Détection et imagerie infrarouge à base d'alliages GeSn – GERALD

L’objectif du projet est de développer des briques technologiques pour la détection et l’imagerie infrarouge basées sur l’alliage GeSn, un semi-conducteur du groupe IV compatible avec les procédés industriels à faible coût du silicium. Cette approche vise à étendre la plage spectrale de détection vers des longueurs d’onde plus élevées avec du GeSn, permettant ainsi la réalisation de dispositifs fonctionnant dans l’infrarouge moyen (MidIR) entre 2 et 5 µm. En effet, aucune plateforme de matériaux compatible avec la technologie CMOS ne permet aujourd'hui une telle étendue spectrale.
Le projet GERALD développe et optimise plusieurs classes de détecteurs, avec un accent particulier sur les diodes à hétérostructure à puits quantiques (QW) et les phototransistors. Différentes architectures seront explorées et optimisées à l’aide d’algorithmes évolutionnaires basés sur l’IA. Une première étape consistera en la démonstration d’un dispositif unitaire, avant de passer à la réalisation de réseaux de photodétecteurs intégrant des circuits de lecture externes (ROIC).
L’approche phototransistor représente une avancée majeure vers l’informatique embarquée dans les capteurs (in-sensing computing), où la détection optique est couplée au stockage de charge électrique et à une lecture par transistor. Cette technologie ouvre des perspectives pour des réseaux neuromorphiques dédiés au calcul en périphérie (edge computing), avec des applications potentielles en intelligence artificielle pour l’analyse spectrale et la reconnaissance d’images directement sur puce.
L’intégration du GeSn dans les procédés standards de la microélectronique constituerait une avancée décisive pour la photonique sur silicium. Elle permettrait de démocratiser la détection et l’imagerie infrarouge à faible coût, rendant ces technologies accessibles à une production de masse. Cette approche pourrait transformer des secteurs clés tels que les laboratoires sur puce (lab-on-a-chip), les biocapteurs, les systèmes d’imagerie pour l’aide à la conduite (vision à travers le brouillard), la détection de gaz et de liquides, le suivi de la pollution et la sécurité.
Le consortium réunit des experts européens de premier plan dans la croissance de semi-conducteurs innovants à base de (Si)GeSn sur silicium, ainsi que dans la conception, la fabrication et la caractérisation de dispositifs photoniques. Les partenaires ont déjà collaboré dans le cadre de publications scientifiques et de projets financés au niveau national et européen, assurant ainsi une solide synergie pour mener à bien cette initiative.