Vous pensez infra-rouge ? Pensez IES !

l’institutd’électronique

Technologie laser

Photodétecteur

GaSb

Photonique

Analyse de gaz

Composants

Spectroscopie

Vision nocturneSemiconducteur

Optoelectronique

Imagerie

Quantique

L’IES l’Institut d’Electronique, Unité Mixte de Recherche du CNRS et de l’UM2, fort de 220 collaborateurs, est reconnu au niveau de l’état de l’art mondial pour ses com-pétences sur l’INFRA-ROUGE, la FIABILITE, les CAPTEURS et le TERAHERTZ. Cette plaquette «L’IES et l‘INFRA-ROUGE» a pour objet de décliner l’ensemble de nos savoir-faire sur le thème de l‘INFRA-ROUGE.

L’infra-rouge est le domaine du spectre électromagnétique de fréquence inférieure à celle de la lumière visible, c’est à dire «en-dessous du rouge». Ce domaine spectral est souvent associé à la chaleur car tout corps émet spontanément un rayonnement IR qui dépend de sa température.Compte tenu des fenêtres de transmission de l’atmosphère, l’infra-rouge est subdivisé en plusieurs bandes : le proche IR (SWIR 1.7µm-2.7µm), le moyen IR (MWIR 3-5µm), le lointain IR (LWIR 8µm-12µm).Les composants émetteurs et détecteurs de rayonnement fabriqués à l’IES prennent en compte ces bandes de transmissions at-mosphériques.

Le motdu Directeur et l’infra-rouge

L’IES etle domaine spectral infra-rouge

Fenêtre de transmission de l’atmosphère et domaines spectraux de l’IR

Longtemps, le domaine de l’infra-rouge a été considéré comme relevant exclusivement des applications militaires du type vision nocturne ou contre mesures. Mais ces dernières années, cette riche gamme spectrale s’ouvre de plus en plus aux applications civiles, que cela soit dans le domaine industriel, la sécurité des biens et des personnes, l’environnement avec l’analyse de gaz ou bien le médical.Ces applications s’appuient sur le développement de composants optoélectroniques, lasers et photodétecteurs, de très hautes performances qui sont le moteur d’activités de recherche importantes dans de nombreux laboratoires à travers le monde.A l’IES l’Institut d’Electronique, nous fabriquons et étudions depuis plus de vingt ans de tels composants optoélectroniques, émetteurs lasers et détecteurs de rayonnement infra-rouge. Ces composants, à base de matériaux semi-conducteurs de la filière des antimoniures (GaSb) satisfont pleinement les critères de hautes performances et sont une spécificité de notre institut reconnue au niveau international.Cette plaquette présente les activités de nos équipes de recherche dans le domaine de l’infra-rouge, avec un focus sur l’Equipex EXTRA, qui prendra place au sein du futur bâtiment de l’IES (livraison juin 2014, 8000m2, co-financements Etat-Région LR), et qui traduit de façon remarquable l’excellence de notre laboratoire dans ce domaine. Alain Foucaran - Directeur de l’IES

Dans le domaine des photodétecteurs infra-rouge l’objectif de l’IES est la maitrise de la fabrication technologique de pixel de matrice de détecteur et l’étude de photodiodes de très haute performance pour la prochaine génération de caméras infra-rouges (3ème génération) : photodiodes In(As)Sb pour le MWIR et photodiodes à superréseaux InAs/GaSb pouvant fonctionner dans le MWIR, le LWIR mais aussi dans le VLWIR, ce qui rend cette filière très prometteuse pour de nouvelles applications.

Les applications d’imagerie IR sont nombreuses telles que la vision nocturne ou la détection d’objet chaud pour le domaine militaire, la détection d’obstacle ou de personnes en milieu extrêmes (fumée, pluie, brouillard, nuit) pour la sécurité, la thermographie pour le milieu industriel (maintenance préventive) ou médical (aide au diagnostic), le contrôle de la pollution ou la cartographie de température pour la climatologie et l’agriculture dans le domaine environnemental.

L’IES etles détecteurs infra-rouges

Le pixel détecteur : élément de base du système imageur IR

Application de l’imagerie Infra rouge,détection d’objet chaud, de personne,

de défauts, d’inflammation

Image IR du faisceau d’un laser à cascade quantique InAs/AlSb émettant à 4,5 µm.

Un point fort de longue date de l’IES dans le domaine des émetteurs de lumière IR est la réalisation et l’étude de lasers à semiconducteurs opérant dans les bandes SWIR et MWIR de l’IR. Plus récemment des projets ont été mis en place qui visent à atteindre le LWIR et, au-delà, le Tera-Hertz. En effet, il n’existe pas de com-posants à semi-conducteurs fonctionnant correctement à ces longueurs d’ondes alors même que les champs d’applications sont nombreux. Tous ces lasers sont basés sur des empilements complexes de nanostructures de semi-conducteurs III-V : diode laser émettant par la tranche ou laser à cavité verticale émettant par la surface à GaInAsSb/AlGaAsSb, laser à cascade quantique à InAs/AlSb. Toute la gamme de longueur d’onde entre 1.5 µm et 3 µm est couverte avec des lasers fonctionnant en régime continu tandis que les composants aux plus grandes longueurs d’ondes fonctionnent en régime pulsé. Des procédés technologiques innovants (cristaux photoniques, plasmonique, cavité externe, intégration sur Silicium..) sont en cours de développement afin d’offrir de nouvelles fonctionnalités.

Image enmicroscopieélectronique àtransmission d’une structure InAs/GaSb. Chaque ligne correspond à un plan d’atomes.

Image enmicroscopieélectronique àbalayage de la coupe d’un laser émettant par la surface.

L’IES et les lasers infra-rouges10µm

L’IES etles applications de l’infra-rouge

L’infra-rouge couvre un très vaste domaine de longueurs d’onde. La gamme spectrale autour de 1,5 µm, correspondant à la transparence maximale des fibres optiques, est la gamme utilisée dans les télécommunications sur fibres. Au-delà, l’IR présente deux caractéristiques majeures.D’une part, il existe des fenêtres dans lesquelles l’atmosphère est transparente, et, d’autre part, de très nombreux gaz présentent, à l’inverse, de très fortes absorptions.La transparence de l’atmosphère permet la mise en œuvre d’applications telles que les contre-mesures optiques, l’imagerie IR ou les communications en espace libre.Les techniques optiques, extrêmement sensibles, révolutionnent le domaine des capteurs. La présence de fortes absorptions par les gaz permet, par exemple, de développer l’analyse de gaz avec divers objectifs applicatifs : contrôle de la pollution atmosphérique, suivi de procédés industriels, aide au diagnostic médical, surveillance de l’environnement, …. Raies d’absorptions de divers gaz

dans la gamme 2 – 4 µm.

Système d’analyse de gaz

Espace inter-cavités d’un laser antimoniure à cavités couplées par cristaux photoniques

Laser haute cohérence à cristaux photoniques

Dans le but de repousser toujours plus loin les performances des com-posants infra-rouge (lasers et détecteurs), l’IES mène des projets visant à intégrer directement de nouvelles fonctionnalités optiques à ces composants.La structuration spatiale des dispositifs (cristaux photoniques, optique diffractive) ainsi que l’intégration de métaux (plasmonique), par exemple, permettent de déve-lopper de nouveaux dispositifs aux propriétés remarquables (contrôle de la polari-sation de la lumière, mise en forme de faisceau, filtrage spectral, …).Grâce à ces travaux qui font appel à l’ensemble des compétences (modélisation, technologie et caractérisation), nous développons aujourd’hui les composants optoélectroniques de demain.

Simulation électromagnétique d’unestructure plasmonique

L’IES et les fonctionnalisationsdes composants infra-rouges

• Le groupe NANOMIR de l’IES •• Composants à nanostructures pour moyen infra-rouge •

• Collaborations •

• Plateau technologique infra-rouge •

http://ies.univ-montp2.fr/edr/nanomir

Dans le cadre de la politique des Investissements d’Avenir, le gouvernement a lancé en 2010 et 2011 deux appels à propositions pour des Equipements d’Excellence (EquipEx) dont l’objectif était de doter les secteurs scientifiques d’équipements de pointe, structurants au niveau national. L’IES, associé au Centre de Technologie de Montpellier (CTM),

est lauréat de l’appel EquipEx 2011.

Les travaux de l’IES dans le domaine de l’infra-rouge ont été ou sont financés par les Investissements d’Avenir, la Région Languedoc-Roussillon, l’ANR, la DGA, le CNRS, l’UM2, la Commission Européenne. Les partenariats sont nombreux au niveau académique (ONERA, LPN, IOGS, LiPHY, UTT, LAAS, INSA, IEMN, CEA, Uni. Würzburg, Ioffe Inst., Paul-Drude-Inst., ADEME, IEF, MPQ …) et industriel (INNOPTICS, III-V lab, nanoplus, Photonis, SAGEM, SOFRADIR, THALES,..).

L’équipe accueil au fil du temps une dizaine de doctorants

- Jean-Marc ANIEL [AI CNRS]- Michaël BAHRIZ [MC]- Alexei BARANOV [DR]- Guilhem BOISSIER [IE1 CNRS]- Laurent CERUTTI [MC]- Philippe CHRISTOL [Pr]- Arnaud GARNACHE [CR]- Fernando GONZALEZ-POASADA [MC]- Pierre GRECH [IE1 CNRS]

- Grégoire NARCY [IE2 CNRS]- Jean-Philippe PEREZ [MC]- Anne PONTIER [TCH CN RF UM2]- Jean-Baptiste RODRIGUEZ [CR]- Yves ROUILLARD [MC]- Thierry TALIERCIO [MC]- Roland TEISSIER [DR]- Éric TOURNIE [Pr] - Aurore VICET [MC]

• EquipEx « EXTRA » • Centre d’excellence sur les antimoniures

• (“EXcellence cenTRe on Antimonides”) •Les composants IR développés à l’IES reposent tous sur des nanostructures de semiconducteurs de la filière dite des antimoniures, c’est-à-dire des semiconducteurs III-V à base de GaSb, AlSb, InAs, InSb et leurs alliages. Ces structures sont obtenues par épitaxie par jets moléculaire (EJM), une technique de croissance cristalline permettant de

contrôler les épaisseurs de couches aux dimensions sub-nanométriques et ainsi de créer de véritables matériaux artificiels aux propriétés inédites.Les matériaux ainsi obtenus sont ensuite micro-structurés grâce à divers procédés technologiques qui permettent de fabriquer le composant lui-même, photodétecteur ou laser. L’IES est un des leaders mondiaux dans cette filière. L’EquipEx EXTRA a vocation à rénover et renforcer le parc d’équipements lourds dédiés à l’épitaxie et à la technologie des composants de l’IES et du CTM. Sa mise en œuvre coïncide avec l’installation de l’IES dans ses nouveaux locaux sur le Campus St Priest de l’UM.La plateforme ainsi constituée, ouverte vers l’extérieur, pourra accueillir des projets exogènes de recherche et de développement afin de favoriser les collaborations et l’innovation.

Contact : Eric Tournié (eric.tournie@univ-montp2.fr)Réacteur EJM - (crédit: Riber)

L’IESspécialiste des composants et systèmes électroniques

pour l’Observation et la Mesure L’IES Institut d’Electronique, Unité Mixte de Recherche du CNRS et de l’UM, fort de 220 collaborateurs, est reconnu aujourd’hui au niveau

de l’état de l’art mondial pour ses connaissances, scientifiques et technologiques, dans les domaines de l’infra-rouge, de la FIABILITE, des CAPTEURS et du TERAHERTZ.

Avec ses compétences et ses savoir-faire dans ces domaines, l’IES est à même d’apporter des solutions innovantes pour l’observation, la mesure et l’analyse des phénomènes physiques qui nous entourent et de participer ainsi à la résolution des enjeux sociétaux de ce début de XXIème siècle

(énergie, eau, alimentation, santé, urbanisme, sécurité, évolution climatique, pollution etc.).Pour rester à la pointe de l’innovation et conscients des besoins et demandes en matière de mesures toujours plus complexes, la stratégie scientifique

de l’IES est essentiellement orientée vers les évolutions scientifiques et techniques des composants et systèmes qui devront être de plus en plus :- intégrés (miniaturisation, nanotechnologies, intégration de puissance, etc.).

- performants (sources/ détecteurs dans de nouvelles gammes spectrales de l’IR et du THz, composants faible bruit).- communicants (augmentation des bandes passantes, THz, RFID, Antennes, etc.).

- vectorisés (drones, pico-satellites, sondes hydrauliques, etc.).- autonomes énergétiquement (efficacité énergétique, micro-sources d’énergie, etc.).- fiables : (fiabilité de l’électronique et des matériaux, du spatial au terrestre, en milieux agressifs).

L’IES est structuré en 3 départements : - Département « Capteurs Composants Systèmes » : capteurs thermiques, capteurs acoustiques, caractérisation et modélisation des composants et dispositifs électroniques, BioMEMS - Département « Photonique et Ondes » : lasers et photodétecteurs moyen infra-rouge, analyse de gaz, génération détection térahertz, champ proche optique, optique intégrée- Département « Systèmes d’Energie, Fiabilité, Radiations » : dosimétrie embarquée, fiabilité des composants électroniques en ambiance radiative (espace, avionique, sol, grands accélérateurs, nucléaire civil), intégration de puissance, fiabilité vieillissement des isolants, actionneurs et commande.A ces trois départements il faut ajouter des Services Techniques et Administratifs d’appui à la recherche. Pour les Services Techniques, nous disposons d’un ate-lier de mécanique numérique et d’un atelier d’électronique. Par ailleurs, nous gérons également des plateformes technologiques : CTM (salle blanche dédiée à la microélectronique), CSU, HERMES (bancs de mesures et de caractérisations hyperfréquence), TOP, RHEOLOGY.

L’IES et l’Enseignement :En complément de ses activités de recherche, les cœurs de métiers de l’IES se retrouvent également au sein des masters d’enseignement gérés par les E/C de l’UMR, à savoir les spécialités :- du Master EEA : Acoustique ; Capteurs et Systèmes Associés Ingénierie Electrique et fiabilité des Systèmes; Composants et Systèmes pour Télécom; Robotique; Systèmes Electroniques Intégrés; Ingénierie des Systèmes Spatiaux.- des Masters pluridisciplinaires (co-gestion) : USTH (ICT) ; USTH (Space); Sciences Numériques pour la Santé.

Cette forte implication des personnels de l’IES dans la gestion de ces masters « cœurs de métier » de notre UMR génère :- du dynamisme dans les échanges scientifiques industriels via les stages étudiants (débouchants pour certains d’entre eux sur des thèses CIFRE)- une vision sur l’employabilité des étudiants sur les aspects innovants- une évolution des collaborations de type « recherche partenariale » avec les PME ou grands groupes industriels.

L’IES affiche ainsi dans sa politique scientifique la volonté de rester présent dans ces masters adossés à ses activités de recherche plurielles.

L’IES et les partenariats :• Partenariats liés aux Initiatives d’Excellence :En ce qui concerne la participation de l’IES au sein des structures Investissements d’Avenir, cette implication est forte avec :- 3 LABEX : NUMEV, SOLSTICE, GANEX- 1 EQUIPEX : EXTRA

• Autres partenariats :L’IES, au travers de ses Chercheurs et Enseignants Chercheurs, est fortement impliqué dans d’autres partenariats à vocation structurantes :- GDR : SEEDS, ERRATA,

- Labcom SPID, - RENATECH Grand Sud-Ouest

- Fondation Van Allen- Pôles de Compétitivité : DERBI, OPTITEC, Mer.

www.ies.univ-montp2.frRealisation : Eric Picard. Service PAO Web IES