. / The development of high-resolution image sensors with smaller pixel sizes is facing critical issues, such as optical and electrical crosstalk, dark current and dynamic range. As part of this thesis, we addressed this issue by proposing the integration of MOS capacitor deep trench isolation (CDTI). Our studies focus on the validation of the proposal with the aim of improving performances compared to the state of the art. First, we modeled interface states Si/SiO2 and the charge in the oxide. By TCAD simulations, using our model, we were able to evaluate the main characteristics of a pixel. We have validated this approach by comparison between simulations and measurements on a 1.4μm DTI pixel. Then, we developed manufacturing processes for integrating CDTI and defined the associated key parameters. With TCAD simulations of process type, we could achieve the desired performances while keeping a short development cycle and cost. Finally, we have designed, manufactured and tested a 1.4μm CDTI pixel ; we got a very low dark current: ~ 1 aA/pixel at 60°C, which is 6 times less than the DTI pixel, and doubled saturation charge up to 12000e-. Other performances are comparable between the two types of pixels. We have demonstrated the validity of the proposed CDTI solution CDTI

Les capteurs d'images CMOS n'étaient envisagés au début des années 90s que dans le cadre de recherches. La technologie CCD dominait alors. Puis l'évolution extraordinaire des procédés de fabrication de circuits intégrés CMOS a fait qu'aujourd'hui nous avons atteint une égalité en termes de parts du marché. Cette forte croissance est étroitement liée à l'avènement des dispositifs portables grand public tels que les téléphones<br />mobiles, qui embarquent pour la majorité les fonctions photo ou vidéo. En effet, les contraintes d'intégration et de coût favorisent la technologie CMOS. Cependant la prise de vue à l'aide de ces dispositifs portables, très sujets aux tremblements, nécessite une stabilisation de la vidéo qui implique d'estimer le mouvement global inter images. Aussi, l'objectif de ce travail est d'intégrer cette fonction aux imageurs fabriqués par la société STMicroelectronics.<br />Pour ce faire, une technique novatrice pour estimer ce mouvement global est présentée dans ce mémoire. Cette méthode consiste à extraire un modèle du mouvement global à partir de mesures de déplacements locaux en périphérie des images. Elle a tout d'abord été validée de<br />façon algorithmique, avant d'être intégrée sur silicium. L'architecture finale du capteur se caractérise par une zone photosensible partitionnée en une zone centrale et une zone périphérique. La chaîne de traitement du signal comporte quant à elle un traitement au niveau pixel afin de mesurer les mouvements locaux périphériques. Elle comprend aussi un posttraitement dédié aux tâches d'estimation du modèle du mouvement global ainsi qu'à la compensation du mouvement indésiré.

Les capteurs d'images CMOS sont de plus en plus utilisés dans le domaine industriel : la surveillance, la défense, le médical, etc. Dans ces domaines, les capteurs d'images CMOS sont exposés potentiellement à de grandes variations de température. Les capteurs d'images CMOS, comme tous les circuits analogiques, sont très sensibles aux variations de température, ce qui limite leurs applications. Jusqu'à présent, aucune solution intégrée pour contrer ce problème n'a été proposée. Afin de remédier à ce défaut, nous étudions, dans cette thèse, les effets de la température sur les deux types d'imageurs les plus connus. Plusieurs structures de compensation sont proposées. Elles reprennent globalement les trois méthodes existantes et jamais appliquées aux capteurs d'images. La première méthode utilise une entrée au niveau du pixel qui sera modulée en fonction de l'évolution de la température. La deuxième méthode utilise la technique ZTC (Zero Temperature Coefficient). La troisième méthode est inspirée de la méthode de la tension de référence bandgap. Dans tous les cas, nous réduisons de manière très intéressante l'effet de la température et nous obtenons une bonne stabilité en température de -30 à 125°C. Toutes les solutions proposées préservent le fonctionnement initial de l'imageur. Elles n'impactent également pas ou peu la surface du pixel.

Un réseau de capteurs d'images sans fil (RCISF) est un réseau ad hoc formé d'un ensemble de noeuds autonomes dotés chacun d'une petite caméra, communiquant entre eux sans liaison filaire et sans l'utilisation d'une infrastructure établie, ni d'une gestion de réseau centralisée. Leur utilité semble majeure dans plusieurs domaines, notamment en médecine et en environnement. La conception d'une chaîne de compression et de transmission sans fil pour un RCISF pose de véritables défis. L'origine de ces derniers est liée principalement à la limitation des ressources des capteurs (batterie faible , capacité de traitement et mémoire limitées). L'objectif de cette thèse consiste à explorer des stratégies permettant d'améliorer l'efficacité énergétique des RCISF, notamment lors de la compression et de la transmission des images. Inéluctablement, l'application des normes usuelles telles que JPEG ou JPEG2000 est éner- givore, et limite ainsi la longévité des RCISF. Cela nécessite leur adaptation aux contraintes imposées par les RCISF. Pour cela, nous avons analysé en premier lieu, la faisabilité d'adapter JPEG au contexte où les ressources énergétiques sont très limitées. Les travaux menés sur cet aspect nous permettent de proposer trois solutions. La première solution est basée sur la propriété de compactage de l'énergie de la Transformée en Cosinus Discrète (TCD). Cette propriété permet d'éliminer la redondance dans une image sans trop altérer sa qualité, tout en gagnant en énergie. La réduction de l'énergie par l'utilisation des régions d'intérêts représente la deuxième solution explorée dans cette thèse. Finalement, nous avons proposé un schéma basé sur la compression et la transmission progressive, permettant ainsi d'avoir une idée générale sur l'image cible sans envoyer son contenu entier. En outre, pour une transmission non énergivore, nous avons opté pour la solution suivante. N'envoyer fiablement que les basses fréquences et les régions d'intérêt d'une image. Les hautes fréquences et les régions de moindre intérêt sont envoyées""infiablement"", car leur pertes n'altèrent que légèrement la qualité de l'image. Pour cela, des modèles de priorisation ont été comparés puis adaptés à nos besoins. En second lieu, nous avons étudié l'approche par ondelettes (wavelets ). Plus précisément, nous avons analysé plusieurs filtres d'ondelettes et déterminé les ondelettes les plus adéquates pour assurer une faible consommation en énergie, tout en gardant une bonne qualité de l'image reconstruite à la station de base. Pour estimer l'énergie consommée par un capteur durant chaque étape de la 'compression, un modèle mathématique est développé pour chaque transformée (TCD ou ondelette). Ces modèles, qui ne tiennent pas compte de la complexité de l'implémentation, sont basés sur le nombre d'opérations de base exécutées à chaque étape de la compression.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel