After a preparatory class in Physics and Technology in Nantes, Baptiste Gonon-Mathieu began his engineering studies at École polytechnique in Palaiseau, where he followed a broad curriculum with a focus on energy and electronics. He later specialized in satellite design at ISAE-SUPAERO in Toulouse and joined France’s Directorate General of Armaments (DGA), before turning toward a PhD at the CEA-Leti cooled infrared imaging laboratory, at the intersection of physics and electronics.

His thesis focuses on electron transport in superlattices used for infrared detectors. These materials are built by stacking nanometric layers of two different semiconductors, InAs and InAsSb, to absorb infrared radiation. Researchers suspect the material is strongly anisotropic, meaning it behaves differently depending on direction. The key challenge is to understand how electrons actually move inside these structures, since robust measurement methods are essential for developing future sensors.

Gonon-Mathieu adapted an EBIC-based method to etched samples, allowing him to separate vertical and horizontal electron motion and analyze the results with 3D models. The originality of the approach is that observation is no longer limited to the surface but extends into the depth of the material. The findings were published in a scientific paper presented at an international conference in Chicago, where the work described a new way to measure anisotropy using EBIC. It is one of the first direct experiments to quantify this property in the literature.

The measurements of lateral and vertical charge transport revealed an anisotropy of about 2.7, significantly lower than expected. That matters because anisotropy is a key parameter for infrared detector performance: electrons must be collected in the right place to produce a sharp image, and excessive sideways movement can blur the result. For the doctoral student, the conference was a first. In the relatively small infrared community, where researchers know one another well, he said he was “pleasantly surprised by the welcome and the quality of the discussions,” adding that the experience helped him realize the value of the laboratory’s work when viewed through peers’ eyes.

The research is carried out with Lynred, the laboratory’s industrial partner, and is intended to improve understanding of superlattice behavior in order to design new infrared sensors. Historically, detectors relied on II-VI materials, whereas superlattices belong to the newer III-V family, which is seen as promising for more stable sensors. Infrared imaging has applications in defense, industry and science, including surveillance and Earth observation, and the work feeds directly into Lynred’s R&D efforts as a strategic French player in infrared sensing.

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Après une classe préparatoire Physique et Technologie à Nantes, Baptiste commence son parcours d'ingénieur à l'École polytechnique (Palaiseau), où il suit un cursus généraliste avec une composante dans l'énergie et l'électronique. Il se spécialise ensuite dans la conception de satellites à l'ISAE-SUPAERO (Toulouse) et s'engage au sein de la Direction Générale de l'Armement (DGA).

C'est dans ce cadre qu'il s'oriente finalement vers une thèse située à mi-chemin entre la physique et l'électronique, au sein du laboratoire d'imagerie infrarouge refroidi du CEA-Leti.

Sa thèse porte sur le transport des électrons dans les super-réseaux utilisés pour les détecteurs infrarouges. Ces nouveaux matériaux, constitués par l'empilement successif de couches nanométriques de deux semi-conducteurs différents, InAs et InAsSb[1], permettent l'absorption du rayonnement infrarouge.  Les chercheurs suspectent que le matériau soit fortement anisotrope, c'est-à-dire qu'il ne se comporte pas de la même manière dans toutes les directions. L'objectif est donc de comprendre comment les électrons se déplacent réellement à l'intérieur de ces structures.  La mise en place de méthodes de mesure robustes constitue un enjeu important pour le développement de futurs capteurs.

​​Baptiste adapte alors cette méthode à des échantillons gravés afin de décorréler le mouvement vertical et horizontal des électrons, puis d'analyser ces phénomènes à l'aide de modèles 3D. La particularité de son approche réside dans le fait que l'observation ne s'effectue plus seulement depuis la surface, mais aussi en profondeur.

​Les résultats ont fait l'objet d'un article scientifique présenté lors d'une conférence internationale à Chicago. Le papier décrit une nouvelle méthode de mesure de l'anisotropie à l'aide de l'EBIC. Il s'agit de l'une des premières expériences directes permettant de quantifier cette anisotropie dans la littérature. Les mesures réalisées sur les mouvements latéraux et verticaux des charges ont révélé une anisotropie de 2.7 environ, une valeur bien plus faible qu'attendu. Ce résultat est particulièrement important, car l'anisotropie constitue un paramètre déterminant pour les performances des capteurs infrarouges. Les électrons doivent en effet être récupérés au bon endroit pour permettre la lecture d'une image nette ; s'ils se déplacent trop sur le côté à cause de l'anisotropie, l'image devient floue.​

Cette conférence internationale constituait une première pour le doctorant. Au sein de la communauté infrarouge, relativement restreinte, les chercheurs se connaissent bien et il est important de trouver sa place. « J'ai été agréablement surpris par l'accueil reçu et par la qualité des échanges. Cette expérience m'a permis de prendre conscience de l'intérêt des travaux menés au laboratoire », une réalité qui apparaît pleinement lorsqu'ils sont confrontés au regard des pairs.

​Ces recherches sont menées en lien avec Lynred, partenaire du laboratoire. Elles visent à mieux comprendre le comportement des super-réseaux afin de concevoir de nouveaux capteurs infrarouges. Historiquement, les détecteurs reposaient sur des matériaux de type II-VI. Les super-réseaux appartiennent quant à eux à la famille des matériaux III-V, une filière plus récente qui promet des capteurs plus stables.

L'imagerie infrarouge trouve ses applications dans la défense, l'industrie ainsi que la science, par exemple pour de la surveillance ou pour l'observation de la Terre. Ces travaux alimentent directement la recherche et développement de Lynred, acteur stratégique français dans le domaine des capteurs infrarouges.

[1]InAs (arséniure d'indium) et InAsSb (arséniure-antimoniure d'indium) sont des matériaux semi-conducteurs appartenant à la famille des semi-conducteurs III-V​

Pour en savoir plus sur le papier :EBIC Characterization of Vertical Transport of Minority Carriers in Gallium-Free Type-II Superlattices for Infrared Detectors(https://doi.org/10.1007/s11664-026-12938-3)

Pour en savoir plus sur la conférence :https://www.ii-viworkshop.org/​

Pour en savoir plus sur les travaux de thèse :https://www.youtube.com/s​horts/cSxHQfSfGyk​