Etude, conception, et réalisation d'un capteur d'image APS en technologie standard CMOS pour des applications faible flux de type viseur d'étoiles = Study, conception and fabrication of an APS image sensor in standard CMOS technology for low light level applications such as star trackers

ISBN 2-913329-79-9In the field of image sensors, the technology called "CMOS sensors" or APS (Active Pixel Sensor) has been recently developped, based on the integration of MOS transistors within each pixel, whose role is to amplify and drive the signal throughout metal lines crossing theimage array. The spatial field, in particular, is interested in this technology because of its low sensitivity to radiations, and because its price and performances are now reaching the one of the best actual CCDs. This thesis explores the improvements which can be done to thecurrent CMOS sensors in order to facilitate their use in satellites. This improvements concern especially the study of the photosensitive part (photodiode or photoMOS), the choice of a pixel architecture whichcould improve the gain and reduce readout noise, and the realization of a sequential scanning system with possibility of adjustable exposure time and windowing. In this perspective, several solutions have been realized and tested, and results give a wide idea of the advantages and drawbacks of each kind of sensor.Dans le domaine des capteurs d'image est apparu récemment la technologie dite de "capteurs CMOS" ou APS (Active Pixel Sensor) qui intègre à l'intérieur de chaque pixel quelques transistors MOS chargés d'amplifier et de conduire le signal le long de lignes de métal parcourant l'ensemble de la zone image. Le domaine spatial en particulier s'intéresse à cettetechnologie du fait qu'elle est moins sensible aux radiations que les capteurs CCD, et qu'elle atteint à présent des coûts et des niveaux de bruit de lecture satisfaisants. Cette thèse explore les améliorationsqui peuvent être apportées aux capteur CMOS traditionnels afin de les rendre plus proches des contraintes requises pour l'utilisation spatiale. Ces améliorations concernent notamment l'étude de la partie photosensible (photodiode ou photoMOS), le choix d'une architecture de pixel permettant d'augmenter son gain intrinsèque tout en réduisant son bruit de lecture,et la réalisation d'un système de balayage de la matrice avec possibilité de fenêtrage et de temps d'exposition programmable. Dans ce cadre, plusieurs solutions ont été fabriquées et testées, et les conclusions permettent de dresser une large vision des avantages et des inconvénients de chaque type de capteur