Modélisation pour la simulation et la prédiction des performances des photodiodes à avalanche en mode Geiger pour Lidars spatiaux

Dans le processus de realisation d'un capteur CMOS, les etapes d'analyse et simulation sont fondamentales pour etudier et predire les parametres de performance. En effet, la conception, la fabrication et la caracterisation des circuits sont des etapes couteuses, a la fois en temps et en ressource financiere. Pour ce qui est des SPADs, photodiodes a avalanche a photon unique, les outils commerciaux de simulation de la fabrication des dispositifs a semi-conducteurs TCAD (Technology Computer-Aided Design) ne simulent pas directement les parametres de performance. Cependant, les sorties de la TCAD peuvent etre utilisees afin d'obtenir ces criteres. Les outils TCAD simulent correctement les parametres physiques et electriques tels que les champs electriques ou la tension de claquage. Quelques modeles proposent d'evaluer les performances mais se basent sur des calculs theoriques pour evaluer les parametres electriques et/ou ne prennent pas en compte l'influence du processus technologique . D'autres auteurs utilisent les sorties de la TCAD, couplees a des modeles analytiques/numeriques afin d'obtenir les criteres. Le processus technologique CMOS est alors entierement simule en se basant sur des donnees de la litterature. La calibration des donnees du processus CMOS est alors effectuee en ajustant les conditions d'implantation avec des tensions de claquage provenant d'etudes de la litterature. Cependant, les mesures de tension de claquage de la litterature presentent toujours des dispersions et il semble difficile de retranscrire avec precision les donnees d'un processus CMOS sans avoir acces aux donnees du fondeurs. Ainsi, cette methode, bien qu'efficiente, souleve des interrogations sur la precision des donnees relatives a la qualite du processus technologique et a l'acquisition des informations sur la population de piege au sein du SPAD. En particulier, le DCR, taux de compte en obscurite, et la probabilite d'afterpulsing dependent fortement de la qualite et proprete du processus technologique. Ainsi, la principale difficulte pour modeliser correctement les parametres de performance est d'obtenir des informations a propos des parametres physiques dependant du processus CMOS vise tels que l'energie des pieges, les parametres physiques pour modeliser les effets tunnels. Ces informations ne peuvent etre obtenues que par des mesures. Le cote innovant de ce travail de these reside dans le developpement d'un modele utilisant les sorties de la TCAD et des mesures effectuees directement sur des structures de la technologie CMOS cible. Ceci afin d'obtenir des informations sur la population de piege, la qualite du processus technologique et les conditions d'implantation. Cela permettra de se rapprocher le plus possible de la realite du processus technologique et d'ameliorer les predictions.