Modélisation électromagnétique tri-dimensionnelle de réseaux complexes. Application au filtrage spectral dans les imageurs CMOS.

• Main Author: Demésy, Guillaume
• Language: FRE
• Published: Université Paul Cézanne - Aix-Marseille III 2009
• Subjects: [PHYS:PHYS] Physics/Physics; modélisation tri-dimensionnelle; électromagnétisme; réseau de diffraction bi-périodique; réseau sub-longueur d'onde; nanophotonique; éléments finis; géométrie arbitraire; matériaux anisotropes; structures multi-couches; imageurs CMOS; filtrage spectral; colorimétrie
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00436046; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/00/43/60/46/PDF/These_Guillaume_Demesy.pdf

L'évolution de la technologie CMOS autorise la réduction des dimensions transverses du pixel d'imageur qui atteignent aujourd'hui 1.75μm. Son épaisseur, en revanche, ne peut être réduite sans modifier le principe de filtrage existant, assuré par des résines colorées absorbantes dont l'épaisseur fixe le profil spectral en transmission. Ces résines ont, de plus, une faible tenue en température et doivent être positionnées au sommet de l'empilement métallo-diélectrique que constitue le pixel. Ces deux facteurs contribuent à la dégradation de la résolution optique du capteur. Dans ce mémoire, nous discutons des possibilités de les remplacer par des structures diffractives métalliques bi-périodiques, moins épaisses et plus résistantes aux traitements thermiques. Pour cela, une nouvelle formulation de la Méthode des Eléments Finis a été introduite. Cette technique, très générale, de résolution d'équations aux dérivées partielles est adaptée, de par sa flexibilité, à la richesse géométrique du pixel CMOS et à la complexité des structures diffractives pressenties. Dans un premier temps, cette méthode a été validée numériquement dans le cas scalaire, puis expérimentalement grâce à des photodiodes de test munies de réseaux mono-dimensionnels. Dans un second temps, la formulation a été généralisée au cas vectoriel de la diffraction d'une onde plane d'incidence et de polarisation arbitraires par un réseau bi-dimensionnel quelconque. Enfin, ce modèle est exploité pour dégager un jeu de paramètres opto-géométriques de réseaux croisés permettant de filtrer la lumière dans ses composantes Rouge, Verte et Bleue.