Photodiodes à avalanche
Vers la détection ultime d’un faible nombre de photons sans perte d’information
Les photodiodes à avalanche du CEA-Leti permettent une détection haute sensibilité résolue dans le temps dans les bandes spectrales infrarouges.
Grâce à une couche d’absorption semi-conductrice en tellure de mercure-cadmium (HgCdTe) et à un procédé d’amplification unique, un gain de signal de 1000 peut être obtenu sans ajout de bruit. Performante même à température ambiante, cette technologie, intégrable dans divers systèmes de détection, ouvre la voie à de nouvelles fonctionnalités et de performances accrues.
Applications
Cette technologie, en cours d’industrialisation, est adaptée aux produits de détection à faible SWaP-C (taille, poids, consommation et coût) pour des applications industrielles ou militaires :
- Les communications optiques en espace libre pour la transmission sécurisée et ultra-rapide de données;
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Le LiDAR pour la détection industrielle, l’imagerie topographique, la défense, le spatial et la mobilité ;
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La détection infrarouge résolue dans le temps pour la science (recherche biomédicale, sciences des matériaux, etc.) ;
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Les applications d’optique quantique.
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Avantages
Les photodiodes avalanche du CEA-Leti conduisent à des systèmes de détection plus simples tout en apportant de nouvelles capacités de détection :
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Une amplification du signal (avec un gain de 1000) sans ajout de bruit pour une détection des signaux faibles, normalement occultés par le bruit de l’électronique à proximité, pour une détection de photons uniques dans les bandes spectrales infrarouges courtes et moyennes ;
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Une intégration monolithique de microlentilles pour une surface optique active améliorée répondant aux exigences de couplage optique en espace libre ;
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Une intégration hybride sur amplificateur pour une réduction de bruit, des performances caractérisables sur puce et une robustesse aux interférences électromagnétiques.
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Credits: R
Travailler avec le CEA-Leti
Le CEA-Leti peut développer cette technologie en partenariat avec les fabricants ou intégrateurs de systèmes d’optique quantique, de LiDAR et de communications optiques cherchant un SWaP-C inégalé, ou encore des laboratoires de recherche souhaitant se doter de nouvelles capacités de détection.
En cours de commercialisation sur la bande infrarouge courte, le CEA-Leti peut accompagner ses partenaires sur le développement pour d’autres bandes spectrales et pour des applications spécifiques. Le CEA-Leti accompagne la maturation de chaque projet jusqu’au transfert industriel, à travers la start-up Moon Photonics, jusqu’à la fabrication industrielle du composant fini.
Publications scientifiques
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Rothman, J., et al. (2025). Meso-photonic Detection with HgCdTe APDs at High Count Rates. J. Electron. Mater. 49, 6881–6892.
Rothman, J., et al. (2020). High Operating Temperature Performance Characterization of SWIR HgCdTe Avalanche
Photodiodes. J. Electron. Mater. 54, 8323-8334.
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