LE BRUN Nicolas's PhD thesis defence

Gravure plasma de matériaux à base de boîtes quantiques

Les technologies imageurs développées chez STMicroelectronics sur des composants silicium sont très présentes dans différentes applications de la vie quotidienne comme la téléphonie ou l’automobile et occupent donc une place de plus en plus grande dans notre quotidien. Afin d’améliorer l’efficacité des capteurs optiques nouvelle génération en cours de développement sur le site de Crolles, l’une des solutions innovantes consiste à introduire des matériaux à boîtes quantiques « quantum dots » dans les pixels afin d’étendre leur photosensibilité dans l’infrarouge. Ces matériaux comprennent des particules métalliques (sulfure de plomb) encapsulées dans une matrice de polymère et la fabrication de l’imageur nécessite la gravure anisotrope par plasma de ce nouveau matériau. Plusieurs problèmes se posent alors qui seront étudiés dans cette thèse.
Le but de celle-ci sera ainsi de déterminer la chimie de plasma la plus adaptée à la gravure de nanoparticules de PbS, de comprendre les mécanismes physico-chimiques des réactions de surface et sur les flancs de gravure en fonction de l’environnement (morphologie, empilement, taille des boîtes quantiques…) et d'apporter les solutions qui permettront d'assurer l’industrialisation du procédé.

Imaging technologies developed by STMicroelectronics on silicon components are ubiquitous in numerous products utilized daily across various fields (automotive, telephony, automated tools, etc.), thereby increasingly occupying an important place in our daily lives. To enhance the efficiency of next-generation optical sensors under development at the Crolles site, one innovative approach involves integrating quantum dot-based materials into the pixels to extend their photosensitivity into the infrared range. These materials consist of metallic particles (lead sulfide) encapsulated in a polymer matrix, and the manufacturing steps of the imager necessitate plasma anisotropic etching of high aspect ratio structures of this novel material. Several challenges arise, which will be addressed in this study.

Therefore, this study aims to identify an optimal plasma chemistry for etching PbS nanoparticles, understand the physico-chemical mechanisms governing surface reactions depending on multiple parameters (morphology, stack, quantum dot size, etc.), and provide insights to enhance the industrialization process.