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Groupe de recherche CIMI

À l’ISAE SUPAERO, le Département d’Electronique, d’Optronique et de Traitement du Signal (DEOS) développe et réalise les charges utiles pour les applications aéronautiques et spatiales avancées de demain. Les compétences de ses équipes couvrent un large éventail de technologies, de la conception de capteurs silicium aux charges utiles scientifiques interplanétaires, et des études théoriques du signal aux systèmes avancés de communication et de navigation.


Le groupe « Conception d’IMageurs Intégrés » (CIMI) étudie, développe et caractérise des capteurs d’images à pixels actifs (Capteurs CMOS Image Sensor (CIS)) sur silicium pour le rayonnement visible et le proche infrarouge.

Les enjeux des études et les objectifs du groupe CIMI répondent au besoin d’intégration, de miniaturisation, et d’amélioration des performances des capteurs d’images. Ces derniers sont les éléments clés des caméras, des systèmes de vision d’instruments spatiaux ou des systèmes d’imagerie durcis aux radiations ionisantes.

Un détecteur CIS est composé essentiellement, d’une matrice de pixels pour récupérer une valeur en tension proportionnelle aux photons détectés, d’un circuit de lecture pour traiter les valeurs en tension de tous les pixels et de décodeurs pour adresser les pixels.

Nous avons des Coopérations :

  • avec Airbus Defence & Space pour développer des capteurs d’images et des instruments spatiaux depuis 1994 (Chaire d’entreprise CRISTAL établie depuis 2009).
  • avec le CEA-DAM depuis 2010 (équipe de recherche commune depuis 2012) sur l’étude de la vulnérabilité des imageurs en environnements radiatifs (nucléaires) sévères.
  • avec Thales Alenia Space pour développer des capteurs d’images (Chaire d’entreprise établie depuis 2015).

Les thématiques de recherche

Il y a 4 principales thématiques de recherche dans le groupe de recherche CIMI :

Développement

Développement

Étude et développement de capteurs d’images sur silicium pour le rayonnement visible et le proche infrarouge

Physique

Physique

Nano/microélectronique / Circuits intégrés / Physique des dispositifs semi-conducteurs / Physique de la photodétection

Radiation

Radiation

Effets des radiations spatiales et nucléaires sur les capteurs d’images et durcissement par conception (Image credits : NASA's Goddard Space Flight Center/Genna (...)

Cryogénie

Cryogénie

Électronique à température cryogénique


Nos partenaires industriels et institutionnels

  • ADS (Airbus Defence & Space)
  • ANDRA (Agence Nationale des Déchets RAdioactifs)
  • CEA DAM (Commissariat à l‘Energie Atomique, Direction des Applications Militaires)
  • CNES (Centre National d‘Etudes Spatiales)
  • C2N CNRS (Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies, Centre National de la Recherche Scientifique)
  • DGA (Direction Générale de l’Armement)
  • ESA (European Space Agency)
  • F4E (Fusion For Energy)
  • MBDA
  • Photonis
  • Pyxalis
  • Sodern (filiale de la société aérospatiale ArianeGroup)
  • TAS (Thales Alenia Space)

Recherches et développements en collaboration avec des industriels

recherche_DEOS_CIMI_R&D1
Accéder aux projets spatiaux (Image Copyright ESA)

R&D principaux concernant l’environnement spatial :

  • Un détecteur CIMI dans le satellite Copernicus pour la mission LSTM -(Land Surface Temperature Monitoring), sera conçu en 2021.
  • Un détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-2B -(Geostationary - Korea Multi-Purpose Satellite-2), conçu en 2014.
  • Un détecteur CIMI dans les satellites Sentinel 2-A et 2-B pour l’observation de la terre, conçu en 2011.
  • Un détecteur CIMI pour établir une liaison optique, via l’atmosphère, entre un porteur aéroporté représentatif des futurs drones et le satellite géostationnaire ARTEMIS de l’ESA, conçu en 2006.
  • Un détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-1 -(Geostationary - Korea Multi-Purpose Satellite-1) ou COMS -(Communication, Ocean and Meteorological Satellite), conçu en 2005.

La liaison optique entre un avion et un satellite est une première mondiale. Un détecteur APS (Active Pixel Sensor) dans l’espace est une première mondiale pour le détecteur CIMI dans le satellite GEO-KOMPSAT-1 qui a été positionné en orbite géostationnaire en 2010.


recherche_DEOS_CIMI_R&D2
Accéder aux projets radiatifs (Image Copyright ESA)

R&D principaux concernant l’environnement radiatif :

  • Un détecteur CIMI durci aux radiations ionisantes (au-delà de 1 MGy) pour la caractérisation in-situ des déchets nucléaires, conçu en 2020.
  • Un détecteur CIMI durci aux radiations ionisantes (au-delà de 1 MGy) pour la vision et l’inspection à distance pendant les opérations de télémanipulation du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER), conçu en 2019.

Concernant le réacteur ITER, le détecteur CIMI a la capacité d’obtenir des images de bonne qualité après une quantité de rayonnement de 1MGy. C’est une première mondiale !


Les moyens de conception et de mesure de CIMI

  • Des stations de travail Linux pour la conception des circuits.
  • Des générateurs de mots, alimentations faible bruit, générateurs de signaux arbitraires…
  • Des instruments d’analyse électrique (oscilloscopes, analyseurs logiques) et optique (puissance mètre, spectroradiomètre) calibrés.
  • Des bancs de caractérisation transportables pour les besoins de caractérisation sur sites externes.
  • Des sources optiques à grande uniformité et à grande stabilité.
  • Deux monochromateurs pour l’analyse fine de la sensibilité spectrale.
  • Des enceintes thermiques pour les études en température.
  • Des platines de translation motorisées pour les mesures de qualité de l’image.
  • Des microscopes pour l’observation des circuits.
  • Un Microscope Electronique à balayage (MEB) pour l’analyse topographique (observation de µlentilles, de vues en coupe...) ; mais également pour l’extraction de paramètres physique par EBIC.
  • Un microscope en champ proche SNOM (Scanning Near field Optical Microscope) et un microscope à force atomique (AFM) pour la mesure de topographie et de sensibilité intra-pixel.
  • Un irradiateur X de 350kV.
  • Un four de recuit.
  • Deux analyseurs paramétriques pour dispositif semi conducteur.
  • Un testeur sous pointe pour la mesure de paramètres électriques (courant de fuite, bruit, capacité…) des structures des imageurs non mis en boitier.
  • Un testeur sous pointe en environnement cryogénique (Cryo testeur allant de 300K à 80K) pour la mesure de paramètres électriques de dispositifs élémentaires microélectronique (du circuit nu au wafer 8").
  • Un cryostat pouvant accueillir des composants imageurs complets et des circuits de lecture pour des tests électriques et dans l’obscurité (de 300K à 80K).
  • Un banc de caractérisation de bruit basse fréquence pouvant opérer en environnement cryogénique.
  • Des équipements de mesures électriques sur des dispositifs élémentaires en boitier (de 300K à 10K).

Slide 15 Moyens CIMI


Les publications des membres de CIMI

Responsable du groupe CIMI

Pierre MAGNAN (HDR)
Pierre.Magnan chez isae-supaero.fr

Personnels du groupe CIMI

ALLANCHE Timothé
BERCE Caroline
BROCHARD Nicolas
CARO Cécile
CORBIERE Franck
DRAYE Robin
ESTRIBEAU Magali
GOIFFON Vincent (HDR) (https://personnel.isae-supaero.fr/vincent-goiffon/)
LE-ROCH Alexandre
MARCELOT Olivier
MARTIN-GONTHIER Philippe
MASSENOT Sébastien
MOLINA Romain
PANGLOSSE Aymeric
ROLANDO Sébastien

Doctorants du groupe CIMI

ANTONSANTI Aubin
COBO Elie
DEWITTE Hugo
DINAND Ségolène
PACE Federico
ROBERT Emilie
TOURNEUR-SILVAIN Marie
TOURON Pierre

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