Modélisation numérique d'un réseau métallique d'un détecteur infrarouge à
multipuits quantiques.
Juliette Plouin (
plouin@univ-mlv.fr
), Elodie Richalot, Odile Picon
ESYCOM, Université de Marne la Vallée, 5 Bd Descartes, Champs sur Marne, 77454 Marne-la-Vallée
Mathieu Carras, Alfredo De Rossi
Thales Research and Technology, Domaine de Corbeville, 91404 Orsay
Dans un pixel d'un détecteur à multipuits quantiques (MQW), l'énergie lumineuse incidente est aborbée par
une couche active de MQW qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique. Pour une incidence
normale, le champ électrique arrivant sur le pixel est parallèle aux multicouches ; or celles ci constituent une
structure anisotrope qui ne peut absorber un champ électrique que s'il est polarisé perpendiculairement à
l'empilement. Aussi, un réseau métallique périodique est déposé sur la structure de façon à générer une
onde de surface polarisée à 90° de l'onde incidente, qui peut être absorbée par les MQW.
Les travaux présentés ici visent à optimiser la structure du réseau métallique de façon à augmenter
l'absorption d'énergie lumineuse dans la couche active. La structure est modélisée sur le logiciel HFSS
d'Ansoft, dédié à la propagation d'ondes électromagnétiques, et basé sur la méthode des éléments finis. Une
période de cette structure est présentée sur la figure 1. Dans un premier temps, on impose les conditions
suivantes : la structure est infinie dans les directions x et z. Elle est invariante suivant z, et périodique, de
période 3
µ
m, suivant x. Elle est de dimension finie suivant y. L'onde incidente se propage le long de y, vers
les y<0, avec un champ électrique polarisé suivant x. Elle traverse la zone active, (modélisée par
'=10,
''
xx
=
''
zz
=0 et
''
yy
=0.1), la couche de contact (
'=10,
''=0.02) et est diffractée par le réseau métallique (
'= -
4800,
''=1600). Nous travaillons autour d'une longueur d'onde de 10
µ
m. HFSS nous permet de calculer la
puissance absorbée par chaque élément, et de connaître la répartition du champ électrique dans la structure
(figure 2).
Nous avons étudié l'influence de différents paramètres : taux de remplissage du réseau (figure 3), profondeur
du créneau, épaisseur du métal et de la zone active suivant y. Cette étude doit permettre d'optimiser la forme
de la structure, ainsi que sa modélisation, puis de passer à une structure 3D de dimension finie dans toutes
les directions.
Figure 1 : Elément de la structure.
Figure 2 : Cartographie du champ
EY dans la structure à 32.5 THz.
(9.23
µ
m) Echelle en V/m.
Figure 3 : Evolution de la puissance
absorbée dans la zone active d'un
élément en fonction de la fréquence
de l'onde incidente, pour plusieurs
valeurs de la largeur du créneau
(paramètre « cren »). La puissance
incidente par élément de structure
est 1.6E-15W.
0
1E-16
2E-16
3E-16
4E-16
5E-16
28
30
32
34
36
38
40
42
Fréquence en THz
P
uissanc
e absorbé
e en W
atts
cren=1,3 microns
cren=1,5 microns
cren=1,7 microns
cren=2,1 microns
cren=2,3 microns
Fig. 3
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