Evaluation de la fiabilité de composants optoélectroniques pour des applications spatiales : apport des caractérisations et des modélisations électro-optiques

Abstract

Ce mémoire présente les résultats de travaux portant sur l’analyse de la fiabilité de diodes laser de pompe émettant à 980 nm et de photodiodes InGaAs pour des applications spatiales. La sévérité de l’environnement spatial (vide, radiations, contraintes thermomécaniques) impose d’évaluer la robustesse de ces deux technologies qui ont été spécialement conçues pour des applications de télécommunications sous-marines. L’objectif de ce mémoire est donc de proposer une méthodologie d’évaluation de la fiabilité en s’appuyant la caractérisation électro-optique, l’analyse physico-chimique et la modélisation. Les diodes laser ont été vieillies sous ultravide (pression de 10-7 mbar) pendant 5000h sous 800 mA et 60°C. Certains composants, dont l’herméticité du boîtier a été volontairement rompue, ont présenté des défaillances de type COD (Catastrophic Optical Damage). Les caractéristiques des composants, dont le boîtier est resté hermétique, n’ont cependant pas dérivé. Après avoir modélisé les caractéristiques électriques du composant, mené des analyses physiques (AFM, MEB, MET, cathodoluminescence et ToF-SIMS) et calculé la variation de la pression à l’intérieur du boîtier, nous avons estimé la durée de vie du composant fonctionnant sous ultravide à 26 ans.Les photodiodes ont été irradiées par des protons d’énergie comprise entre 30 et 190 MeV sous une fluence comprise entre 5.1010 et 1012 p/cm², entrainant une augmentation du courant d’obscurité de trois décades. La modélisation du courant d’obscurité a permis d’estimer la durée de vie du composant en environnement spatial à 15 ans.Ces travaux ont également contribué à mettre en évidence des mécanismes de dégradation peu documentés (COD sous vide, difficulté d’ajustement avec le NIEL, dégradation du réseau de Bragg exposé aux rayonnements ionisants), ce qui permet de mieux appréhender le comportement des diodes laser et des photodiodes exposées à l’environnement spatial.