Description

Au cours des dernières décennies, les photodiodes à transport unipolaire modifié (MUTC-PDs) basées sur des semi-conducteurs III–V se sont imposées comme les dispositifs les plus performants pour la conversion optique-électrique à très haute vitesse. Grâce aux progrès réalisés dans l’ingénierie épitaxiale, l’optimisation du transport des porteurs et les architectures à guide d’onde, ces dispositifs atteignent aujourd’hui des bandes passantes supérieures à 200 GHz, des responsivités supérieures à 0,8 A/W et permettent des démonstrations de transmission sans amplification jusqu’à 120 Gbit/s. Ces performances font des MUTC-PDs des composants essentiels pour l’interface entre les domaines optique et sub-THz/THz, notamment dans la perspective des futurs systèmes de communication 6G.

Parallèlement, la photonique intégrée connaît un développement rapide avec l’émergence du niobate de lithium en couche mince (Lithium Niobate on Insulator – LNOI). Cette plateforme combine de très faibles pertes optiques avec un coefficient électro-optique exceptionnel, permettant la réalisation de modulateurs et de circuits photoniques très performants. Des travaux récents ont également démontré la possibilité d’exploiter cette technologie dans le domaine térahertz, ouvrant la voie à de nouvelles architectures pour la génération, le traitement et la détection de signaux large bande.

La convergence de ces deux technologies – photodiodes III–V ultrarapides et circuits photoniques LNOI – offre des perspectives prometteuses pour le développement de dispositifs intégrés capables de générer et de détecter efficacement des signaux THz large bande. L’intégration de photodiodes UTC à très haute vitesse sur des guides d’onde LNOI pourrait permettre de combiner la rapidité intrinsèque des dispositifs III–V avec les propriétés électro-optiques du niobate de lithium.

L’objectif de cette thèse est d’étudier la faisabilité et la conception de photodiodes UTC intégrées sur une plateforme LNOI pour la génération et la détection de signaux THz. Le travail portera sur la modélisation du couplage optique, la conception des structures de photodiodes et l’optimisation des électrodes haute fréquence. Les dispositifs étudiés devront atteindre ou dépasser l’état de l’art actuel en termes de bande passante et d’efficacité. Cette thèse sera réalisée en collaboration avec l’équipe QuIN Photonics de la TU Delft, spécialiste de la photonique intégrée sur LNOI.

Compétences requises

Nous recherchons un(e) candidat(e) titulaire d’un Master ou diplôme équivalent en physique, électronique, optoélectronique, photonique ou ingénierie électrique (EEA). Le/la candidat(e) devra posséder de solides bases en physique des semi-conducteurs, en propagation des ondes électromagnétiques et/ou en photonique intégrée. Une bonne connaissance des dispositifs optoélectroniques et des technologies micro- ou nano-électroniques sera appréciée. Une expérience en simulation numérique (électromagnétisme, photonique ou dispositifs semi-conducteurs) avec des outils tels que HFSS, CST, Lumerical, COMSOL ou SILVACO constituera un atout. Le/la candidat(e) devra faire preuve d’un fort intérêt pour la recherche en physique appliquée et pour le développement de dispositifs innovants. Des compétences en programmation scientifique (Python, Matlab ou équivalent) seront appréciées.Le/la candidat(e) devra également démontrer de bonnes capacités d’analyse, d’autonomie, ainsi qu’un esprit d’initiative et de travail en équipe dans un environnement de recherche international. Une bonne maîtrise de l’anglais scientifique, à l’écrit comme à l’oral, est requise.

Bibliographie

L. Li et al., “Ultra-fast, high-power MUTC Photodiodes with bandwidth-efficiency product over 130 GHz × 100%,” 2025.
M. Zhang et al., “Integrated lithium niobate electro-optic modulators: when performance meets scalability,” Optica, 2021.
I. Wilke et al., “Thin-film lithium niobate electro-optic terahertz wave detector,” Scientific Reports, 2024.
A. Herter et al., “Terahertz waveform synthesis in integrated thin-film lithium niobate platform,” Nature Communications, 2023.

Mots clés

Terahertz, Niobate Lithium, Photodiode, Photonique, Optoélectronique