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Dissertations / Theses on the topic 'Photodiode avalanche'
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Ong, Daniel Swee Guan. "The type-II/InA1As avalanche photodiode and optimisation of avalanche photodiodes in receiver systems." Thesis, University of Sheffield, 2011. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.554392.
Full textAbstract:
Calculations based on a rigorous analytical model arc carried out to optimise the width of the avalanche region, w, in high-speed direct-detection avalanche photodiode- . based optical receivers. The model includes the effects of intersymbol interference (ISI), tunnelling current, avalanche noise, as well as dead space. The sensitivity of InP, InA1As and InAs avalanche photodiodes (APDs) were investigated. The interplay among the factors controlling the optimum sensitivity is confirmed. Results show that for a given transmission speed, as the device width decreases below the optimum value, increased tunnelling current outweighs avalanche noise reduction due to dead space, resulting in poorer receiver sensitivity. As the device width increases above its optimum value, the receiver sensitivity worsens as bandwidth decreases, causing TST to dominate avalanche noise and tunnelling current. For a 10 Gb/s system and a bit-error rate of 10.12, an optimum w of 0.191lm is predicted, yielding an optimum sensitivity of -28.1 dBm at an M of 13 for InP APDs. InAIAs APDs were found to provide an improvement of 0.5 dBm over InP at an M of 15 and w of 0.15Ilm. InAs APDs have been calculated to yield an optimum sensitivity between -29.6 and -30.2 dBm at an M of 76 and w of 4.2Ilm. A type-II InGaAs/GaAsSb superlattice p-i-n diode and separate absorption and multiplication (SAM) APD using TnAlAs as the multiplication region (both lattice- matched to InP) is reported. Optical and electrical characterisations of the devices are performed. The devices exhibited a cut-off wavelength of 2.511 m. Unity-gain responsivities of 0.53 A/W and 0.47 A/W have been obtained for the p-i-n diode and APD, respectively, when illuminated with 2.004f.lm wavelength light. Detectivity at this wavelength was calculated to be 7.1 x 10Y cmHzY'l/W for the p-i-n diode and 5.9x I O~ cmHz'f,/W for the APD. Excess noise measurements conducted on the APD show that the characteristics follow that of an In AlAs p-i-n diode with the same multiplication layer thickness, giving an effective k of 0.2. Significant multiplication factors, above 50 at 290K and above 200 at 200K, have also been achieved by the APD.
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Virot, Léopold. "Développement de photodiodes à avalanche en Ge sur Si pour la détection faible signal et grande vitesse." Thesis, Paris 11, 2014. http://www.theses.fr/2014PA112414/document.
Full textAbstract:
Afin d’adresser la problématique liée aux limitations des interconnections métalliques en termes de débits notamment, la photonique Si s’est imposée comme une technologie de choix. Un des composants de base des circuits photonique Si est le photodétecteur : Il permet de convertir un signal optique en signal électrique. Les photodétecteurs à base de Ge sur Si ont montré leur potentiel et offrent la meilleure alternative aux photodétecteurs III-V, pour une intégration dans les circuits photoniques Si.Dans ce contexte, les photodiodes à base de Ge su Si ont été étudiées. L’optimisation des photodiodes p-i-n a permis l’obtention de résultats à l’état de l’art. Une nouvelle approche utilisant une double hétéro-jonction latérale Si/Ge/Si a été proposée afin d’augmenter la responsivité mais aussi afin de proposer une meilleure solution d’intégration, avec les modulateurs Si notamment. Pour augmenter encore la sensibilité des récepteurs, l’utilisation de photodiodes à avalanche est cependant nécessaire. La structure SACM (Separate Absorption Charge Multiplication), combinant le faible bruit de multiplication du Si et l’absorption du Ge aux longueurs d’onde télécom, a d’abord été étudiée. Des modèles ont été développées afin d’optimiser le fonctionnement, et ces photodiodes ont été fabriquées et caractérisées. Les résultats obtenus sur des photodiodes éclairées par la surface (produit Gain-Bande passante de 560GHz à seulement -11V) sont très encourageant pour une intégration avec un guide d’onde. D’autre part, les photodiodes p-i-n en Ge sur Si, ont été étudiées en avalanche. La faible largeur de la zone intrinsèque a permis de diminuer le bruit de multiplication par effet « dead space », et le fonctionnement à 10Gbits/s pour un gain de 20 et une puissance optique de seulement -26dBm, pour une tension de -7V, sans utilisation d’amplificateur (TIA), a pu être démontré. Ces développements ouvrent ainsi la voie vers des récepteurs rapides, à faible consommation électrique et grande sensibilitéTo address the issue related to the limitations of metallic interconnects especially in terms of bitrate, Si photonics has become the technology of choice. One of the basic components of photonic circuits is the photodetector: It allows to convert an optical signal into an electrical signal. Photodetectors based on Ge on Si have shown their potential and offer the best alternative to III-V photodetectors, for integration into Si photonic circuits. In this context, the Ge on Si photodiodes have been studied. The optimization of pin photodiodes enabled the achievement of state of the art results. A new approach using a double lateral Si/Ge/Si heterojunction was proposed to increase the responsivity but also to provide a better integration solution, especially with Si modulators. To further increase the sensitivity of the receivers, the use of avalanche photodiodes, is however necessary. SACM (Separate Absorption Charge Multiplication) structure, combining Si low multiplication noise and Ge absorption at telecom wavelengths was first studied. Models have been developed to optimize the devices, and the photodiodes have been fabricated and characterized. The results obtained on the surface illuminated photodiodes (Gain-bandwidth product of 560GHz only -11V) are very encouraging for waveguide integration. On the other hand, Ge on Si pin photodiodes have been studied in avalanche. The small width of the intrinsic region contributed to the multiplication noise reduction thanks to "dead space" effect, and operation at 10Gbps for a gain of 20 and an optical power of -26dBm at only-7V, without using amplifier (TIA), have been demonstrated. These developments open the way to fast, low power consumption and high sensitivity receivers
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Fyath, Raad Sami. "Advanced avalanche photodiode receivers in optical communications." Thesis, Bangor University, 1990. https://research.bangor.ac.uk/portal/en/theses/advanced-avalanche-photodiode-receivers-in-optical-communications(7774537f-4772-4a52-b216-d04db73b3781).html.
Full textAbstract:
This thesis is concerned with a detailed study of the performance of superlattice avalanche photodiodes (SAPDs) and the implications for high bit rate direct-detection optical fibre communication systems. In these advanced detectors the electron to hole ionisation rate ratio is artificially enhanced through selective heating of the electron distribution to reduce the excess noise associated with the randomness of the avalanche multiplication and to ensure high gain-bandwidth product. Thus SAPDs are suitable for long wavelength applications (1.3-1.6 pm) where most compound semiconductor materials otherwise have comparable electron and hole ionisation rates. A comprehensive discrete ionisation model is developed to assess the performance of SAPDs; emphasis being placed on the gain, excess noise factor, gain moment generating function (MGF), and gain-bandwidth product. The model is quite flexible and it is found that other device impairments such as dark current and the number of ionisations per stage caused by the injected carrier can be readily incorporated into the formulation. The performance of optical receivers employing SAPDs is examined using a Gaussian approximation (GA) and taking into account the influence of various device impairments. To assess the accuracy of GA a rigorous statistical analysis is developed using a MGF formulation. New signal designs for optical communications devised specifically for APD receivers are described. These signals achieve simultaneously both zero intersymbol interference and zero telegraph distortion with respect to a depressed optimum threshold and are thus well suited to untimed transmission. Importantly, they also offer improved tolerance to alignment jitter when they used in conventional fully retimed receivers.
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Abautret, Johan. "Conception, fabrication et caractérisation de photodiodes à avalanche InSb." Thesis, Montpellier 2, 2014. http://www.theses.fr/2014MON20232.
Full textAbstract:
Cette thèse, réalisée à l'IES en partenariat avec la société SOFRADIR et le CEA-LETI, avait pour objectif d'évaluer les potentialités du matériau InSb pour la réalisation de photodiodes à avalanche (APD) moyen infrarouge (MWIR). Par l'étude du design (simulations TCAD), de la fabrication technologique en configuration MESA (voie humide, voie sèche, passivation), puis par la caractérisation électrique des dispositifs, ce travail de thèse s'est attaché à explorer l'ensemble des éléments nécessaires au développement de cette filière de photodétecteurs. Les photodiodes InSb fabriquées par épitaxie par jets moléculaires (EJM) ont présenté des densités de courant d'obscurité sur des monoléments de 10 à 30nA/cm² à -50mV et à 77K. Ces performances positionnent ces photodiodes à l'état de l'art pour la filière épi-InSb et souligne ainsi l'excellente qualité cristalline des couches épitaxiées. Les premières APDs InSb ont ensuite été épitaxiées et caractérisées. Avec une pure injection d'électrons nous avons observé une augmentation exponentielle du gain dans l'InSb, signature d'une multiplication initiée exclusivement par les électrons. Un premier gain de 3 à -4V a été mesuré. Cette asymétrie du processus d'ionisation par impact indiquerait la possibilité d'obtenir du gain sans excès de bruit, propriété indispensable pour les applications d'imagerie faible flux visée. A ce stade de l'étude, les performances des APDs InSb sont limitées par un dopage résiduel trop élevé dans les zones de multiplications réalisées, entrainant une forte contribution du courant tunnel bande à bande. Néanmoins, ces travaux fournissent tous les éléments d'orientations nécessaires au développement des APDs InSb dont le point clé est définitivement l'obtention d'un faible dopage résiduel dans la zone de multiplicationThis thesis realized at the IES, with the collaboration of SOFRADIR and the CEA-LETI, had for objective the potential evaluation of the InSb material for the realization of midwave infrared (MWIR) avalanche photodiodes (APD). Studying the design (TCAD modeling), the MESA technological fabrication (wet etching, dry etching, passivation) and analyzing the electrical characterizations of devices fabricated, this work has investigated all the scientific elements necessary for the development of this photodetector technology. The MBE (Molecular Beam Epitaxy) grow InSb photodiodes have shown monopixel dark current density from 10 to 30nA/cm² at -50mV and 77K. These performances are at the state of the art for InSb epi-diodes and highlight the excellent crystal quality of the epitaxial layers. The first InSb APDs were grown and characterized. With a pure electron injection, we have observed an exponential increase of the gain, signature of a single carrier multiplication exclusively initiated by the electrons. A gain value of 3 was measured at -4V. This asymmetrical aspect of the impact ionization process would indicate the possibility to obtain a gain without excess noise. This is fundamental for the intended imaging applications. At this stage, InSb APD performances are limited by a too high residual doping level, resulting in a strong band to band tunneling current. Nevertheless, this work provides all the milestones needed for the InSb APD development where the key point is undoubtedly the getting of low residual doping level in the multiplication layer
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Strasburg, Jana Dee. "Characterization of avalanche photodiode arrays for temporally resolved photon counting /." Thesis, Connect to this title online; UW restricted, 2004. http://hdl.handle.net/1773/9710.
Full text
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Gouy, Jean-Philippe. "Etude comparative de la photodiode PIN, de la photodiode à avalanche et du photoconducteur sur matériaux III-V." Lille 1, 1989. http://www.theses.fr/1989LIL10058.
Full textAbstract:
L'objet de cette thèse est de présenter un certain nombre d'outils théoriques et expérimentaux pour l'évaluation des performances de photodétecteurs, et de les appliquer à l'étude comparative de la photodiode pin, de la photodiode à avalanche et du photoconducteur, fabriqué sur matériaux III-V. Dans ce but, des logiciels de simulation des deux sortes de photodiodes ont été mis au point ainsi que deux méthodes de mesure ; l'une concernant les réponses impulsionnelles de photodétecteurs, l'autre la mesure du niveau de bruit d'éclairement
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Haralson, Joe Nathan II. "Design, analysis, and macroscopic modeling of high speed photodetectors emphasizing the joint opening effect avalanche photodiode and the lateral P-I-N photodiode." Diss., Georgia Institute of Technology, 1999. http://hdl.handle.net/1853/14940.
Full text
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Yoo, Dongwon. "Growth and Characterization of III-Nitrides Materials System for Photonic and Electronic Devices by Metalorganic Chemical Vapor Deposition." Diss., Georgia Institute of Technology, 2007. http://hdl.handle.net/1853/16220.
Full textAbstract:
A wide variety of group III-Nitride-based photonic and electronic devices have opened a new era in the field of semiconductor research in the past ten years. The direct and large bandgap nature, intrinsic high carrier mobility, and the capability of forming heterostructures allow them to dominate photonic and electronic device market such as light emitters, photodiodes, or high-speed/high-power electronic devices. Avalanche photodiodes (APDs) based on group III-Nitrides materials are of interest due to potential capabilities for low dark current densities, high sensitivities and high optical gains in the ultraviolet (UV) spectral region. Wide-bandgap GaN-based APDs are excellent candidates for short-wavelength photodetectors because they have the capability for cut-off wavelengths in the UV spectral region (λ < 290 nm). These intrinsically solar-blind UV APDs will not require filters to operate in the solar-blind spectral regime of λ < 290 nm. For the growth of GaN-based heteroepitaxial layers on lattice-mismatched substrates, a high density of defects is usually introduced during the growth; thereby, causing a device failure by premature microplasma, which has been a major issue for GaN-based APDs. The extensive research on epitaxial growth and optimization of Alx Ga 1-x N (0 ≤ x ≤ 1) grown on low dislocation density native bulk III-N substrates have brought UV APDs into realization. GaN and AlGaN UV p-i-n APDs demonstrated first and record-high true avalanche gain of > 10,000 and 50, respectively. The large stable optical gains are attributed to the improved crystalline quality of epitaxial layers grown on low dislocation density bulk substrates. GaN p-i-n rectifiers have brought much research interest due to its superior physical properties. The AIN-free full-vertical GaN p-i-n rectifiers on n - type 6H-SiC substrates by employing a conducting AIGaN:Si buffer layer provides the advantages of the reduction of sidewall damage from plasma etching and lower forward resistance due to the reduction of current crowding at the bottom n -type layer. The AlGaN:Si nucleation layer was proven to provide excellent electrical properties while also acting as a good buffer role for subsequent GaN growth. The reverse breakdown voltage for a relatively thin 2.5 μm-thick i -region was found to be over -400V.
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Mages, Phillip. "III-V to Si wafer fusion for the fused Si/InGaAs avalanche photodiode /." Diss., Connect to a 24 p. preview or request complete full text in PDF format. Access restricted to UC campuses, 2003. http://wwwlib.umi.com/cr/ucsd/fullcit?p3090440.
Full text
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Egner, Joanna C., Michael Groza, Arnold Burger, Keivan G. Stassun, Vladimir Buliga, Liviu Matei, Julia G. Bodnarik, Ashley C. Stowe, and Thomas H. Prettyman. "Integration of a (6)LilnSe(2) thermal neutron detector into a CubeSat instrument." SPIE-SOC PHOTO-OPTICAL INSTRUMENTATION ENGINEERS, 2016. http://hdl.handle.net/10150/624360.
Full textAbstract:
We present a preliminary design for a neutron detection system that is compact, lightweight, and low power consuming, utilizing the CubeSat platform making it suitable for space-based applications. This is made possible using the scintillating crystal lithium indium diselenide ((LiInSe2)-Li-6), the first crystal to include Li-6 in the crystalline structure, and a silicon avalanche photodiode. The schematics of this instrument are presented as well as the response of the instrument to initial testing under alpha radiation. A principal aim of this work is to demonstrate the feasibility of such a neutron detection system within a CubeSat platform. The entire end-to-end system presented here is 10 x 10 x 15 cm(3), weighs 670 g, and requires 5 V direct current at 3 W. (C) 2016 Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE)
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Zhang, Yun. "Fabrication and characterization of GaN visible-blind ultraviolet avalanche photodiodes." Thesis, Atlanta, Ga. : Georgia Institute of Technology, 2009. http://hdl.handle.net/1853/29604.
Full textAbstract:
Thesis (M. S.)--Electrical and Computer Engineering, Georgia Institute of Technology, 2009.Committee Chair: Shen, Shyh-Chiang; Committee Member: Doolittle, William A.; Committee Member: Dupuis, Russell Dean. Part of the SMARTech Electronic Thesis and Dissertation Collection.
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Scarberry, Thomas T. "Improved velocity data in circular jets using an avalanche photodiode-based 2-component point Doppler velocimeter." Morgantown, W. Va. : [West Virginia University Libraries], 2001. http://etd.wvu.edu/templates/showETD.cfm?recnum=2187.
Full textAbstract:
Thesis (M.S.)--West Virginia University, 2001.Title from document title page. Document formatted into pages; contains viii, 80 p. : ill. (some col.). Includes abstract. Includes bibliographical references (p. 47-51).
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Zhang, Yun. "Development of III-nitride bipolar devices: avalanche photodiodes, laser diodes, and double-heterojunction bipolar transistors." Diss., Georgia Institute of Technology, 2011. http://hdl.handle.net/1853/42703.
Full textAbstract:
This dissertation describes the development of III-nitride (III-N) bipolar devices for optoelectronic and electronic applications. Research mainly involves device design, fabrication process development, and device characterization for Geiger-mode gallium nitride (GaN) deep-UV (DUV) p-i-n avalanche photodiodes (APDs), indium gallium nitride (InGaN)/GaN-based violet/blue laser diodes (LDs), and GaN/InGaN-based npn radio-frequency (RF) double-heterojunction bipolar transistors (DHBTs). All the epitaxial materials of these devices were grown in the Advanced Materials and Devices Group (AMDG) led by Prof. Russell D. Dupuis at the Georgia Institute of Technology using the metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) technique.
Geiger-mode GaN p-i-n APDs have important applications in DUV and UV single-photon detections. In the fabrication of GaN p-i-n APDs, the major technical challenge is the sidewall leakage current. To address this issue, two surface leakage reduction schemes have been developed: a wet-etching surface treatment technique to recover the dry-etching-induced surface damage, and a ledged structure to form a surface depletion layer to partially passivate the sidewall. The first Geiger-mode DUV GaN p-i-n APD on a free-standing (FS) c-plane GaN substrate has been demonstrated.
InGaN/GaN-based violet/blue/green LDs are the coherent light sources for high-density optical storage systems and the next-generation full-color LD display systems. The design of InGaN/GaN LDs has several challenges, such as the quantum-confined stark effect (QCSE), the efficiency droop issue, and the optical confinement design optimization. In this dissertation, a step-graded electron-blocking layer (EBL) is studied to address the efficiency droop issue. Enhanced internal quantum efficiency (ɳi) has been observed on 420-nm InGaN/GaN-based LDs. Moreover, an InGaN waveguide design is implemented, and the continuous-wave (CW)-mode operation on 460-nm InGaN/GaN-based LDs is achieved at room temperature (RT).
III-N HBTs are promising devices for the next-generation RF and power electronics because of their advantages of high breakdown voltages, high power handling capability, and high-temperature and harsh-environment operation stability. One of the major technical challenges to fabricate high-performance RF III-N HBTs is to suppress the base surface recombination current on the extrinsic base region. The wet-etching surface treatment has also been employed to lower the surface recombination current. As a result, a record small-signal current gain (hfe) > 100 is achieved on GaN/InGaN-based npn DHBTs on sapphire substrates. A cut-off frequency (fT) > 5.3 GHz and a maximum oscillation frequency (fmax) > 1.3 GHz are also demonstrated for the first time. Furthermore, A FS c-plane GaN substrate with low epitaxial defect density and good thermal dissipation ability is used for reduced base bulk recombination current. The hfe > 115, collector current density (JC) > 141 kA/cm², and power density > 3.05 MW/cm² are achieved at RT, which are all the highest values reported ever on III-N HBTs.
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Kayaian, Jean. "Conception et développement d'un luminomètre portable ultrasensible pour la détection de la bioluminescence." Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20218.
Full textAbstract:
Le développement d'un produit portable et performant, tout en limitant les coûts, répond à la croissance du marché de la détection biologique par la méthode de la biochimiluminescence. Cet outil de diagnostic d'hygiène et de qualité en temps réel in situ permet une meilleure sécurité, gestion des risques, traçabilité et surveillance des risques. Cet outil trouvera son application dans les domaines agroalimentaires, médicaux, pharmaceutiques, cosmétologiques, environnementaux (eau, air, surfaces), le tertiaire ou les collectivités. Les intérêts sont industriels, écologiques et économiques, et reflètent le désir de proposer un produit novateur et compétitif sur un marché en plein essor. En effet, la détection de certains contaminants est devenue une priorité dans la gestion des risques microbiologiques. La plupart des méthodes de diagnostic actuelles sont lentes, coûteuses, complexes, et limitées dans leur mise en uvre et leurs résultats. Le diagnostic étant essentiel dans tous les secteurs d'activité, il est impératif d'apporter des solutions alternati ves de détection et de quantification des germes pathogènes ou autre toxiques, par la conception de nouveaux outils d'analyse sur le terrain, en temps réel, avec une rapidité et une sensibilité élevées. Ceci passe par une étude fine des phénomènes de biochimiluminescence (BCL) et par la recherche des différents composants optoélectronique capables de détecter les faibles puissances lumineuses émises. Le projet de conception d'un luminomètre de terrain à base de photodiodes PIN ou avalanche, ou de photomultiplicateurs répond aux besoins de la détection et de la mesure de la puissance lumineuse rayonnée par des réactions spécifique ou non de biochimiluminescence. L'élaboration d'un appareil de mesure portable destiné à la quantification in situ de biomasse ou molécules à l'état de traces est nécessaire à l'exploitation des réactifs. En effet, les appareils existants fournissent une information en RLU (Relative Light Unit, unité arbitraire qui né cessite une comparaison à un étalon connu) et ne donnent pas une information quantifiée directe sur la concentration de l'élément recherché dans l'échantillon testé. Ils ne permettent donc pas d'optimiser la biochimiluminescence sur le terrain. L'objectif de ce travail est de mettre au point une alternative plus performante que les systèmes de détection actuels et qui soit moins onéreuseThe development of a portable and efficient device, while reducing costs, meets the growing market for biological detection by the method of biochimiluminescence. This diagnostic tool of hygiene and quality in real time in situ allows for better security, risk management, traceability and risk monitoring.This tool will find application in the areas food, medical, pharmaceutical, cosmetic, environmental (water, air and surfaces), the tertiary or communities. Interests are industrial, environmental and economic, and reflect the desire to offer an innovative and competitive device in a booming market.Indeed, the detection of contaminants has become a priority in the management of microbiological hazards. Most current diagnostic methods are slow, costly, complex and limited in their implementation and their results.The diagnosis is essential in all industries, it is imperative to provide alternative solutions for the detection and quantification of pathogens or other toxic by the conception of new analytical tools in situ in real time with speed and high sensitivity. This requires a detailed study of biochimiluminescence (BCL) phenomena and the search for various optoelectronic components capable of detecting low power emitted light.The projet for the conception of a field-luminometer based on avalanche photodiodes, or PIN, or photomultiplier responds to the needs of detecting and measuring the light power radiated by reactions biochimiluminescence specific or not. The development of a portable measuring device for in situ quantification of biomass or molecules trace is necessary for the operation of the reactants.Indeed, existing devices provide information in RLU (Relative Light Units, arbitrary units implying a comparison to a known standard) and do not give a direct quantified information on the concentration of the desired item in the test sample. So, they do not optimize biochimiluminescence field. The objective of this work is to develop an alternative more efficient than current detection systems and is less expensive
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Faure, Benoit. "MODELISATION ET OPTIMISATION DES PHOTODIODES A AVALANCHE ET HETEROJONCTION InP/InGaAs." Toulouse, INSA, 1986. http://www.theses.fr/1986ISAT0003.
Full textAbstract:
Principaux phenomenes physiques dans la photodiode a avalance inp/ingaas. Conception du recepteur par l'etude du systeme de transmission par fibre optique. Modelisation et optimisation des photodiodes
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NICHETTI, CAMILLA. "Development of avalanche photodiodes with engineered band gap based upon III-V semiconductors." Doctoral thesis, Università degli Studi di Trieste, 2021. http://hdl.handle.net/11368/2982139.
Full textAbstract:
This thesis is striving in the development and performance assessment
of GaAs/AlGaAs avalanche photodiodes (APDs) with separated
absorption and multiplication regions, which complement existing
silicon detectors providing higher efficiency for X-ray detection. During
the course of this thesis several APDs were fabricated utilizing
molecular beam epitaxy and lithography and subsequently have been
thoroughly characterized. This thesis is subdivided into six chapters.
It sets in with a general description of APD structures and their functionalities
prescinding the advantages of the developed APDs, which
are fabricated on mesas with a diameter of 200μm and consists of
an absorption and multiplication region separated by a thin p-doped
layer of carbon. In particular the benefits on impact ionization and
charge multiplication when using a superlattice of some (6, 12, 24)
nanometric layers of GaAs/AlGaAs hetero-junctions are described,
which enhances the charge amplification of electrons while reducing
the multiplication of holes thus lowering the overall detector noise.
The second chapter deals with device simulation and points out the
limitations of the established local model to describe impact ionization
in thick multiplication regions. In order to simulate APDs with narrow
intrinsic areas a new and improved nonlocal history-dependent model
for gain and noise based on the energy balance equation has been
developed and is thoroughly described at the end of this chapter. The
materials and method section provides in the third chapter a comprehensive
description of the techniques and machinery employed during
the device manufacturing, while in the fourth chapter the experimental
setups, which were involved to test the devices are outlined. Both, the
used readout and acquisition electronics and the light/particle sources
are thoroughly described. In chapter 5 the different measurements
and associated datamining are presented and discussed. In particular
the role of different doping levels in the p-doped layers has been
deeply investigated revealing that a planar doping with the maximum
effective acceptor density is favored as it maximized the potential drop
in the multiplication region thus enhancing the impact ionization. Furthermore,
measurements and associated results of the time resolution
of the APDs utilizing visible table-top lasers and X-rays are described
in this section, revealing a rise time of 80 ps for the 24-step device.
A study of the noise versus gain behavior is present as well and is
compared to the results of the simulation. Moreover, utilizing a charge
sensitive amplifier both the spectroscopic capabilities and the charge
collection efficiency of the APDs could be determined by means of a
pulsed table-top laser and an Americium source. The thesis finishes
with the conclusions in chapter 6.
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Pellion, Denis. "Modélisation, fabrication et évaluation des photodiodes à avalanche polarisées en mode Geiger pour la détection du photon unique dans les applications Astrophysiques." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00358847.
Full textAbstract:
La genèse des travaux présentés dans ce mémoire se situe dans le domaine de l'astrophysique des très hautes énergies. Il y a un siècle les scientifiques de la planète ont identifié un nouveau type de messagers venant de l'espace : les rayons cosmiques. Ce rayonnement est constitué de particules (photons et autres) de très haute énergie qui bombardent la terre en permanence. Le passage de rayonnements cosmiques dans l'atmosphère terrestre se traduit par la génération de brefs éclairs lumineux (5ns) d'une intensité très faible (1pW) : le flash Tcherenkov, devenant alors visible du sol.Dans l'état de l'art le meilleur détecteur de lumière est aujourd'hui le Photomultiplicateur (PMT), grâce à ses caractéristiques de sensibilité et de vitesse. Mais il présente quelques inconvénients : faible efficacité quantique, coût, poids etc. Nous présentons dans cette thèse une nouvelle technologie alternative : les compteurs de photons sur semi-conducteur, constitués de photodiodes polarisées en mode Geiger.
Ce mode de fonctionnement permet d'obtenir un effet de multiplication au moins identique à celui des PMT. Un modèle physique et électrique a été développé pour reproduire le comportement de ce détecteur.
Nous présentons ensuite dans ce travail de thèse un procédé technologique original permettant la réalisation de ces dispositifs dans la centrale de technologie du LAAS-CNRS, avec la simulation de chaque opération du processus.
Nous avons mis au point une fiche pour la caractérisation électrique des dispositifs, du mode statique au mode dynamique, et vérifié la conformité aux simulations SILVACO, et au modèle initial. Les résultats obtenus sont déjà excellents, compte tenu qu'il s'agit d'une première étape de prototypage, et comparables avec les résultats publiés dans la littérature.
Ces composants sur silicium peuvent intervenir dans toutes les applications où il y a un photomultiplicateur, et le remplacer. Les applications sont donc très vastes et la croissance du marché très rapide. Nous présentons une première expérience d'astrophysique installée au Pic du Midi qui a détecté des flashs Tcherenkov de rayons cosmiques avec cette nouvelle technologie à semi-conducteur.
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Reboli, Anne. "Utilisation de nouveaux détecteurs et de nouvelles molécules scintillantes associées pour la mesure des émetteurs alpha par scintallation liquide alpha." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112236.
Full textAbstract:
LA SCINTILLATION LIQUIDE ALPHA EST UNE TECHNIQUE ANALYTIQUE PERMETTANT DE DETECTER DE TRES FAIBLES CONCENTRATIONS D'EMETTEURS ALPHA DE MANIERE SIMPLE ET RAPIDE. CEPENDANT CETTE TECHNIQUE EST LIMITEE PAR SA MODESTE RESOLUTION RELATIVE EN ENERGIE (LARGEUR A MI-HAUTEUR D'UN PIC EXPRIME EN keV RAPPORTEE A L'ENERGIE DU PIC, EN keV): DE 5 A 7% COMPAREE A CELLE DES DETECTEURS AU SILICIUM QUI PEUT ATTEINDRE 0,2%. L'AMELIORATION DE LA RESOLUTION EST DONC UN ENJEU MAJEUR POUR CETTE TECHNIQUE. CECI PASSE PAR LE TEST DE PHOTODETECTEURS MIEUX ADAPTES QUE LES TUBES PHOTOMULTIPLICATEURS UTILISES ACTUELLEMENT ET PAR L'ETUDE DE MELANGES SCINTILLANTS PLUS EFFICACES. DANS CE BUT, UN NOUVEAU DISPOSITIF UTILISANT UNE PHOTODIODE A AVALANCHE (PDA) A ETE MIS AU POINT. IL EST COMPOSE D'UNE CUVE DE 10 mm DE DIAMETRE ET DE 5 mm D'EPAISSEUR CONTENANT LE LIQUIDE SCINTILLANT ACCOLEE PAR L'INTERMEDIAIRE D'UN FLUIDE D'INDICE DE REFRACTION PROCHE DE 1,5 A LA PHOTODIODE A AVALANCHE D'UN DIAMETRE DE 16 mm. LES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU DETECTEUR, LA TEMPERATURE ET LA COMPOSITION DU LIQUIDE SCINTILLANT ONT ETE OPTIMISES AFIN D'AMELIORER LA RESOLUTION EN ENERGIE: 200 keV FWHM POUR LE THORIUM 232 (4010 keV) ET 260 keV FWHM POUR LE POLONIUM 216 (6785 keV). NOS RESULTATS MONTRENT QUE L'AMELIORATION DE LA RESOLUTION EST DUE A UNE MEILLEURE UNIFORMITE DE LA SURFACE PHOTOSENSIBLE ET NON PAS A L'AUGMENTATION DE L'EFFICACITE QUANTIQUE DU DETECTEUR. D'AUTRES AMELIORATIONS SONT RENDUES POSSIBLES PAR L'UTILISATION DE MOLECULES SCINTILLANTES PLUS EFFICACES ET FLUORESCANT A DES LONGUEURS D'ONDE OU LA SENSIBILITE DES PDA EST PLUS GRANDE (ENTRE 450 ET 550 nm)ALPHA EMITTERS ANALYSIS USING LIQUID SCINTILLATION SPECTROSCOPY IS OFTEN USED WHEN SENSITIVITY AND FAST SAMPLES PREPARATION ARE THE IMPORTANT POINTS. A MORE EXTENSIVE USE OF THIS TECHNIQUE IS UNTIL NOW LIMITED BY ITS POOR RESOLUTION COMPARED TO ALPHA PARTICLE SPECTROSCOPY WITH SEMICONDUCTOR DETECTORS. TO IMPROVE THE RESOLUTION AND THUS PROMOTE THIS METHOD FOR THE MEASUREMENT OF ACTINIDES IN ENVIRONMENT, WE HAVE TESTED SILICON AVALANCHE PHOTODIODES (APD) AS NEW DETECTORS FOR SCINTILLATION PHOTONS. THE SET-UP CONSISTS OF A LARGE AREA AVALANCHE PHOTODIODE (16 mm DIAMETER) COUPLED TO A THIN VIAL CONTAINING ALPHA-EMITTERS WITHIN A LIQUID SCINTILLATION COCKTAIL. AFTER OPTIMIZATION OF SEVERAL PARAMETERS LIKE BIAS VOLTAGE, TEMPERATURE, COUNTING GEOMETRY AND COMPOSITION OF THE SCINTILLATING COCKTAIL, ENERGY RESOLUTIONS HAVE BEEN FOUND TO BE BETTER THAN THOSE OBTAINED WITH STANDARD PHOTOMULTIPLIER TUBES (PMT): 5% (200 keV FWHM) FOR THORIUM 232 AND 4. 2% (240 keV FWHM) FOR PLUTONIUM 236. OUR RESULTS SHOW THAT THE IMPROVEMENT IS DUE TO LESS FLUCTUATION ASSOCIATED WITH LIGHT COLLECTION SINCE THE SPATIAL RESPONSE OF APDS IS MORE UNIFORM THAN THAT OF PMTS. THE EXPECTED GAIN ON QUANTUM EFFICIENCY (80% FOR APDS INSTEAD OF 25% FOR PMTS) IS NULLIFIED BY A CORRESPONDING INCREASE ON ELECTRONIC NOISE AND EXCESS NOISE FACTOR. SIGNIFICANT BETTER RESULTS ARE FORESEEN BY USING GREEN SCINTILLATORS (450-550 nm WAVELENGTHS REGION) WITH LARGER STOKES-SHIFT AND BLUE-ENHANCED APDS WHICH REACHE THEIR MAXIMUM QUANTUM EFFICIENCY IN THIS REGION
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Ghose, Abhijit. "Pulsed measurement based nonlinear characterization of avalanche photodiode for the time error correction of 3D pulsed laser radar." Kassel Kassel Univ. Press, 2005. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?id=2709432&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm.
Full text
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Kirkby, David Robert. "A picosecond optoelectronic cross correlator using a gain modulated avalanche photodiode for measuring the impulse response of tissue." Thesis, University College London (University of London), 1999. http://discovery.ucl.ac.uk/1456753/.
Full textAbstract:
Human tissue is relatively transparent to light between 700 and 1000 nm in the near infrared (NIR). NIR spectroscopy is a technique that can measure non-invasively and safely, the optical properties of tissue. Several different types of spectroscopic instrumentation have currently been developed, ranging from simple continuous intensity systems, through to complex time and frequency resolved techniques. This thesis describes the development of a near infra-red time-resolved system, using an inexpensive avalanche photodiode (APD) detector and a microwave step recovery diode (SRD) in a novel way to implement a totally electronic crosscorrelator, with no moving parts. The aim of the work was to develop a simple instrument to monitor scattering changes in tissue during laser induced thermal therapy. The APD was gain-modulated by rapidly varying the bias voltage using electrical pulses generated by the SRD (120 ps full width half maximum (FWHM) and 8 V in amplitude). The resulting cross-correlator had a temporal resolution of 275 ps FWHM - significantly faster than the 750 ps FWHM of the APD when operating with a conventional fixed bias voltage. Spurious responses caused by the SRD were observed, which were removed by the addition of Schottky diodes on the SRD’s output, although this slightly degraded the system temporal resolution from 275 to 380 ps FWHM. The ability of the system to monitor scattering changes was tested using an IntralipidTM phantom containing infra-red absorbing dye. An 800 nm fibre coupled mode-locked (2 ps pulse width) laser source was used with the cross-correlator measuring the temporal point spread function (TPSF) at 5 to 30 mm away from the source fibre. Five different numerical algorithms to derive the scattering coefficient from the measured TPSF were compared. The optimum choice of algorithm was found to depend on whether absolute accuracy or minimum computation time is the most important consideration.
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Aristin, Pascale. "Fabrication et caractérisation de photodiodes à avalanche à puits quantiques multiples GaAs." Toulouse, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAT0029.
Full textAbstract:
Les photodiodes a avalanche a puits quantiques multiples gaas/al(x)ga(1-x)as sont etudiees pour la photodetection avec un bruit faible dans le domaine des longueurs d'onde du visible. Les procedures de fabrication ont ete developpees pour obtenir des composants integres et fiables. La caracterisation des photodiodes est basee sur une analyse auto-coherente des caracteristiques courant-tension, capacite-tension et des courbes de bruit de fond. Des resultats sont presentes pour les photodiodes a puits quantiques multiples gaas/al(x)ga(1-x)as non dopes ayant differentes geometries et differentes concentrations en aluminium, et pour les photodiodes a puits quantiques multiples et a barriere dopee ayant differents niveaux de dopage. Les coefficients d'ionisation, le gain en courant, le bruit de multiplication et le courant d'obscurite dependent de la geometrie de la structure et de la concentration en aluminium. Si la structure est dopee, le bruit de multiplication est considerablement reduit car les collisions ionisantes sont predominantes pour un seul type de porteurs seulement
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Moutaye, Emmanuel. "Intégration de mélangeurs optoélectroniques en technologie CMOS pour la télémétrie laser embarquée haute résolution." Thesis, Toulouse, INPT, 2010. http://www.theses.fr/2010INPT0134/document.
Full textAbstract:
La mesure de distance et la détection d'objets sont devenues essentielles dans de nombreux domaines tels que l'automobile ou la robotique, les applications médicales, les procédés industriels et agricoles, les systèmes de surveillance et de sécurité, etc. Dans le but d'améliorer les performances des dispositifs de télémétrie laser en terme de bruit et de diaphonie, une technique hétérodyne par mélange optoélectronique doit être utilisée. Par ailleurs, l'aspect système embarqué nécessite une réduction de l'encombrement et de la consommation à performances égales. L'intégration de mélangeurs optoélectroniques en technologie CMOS apporte donc une solution optimale à cette approche grâce à ses multiples avantages (intégration du circuit d'instrumentation sur la même puce, modèles bien connus, coût raisonnable, performances élevées,…). Ainsi cette thèse traitera de l'étude de mélangeurs optoélectroniques en technologie CMOS pour la télémétrie embarquée haute résolution. Le premier chapitre de ce manuscrit présente les diverses technique de mesure de distance par télémétrie laser par et justifie le choix de la télémétrie laser par déphasage ainsi que le gain en performances lié à l'hétérodynage. Le second chapitre décrit les mélangeurs électriques et optoélectroniques ainsi que les propriétés nécessaires à leur réalisation. Quelques photodétecteurs y sont présentés au vu de la possibilité de les utiliser en mélangeurs optoélectroniques et d'une intégration potentielle en technologie CMOS. Les principales contraintes liées à l'intégration en technologie CMOS de photocapteurs utilisables en mélangeurs optoélectroniques, sont exposés dans la troisième partie. Les travaux de conception et d'optimisation des structures ainsi que les phases de simulations et de test y sont détaillés. Enfin, pour valider expérimentalement les études précédentes, le dernier chapitre présente la conception d'une chaîne de mesure multivoies pour une tête de photoréception CMOS matricée pour un télémètre laser embarqué haute résolutionDistance measurement and object detection has become essential in many fields such as automotive and robotics, medical applications, industrial processes and farming systems, surveillance and security, etc.. In order to improve the performance of laser ranging devices in terms of noise and crosstalk, an optoelectronic heterodyne technique of mixing should be used. Moreover, the aspect of embedded system requires a reduction in the size and power consumption for the same performance. The integration of optoelectronic mixers in CMOS technology will provide an optimal solution to this approach through its many advantages (integrated instrumentation circuit on the same chip, well-known models, reasonable cost, high performance, ...). Thus this thesis will focus on the study of optoelectronic mixers in CMOS technology for high resolution, embedded laser range finding systems. The first chapter of this thesis discusses the various technique of distance measurement by laser ranging and justifies the choice of phase shift technique and the gain in performance related to heterodyning. The second chapter describes the electrical and optoelectronic mixers and the properties needed to develop them. Some photodetectors are presented given the opportunity to use optoelectronic mixers and a potential integration with CMOS technology. The main constraints to the integration of CMOS photosensors used in optoelectronic mixers are set out in Part III. The work of design and optimization of structures and phases of simulations and testing are detailed. Finally, to experimentally confirm the earlier studies, the final chapter presents the design of a measuring head for a multichannel photoreceptor CMOS for a high resolution laser range finder
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Ramirez, Julian David Rodriguez. "Desempenho de dispositivos fotodetectores com multiplicação de elétrons por avalanche." Universidade de São Paulo, 2010. http://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/3/3140/tde-29112016-134743/.
Full textAbstract:
Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos no desenvolvimento de um sistema especificado para realizar testes na caracterização de dispositivos fotodetectores como fotodiodos de avalanche. O sistema de ensaios elaborado pretende auxiliar com na caracterização da fotodetecção em dispositivos de acoplamento de cargas com multiplicação de elétrons (EMCCD). O objetivo deste trabalho é avaliar o desempenho dos dispositivos fotodetectores para caracterizar os parâmetros mais significativos no processo da transdução óptica de modo a colaborar no projeto da eletrônica embarcada de controle e leitura da informação contida no EMCCD. A tecnologia da multiplicação dos elétrons em dispositivos CCD e diodos de avalanche têm aplicações importantes na vigilância de ambiente de luminosidade reduzida, astronomia, além de outras aplicações de imagens científicas incluindo as de baixo nível de bioluminescência para identificação de drogas e aplicações da engenharia genética. Para efeito de avaliação do desempenho do sistema fotodetector foi necessário desenvolver uma infra-estrutura para ter controle adequado da temperatura de operação do EMCCD. Foram nomeadas as opções com uma montagem de resfriamento com células Peltier e uma opção por criogenia resfriada com nitrogênio líquido. Os resultados obtidos são úteis na detecção de sinais luminosos ultrafracos minimizando o ruído do detector na aquisição de imagens com o auxilio da instrumentação de um filtro óptico sintonizável que será integrado no telescópio SOAR de 4 metros, instalado no Chile, para observações melhoradas com óptica adaptativa.This work presents the results obtained in the development of a system specified to perform tests in the characterization of photo-detectors devices such as avalanche photodiodes. The test system is prepared to contribute to the characterization of the photo-detection in charge-coupled devices with electron multiplication (EMCCD). The objective of this study is to evaluate the performance of photo-detectors devices to characterize the most significant parameters in the optic transduction in order to collaborate in the project of an embedded electronic system for controlling and reading the information contained with the EMCCD. The technology of the electron multiplication in CCD devices and avalanche diodes has important applications in monitoring the environment of low light, astronomy and other scientific imaging applications including the low level of bioluminescence for the identification of drugs and applications of genetic engineering. For purposes of assessing the performance of the photo-detector it was necessary to develop an infrastructure to have proper control of the operating temperature of the EMCCD. Options were named with a montage of Peltier cell cooling and a choice of cryogenically cooled with liquid nitrogen. The results are useful in the detection of ultra weak light signals while minimizing detector noise during the acquisition of images from instrument comprising an optical tunable filter, that will be integrated into SOAR 4 meters telescope, installed in Chile, for observations improved with adaptive optics.
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Ghose, Abhijit [Verfasser]. "Pulsed measurement based nonlinear characterization of avalanche photodiode for the time error correction of 3D pulsed laser radar / Abhijit Ghose." Kassel : Kassel Univ. Press, 2005. http://d-nb.info/982014481/34.
Full text
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Vilella, Figueras Eva. "Feasibility of Geiger-mode avalanche photodiodes in CMOS standard technologies for tracker detectors." Doctoral thesis, Universitat de Barcelona, 2013. http://hdl.handle.net/10803/131100.
Full textAbstract:
The next generation of particle colliders will be characterized by linear lepton colliders, where the collisions between electrons and positrons will allow to study in great detail the new particle discovered at CERN in 2012 (presumably the Higgs boson). At present time, there are two alternative projects underway, namely the ILC (International Linear Collider) and CLIC (Compact LInear Collider). From the detector point of view, the physics aims at these particle colliders impose such extreme requirements, that there is no sensor technology available in the market that can fulfill all of them. As a result, several new detector systems are being developed in parallel with the accelerator.
This thesis presents the development of a GAPD (Geiger-mode Avalanche PhotoDiode) pixel detector aimed mostly at particle tracking at future linear colliders. GAPDs offer outstanding qualities to meet the challenging requirements of ILC and CLIC, such as an extraordinary high sensitivity, virtually infinite gain and ultra-fast response time, apart from compatibility with standard CMOS technologies. In particular, GAPD detectors enable the direct conversion of a single particle event onto a CMOS digital pulse in the sub-nanosecond time scale without the utilization of either preamplifiers or pulse shapers. As a result, GAPDs can be read out after each single bunch crossing, a unique quality that none of its competitors can offer at the moment. In spite of all these advantages, GAPD detectors suffer from two main problems. On the one side, there exist noise phenomena inherent to the sensor, which induce noise pulses that cannot be distinguished from real particle events and also worsen the detector occupancy to unacceptable levels. On the other side, the fill-factor is too low and gives rise to a reduced detection efficiency.
Solutions to the two problems commented that are compliant with the severe specifications of the next generation of particle colliders have been thoroughly investigated. The design and characterization of several single pixels and small arrays that incorporate some elements to reduce the intrinsic noise generated by the sensor are presented. The sensors and the readout circuits have been monolithically integrated in a conventional HV-CMOS 0.35 μm process. Concerning the readout circuits, both voltage-mode and current-mode options have been considered. Moreover, the time-gated operation has also been explored as an alternative to reduce the detected sensor noise. The design and thorough characterization of a prototype GAPD array, also monolithically integrated in a conventional 0.35 μm HV-CMOS process, is presented in the thesis as well. The detector consists of 10 rows x 43 columns of pixels, with a total sensitive area of 1 mm x 1 mm. The array is operated in a time-gated mode and read out sequentially by rows. The efficiency of the proposed technique to reduce the detected noise is shown with a wide variety of measurements. Further improved results are obtained with the
reduction of the working temperature. Finally, the suitability of the proposed detector array for particle detection is shown with the results of a beam-test campaign conducted at CERN-SPS (European Organization for Nuclear Research-Super Proton Synchrotron). Apart from that, a series of additional approaches to improve the performance of the GAPD technology are proposed. The benefits of integrating a GAPD pixel array in a 3D process in terms of overcoming the fill-factor limitation are examined first. The design of a GAPD detector in the Global Foundries 130 nm/Tezzaron 3D process is also presented. Moreover, the possibility to obtain better results in light detection applications by means of the time-gated operation or correction techniques is analyzed too.Aquesta tesi presenta el desenvolupament d’un detector de píxels de GAPDs (Geiger-mode Avalanche PhotoDiodes) dedicat principalment a rastrejar partícules en futurs col•lisionadors lineals. Els GAPDs ofereixen unes qualitats extraordinàries per satisfer els requisits extremadament exigents d’ILC (International Linear Collider) i CLIC (Compact LInear Collider), els dos projectes per la propera generació de col•lisionadors que s’han proposat fins a dia d’avui. Entre aquestes qualitats es troben una sensibilitat extremadament elevada, un guany virtualment infinit i una resposta molt ràpida, a part de ser compatibles amb les tecnologies CMOS estàndard. En concret, els detectors de GAPDs fan possible la conversió directa d’un esdeveniment generat per una sola partícula en un senyal CMOS digital amb un temps inferior al nanosegon. Com a resultat d’aquest fet, els GAPDs poden ser llegits després de cada bunch crossing (la col•lisió de les partícules), una qualitat única que cap dels seus competidors pot oferir en el moment actual. Malgrat tots aquests avantatges, els detectors de GAPDs pateixen dos grans problemes. D’una banda, existeixen fenòmens de soroll inherents al sensor, els quals indueixen polsos de soroll que no poden ser distingits dels esdeveniments reals generats per partícules i que a més empitjoren l’ocupació del detector a nivells inacceptables. D’altra banda, el fill-factor (és a dir, l’àrea sensible respecte l’àrea total) és molt baix i redueix l’eficiència detectora. En aquesta tesi s’han investigat solucions als dos problemes comentats i que a més compleixen amb les especificacions altament severes dels futurs col•lisionadors lineals. El detector de píxels de GAPDs, el qual ha estat monolíticament integrat en un procés HV-CMOS estàndard de 0.35 μm, incorpora circuits de lectura en mode voltatge que permeten operar el sensor en l’anomenat mode time-gated per tal de reduir el soroll detectat. L’eficiència de la tècnica proposada queda demostrada amb la gran varietat d’experiments que s’han dut a terme. Els resultats del beam-test dut a terme al CERN indiquen la capacitat del detector de píxels de GAPDs per detectar partícules altament energètiques. A banda d’això, també s’han estudiat els beneficis d’integrar un detector de píxels de GAPDs en un procés 3D per tal d’incrementar el fill-factor. L’anàlisi realitzat conclou que es poden assolir fill-factors superiors al 90%.
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Lee, Hong-Wei. "Solid-State Impact-Ionization Multiplier." BYU ScholarsArchive, 2006. https://scholarsarchive.byu.edu/etd/1080.
Full textAbstract:
This dissertation presents an innovative solid-state current amplifier based on impact-ionization. Unlike avalanche photodetectors which use the same amplification principle, this device can be integrated with any external current source. A discrete amplifier was built on a silicon surface using standard CMOS fabrication processes including lithography, oxidation, ion implantation, diffusion, chemical wet etching, metal deposition, annealing, and rapid thermal processing. Testing was performed by connecting the device to a silicon photodiode, indium-gallium-arsenide photodiodes, and a function generator to demonstrate its compatibility with arbitrary current sources. Current gains above 100 along with pre-amplified leakage currents of less than 10 nA were measured. This amplifier can also be cascaded to achieve very high gains similar to the photomultiplier tube but with much smaller size and no vacuum environment required. Testing was done by amplifying the output signal from an external silicon photodiode. Current gains over 600 were measured when two amplifying devices were cascaded. Additionally, the gain saturation phenomenon of the amplifier due to the space-charge effect is investigated. The measured gain saturation is observed to match very well with the theoretical based predictions. We also present a design rule for obtaining high current gain from the cascaded structure without experiencing gain saturation. Initial bandwidth of the SIM when connected to a silicon photodiode was measured to be about 300 kHz. As we replace the photodiode by a function generator, the bandwidth improved to 450 kHz which is the frequency limit of the system. These results were made on the first generation of SIM devices. We discovered that the space-charge resistance Rsc plays a significant role in determining frequency response. In future generations of the device, we can begin with optimizing the device geometry to reduce this resistance. Also, we can reduce the size of the metal pad and increase the oxide layer thickness to further minimize the device capacitance for faster response. Because of the low-noise gain mechanism employed, this device is of potential interest to a variety of fields requiring high-sensitivity optical or electronic detection.
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Rhéaume, Vincent-Philippe. "Circuits d'instrumentation intégrés pour caractérisation de diodes monophotoniques à avalanche en technologie CMOS haute tension 0,8 μm." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2015. http://hdl.handle.net/11143/8141.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le contexte du Groupe de Recherche en Appareillage Médical de Sherbrooke (le GRAMS), qui cherche à développer des capteurs de photons plus sensibles et plus performants, destinés à être utilisés pour détecter des photons provenant de cristaux scintillateurs notamment utilisés en tomographie d'émission par positrons.
L'objectif principal du travail accompli est de faciliter la caractérisation de diodes monophotoniques à avalanche (single-photon avalanche diodes, SPAD) développées sur une technologie CMOS. Cette caractérisation couvre ce qui a trait à l'efficacité de photodétection, la résolution temporelle, les fausses détections, le redéclenchement intempestif, et la diaphonie.
Un objectif optionnel est la mise au point d'un circuit réalisant la lecture d'une matrice de SPAD co-intégrée à l'aide d'un procédé d'empilement de circuits intégrés en 3D (3DIC).
Ce mémoire de maîtrise présente les circuits électroniques intégrés (sur procédé CMOS 0,8μm haut voltage) et imprimés faisant partie du système électronique mis sur pied pour répondre aux objectifs du projet.
Tel qu'il est démontré vers la fin du mémoire, le système a été utilisé pour caractériser des SPAD. Il a permis d'atteindre des performances dignes de l'état de l'art en circuits de contrôle de SPAD. Des améliorations au système sont proposées et seront implémentées sur des versions ultérieures.
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Dumas, Arnaud. "Apport des photodiodes à avalanche HgCdTe pour la télédétection du CO2 atmosphérique par lidar DIAL à 2 micromètres." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLX105/document.
Full textAbstract:
L’infrarouge proche (1.5-2μm) ou SWIR (Short Wavelength Infrared) est une région particulièrement adaptée à la mesure de gaz à effet de serre par lidar à absorption différen- tielle (DIAL). En effet, (i) cet intervalle spectral contient des raies d’absorption intenses pour les principaux gaz à effet de serre (CO2, CH4, H2O, etc.) (ii) le taux d’extinction lors de la propagation du faisceau laser y est faible (iii) c’est une région spectrale dite en sécurité oculaire. Bien qu’abordée avec les moyens existants (détection hétérodyne), la mesure DIAL dans le SWIR a longtemps souffert de l’absence de photo-détecteurs ultra-sensibles. Les développements récents (années 2000) portant sur les photodiodes à avalanche (APD) HgCdTe ont changé la donne. En effet, ces dernières présentent de remarquables qualités d’amplification car elles allient trois propriétés fondamentales : un faible excès de bruit, un très faible courant d’obscurité et des gains importants. De telles propriétés sont essentielles pour les applications reposant sur la détection de très faibles signaux et en particulier le lidar.Dans cette thèse, nous analysons les performances d’un détecteur monopixel (200 μm) à base d’APD HgCdTe (conçu sur mesure par le CEA-LETI) dans le cadre de mesures expérimentales de la concentration de CO2 atmosphérique par lidar DIAL. L’émetteur laser est également un prototype, précédemment développé au Laboratoire de Météoro- logie Dynamique. Il produit alternativement des impulsions de 10 mJ à deux fréquences contrôlées dans la plage 2050-2054nm, le tout à une fréquence de répétition de 2kHz. Grâce à l’association de ces deux technologies de pointe nous avons pu effectuer les pre- mières mesures DIAL utilisant la technologie HgCdTe APD.Les expériences menées nous ont permis de confirmer le remarquable niveau de per- formances en sensibilité attendu (75 photons de bruit par temps caractéristique d’une bande passante de 20 MHz) et soulignent le potentiel futur d’un tel capteur pour toutes les applications faible flux dans le SWIR. Concernant les mesures DIAL, nous avons ob- tenu expérimentalement une précision relative de 10-20 % sur la concentration en CO2 pour une mesure dans la couche limite avec une résolution de 100 m - 4 s sur une portée de 1.5km. Par ailleurs, l’analyse fine de la réponse impulsionnelle de la photodiode à avalanche révèle une dégradation notable du long term settling time lorsqu’on la pola- rise. Ce phénomène contraint la plage d’utilisation du capteur, ce que nous discutons en tenant ce comportement du détecteur dans une simulation lidarThe Short Wavelength Infrared (SWIR) region (1.5-2 μm) is well adapted for diffe- rential absorption lidar technique (DIAL) for several reasons : (i) it covers absorption bands with suitable intensity for the main greenhouse gases (CO2, CH4, H2O, etc.) (ii) the extinction due to particles is low (iii) it belongs to the eye safe domain. However, one main drawback has long been the lack of efficient photodetectors for such frequencies. A major enhancement occurred in the early 2000s when it was understood that HgCdTe avalanche photodiodes (APD) present close to unity excess noise factor on top of high gain and very low dark current. These features make this technology an almost ideal amplifier, especially useful for ultra low flux applications such as lidar.In this thesis, we analyze the performances of a custom large diameter (200μm) monopixel HgCdTe-APD based detector (designed at CEA-LETI) in the framework of atmospheric CO2 measurements with the DIAL technique. The laser emitter, a custom solid-state Ho :YLF laser developed at the Laboratoire de Météorologie Dynamique, is tunable in the 2050-2054nm range and produces 10 mJ pulses at a repetition rate of 2kHz. This emitter is associated to a detection chain adapted to the HgCdTe APD based detector to provide the first atmospheric DIAL measurements using the HgCdTe APD technology.Experiments confirmed the outstanding sensitivity of the detector (75 noise photons per characteristic time given a 20MHz bandwidth) and highlight the huge potential of this technology for any application relying on low light flux detection in SWIR. With the system previously mentioned, we reach an precision of 10-20 % on CO2 mixing ratio for a time-space resolution of 100 m and 4 s for measurements in the atmospheric boundary layer. Regarding the detector impulse response, we have shown evidence of a negative influence of reverse bias on the long term settling time of the APD. This phenomenon limits the dynamic range of useful signals and contraints the DIAL system. Thanks to numerical simulation taking into account this behaviour, we derive numerically expected biases on DIAL measurements
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Panglosse, Aymeric. "Modélisation pour la simulation et la prédiction des performances des photodiodes à avalanche en mode Geiger pour Lidars spatiaux." Thesis, Toulouse, ISAE, 2019. http://www.theses.fr/2019ESAE0046.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la modélisation pour la simulation et la prédiction desparamètres de performance des photodiodes à avalanche polarisée en mode Geiger en technologieCMOS, ou SPADs CMOS, pour Lidars spatiaux. Ce travail de thèse vise à développerune méthodologie basée sur : des modèles de la physique du semi-conducteur, des mesuresfournissant des informations sur le procédé technologique visé et des outils commerciaux desimulation. Ceci, dans le but de simuler les paramètres de performance des SPADs en serapprochant autant que possible de la réalité du procédé technologique afin d’améliorer lesprédictions. Des SPADs ont été conçues et caractérisées de manière à acquérir les paramètresde performances et les confronter aux résultats de simulation pour valider notre approche.De plus, la conception des SPADs s’est faite en regard des spécifications Lidar du CNESet d’Airbus Defence and Space en vue d’obtenir des structures permettant d’améliorer nosconnaissances en matière de : compréhension des mécanismes physiques, conception et méthodede caractérisation des SPADs CMOS. Ceci, dans l’intention d’étudier la possibilitéd’intégrer ces détecteurs dans leurs futurs systèmes Lidars spatiauxThis work focuses on modelling for simulation and prediction purposes ofCMOS SPADs performance parameters used in spaceborne Lidars. The innovative side ofthis work lies in a new methodology based on physical models for semiconductor devices,measurements performed on the targeted CMOS process and commercial simulation tools topredict CMOS SPADs performances. This method allows to get as close as possible to theprocess reality and to improve predictions. A set of SPAD has been designed and fabricated,and is used for measurements and model validation. SPAD design has been done with respectto CNES and Airbus Defence Space Lidar specification, in order to produce devices that willimprove our knowledge in terms of understanding of the involved physical mechanisms, SPADsdesign and test method, for a possible integration within their future spaceborne Lidars
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Vanel, Jean-Charles. "Étude et caractérisation de photodiodes à avalanche en silicium pour le calorimètre électromagnétique de l'expérience CMS." Grenoble 1, 1997. http://www.theses.fr/1997GRE10236.
Full textAbstract:
Le futur calorimètre électromagnétique de l'expérience CMS (LHC au CERN), la lumière scintillante des cristaux de tungstanate de plomb sera lue par des photodiodes à avalanche (APD). Cette thèse présente les résultats de mesure de caractérisation obtenus avec une première génération d'APD de grande surface (> 20 mm#2) fournies par deux fabricants : Hamamatsu et Eg&G. Les paramètres mesurés sont : le gain, le facteur d'excès de bruit, l'efficacité quantique, la capacité, les courants de fuites et la réponse aux particules ionisantes. La mesure du gain et du facteur d'excès de bruit a été réalisée en utilisant trois méthodes : sources calibrées, webb - MC intyre et analyse spectrale. Les résultats ont montré qu'aucun photo détecteur de cette première génération ne possédait toutes les caractéristiques recherchées. L'analyse des résultats obtenus a permis aux constructeurs de modifier leur processus de fabrication en améliorant ainsi les générations suivantes. Ce travail présente une étude complémentaire de bruit, réalisée sur l'ensemble APD + préamplificateur placé suivant différentes configurations dans un prototype de calorimètre. Les résultats obtenus conduisent à proposer une solution optimisant à la fois les problèmes de bruit, de refroidissement et de coût.
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ADAMO, Gabriele. "THE SILICON PHOTOMULTIPLIER:AN IN-DEPTH ANALYSIS IN THE CONTINUOUS WAVE REGIME." Doctoral thesis, Università degli Studi di Palermo, 2014. http://hdl.handle.net/10447/90861.
Full textAbstract:
The Silicon Photomultiplier (SiPM) is a novel solid state photon counting detector consisting of a parallel array of avalanche photodiodes biased beyond their breakdown voltage. It has known a fast development in the last few years as a possible alternative to vacuum photomultiplier tubes (PMTs) and conventional avalanche photodiodes (APDs). Indeed, current research in photodetectors is directed toward an increasing miniaturization of the pixel size, thus both improving the spatial resolution and reducing the device dimensions. SiPMs show high photon detection efficiency in the visible and near infrared range, low power consumption, high gain, ruggedness, compact size, excellent single-photon response, fast rise time and reduced sensitivity with temperature, voltage fluctuations, and magnetic fields. Furthermore, solid-state technology owns the typical advantages of the planar integration process, therefore, they can be manufactured at low costs and with high reproducibility.
SiPMs performances in photon counting regime have been deeply investigated in literature, using picosecond pulsed lasers. In this regime, they can be used in applications like positron emission tomography, magnetic resonance imaging, nuclear physics instrumentation, high energy physics. An optical characterization performed via continuous wave (CW) sources has seldom been reported even though this kind of excitation seems to be very useful in several fields such as low power measurements, near-infrared spectroscopy and immunoassay tests.
In this Thesis, I perform an electrical and optical analysis of two novel classes of SiPMs in the CW regime. After a brief introduction about the SiPM operating principle, parameters and properties (Chapter 1), I describe my responsivity measurements made with an incident optical power down to tenths of picowatts, monitoring the temperature of the device packages, and on a spectrum ranging from ultraviolet to near infrared (Chapter 2). These measurements allowed to define an innovative criterion to establish the conditions necessary for the device to be usable in CW regime.
Chapter 3 continues with an investigation of the SiPM signal-to-noise ratio. Measurements employed a 10 Hz equivalent noise bandwidth, around a tunable reference frequency in the range 1 - 100 kHz, and were performed varying the applied bias and the temperature of the SiPM package. These results were compared with similar measurements performed on a PMT.
Once the SiPM is characterized, Chapter 4 reports an innovative application: an optical characterization of a class of photonic crystals infiltrated with a new ethanol responsive hydrogel employing the SiPM as a reference photodetector. This activity shows innovative developments for the ethanol sensing to be applied into inexpensive and minimally invasive breathalyzers.
Finally, Appendix A shows an electro-optical characterization of a novel class of Silicon Carbide (SiC) vertical Schottky UV detectors. I performed responsivity measurements as a function of the wavelength and the applied bias, varying the temperature of the SiC package, in the 200 - 400 nm range.
The results of this work show a new approach to investigate the SiPM capabilities, the CW regime, demonstrating its outstanding performances and innovative applications.
This Thesis was made in collaboration with the "Advanced Sensors Development Group" of STMicroelectronics and partially supported by the Project HIGH PROFILE (HIGH-throughput PROduction of FunctIonaL 3D imagEs of the brain), which is funded by the European Community under the ARTEMIS Joint Undertaking scheme.The Silicon Photomultiplier (SiPM) is a novel solid state photon counting detector consisting of a parallel array of avalanche photodiodes biased beyond their breakdown voltage. It has known a fast development in the last few years as a possible alternative to vacuum photomultiplier tubes (PMTs) and conventional avalanche photodiodes (APDs). Indeed, current research in photodetectors is directed toward an increasing miniaturization of the pixel size, thus both improving the spatial resolution and reducing the device dimensions. SiPMs show high photon detection efficiency in the visible and near infrared range, low power consumption, high gain, ruggedness, compact size, excellent single-photon response, fast rise time and reduced sensitivity with temperature, voltage fluctuations, and magnetic fields. Furthermore, solid-state technology owns the typical advantages of the planar integration process, therefore, they can be manufactured at low costs and with high reproducibility. SiPMs performances in photon counting regime have been deeply investigated in literature, using picosecond pulsed lasers. In this regime, they can be used in applications like positron emission tomography, magnetic resonance imaging, nuclear physics instrumentation, high energy physics. An optical characterization performed via continuous wave (CW) sources has seldom been reported even though this kind of excitation seems to be very useful in several fields such as low power measurements, near-infrared spectroscopy and immunoassay tests. In this Thesis, I perform an electrical and optical analysis of two novel classes of SiPMs in the CW regime. After a brief introduction about the SiPM operating principle, parameters and properties (Chapter 1), I describe my responsivity measurements made with an incident optical power down to tenths of picowatts, monitoring the temperature of the device packages, and on a spectrum ranging from ultraviolet to near infrared (Chapter 2). These measurements allowed to define an innovative criterion to establish the conditions necessary for the device to be usable in CW regime. Chapter 3 continues with an investigation of the SiPM signal-to-noise ratio. Measurements employed a 10 Hz equivalent noise bandwidth, around a tunable reference frequency in the range 1 - 100 kHz, and were performed varying the applied bias and the temperature of the SiPM package. These results were compared with similar measurements performed on a PMT. Once the SiPM is characterized, Chapter 4 reports an innovative application: an optical characterization of a class of photonic crystals infiltrated with a new ethanol responsive hydrogel employing the SiPM as a reference photodetector. This activity shows innovative developments for the ethanol sensing to be applied into inexpensive and minimally invasive breathalyzers. Finally, Appendix A shows an electro-optical characterization of a novel class of Silicon Carbide (SiC) vertical Schottky UV detectors. I performed responsivity measurements as a function of the wavelength and the applied bias, varying the temperature of the SiC package, in the 200 - 400 nm range. The results of this work show a new approach to investigate the SiPM capabilities, the CW regime, demonstrating its outstanding performances and innovative applications. This Thesis was made in collaboration with the "Advanced Sensors Development Group" of STMicroelectronics and partially supported by the Project HIGH PROFILE (HIGH-throughput PROduction of FunctIonaL 3D imagEs of the brain), which is funded by the European Community under the ARTEMIS Joint Undertaking scheme.
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Nolet, Frédéric. "Conception d'un circuit d'étouffement de photodiodes avalanches monophotoniques pour une intégration matricielle dans un module de comptage monophotonique." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2016. http://hdl.handle.net/11143/8827.
Full textAbstract:
De nombreuses applications en sciences nucléaires bénéficieraient d’un détecteur possédant une précision temporelle de 10 ps largeur à mi-hauteur à la mesure d’un photon unique. Par exemple, le projet de Time-Imaging Calorimeter en cours de conception au CERN requiert un détecteur possédant une telle précision temporelle afin de mesurer le temps de vol (TDV) et la trajectoire des particules émises lors des collisions dans les expériences du Large Hadron Collider (LHC), ce qui permet d’identifier ces dites particules. De plus, un détecteur possédant une précision temporelle de l’ordre de 10 ps permettra la mitigation de l’empilement des événements. Un second exemple est la tomographie d’émission par positrons (TEP), une modalité d’imagerie médicale non-invasive qui mesure la distribution d’un traceur radioactif afin d’étudier et détecter le cancer. Dans le but de développer un scanner TEP temps réel, le groupe de recherche en appareillage médical de Sherbrooke (GRAMS) travaille sur l’intégration de la mesure du TDV de l’interaction TEP. Les meilleures performances actuelles des détecteurs TEP se situent aux alentours de 150 ps, ce qui n’est pas suffisant pour intégrer le TDV dans un scanner TEP préclinique. Cette mesure exige une résolution temporelle TEP de l’ordre de 10 ps. La solution proposée par le GRAMS est de développer un module de comptage monophotonique (MCMP) 3D qui est composé d’une matrice de photodiodes avalanches monophotoniques (PAMP) reliée par des interconnexions verticales (TSV) à une matrice de circuits de lecture composée d’un circuit d’étouffement et d’un convertisseur temps-numérique. Ce détecteur permet donc de mesurer précisément le temps d’arrivée de chaque photon détecté. Ce document présente la conception du circuit d’étouffement réalisé en technologie CMOS 65 nm de TSMC (Taiwan Semiconductor Manufacturing Company) intégré à chaque pixel de 50 × 50 µm2 dans un MCMP 3D. Afin de répondre au besoin de précision temporelle de 10 ps dans un détecteur 3D, le circuit proposé est un circuit d’étouffement passif avec une recharge active possédant un amplificateur opérationnel en boucle ouverte à titre de comparateur de tension. L’amplificateur opérationnel utilisé possède un seuil ajustable de 0 à 2,5 V afin d’être en mesure d’évaluer le seuil optimal pour la mesure de gigue temporelle avec une PAMP. La taille finale du circuit d’étouffement est de 18 × 30 µm2 incluant l’amplificateur qui est d’une taille de 13 × 8 µm2, ce qui représente respectivement environ 22% et 4% de la taille totale du pixel. Le circuit d’étouffement possède une gigue temporelle de 4 ps largeur à mi-hauteur (LMH). Les résultats obtenus prouvent qu’il est possible d’intégrer de l’électronique de lecture de PAMP dans un MCMP 3D possédant des performances
temporelles sous les 10 ps.
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Derelle, Sophie. "Eléments d'orientation des photodiodes à avalanches pour l'infrarouge : application à la filière HgCdTe." Paris 11, 2009. http://www.theses.fr/2009PA112335.
Full textAbstract:
Le développement actuel des mosaïques infrarouge (IR) se traduit par l'intégration de nouvelles fonctionnalités optiques et électroniques pour répondre aux besoins des applications comme l'imagerie active ou hyperspectrale. Ces évolutions s'accompagnent d'une réduction du nombre de photons incidents par pixel d'où la question de préservation de l'intégrité du signal photonique. Une réponse possible à cette problématique est l'emploi de détecteurs à gain peu bruyants. Le phénomène d'amplification sans excès de bruit a été mis en évidence pour la première fois dans des photodiodes à avalanche (APD) en HgCdTe pour le moyen IR en 2001. Ce travail de thèse, réalisé à rOnera en collaboration avec le CEA/LETI, a pour objectif de fournir des éléments d'orientation de cette nouvelle filière de détecteurs. Pour cela, j'ai mis au point des bancs de caractérisation pour mesurer les performances électro-optiques (gain M, facteur d'excès de bruit F, courant d'obscurité, etc) de différents composants et j'ai développé un outil de simulation Monte Carlo afin de mieux comprendre le mécanisme d'ionisation par impact dans l'alliage HgCdTe et notamment l'influence de différents paramètres physiques et technologiques sur M et F. Ceci a permis de démontrer l'existence d'une amplification sans excès de bruit dans les APD pour le lointain IR de la filière française. Ces détecteurs souffrent cependant d'un courant tunnel élevé qui limite leur utilisation. Les simulations ont montré que M et F sont peu affectés par les variations de la largeur de la zone de multiplication ce qui nous a conduit à réaliser de nouveaux composants, à zone de multiplication élargie, pour réduire le courant tunnelThe current development of infrared focal plane arrays results in the integration of new optical and electronic functionalities to meet the needs for emergent applications like hyperspectral and active imaging. These evolutions are accompanied by a reduction of the incident photon number per pixel what raises the question of the preservation of photonic signal integrity. A possible response to that issue is the use of detector with gain and low associated noise. The phenomenon of electronic amplification without excess noise has been demonstrated for the frrst time in 2001 in mid¬wavelength infrared HgCdTe avalanche photodiodes (APDs). This work, made at Onera in collaboration with CEA/LETI, aims at providing elements of guiding for this new detector technology. To reach this goal, 1 realized experimental test benches in order to measure electro-optical performance (gain M, excess noise factor F, dark current) of several devices and 1 developed a Monte Carlo simulation tool in order to better understand the mechanism of impact ionization in the HgCdTe alloy and particularly the effect of various physical and technological parameters on M and F. This work makes it possible to demonstrate an amplification without excess noise in the French technology for long wavelength infrared APDs. These detectors nevertheless suffer from a high tunnelling current which limits their use. Monte Carlo simulations show that the gain and the excess noise factor are little modified by variations of the multiplication region thickness which leads us to carry out new long wavelength infrared devices, with thicker multiplication region, in order to reduce tunnelling current
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HOW, KEE CHUN LIP SUN. "La passivation des composes epitaxies sur inp par depot photolytique direct de nitrure de silicium : application a la photodiode a avalanche a multipuits quantiques." Paris 11, 1997. http://www.theses.fr/1997PA112080.
Full textAbstract:
La stabilisation et la protection de la surface sont les principaux objectifs de la passivation en vue d'obtenir des composants optoelectroniques stables et performants. Dans le cas des semiconducteurs a base d'inp qui sont connus pour leur fragilite, l'utilisation de la photolyse directe pour deposer le nitrure de silicium apparait appropriee car c'est une technique basse temperature et sans bombardement d'ions energetiques, l'energie reactionnelle provenant des photons uv. Ce procede est applique dans notre reacteur dans lequel les gaz reactifs sont le silane et l'ammoniac. La caracterisation electrique par le biais des diodes mis sur inp, gainas et si montre des bonnes qualites d'isolant (resistivite et claquage) et d'interface (densite de pieges d'interface) pour les films de nitrure de silicium deposes. Mais, en raison de la contamination de surface due aux oxydes natifs et au carbone, le depot de nitrure doit etre couple avec un traitement de surface in situ, avant depot, par l'ammoniac photoexcite ou par le difluorure de xenon. Cette etape de preparation de surface doit etre bien controle, en temps reel, par l'ellipsometrie notamment. Ces deux traitements s'averent etre benefiques, en reduisant les courants d'obscurite des diodes pn et msm. En particulier, le difluorure de xenon se montre tres efficace sur alinas ou les oxydes sont difficiles a eliminer. Un schema de passivation a trois etapes a donc ete elabore : une desoxydation ex situ par voie humide suivi d'un traitement photochimique in situ de surface et enfin le depot de nitrure par photolyse directe. Ce schema de passivation est optimise pour la photodiode a avalanche a multipuits quantiques en gainas/alinas pour que les procedes soient compatibles avec les differents materiaux composant ce dispositif optoelectronique. Ces photodiodes sont passivees avec succes ; des diodes fonctionnelles possedant de faibles courants d'obscurite et d'excellentes proprietes d'avalanche sont ainsi obtenues.
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Bergeron, Mélanie. "Évaluation des performances du scanner LabPET." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2009. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/4008.
Full textAbstract:
Ce mémoire porte sur l'évaluation et l'amélioration des performances du premier appareil commercial de Tomographie d'Émission par Positrons (TEP) pour petits animaux basé sur des détecteurs à photodiode avalanche (PDA) et une électronique de traitement entièrement numérique. Cet appareil est la version améliorée d'un premier prototype TEP basé sur les PDA datant de 1995. Cette nouvelle version a été conçue sur une plateforme électronique numérique pour améliorer à la fois la résolution spatiale, permettant de détecter de plus petites structures chez la souris, et la sensibilité afin d'injecter une dose de radiotraceur plus faible à l'animal. Le but d'utiliser une électronique numérique était d'augmenter la flexibilité du traitement des signaux pour l'adapter selon de nouvelles applications. Afin de vérifier toutes ces caractéristiques potentielles, nous avons effectué une évaluation systématique et exhaustive des performances de ce nouveau scanner (désigné sous le sigle commercial « LabPET ») pour l'application en imagerie moléculaire. Des procédures d'ajustement automatique de plusieurs paramètres du scanner, dont la tension de polarisation des détecteurs PDA dans les conditions optimales d'opération, ont été mises au point pour faciliter l'étalonnage du grand nombre de détecteurs (1536 ou 3072 selon la version du scanner). Une technique pour normaliser les délais temporels de chaque détecteur a permis d'améliorer les performances temporelles du scanner et la qualité d'image. Cette technique a aussi servi à caractériser de façon individuelle les détecteurs au niveau de leur résolution en temps, ce qui permet de connaître leurs performances et de suivre leur possible dégradation à long terme. Par la suite, les performances de l'appareil pour l'imagerie, telles que la résolution spatiale et temporelle, la résolution en énergie, la sensibilité, le temps mort et le taux de comptage, ont été mesurées en suivant dans la mesure du possible les recommandations des normes de la National Electrical Manufacturers Association (NEMA) pour l'évaluation d'appareils d'imagerie. De plus, des balises pour l'élaboration de protocoles d'acquisition ont été établies afin d'obtenir des images optimales. Pour ce faire, une caractérisation plus exhaustive de la qualité d'image à l'aide de mires et d'images de rats et de souris a été réalisée. Deux appareils avec champ axial de 3.75 et 7.5 cm ont été caractérisés dans le cadre de ce projet de maîtrise. À la suite de toutes les améliorations apportées à l'appareil et à la lumière des résultats obtenus, la plupart des concepts utilisés pour la fabrication de l'appareil ont conduit à des images de qualité supérieure.
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Bérard, Philippe. "Réalisation d'un nouveau prototype combiné TEP/TDM pour l'imagerie moléculaire de petits animaux." Thèse, Université de Sherbrooke, 2010. http://savoirs.usherbrooke.ca/handle/11143/4289.
Full textAbstract:
Au cours des dernières années, la tomographie d'émission par positrons (TEP) s'est imposée comme l'outil diagnostique par excellence pour déceler la présence de tumeurs et caractériser leur statut métabolique. Comme les images TEP souffrent généralement d'une localisation anatomique imprécise, le diagnostic est d'autant plus fiable lorsque l'information fonctionnelle et moléculaire fournie par la TEP peut être complétée par l'information anatomique détaillée obtenue par une autre modalité d'imagerie comme la tomodensitométrie (TDM) ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'émergence de l'imagerie multi-modale TEP/TDM (ou"PET/CT") permet d'obtenir, à tour de rôle, l'information anatomique et métabolique du patient en effectuant successivement les examens TDM et TEP sans avoir à déplacer le patient d'une salle à l'autre, ce qui facilite beaucoup les procédures de recalage d'images. Toutefois, il peut arriver, vu le déplacement du lit du patient d'un scanner à l'autre, que le patient bouge volontairement ou involontairement (mouvement péristaltique, cardiaque ou pulmonaire), ce qui cause des imprécisions dans les images fusionnées. Afin d'éviter ce problème, un simulateur TEP/TDM reposant sur un système de détection commun, celui du scanner LabPET(TM), a été développé. Détectant à la fois le rayonnement émis par le radiotraceur utilisé en TEP et les rayons-X de plus faible énergie utilisée en TDM, des images TEP/TDM ont été obtenues sans aucun déplacement du sujet. Pour obtenir ces images, des algorithmes numériques de traitement de signal ont été développés afin de diminuer l'empilement de signaux et ainsi mieux discerner les photons incidents du niveau de bruit électronique. De plus, des algorithmes de reconstruction d'images adaptés à la géométrie du simulateur ont été développés. Les résultats obtenus ont démontré qu'il est possible d'obtenir, avec relativement peu de radiations ionisantes, des images anatomiques avec un contraste suffisant pour l'imagerie moléculaire. Cependant, la résolution spatiale obtenue avec cet appareil n'était pas suffisante pour bien identifier les structures anatomiques fines chez la souris (le modèle animal par excellence en recherche biomédicale). Le détecteur LabPET II, dont les pixels font 1.2 × 1 2 mm[indice supérieur 2] a donc été développé afin d'atteindre une résolution submillimétrique en imagerie TEP et de l'ordre de 500 [micro]m en imagerie TDM. Fabriqué à partir de deux matrices de photodiodes avalanches, ce détecteur comptant 64 canaux d'acquisition individuels a été caractérisé ainsi que son électronique. Le rehaussement du simulateur avec ces détecteurs permettra de construire sous peu le premier appareil TEP/TDM avec un nouveau système de détection. Les applications de ce type d'appareil en recherche sur modèle animal sont nombreuses et diversifiées : étude de la croissance normale, étude de l'évolution des maladies et évaluation de l'efficacité des thérapies, développement de produits radiopharmaceutiques, etc.... Chez l'humain, l'approche TEP/TDM combinée proposée permettra d'améliorer la détection précoce des cancers et de faciliter le suivi des patients sous thérapie grâce à une réduction importante des doses de radiations.
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Jürgensen, Nadia. "Étalonnage automatique des détecteurs pour scanner LabPET II." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/11104.
Full textAbstract:
Depuis une vingtaine d'années, le GRAMS et le CIMS travaillent en collaboration dans le domaine de l'imagerie médicale, plus précisément sur la tomographie d'émission par positrons destinée à la recherche préclinique sur petits animaux. Après le scanner TEP Sherbrooke en 1994 et le LabPET I commercialisé par Advanced Molecular Imaging (AMI) Inc., Gamma Medica Ideas et GE Healthcare au cours des années 2000, l'aspiration vers de meilleures performances est le moteur de la réalisation d'une nouvelle version : le LabPET II. L'augmentation importante du nombre de détecteurs, nécessaire pour atteindre une meilleure résolution spatiale, amène de nouveaux défis autant sur le plan matériel que logiciel. Un des défis est de compenser les disparités en gain des détecteurs à base de photodiodes à avalanche (PDA) qui engendrent des différences intercanaux. Le but de ce projet de maîtrise est de développer et d'implémenter un algorithme capable de corriger ces différences de façon automatisée.
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Cohen-Jonathan, Cécile. "Photodiodes à avalanche à multi puits quantiques AllnAs/AlGaInAs, à éclairage latéral pour les télécommunications à 20 Gbit/s." Grenoble 1, 1998. http://www.theses.fr/1998GRE10089.
Full textAbstract:
L'objet de ce travail est la conception et la realisation de photodiodes a avalanche a multi-puits quantiques a eclairage lateral pour les telecommunications optiques. Ces photodiodes permettent d'obtenir des produits gain-bande eleves et d'envisager la realisation de photorecepteurs tres sensibles et fonctionnant a 20 gbit/s. Les couches sont epitaxiees par jets moleculaires. Les epaisseurs de la couche d'absorption et d'avalanche ont ete definies par la resolution des equations de courants dans les differentes zones. Les resultats ont abouti a des produits gain-bande simules situes entre 130 ghz et 170 ghz. La zone de transition, permettant la repartition des champs electriques dans les zones d'avalanche et d'absorption, a ete definie en resolvant l'equation de poisson. L'etude du champ electrique et de la capacite a permis de determiner une zone de transition graduelle non dopee, intercalee entre deux fines zones dopees p. L'optimisation des couches de confinement est necessaire pour realiser des structures multimodes a forte sensibilite. Les calculs des modes guides et de la sensibilite (autour de 0,9 a/w) ont abouti a des structures dissymetriques, simplifiant ainsi les etapes technologiques. La methode modale a ete validee par des calculs de puissance propagee (bpm) et par des calculs des modes guides en complexe, mettant en evidence l'influence des metallisations de contact sur la dependance de la sensibilite a la polarisation. Les differentes etapes technologiques ont ete mises au point, en particulier les etapes de gravure. Le nitrure de passivation sert egalement de couche anti-reflet. La technologie developpee est simple, reproductible et permet une caracterisation des composants directement sur tranche. Les composants realises ont donne des performances a l'etat de l'art. Les mesures de bruit ont permis de determiner des gains allant jusqu'a 30 et des facteurs d'exces de bruit inferieurs a 4 pour m=10. Les frequences de coupure, superieures a 20 ghz, conduisent a des produits gain-bande superieurs a 165 ghz. Les sensibilites de 10 a/w mesurees prouvent, pour la premiere fois, la faisabilite de photodiodes a avalanche sensibles et rapides. Ces caracteristiques, etablissant un nouvel etat de l'art dans le domaine, font de ces photodiodes d'excellentes candidates pour la photoreception a 20 gbit/s.
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Butera, Silvia. "InAs avalanche photodiodes." Thesis, Heriot-Watt University, 2015. http://hdl.handle.net/10399/3043.
Full textAbstract:
The ability to efficiently detect low-level light in the infrared above wavelengths of 1.7 μm is becoming increasingly important for many applications such as gas sensing, defence/geoscience ranging and clinical thermography. The III-V narrow gap semiconductor InAs, with a bandgap of 0.36 eV, is well known for its use as a conventional photodiode. The aim of this thesis was to design, build and test InAs devices for use as reverse biased avalanche photodiodes. In order to fabricate a lownoise detector, a passivation study was conducted. For the first time we report the achievement of high quality single crystal II-VI passivation layers on InAs mesa structures. Pre-growth surface oxide removal processes were developed to improve surface morphology of II-VI layers grown on InAs samples. ZnSe and ZnTe successfully terminate the InAs mesa devices preventing atmospheric oxidation. Low surface leakage currents are observed at low reverse bias and at room temperature for both materials. LIDAR at wavelengths greater than 2 μm was studied using these InAs mesa photodiodes, showing potential to take advantage of the low solar background at these wavelengths. For the first time, laboratory based LIDAR experiments, with ranges of around 0.5 metre stand-off distance, were performed with InAs n-i-p edge illuminated mesa photodiodes, used in linear multiplication mode. Time-of-flight measurements were demonstrated at wavelengths from 1.3 μm to 2.365 μm. A 6 mm ranging error was observed in these short range measurements.
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Cadorette, Jules. "Étude des paramètres de contrôle d'un système de détection basé sur des détecteurs à photodiode à avalanche : application à la tomographie par émission de positrons à haute résolution spatiale." Mémoire, Université de Sherbrooke, 1994. http://hdl.handle.net/11143/12057.
Full textAbstract:
La résolution spatiale insuffisante des systèmes d'imagerie actuels contraint le plus souvent le chercheur à se tourner vers les méthodes conventionnelles de dissection et de comptage pour les études de biodistribution de produits radiopharmaceutiques sur le modèle animal. La tomographie par émission de positrons (TEP) permet, en principe, de telles analyses, mais la précision nécessaire chez les petits animaux de laboratoire (e.g.rats) ne peut être obtenue que si la caméra TEP atteint la limite théorique de résolution spatiale ( ~2 mm). Grâce à une nouvelle technologie de détection basée sur des photodiodes à avalanche (PDA), la caméra TEP de l'Université de Sherbrooke atteint une résolution volumique isotrope au moins 2.5 fois supérieure aux autres caméras de haute résolution et produit des images libres de distorsions. Grâce à une architecture hautement parallèle, son système de détection ne requiert pas de procédures complexes de décodage des signaux, ce qui réduit considérablement le temps mort et l'empilement des signaux. Toutefois, l'usage d'un grand nombre de petites unités de détection aux caractéristiques distinctes impose de nombreuses contraintes, dont un réglage individuel de chaque détecteur et le traitement initial adapté des signaux sur deux niveaux. La capacité d'une caméra tomographique à reproduire fidèlement la distribution d'activité dans le sujet dépend, en tout premier lieu, de l'étalonnage adéquat des différentes unités qui la composent et d'un contrôle de qualité rigoureux des détecteurs et de l'électronique. Les nombreux paramètres d'opération souvent interdépendants des PDA et le grand nombre de voies rendent ces procédures complexes et laborieuses. Une technique séquentielle d'analyse multiparamétrique a été mise au point et appliquée à l'ensemble des voies de détection pour conférer au système le caractère homogène requis. Des algorithmes de contrôle et de vérification ont été développés pour assurer l'efficacité et la stabilité du système sur de longues périodes. La mise au point de procédures complémentaires d'uniformisation des signaux a permis l'acquisition de données multispectrales, un raffinement à la fine pointe de la recherche en TEP. Cette étude décrit l'architecture, la gestion des contrôles ainsi que le concept système qui régissent les performances de la caméra TEP animale de l'Université de Sherbrooke.
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Xie, Shiyu. "Design and characterisation of InGaAs high speed photodiodes, InGaAs/InAlAs avalanche photodiodes and novel AlAsSb based avalanche photodiodes." Thesis, University of Sheffield, 2012. http://etheses.whiterose.ac.uk/2267/.
Full textAbstract:
Avalanche photodiodes (APDs) can provide higher sensitivity, when the noise is dominated by electronic noise, than conventional p-i-n photodiodes due to its internal gain achieved via the impact ionisation process. High speed and high sensitivity photodetectors operating at the wavelength of 1.55 m for optical communication have been intensely research due to the ever increasing internet traffic, particularly in the long-haul communication systems. In this dissertation high speed InGaAs p-i-n photodiodes, InGaAs/InAlAs separate absorption and multiplication (SAM) APDs are designed and characterised. The waveguide InGaAs photodiode exhibits a maximum -3 dB bandwidth of 26.5 GHz and external quantum efficiency of 38.4% giving a bandwidth-efficiency product of 10.2 GHz, which is higher than 7.14 GHz obtained from conventional vertically illuminated diodes fabricated from the same wafer. Building on the high speed InGaAs waveguide diodes, the InGaAs/InAlAs APDs were fabricated. We demonstrated low dark currents of ~50 nA at 0.9Vbd (Vbd is the breakdown voltage), low excess noise factor k 0.2 (k is the effective ratio of ionisation coefficients ratio in excess noise model) and wide bandwidth up to 40 GHz at low gains. Our APDs also achieve higher signal amplification than the best 40 Gb/s APD reported, confirming the suitability of our APDs for use in the 40 Gb/s optical communication systems. The signal enhancement of up to 24 dB was achieved at 35 GHz. While the InGaAs/InAlAs APDs may be suitable for 40 Gb/s operation, the avalanche gain is limited due to their limited gain bandwidth products. Hence novel wide bandgap AlAsSb avalanche regions were characterised for next generation high speed SAM APDs. The temperature dependence of dark current and avalanche gain were investigated using AlAsSb p-i-n diodes with avalanche region widths of 80 and 230 nm. Extremely low temperature coefficients of breakdown voltage of 0.95 and 1.47 mV/K were obtained in these AlAsSb diodes, which are significantly lower than all semiconductor materials, with similar avalanche region widths, in the literature. Band to band tunelling current was shown to be significantly lower than those in InP and InAlAs diodes with the same avalanche region widths. By utilising an extremely thin 40 nm AlAsSb as multiplication layer, low excess noise factor corresponding to effective k values of 0.1 to 0.15 in InGaAs/AlAsSb SAM APDs was demonstrated. This is lower than that from an InAlAs pin diode with a 100 nm avalanche region. Therefore the potential of using thin AlAsSb avalanche region for next generation high speed and high sensitivity photodetectors has been demonstrated.
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Křivák, Petr. "Optické bezkabelové spoje s velkým dosahem." Doctoral thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií, 2009. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-233453.
Full textAbstract:
This dissertation thesis deals with a long range free space optical links for communication over the distance of few tens of kilometers in the atmosphere. The problematic of the beam propagation and atmospheric effects influencing the beam and the quality of the communication protocol are discussed. The measuring link is also designed to study the parameters of the communication link work conditions. The measuring link consists of two heads. The transmitter head is designed to use two optical beams with laser diodes at the wavelength of the atmospheric windows 850 or 1550 nm and the overall power of hundredths of mW. The receiver head includes the Fressnel lens. For the detection of very weak signal, the avalanche photodiode is used. In the end of this work, due to the high power of the transmitting optical beam, the laser safety conditions are also discussed, including the deduced optical transmitters construction recommendations.
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Siblini, Issam. "Étude et réalisation d'un corrélateur de "paires de photons successifs" : application à la mesure du temps de corrélation d'une lumière à l'aide d'une photodiode à avalanche et mise en évidence du temps mort." Bordeaux 1, 1994. http://www.theses.fr/1994BOR10645.
Full textAbstract:
Dans ce memoire nous presentons deux techniques de correlations rapides et efficaces, applicables a tout processus aleatoire et stationnaire. Nous avons montre qu'un analyseur multicanal rapide peut etre utilise pour mesurer des temps de correlation tres courts. D'autre part nous montrons qu'a l'aide d'un circuit star-stop realise en technologie ecl et d'un oscilloscope numerique, nous pouvons obtenir un dispositif de correlation dont la resolution peut atteindre cinq manosecondes. Ces deux techniques ont ete testees grace a une simulation electronique de l'experience de diffusion de lumiere en utilisant un module de detection a base d'une photodiode a avalanche fonctionnant en mode geiger
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Maurais, Luc. "Conception d’un procédé de microfabrication pour l’assemblage 3D puce-à-puce de circuits intégrés hétérogènes à des fins de prototypage." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2018. http://hdl.handle.net/11143/11911.
Full textAbstract:
L’utilisation de photodiodes avalanche monophotoniques (PAMP) pour une utilisation au
sein d’imageur préclinique par tomographie d’émission par positrons est d’intérêt. En effet,
l’utilisation de ces photodétecteurs intégrés au CMOS est poussée par leurs excellentes
performances de résolution en temps ainsi que leur haute sensibilité. Cependant, l’utilisation
de ces détecteurs nécessite également un circuit intégré de contrôle visant à protéger
les photodiodes de courants trop élevés lors de déclenchement d’avalanches et de contrôler
leurs temps mort. Ces circuits de plus en plus sophistiqués nécessitent un espace significatif
diminuant ainsi la surface photosensible à la surface de la puce et diminuant leurs
sensibilités. L’assemblage 3D puce-à-puce est donc nécessaire dans le but d’augmenter la
surface photosensible et de ne pas limiter les fonctionnalités de contrôles électroniques
individuelles à chaque PAMP.
Ce document présente le développement d’un procédé d’assemblage 3D puce-à-puce visant
l’intégration de matrices de PAMP. Les étapes de microfabrication nécessaires visent l’intégration
d’interconnexions verticales au travers du substrat (TSV) permettant de transmettre
les signaux d’une couche à l’autre et le collage 3D de ceux-ci. De plus, des mesures
de caractéristiques de bruits ont été effectuées sur des puces ayant subi certaines étapes
de microfabrication du procédé d’assemblage 3D. Ces mesures ont été effectuées dans le
but de déterminer l’impact potentiel du procédé d’assemblage sur les performances des
PAMP intégrés en 3D.
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Tan, Lionel Juen Jin. "Telecommunication wavelength InP based avalanche photodiodes." Thesis, University of Sheffield, 2008. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.489074.
Full textAbstract:
A systematic study of the avalanche multiplication behaviour in InP has been performed on a series of diodes with avalanche region widths, w, ranging from 2.50 to 0.08 μm, covering a wide electric field range from 180 to 850kV/cm. The local model for impact ionisation is found to increasingly overestimate the multiplication at low electric fields as w decreases due to the presence of dead space. The dead space is also found to decrease the excess noise. An excess noise factor of F = 3.5 at multiplication factor M= 10 was measured, the lowest value reported so far in InP.
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Hambleton, Paul Jeffrey. "Performance modelling of thin avalanche photodiodes." Thesis, University of Sheffield, 2003. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.289682.
Full text
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Tapan, Ilhan. "Avalanche photodiodes as proportional photon detectors." Thesis, University of Bristol, 1997. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.389143.
Full text
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Auckloo, Sheik Mamode Akeel. "Analog frontend circuits for avalanche photodiodes." Thesis, University of Sheffield, 2016. http://etheses.whiterose.ac.uk/17129/.
Full textAbstract:
The aims of this work is to design low noise electronics for optical sensing and X‐ray spectroscopy using Sheffield‐grown Avalanche photodiodes(APD). A transimpedance amplifier(TIA) for a 2.0 μm LIDAR system is designed and tested as part of a project funded by ESA. Numerical analysis is provided for the TIA in addition to SPICE and experimental analysis. Characterisation of the TIA shows that a noise equivalent power of less than 100 fW/√Hz can be achieved with an optimised InAs APD. Preliminary results of a TIA‐InAs module at 2.0 μm is presented. A low noise charge sensitive preamplifier(CSP) with a novel local feedback is designed and characterised. The CSP shows a better noise performance than commercially available CSP such as the CoolFet 250. The CSP is also characterised for APD dark current of up 4 μA and the CSP is found to behave well for such relatively high dark current. Discrepancies between the SPICE model and measured characteristic of the CSP’s input JFET is presented and discussed. The first ever Aluminium Indium Phosphide (AlInP) APD X‐ray spectroscopy measurement is presented in this work. AlInP is the widest band material that can be grown latticematched on a GaAs substrate. Due to its wide bandgap, AlInP can offer reverse dark current of less than 2 pA at gain of 100 for a 200um device, making it desirable for room temperature operation. An energy resolution of 647 eV is obtained for AlInP APD coupled to the CSP and exposed to 55Fe X‐rays. Using the CSP presented in this work, previously reported GaAs/AlGaAs APD is characterised and compared with results obtained using a commercial CSP. A 21% improvement in X‐ray energy resolution is reported, despite degradation in the APD.
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Dinh, Xuan Quyen. "Contribution à l'étude et la réalisation de systèmes de transmissions optiques sécurisées." Phd thesis, École normale supérieure de Cachan - ENS Cachan, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00204765.
Full textAbstract:
Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans le cadre de la cryptographie, et plus précisément de la cryptographie quantique. Le but est de concevoir un système permettant de transmettre simultanément une clé de cryptage et un signal horloge dans une même fibre optique (à la longueur d'onde des télécommunications soit 1550 nm) en essayant d'éviter les effets de la dispersion chromatique. En effet le signal représentant la clé de cryptage doit être réalisé sous forme d'impulsions fortement atténuées simulant des photons uniques et dans ces conditions il est nécessaire de disposer au niveau du détecteur d'un signal horloge donnant l'instant d'arrivée des impulsions. Nous fabriquons deux signaux de longueurs d'onde très proches (écart de 0,88 pm) grâce à un modulateur acousto-optique, chacune servant de porteuse à un des deux signaux. A la réception il est nécessaire de séparer ces deux longueurs d'ondes et pour cela un filtre basé sur un interféromètre de Fabry-Pérot a été conçu, réalisé, testé et mis en oeuvre au laboratoire. Puis nous avons aussi réalisé un photodétecteur basé sur une photodiode à avalanche, dont nous pouvons abaisser la température de fonctionnement jusqu'à environ 0°C. Le système a été entièrement réalisé et nous avons pu montrer la faisabilité de cette technique. Des améliorations restent à apporter en particulier sur la stabilité du filtre optique et sur le fonctionnement du détecteur en mode comptage de photons.
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Tirino, Louis. "Transport Properties of Wide Band Gap Semiconductors." Diss., Georgia Institute of Technology, 2004. http://hdl.handle.net/1853/5210.
Full textAbstract:
Transport Properties of Wide Band Gap Semiconductors
Louis Tirino III
155 pages
Directed by Dr. Kevin F. Brennan
The objective of this research has been the study of the transport properties and breakdown characteristics of wide band gap semiconductor materials and their implications on device performance. Though the wide band gap semiconductors have great potential for a host of device applications, many gaps remain in the collective understanding about their properties, frustrating the evaluation of devices made from these materials.
The model chosen for this study is based on semiclassical transport theory as described by the Boltzmann Transport Equation. The calculations are performed using an ensemble Monte Carlo simulation method. The simulator includes realistic, numerical energy band structures derived from an empirical pseudo-potential method. The carrier-phonon scattering rates and impact ionization transition rates are numerically evaluated from the electronic band structure. Several materials systems are discussed and compared. The temperature-dependent, high-field transport properties of electrons in gallium arsenide, zincblende gallium nitride, and cubic-phase silicon carbide are compared.
Since hole transport is important in certain devices, the simulator is designed to simulate electrons and holes simultaneously. The bipolar simulator is demonstrated in the study of the multiplication region of gallium nitride avalanche photodiodes.