditionnels. A présent, les photo-détecteurs emploient des antennes de type patch, mais nous souhaitons désormais explorer d’autres types d’antennes permettant une collection de la lumière incidente encore plus efficace.

En définitive, à partir des performances déjà obtenues, l’objectif de ce projet est celui de démontrer une nouvelle génération de photo-dé tecteurs dans la gamme 8-12μm. Pour ce faire, des photo-détecteurs seront conçus, fabriqués et caractérisés, avec des performances accrues, notamment par la conception de nouveaux types d’antennes et de structures, en travaillant sur le design électromagnétique et quantique du dispositif. En particulier, nous visons une augmentation de la responsivité d’un facteur 2-3 par rapport à l’état de l’art, et une extension de la bande passante électrique allant jusqu’à 200 GHz.

Cette activité de recherche se déroulera dans le cadre du projet COMPTERA financé par l’ANR, en collaboration avec l’ENS Paris et le CEA-LETI de Grenoble. Les enjeux de ce projet sont importants puisqu'il s'agit de démontrer la faisabilité de détecteurs MIR sans équivalent aujourd'hui, adaptés à de nombreuses applications telles que la spectroscopie et la détection de gaz, l’imagerie cohérente, les télécommunications en espace libre, et l’astrophysique [3-5].

Bibliographie
[1] Q. Lin et al., “Real-time, chirped-pulse heterodyne detection at room-temperature with 100GHz 3dB-bandwidth mid-infrared quantum-well photodetectors,” Optica 10, 1700 (2023). https://doi.org/10.1364/OPTICA.505745
[2] 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, https://doi.org/10.1021/acsphotonics.0c01299
[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 free space data transmission at 9 μm wavelength with unipolar quantum optoelectronics,” Laser Photon. Rev., 16, 2100414 (2022)
[5] D. D.S.Hale, et al. “ The Berkeley infrared spatial interferometer: a heterodyne stellar interferometer for the mid-infrared,” Astrophys. J. 537, 998 (2000)

Le poste se situe dans un secteur relevant de la protection du potentiel scientifique et technique (PPST), et nécessite donc, conformément à la réglementation, que votre arrivée soit autorisée par l'autorité compétente du MESR.