Conception d'un circuit d'etouffement pour photodiodes a avalanche en mode geiger pour integration heterogene 3d

Le Groupe de Recherche en Appareillage Medical de Sherbrooke (GRAMS) travaille actuellement sur un programme de recherche portant sur des photodiodes a avalanche mono-photoniques (PAMP) operees en mode Geiger en vue d'une application a la tomographie d'emission par positrons (TEP). Pour operer dans ce mode; la PAMP, ou SPAD selon l'acronyme anglais (Single Photon Avalanche Diode), requiert un circuit d'etouffement (CE) pour, d'une part, arreter l'avalanche pouvant causer sa destruction et, d'autre part. la reinitialiser en mode d'attente d'un nouveau photon. Le role de ce CE comprend egalement une electronique de communication vers les etages de traitement avance de signaux. La performance temporelle optimale du CE est realisee lorsqu'il est juxtapose a la PAMP. Cependant, cela entraine une reduction de la surface photosensible ; un element crucial en imagerie. L'integration 3D, a base d'interconnexions verticales, offre une solution elegante et performante a cette problematique par l'empilement de circuits integres possedant differentes fonctions (PAMP, CE et traitement avance de signaux). Dans l'approche proposee, des circuits d'etouffement de 50 pm x 50 pm realises sur une technologie CMOS 130 mn 3D Tezzaron, contenant chacun 112 transistors, sont matrices afin de correspondre a une matrice de PAMP localisee sur une couche electronique superieure. Chaque circuit d'etouffement possede une gigue temporelle de 7,47 ps RMS selon des simulations faites avec le logiciel Cadence. Le CE a la flexibilite d'ajuster les temps d'etouffement et de recharge pour la PAMP tout en presentant une faible consommation de puissance (~ 0,33 mW a 33 Mcps). La conception du PAMP necessite de supporter des tensions superieures aux 3,3 V de la technologie. Pour repondre a ce probleme, des transistors a drain etendu (DEMOS) ont ete realises. En raison de retards de production par Ies fabricants, les circuits n'ont pu etre testes physiquement par des mesures. Les resultats de ce memoire sont par consequent bases sur des resultats de simulations avec le logiciel Cadence.;Mots-cles : Circuit d'etouffement, Photodiodes a avalanche monophotoniques (PAMP), Single Photon Avalanche Diode (SPAD), Integration 3D heterogene, Drain-Extended MOS (DEMOS), CMOS 130 nm 3D Tezzaron/Chartered, Tomographie d'emission par positrons (TEP).