Offre de thèse : Développement de matériaux nanostructuréS en GErmaNium pour les applications en Optiques Intégrée dans moyen infra-rouge

Acronyme : GENOIS

Présentation de l’institut Foton

Cette thèse se déroulera à Lannion à l’institut Foton (Fonctions Optiques pour les Technologies de l’informatiON) qui est une unité mixte de 100 personnes, du CNRS, de l’Université de Rennes 1 et de l’INSA de Rennes. L’unité (répartie sur deux sites, un à Lannion et l’autre à Rennes) génère une production scientifique supérieure à 100 articles par an, et constitue l’une des premières forces de recherche publique en France dans son domaine. La spécificité de l’institut Foton est de rassembler, sur des programmes communs, trois équipes couvrant un vaste éventail de recherches dans les télécommunications optiques et plus largement pour les sciences et les technologies de l’information, telles que les capteurs optiques et les nanosciences.

Le doctorant travaillera au sein de l’équipe Systèmes Photoniques de Lannion. Sur place, il bénéficiera des compétences et moyens de fabrication de matériaux, réalisation technologique en salles blanches et caractérisations optiques dans le Moyen Infra-Rouge (MIR).

Contexte

Le sujet s’inscrit dans un contexte de développement de capteurs optiques dans le MIR en utilisant du Germanium, matériau qui permet d’étendre la gamme spectrale de transmission pour des fonctions de détection ou de spectroscopie.

Sujet et objectifs de la thèse

Dans ce contexte, le sujet de thèse GENOIS consiste à concevoir un capteur ultra-sensible en optique intégrée dans le MIR à base de guides d’onde en germanium nanostructuré en le rendant poreux. Ainsi, les couches de germanium poreux peuvent être utilisées comme matrice hôte de molécules à détecter. L’interaction entre la lumière et les molécules à détecter s’effectuera en volume dans la couche poreuse qui, comparé à des matériaux massifs dont l’interaction se fait en surface, présente une surface spécifique plus grande grâce à la présence des pores. L’aspect poreux du matériau permettra alors d’obtenir de plus grandes sensibilités et de plus faibles limites de détection.
D’abord, une étude « matériau » permettra de fabriquer au sein de l’équipe ce nouveau matériau et de le caractériser, pour des applications dans le MIR. Elle reposera sur l’expertise de l’Institut Foton dans le domaine de la fabrication des matériaux poreux.
Par la suite, des composants optiques intégrés notamment des guides d’onde à base de germanium poreux seront développés pour réaliser des transducteurs dans le MIR. Une fois optimisés, ces guides pourront être ensuite utilisés dans des structures plus complexes comme par exemple des structures interférométriques ou résonantes pour détecter des gaz ou solutions contenant les molécules cibles dans cette gamme de longueurs d’onde et en utilisant les bancs de caractérisations optiques développés au sein de l’institut Foton. Dans le cadre de ce projet, le programme envisagé est le suivant :

• Fabrication des couches minces en germanium poreux par voie électrochimique.
• Etude et caractérisations des couches ainsi obtenues :
  • étude physique des couches : porosité, taille et morphologie des pores, épaisseur des couches
    et leur composition chimique,
  • étude optique : indice de réfraction des couches ainsi que leur gamme spectrale de transparence.
• Fabrication technologique, en salles blanches (au sein de la plateforme technologique CCLO de l’institut Foton), de composants en optique intégrée à partir de ces couches. Ce seront notamment des guides d’onde afin d’évaluer leur capacité à être intégrés dans des architectures plus complexes comme transducteurs (étude de la propagation de la lumière dans le MIR et des pertes optiques à ces longueurs d’onde).

Profil du candidat

Le sujet de thèse s’inscrit essentiellement dans le domaine des sciences et ingénierie de matériaux. Le/la candidat/e devra avoir un master et/ou un diplôme d’ingénieur en physique ou en sciences des matériaux. Ce travail nécessitera notamment la connaissance de la physique des matériaux pour la
réalisation et les caractérisations de ces couches, ainsi que la réalisation des composants photoniques et leurs caractérisations physiques et optiques.
Le/la candidat/e devra avoir un goût et un intérêt prononcés pour le travail expérimental en laboratoire. Il/elle sera en charge de la réalisation du matériau poreux par une méthode électrochimique, des caractérisations structurales par microscopie électronique à balayage et par spectrophotométrie, puis des caractérisations optiques des composants optiques réalisés. Il/elle recevra une formation complète pour chaque étape de ces travaux au sein du laboratoire.
Le/la candidat/e sera amené à utiliser des outils de simulations utilisant notamment le logiciel MATLAB pour modéliser les structures optiques réalisées. Enfin, le/la candidat/e devra avoir une bonne aptitude au travail d’équipe.

Encadrement

Cette thèse sera co-encadrée par les chercheurs de l’Institut Foton :

• Directeur de thèse : Mohammed Guendouz (MCF-HDR) mohammed.guendouz@univ-rennes1.fr
• Co-encadrants : Parastesh Pirasteh (IR) parastesh.pirasteh-charrier@univ-rennes1.fr
• Nathalie Lorrain (MCF) nathalie.lorrain@univ-rennes1.fr