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Siddhath Nambiar

Dispositifs électrooptique assistés plasmon en silicium

Publié le 20 décembre 2012


Thèse soutenue le 20 décembre 2012 pour obtenir le grade de docteur de l'Université de Grenoble - Spécialité : Nanophysique

Résumé :
Bien que les propriétés optiques des métaux nanostructurés soit connues depuis de nombreuses décennies, ce n'est que dans les dernières années que ce domaine a suscité un grand intérêt. Ceci est en partie dû aux nombreux progrès des techniques de nanofabrication. Le domaine de la plasmonique est souvent présentée comme la support de la prochaine génération de dispositifs de traitement de l'information, mélangeant la nanoélectronique et la photonique silicium pour obtenir des dispositifs plus performants. Les systèmes microélectroniques actuels approchant de la saturation en terme de bande passante et de consommation énergétique, la migration vers les systèmes photoniques semble inévitable. La prédiction de la réponse électromagnétique de ces composants nano-photoniques est essentiels au succès de leur intégration réaliste. Les outils numériques de simulation électromagnétiques sont le moyen par excellence de calculer précisément er de manière réaliste les propriétés optiques de composants nanophotoniques, et en particulier ceux utilisant des plasmons de surface. Ce travail de thèse rend compte de l'analyse numérique de la propagation et des caractéristiques de champ proche de composants à base de plasmons pour la photonique en technologie CMOS. Les deux principaux outils de modélisation EM utilisés à cet égard sont la méthode des éléments des moments, ainsi que la FDTD. Deux types principaux de dispositifs actifs plasmoniques actifs ont été étudiés : d'une part les modulateurs électro-optiques intégrés et d'autre part des détecteurs à base de quantum dot de Ge, le tout dans la gamme du proche infrarouge. La question cruciale d'un couplage efficace de la lumière dans un mode très confiné plasmonique a d'abord été étudiée de manière à isoler la part modale des principales contributions. Ensuite, une nouvelle structure de modulateur assisté plasmon a été proposée et une conception optique complète prenant en compte les contraintes technologiques d'une fonderie CMOS est proposée et discutée. Enfin une conception optimisée du couplage radiatif de l'absorption d'un point de Ge, en utilisant une antenne dipolaire plasmonique, est étudiée. En particulier, l'ingénierie radiative du substrat SOI permet de démontrer un effet considérable sur la performance finale du dispositif.

Jury :
Président : Dr Kuntheak Kheng
Rapporteur : Dr Renaud Bachelot
Rapporteur : Dr Alexandre Bouhemier
Examinateur : Dr Laurent Vivien
Directeur de thèse : Dr Marc Sanquer
Co-encadrant de thèse : Dr Roch Espiau de Lamaestre

Mots clés :
Silicium

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