Etude d`un module à base de photodiode à avalanche Silicium pour

Commentaires

Transcription

Etude d`un module à base de photodiode à avalanche Silicium pour
Connotation : Opto O1
Etude d’un module à base de photodiode à avalanche Silicium pour la
détection biophotonique
Contexte:
L’ objectif est d’élaborer un appareil portable destiné à la mesure in situ, des taux de contamination de
divers produits polluants sur des sites appropriés en environnement médical ou naturel. Cette mesure se base
sur le principe de la détection par la bioluminescence qui met en oeuvre des réactions biochimiques
photoémissives.
En récupérant la quantité de lumière émise (quelques dixième de fW) par un échantillon contaminé en
présence d’un réactif sélectif approprié et en le traduisant en grandeur électrique,il est possible d’estimer la
concentration de polluants dans les échantillons prélevés si nous connaissons parfaitement les
caractéristiques optoélectroniques du module de comptage.
Sujet:
1) Etude bibliographique sur ces nouveaux modules de détection :
Lors d’un précédent projet, nous avons étudié les performances d’un système de photodétection, adapté à
cette bioluminescence, qui était basé sur l’utilisation des photodiodes à avalanche. Nous allons maintenant
envisager la mise en place à la suite de la photodiode, d’ un module de comptage en plus du rendement
quantique (90 % à 700nm) et du gain interne de la photodiode.
2) Caractérisation des composants de base :
- La photodiode APD Si : Gain, Buit optoélectronique dû à la Multiplication
- L’alimentation haute tension de la photodiode
- Du double étage pelletier : (commande, immunité…)
- Electronique de comptage (discriminateur, compteur…)
3) Simulation de la puissance optique minimum détectable :
Celle ci doit prendre en compte l’influence des bruits et du gain de la photodiode, de l’amplificateur de
détection. Elle permettra d’ évaluer à partir des mesures et des simulations et comment on peut grâce au
discriminateur définir une puissance minimum détectable qui sera évaluée en Watt ou nombre de photons
par seconde.
Nous visons ici la réalisation et l’intégration de ce système de photodétection avec une nouvelle chambre de
mesure que nous nous proposons de concevoir et réaliser lors d’une étude suivante sur un premier prototype
de l’appareil destiné à effectuer les premiers calibrages et tests de mesure.
Nombre d'étudiants: 2
Contact : universitaire: Bernard Orsal : [email protected]
Localisation: Laboratoire IES équipe BOM (3ème étage)
Possibilité de stage par la suite : oui
Connotation : Opto O2
Capteur Optique à base d’Amplificateur Optique à Semi Conducteur
Contexte : Nous proposons d’étudier une alternative de photodétecteur et de son système à détection de
faible puissance optique qui associe un AOSC à la photodiode PIN. Nous allons montrer qu’elle présente
aussi toutes les qualités pour une détection des signaux optiques à très bas niveau bien que la première
solution ait néanmoins le mérite d’ être maîtrisée avec des performances bien connues.
Objectifs : Travaux à réaliser
1) Etude bibliographique sur ces nouveaux modules de détection :
Analyse bibliographique sur la bioluminesence et ses applications pour pouvoir évaluer les ordres de
grandeurs des puissances optiques que l’on souhaite détecter. Lors d’un précédent projet, nous avons étudié
les performances d’un système de photodétection, adapté à cette bioluminescence. Il était basé sur
l’utilisation des photodiodes à avalanche. Nous allons maintenant envisager la mise en place d’un AOSC
couplé avec une photodiode PIN. Le candidat devra effectuer une étude bibliographique et de l’état de l’art
sur ces deux composants de base et définir quels sont les paramètres importants et leur ordre de grandeur
pour finaliser le photodétecteur.
2) Caractérisation des composants de base :
- Caractérisation de l’AOSC: Gain optique en fonction du courant, sources de bruit,
- La photodiode PIN: (I-V) ; Bruit Schottky et 1/f, rendement quantique, sensibilité optique,…,
- Préamplificateur courant tension Bande passante à définir , sensibilité en courant,….,
- L’ alimentation de la photodiode : choix des tensions de polarisation, bruit de l’alimentation,…,
- Du double étage pelletier:(commande, immunité,.) Stabilisation en température de la photodiode.
3) Simulation de la puissance optique minimum détectable :
Celle ci doit prendre en compte l’influence des bruits et du gain de la photodiode, de l’amplificateur de
détection. Elle permettra d’ évaluer à partir des mesures et des simulations et comment on peut grâce au gain
de l’ AOSC définir le niveau de la puissance optique minimum détectable qui sera évaluée en Watt ou
nombre de photons équivalent par seconde. Nous visons ici la réalisation et l’intégration de ce système de
photodétection avec une nouvelle chambre de mesure que nous nous proposons de concevoir et
réaliser lors d’une étude suivante sur un premier prototype de l’appareil destiné à effectuer les
premiers calibrages et tests de mesure. L’étudiant devra évaluer les performances préliminaires de ce
nouveau système de détection (Prototype 05/2010).
Pré-requis ou mots-clés: Connaissance de base en Optoélectronique surs les photodétecteurs, lasers,
amplificateurs optiques ou avoir suivi les cours du FMEE142 et 235 du M1OH )
Contact : B. Orsal, [email protected]
Localisation: Laboratoire IES équipe BOM (3ème étage)
STAGEOPT11-01
Nombre d'étudiants: 2
Possibilité de stage par la suite : oui
Projet Pourvu
Connotation : Opto 3,
Spectroscopie de photo-voltage de surface de nanostructures
semiconductrices
Sujet : La spectroscopie de photo-voltage de surface (SPS) est une technique de caractérisation des
semiconducteurs non destructive et sans contact électrique. Elle consiste à mesurer la modification du
potentiel de surface du semiconducteur sous illumination. Mise au point dans les années 70 [1], la technique
de SPS a été développée pour l'étude des surfaces qui sont le siège de la création d'une multitude de défauts
(liaisons pendantes en surface). D'un point de vue pratique, il faut mesurer une différence de potentiel entre
l'échantillon et une grille positionnée à proximité de la surface de l'échantillon qui servira d'électrode de
référence. La mise en oeuvre n'est donc pas très complexe mais assez délicate (choix et positionnement de
l'électrode de référence). Dans l'obscurité on mesurera une certaine différence de potentiel liée à la
différence de travaux de sortie des électrons entre l'électrode et l'échantillon à étudier. Sous illumination
monochromatique au travers de la grille métallique, des porteurs créés dans l'échantillon vont modifier son
potentiel de surface. La tension qui apparaîtra aux bornes du dispositif sera directement proportionnelle à la
densité de porteur créée dans l'échantillon. En faisant varier la longueur d'onde d'illumination, on peut
obtenir presque directement le spectre d'absorption de l'échantillon.
L'objet du stage sera de se familiariser à la technique de SPS puis de modifier le logiciel de pilotage de
l'expérience existant (sous Labview) avant de réaliser quelques expériences et de tenter de les comprendre.
[1] H.C. Gatos, J. Lagowski, J. Vac. Sci. Technol. 10, 130 (1973).
Pré-requis : Bonne maîtrise de Labview, des connaissances de physique des semicondcuteurs (contact
MIS), apprécier faire des expériences, avoir des notions des propriétés optiques des nanostructures
semiconductrices.
Nombre d'étudiants : 1
Contact : universitaire : Thierry Taliercio [email protected]
Localisation : Bât. 13 4ème étage porte 453
Possibilité de stage par la suite : peut être
Connotation : Opto O4
Modélisation de la propagation et de la transformation de faisceaux
gaussiens sous Matlab
Sujet : L’objectif est de simuler la propagation d’un faisceau Gaussien, et sa transformation à travers
des lentilles et différents types de miroirs. L’outil utilisé sera Matlab, une interface graphique sera la
bienvenue.
L’objectif de ce projet est de développer un outil utile au sein du groupe GEHF (groupe d’études des
hautes-fréquences) de l’IES (Institut d’électroniqyue du sud). Ce groupe étudie notamment la génération des
ondes THz pour lesquelles nous n’avons pas de détecteur faciles d’utilisation. L’outil développé sera donc
une aide essentielle pour le montage de bancs optiques dans le THz.
Pré-requis : Connaissance des faisceaux Gaussiens, motivation.
Nombre d'étudiants: 2
Contact : universitaire: Stéphane Blin [email protected]
Localisation: IES -bâtiment 21, 3ième étage, couloir de droite
Possibilité de stage par la suite : non.
Projet pourvu
Connotation : Opto O5, divers
Caractérisation d'antennes THz
Sujet :
Dans le cadre de la thématique principale du groupe GEHF (groupe d’étude des hautes fréquences), à
savoir l’étude des rayonnement THZ, l’objectif du stage sera l’étude de l’émission d’ondes THz par photomélange sur une antenne THz.
Dans un premier temps, un travail ingrat sera nécessaire. Le photo-mélange est obtenu par la
superposition des faisceaux de deux lasers émettant à 780 nm. Le montage en espace libre n’étant pas
robuste dans le temps et se désalignant, il sera nécessaire d’injecter les faisceaux dans un coupleur à fibre
optique afin de gagner en stabilité. Cette injection est délicate, et longue. Il faudra donc faire preuve de
patience et de persévérance.
Par la suite, les signaux superposés sortant du coupleur devront être injectés dans un amplificateur à
semi-conducteurs. D’autres alignements seront donc nécessaires.
Enfin, le faisceau anplifié sortant de l’anplificateur sera envoyé sur des antennes, qui seront
caractérisées en terme d’émission THz.
Pré-requis : motivation, délicatesse, patience.
Nombre d'étudiants: 2
Contact : universitaire: Stéphane Blin [email protected]
Localisation: IES -bâtiment 21, 3ième étage, couloir de droite
Possibilité de stage par la suite : non.
Projet pourvu
Connotation : Opto O6
Mise en place d’un banc de mesure pour des essais de fiabilité de module Laser 1,55μm
par la mesure du bruit à basse fréquence.
Contexte: Ce projet s’inscrit dans le cadre d’une collaboration active avec le consortium: OpERaS (CNES,
3SP, IMS, AdvEOTec) concernant l'étude qui est menée sur l'impact des stress électriques et optiques sur
une technologie de diodes Laser 1,55μm.
Introduction:
Les diodes Laser 1,55μm sont des composants de plus en plus utilisés dans le cadre d'applications
embarquées dans le domaine spatial. Néanmoins, leur limitation en terme d'utilisation reste principalement
liée à la démonstration de leur fiabilité. Dans ce cadre, les caractérisations électriques et optiques sont
indispensables avant et après les tests de vieillissement accéléré et les mesures de bruit en particulier à basse
fréquence (1Hz-1MHz) se révèlent être un indicateur pertinent pour évaluer, de manière précoce, les
dégradations potentielles d'une diode Laser dues aux stress électriques et optiques.
Objectifs: Travaux à réaliser
Le sujet de projet proposé s'inscrit dans ce cadre et a pour objectif :
1) Analyse bibliographique sur les modules laser émetteurs embarqués :
- Le candidat devra effectuer une étude bibliographique et de l’état de l’art du composant de base
conditionné pour les transmissions
- Définir quels sont les paramètres importants à étudier (courant de seuil, tension, puissance optique, bruits
d’intensité relative électrique et optique, etc..
2) Réaliser le montage optoélectronique fibré qui permettra de réaliser les mesures :
- L’objectif est de mettre en place une mesure systématique qui permet d’évaluer les paramètres importants
des diodes lasers fibrées montées en module,
- Mettre en oeuvre un banc de mesure optoélectronique des diodes laser fibrées montées en module pour
réaliser des tests de vieillissement pour des démonstrations de fiabilité.
- Evaluer le bruit dans la bande (1Hz-1MHz) sur un échantillon mis à disposition (diode Laser montée dans
un module d’essai).
Application:
• Fiabiliser les modules Laser 1,55 μm embarqués pour les transmission optiques sur
satellite.
Pré-requis : Connaissance de base en Optoélectronique sur les photodétecteurs,lasers, amplificateurs
optiques ou avoir suivi les cours du FMEE142 et/ou FMEE235 du M1OH et/ou FMEE 342 du M2OH.
Nombre d'étudiants: 2
Contact : universitaire: Bernard Orsal, [email protected]
Localisation: IES -bâtiment 21, 3ième étage, couloir de gauche
Possibilité de stage par la suite : oui.
Projet pourvu
Connotation : Hyper H1
Caractérisation simple d'un oscillateur contrôlé en tension avant et après
irradiation aux rayons X
Contexte:
Le projet s'inscrit dans le double cadre de la susceptibilité électromagnétique et de l'effet des radiations
ionisantes sur un oscillateur contrôlé en tension (OCT, ou VCO en anglais). En effet la fiabilité des
composants électroniques embarqués dans une mission spatiale concerne à la fois la robustesse face aux
radiations ionisantes et à la fois aux champs électromagnétiques émis en zone de champ proche par les
composants voisin en fonctionnement.
Sujet:
Le travail sera scindé en plusieurs étapes. Des OCT routés selon différentes configurations, notamment pour
ce qui concerne les plans de masse, sont disponibles au laboratoire. Le stagiaire devra d'abord se familiariser
avec le fonctionnement d'un OCT, puis comprendre les différentes règles de routage utilisées en lien avec la
compatibilité électromagnétique.
Puis le stagiaire mettre en place une méthodologie de mesures des principales caractéristiques de l'OCT:
courbe de fréquence d'oscillation en fonction de la tension, courbe de puissance en fonction de la tension de
commande. L'OCT sera irradié sous rayons X. Le stagiaire devra avant et après irradiation comparer les
caractéristiques mesurées. Dans le même temps il assistera un doctorant qui effectuera des agressions
électromagnétiques et étudiera la fréquence d'oscillation avant et après irradiation aux rayons X. L'étudiant
assistera aux irradiations.
But du projet : Il s'agit d'initier des études innovantes sur l'aspect synergie dose ionisante – CEM. Ce type
d'étude n'a jamais été abordé jusqu'ici sur des VCO. L'étude doit être débutée en janvier 2011 par un
doctorant mais les résultats obtenus devront être affinés et détaillés.
Nombre d'étudiants: 1
Contact : universitaire: S. Jarrix : [email protected]
Localisation: Laboratoire IES –Groupe Radiac – Montpellier
Possibilité de stage par la suite : peut – être
Projet pourvu
Connotation : Hyper H2
Simulations de sondes de champ proche sous CST Microwave Studio
Sujet:
CST Microwave Studio est un logiciel de simulation électromagnétique 3D commercial très utilisé dans le
milieu industriel et de recherche en hyperfréquences. Ce projet est l'occasion de le prendre en main en
apprenant à dessiner des sondes, choisir les matériaux, choisir le type de ports pour pouvoir exciter les
éléments, comprendre la problématique du maillage inhérente à tout logiciel de simulation.
Ensuite il faudra simuler le comportement électromagnétique des sondes, en particulier observer le champ
rayonné selon ses diverses composantes, mesurer des paramètres de réflexion, voire de transmission à la'ide
de montages sonde – lignes. Les sondes seront dans un premier temps simples, basées sur du câble coaxial,
avec des géométries différentes: droites pour travailler avec le champ électrique, en boucle pour travailler
avec le champ magnétique.
But du projet: ce projet a pour but de bien faire prendre en main le logiciel de simulation CST Microwave
Studio. L'étudiant devra, à l'issue des semaines consacrées au projet, être expert en simulation pour pouvoir
aborder un projet beaucoup plus vaste mêlant simulation et expérience sur des sondes de champ proche pour
circuits intégrés dans un but d'injection de fautes cryptographiques. Dans ce cadre l'étudiant assistera aux
discussions entre les divers partenaires du projet.
Nombre d'étudiants: 1
Contact : universitaire: S. Jarrix : [email protected]
Localisation: Laboratoire IES –Groupe Radiac – Montpellier
Possibilité de stage par la suite : oui
Projet pourvu
Connotation : Hyper H3
Pré-étude d'un système d'émission – réception pour radiocommunication en
bande X (8 – 12 GHz) pour petit satellite étudiant
Sujet:
Actuellement il existe au sein du département EEA un projet de conception d'un satellite et de sa
station sol par des étudiants. Ce satellite, de forme cubique et d'arête 10cm, est dans sa phase finale
d'intégration. Il communique avec la station sol grâce à une carte radiocommunication dans les bandes UHF
et VHF ( exactement sur 145, 95 MHz et 437,325 MHz). Dans l'optique des projets spatiaux futurs, il serait
intéressant de concevoir des cartes d'émission – réception dans une gamme de fréquence plus élevée. Ceci
permettrait d'augmenter le débit de données transmissibles.
Le projet proposé ici comporte 2 volets. Le 1e volet sera de participer aux tests de fonctionnement et
de communication dans la bande UHF et VHF de la carte existante.
Le 2ième volet, plus conséquent, consiste en l'étude de faisabilité en bande X ( 8 – 12 GHz ) d'un
système d'émission et de réception. Il faudra étudier avec soin la problématique de l'UWB (ultra wide band)
et les composants hyperfréquences associées (oscillateurs, filtres, amplificateurs). Les contraintes de
puissance, de taille, et d'antenne ne seront pas prises en compte dans cette étude préliminaire. A la fin du
projet une architecture doit être choisie. Une maquette devra être en cours d'avancement.
Pré-requis:
avoir des connaissances en techniques de modulation et en circuits hyperfréquences.
Nombre d'étudiants: 2
Contact : universitaire: S. Jarrix : [email protected]
Localisation: Laboratoire IES –Groupe Radiac – Montpellier
Possibilité de stage par la suite :
Projet pourvu
Connotation : Hyper, Electronique H4
Etude des nanofils et nanotubes pour les applications térahertz
Sujet :
La gamme du TeraHertz (THz) soit de 300 GHz à 30 THz possède un grand nombre
d'applications possibles dans plusieurs domaines comme la physique, la chimie, l'environnement,
l'astronomie, les télécommunications, l'imagerie industrielle, la médecine, la biologie, de la sécurité.
Cependant, ce domaine représente une lacune dans le spectre électromagnétique car il n'existe pas,
pour le moment, ni d’émetteurs ni de détecteurs qui possèdent en même temps les qualités
d'intégrabilité, d’opérabilité à température ambiante, la compacité, l’intégrabilité et l'accordabilité en
fréquence.
L'une des stratégies permettant de générer ou de détecter ces radiations THz est l'utilisation d’un
gaz d'électrons à une dimension créé au sein de structures électronique tels que les nanotubes ou les
nano-fils. Le but de ce projet est de réaliser un Etat de l’Art de l’utilisation actuelle de telles dans le
domaine THz et de mettre en perspectives leurs applications éventuelles.
Pré-requis :
Des compétences en hyperfréquences et en physique des composants électroniques sont
souhaitables.
Nombre d'étudiants: 2
Contact universitaire:
Jérémie Torres ([email protected]),
Luca Varani ([email protected])
Localisation: Institut d’Electronique du Sud- Université Montpellier 2
Possibilité de stage par la suite : peut être
Projet Pourvu
Connotation : Hyper H5
Etude et simulation d'une antenne à ouverture en bande S
Sujet :
Le travail consistera à étudier une antenne à ouverture à l'aide du logiciel CST MicroWave
Studio dans la gamme 2 GHz – 4 GHz. Dans un premier temps il faudra étudier les différents types
d’antenne facilement utilisable dans cette gamme de fréquence. La première étape consistera en la
simulation de cette antenne pour en calculer les dimensions et affiner la fréquence de travail. Dans un
deuxième temps il faudra réaliser l’antenne et la caractériser par son coefficient de réflexion et sont
diagramme de rayonnement.
Nombre d'étudiants: 1
Contact : universitaire: Mme PENARIER ([email protected]) , M. NOUVEL
([email protected])
Localisation: Bat 21 3° étage, groupe GEHF IES
Possibilité de stage par la suite : non
Connotation : Hyper H6
Etude et réalisation d'un oscillateur hyperfréquence 10GHz
Sujet :
Il faudra tout d'abord effectuer des recherches pour déterminer qu'elle architecture doit être employé et
comprendre son fonctionnement. Il s'agira ensuite de simuler le fonctionnement de l'oscillateur et enfin
de le réaliser.
Nombre d'étudiants: 1 ou 2
Contact : industriel: ( si il y a lieu pour un projet industriel)
Contact : universitaire: Mme PENARIER ([email protected]) , M. NOUVEL
([email protected])
Localisation: Bat 21 3° étage, groupe GEHF IES
Possibilité de stage par la suite : non
Connotation : Hyper H7
Etude et simulation d’une cavité THz couplée à un guide THz
Sujet :
L’étude consistera à étudier une cavité fonctionnant à la fréquence de 1 THz. Il faudra tout
d’abord faire des recherches sur les différents types de cavité utilisable en THz. Les simulations d’une
cavité seront réaliser en 3D à l’aide du logiciel CST Microwave studio. L’étude devra mettre en avant
les possibilités et l’efficacité de couplage entre le guide et la cavité et également la qualité des
résonnances suivant les caractéristiques de la cavité.
Nombre d'étudiants: 1 ou 2
Contact : industriel: ( si il y a lieu pour un projet industriel)
Contact : universitaire: Mme PENARIER ([email protected]) , M. NOUVEL
([email protected])
Localisation: Bat 21 3° étage, groupe GEHF IES
Possibilité de stage par la suite : non
Connotation : Hyper H8
Etude et réalisation d'un amplificateur à 10GHz
Sujet :
Les étudiants auront pour tâche la réalisation d'un amplificateur à transistor FET ou HEMT à 10GHz. Le
projet se déroulera en plusieurs phases :
- Etude du transistor
- Etude du circuit de polarisation
- Etude du circuit d'adaptation
- Simulation de l'amplificateur à l'aide du logiciel de simulation ADS d'Agilent
- Réalisation de l'amplificateur
Nombre d'étudiants: 1 ou 2
Contact : industriel: ( si il y a lieu pour un projet industriel)
Contact : universitaire: Mme PENARIER ([email protected]) , M. NOUVEL
([email protected])
Localisation: Bat 21 3° étage, groupe GEHF IES
Possibilité de stage par la suite : non
Connotation : Autres A1
Tests électriques sur carte de radiocommunication et implémentation d'un
module GPS pour expérience en ballon
Sujet: Ce sujet s'inscrit pleinement dans le projet Robusta. Robusta consiste en un satellite cubique de
dimensions 10cm x 10 x10cm cm, poids 1 kg, et de sa station sol associée, les deux réalisés par des étudiants
issus de formations bac + 2 au bac + 8 en partenariat avec le CNES. Le satellite comporte une structure
métallique recouverte de panneaux solaires et à l'intérieure de laquelle il y a 4 cartes : une carte
d'alimentation, 1 carte contrôleur qui contrôle les tâches à effectuer, 1 carte expérience et 1 carte
radiocommunication. Les cartes sont enfichées dans une carte mère. La mission du satellite est de mesurer la
dégradation de courants et tensions de circuits intégrés à base de transistor bipolaire sous l'effet des
radiations ionisantes. Les data mesurées sont ensuite envoyées à la station sol placée en haut du bâtiment 21
du campus Montpellier 2. Des fréquences UHF et VHF sont utilisées pour l'envoi des data et la réception des
télécommandes issues de la station sol. Les cartes sont toutes finalisées quant au design. Il va falloir dans un
futur proche finaliser les tests fonctionnels puis faire l'assemblage de toutes ces cartes pour former le
satellite.
Le sujet ici comporte 3 volets :
1) La carte radiocommunication est aujourd'hui presque finie d'être montée (soudures quasi terminées). Il va
falloir procéder à des tests f fonctionnels : vérifier qu'elle fonctionne que les bonnes fréquences avec la
bonne puissance. Il faut rapidement faire des tests de consommation également. Ces tests seront ensuite
renouvelés sous vide, puis sous haute température.
2) Des tests de communication avec la station sol devront être menés, dans un premier temps en connectant
simplement la carte radio au transceiver de la station sol.
3) Dans un 2ieme temps il faudra préparer une expérience de communication satellite – station sol avec le
satellite embarqué à bord d'un ballon sonde. Pour cela il faudra se pencher sur le choix et le fonctionnement
d'un module GPS embarqué avec le satellite sur le ballon.
4) Il est demandé de prendre contact avec l'équipe Système pour venir la renforcer et acquérir unevision
globale de toute la technique et fonctionnalités du satellite.
Nombre d'étudiants: 1 ou 2
Profil : électronique, hyperfréquences, aptitudes à communiquer
Contact : universitaire: S. Jarrix : [email protected]
Localisation: Laboratoire IES –Groupe Radiac – Montpellier
Possibilité de stage par la suite : oui
Projet pourvu