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Thèse

Visualisation de la thèse: THE225

Thèse 2019

G.ALMUNEAU, A.MONMAYRANT, S.CALVEZ

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HOPES

traitement des images, Procédé AlOx, micro et nano technologies, composants photoniques

Imagerie hyperspectrale et modélisations pour le suivi d’oxydation de VCSEL

- Contexte de la thèse :

Les lasers à cavité verticale émettant par la surface (VCSEL) sont les sources de lumière privilégiées pour transférer et traiter les données dans les centres de communication (datacentres), pour retranscrire les déplacements des souris optiques des ordinateurs et, plus récemment, pour effectuer les mesures de télémétrie permettant notamment la reconnaissance faciale tri-dimensionnelle sur les smartphones haut de gamme, et la détection de l’environnement pour les véhicules autonomes (LIDAR).
La demande de production de VCSEL est en pleine expansion. L'étape de fabrication la plus critique est en fait l'oxydation, c'est à dire la transformation sélective d'une couche de semi-conducteur en isolant au sein de la structure multi-couche du composant, car elle détermine la zone d'injection du courant d'alimentation ainsi que les modes laser émis [1]. L’équipe Photonique du LAAS [2] et la société AET [3] ont une collaboration continue depuis une dizaine d’années sur un four d’oxydation disposant d’un système d’imagerie in-situ pour le suivi et le contrôle en temps-réel de cette étape critique.

- Description :

L’objectif de cette thèse CIFRE est de développer conjointement (1) un nouveau dispositif d’imagerie hyperspectrale, (2) de nouvelles approches de traitement des données recueillies ainsi que (3) des modèles optiques et physico-chimiques du procédé. Ces trois aspects étant intimement interdépendants, une approche de co-conception est envisagée.

(1) Un premier axe de travail visera à développer une source d’illumination dont le spectre peut être façonné et contrôlé de manière arbitraire à l’aide de matrices de micro-miroirs. L’objectif est double : d’une part pouvoir reconstruire l’image hyperspectrale de la structure au cours de l’oxydation et d’autre part et pouvoir générer des spectres d’illumination contrôlés favorisant l’observation du front d’oxyde.

(2) Le deuxième axe de travail est directement lié au précédent et vise à développer des méthodes de traitement de données et de classification à partir des images hyperspectrales recueillies. Différentes approches sont envisagées, notamment l’analyse discriminante de Fisher (FDA Fisher Discriminant Analysis) afin d’améliorer la sensibilité et la résolution du suivi d’évolution du front d’oxyde.

2) Le dernier axe vise à modéliser les structures en cours d’oxydation. Cet axe comprend deux volets. Tout d’abord, la modélisation des propriétés optiques des structures permettra de valider les images hyperspectrales recueillies et de développer de nouvelles approches modales pour le contrôle des performances optiques des structures oxydées. Ensuite, la modélisation fine du processus anisotrope d’oxydation [4] fournira des informations supplémentaires pour la définition de méthodes d’analyse spécifiques offrant une sensibilité et une résolution accrues.

- Environnement :

L’étudiant effectuera sa thèse au sein du LAAS-CNRS (Toulouse), dans l’équipe Photonique et profitera notamment des infrastructures de micro- et nano-technologies (salle blanche), mais aussi de la plateforme de caractérisation optique, et de la plateforme de calcul du LAAS. Une partie du travail sera aussi effectué chez AET Technologies (Meylan), d’une part pour contextualiser le travail de thèse dans son contexte industriel et d’autre part pour confronter les avancées scientifiques obtenues aux exigences industrielles.

Cette thèse combine à la fois des études scientifiques de pointes dans plusieurs domaines (optique, traitement du signal, modélisation physico-chimique) et des enjeux industriels forts. Elle permettra au candidat de se former en calcul scientifique, en optique expérimentale et en procédés de micro- et nano-technologies.

- Profil recherché :

Le candidat devra avoir des compétences de base en modélisation, notamment dans la capacité à traduire un problème physique en méthode numérique.
Une expérience en optique expérimentale est aussi souhaité.
Enfin, une expérience de travail de micro- et nano-technologie en salle blanche sera appréciée.

- Co-directeurs de thèse :

Stéphane Calvez ( scalvez@laas.fr ) : Chargé de recherche CNRS – CR1

Antoine Monmayrant ( antoine.monmayrant@laas.fr ) : Chargé de recherche CNRS – CR1

- Références :

[1] J. M. Dallesasse and D. G. Deppe, III–V Oxidation: Discoveries and Applications in Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers. Proceedings of the IEEE, Vol. 101, No. 10, October 2013

[2] https://www.laas.fr/public/fr/photo

[3] http://www.aet-technologies.fr/

[4] G. Lafleur, G. Almuneau, A. rnoult, H. Camon ans S. Calvez, Anisotropy in the wet thermal oxidation of AlGaAs: influence of process parameters, Optical Materials Express, Vol. 8, No. 7, July 2018.

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