FR2803948A1

FR2803948A1 - Detecteur de rayonnement, notamment de rayonnement infrarouge, et procede pour sa fabrication

Info

Publication number: FR2803948A1
Application number: FR9110580A
Authority: FR
Inventors: Dayton D Eden; William E Case; Thomas R Schimert
Original assignee: LTV Aerospace and Defense Co
Current assignee: LTV Aerospace and Defense Co
Priority date: 1991-02-22
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 2001-07-20
Anticipated expiration: 2011-08-23
Also published as: FR2803948B1; GB2348539B; DE4107331A1; DE4107331B4; IT1314365B1; GB9119200D0; ITRM910248A1; CA2036874A1; GB2348539A; JP2001318157A; ITRM910248A0

Abstract

L'invention concerne un détecteur pour un rayonnement dans le domaine de l'infrarouge et des longueurs d'onde plus courtes caractérisé en ce qu'il comprend : - un réseau d'éléments photodétecteurs (50) à bande interdite disposés dans un plan et espacés les uns des autres d'une distance inférieure à environ la longueur d'onde dudit rayonnement; - une pluralité de structures collectrices (72-86) périodiques de rayonnement branchées respectivement sur lesdits éléments photodétecteurs;- un plan réflecteur pour ledit rayonnement décalé du plan desdits éléments photodétecteurs d'une distance inférieure à la longueur d'onde dudit rayonnement, dans lequel la combinaison desdites structures collectrices de rayonnement et dudit plan réflecteur capte et transmet ledit rayonnement auxdits éléments détecteurs en vue d'engendrer un signal de détection.Application à la formation d'images en infrarouge.

Description

La présente invention concerne en général les dispositifs de détection de rayonnement et, en particu- lier, ces dispositifs destinés àla détection de rayonne- ment dans le domaine de l'infrarouge et des longueurs d'onde plus courtes.

Les détecteurs de rayonnement tels que les détecteurs d'infrarouge ont été utilisés depuis longtemps en tant que formateurs d'images thermiques pour la vision de nuit ou pour faire des observations àtravers des nuages, de la fumée et de la poussière. Un formateur d'images à infrarouge de type usuel comporte un réseau de détecteurs àgrande surface dans lequel chaque détecteur correspond à un seul élément d'images (pixel) pour une image. Chaque détecteur est une structure plane dont les dimensions à la fois en largeur et en longueur sont supérieures à la longueur d'onde du rayonnement incident de telle sorte que le détecteur présente une surface collectrice adéquate pour le rayonnement incident. Un détecteur usuel de ce type est montré dans l'ouvrage "Semiconductors and Semimetals" volume 18, Mercury Cadmium Telluride, Academic Press, 1981, pp. 162-163.

Une principale limitation pour l'utilisation de formateurs d'images à infrarouge de type usuel a été la nécessité que le dispositif formateur d'images soit enfermé dans une chambre très froide. Le refroidissement pour de tels dispositifs a souvent été fourni par l'éva poration de gaz liquides, tels que l'azote. Mais le stockage, le réseau de canalisations et la manutention de réfrigérant tel que l'azote liquide se sont révélés difficiles, longs et coûteux.

Bien que des détecteurs de rayonnement de type usuel puissent fournir des images utiles de manière satisfaisante, ils sont très limités dans leur fonction nement. Pour une puissance d'entrée donnée de rayonnement incident, le niveau du signal résultant de ces disposi tifs est relativement faible.

C'est pourquoi il y a un grand besoin de disposer d'un détecteur de rayonnement infrarouge amélioré pour la zone de l'infrarouge et des longueurs d'onde plus cour tes; un tel détecteur doit produire un signal de plus grande amplitude avec une nécessité réduite en ce qui concerne l'appareillage complexe de refroidissement.

Un mode de réalisation préféré de la présente invention est un dispositif pour détecter un rayonnement incident. Ce dispositif comprend une structure support qui comporte une antenne dipôle qui est montée sur ce support. La longueur de l'antenne est approximativement égale à une moitié de la longueur d'onde du rayonnement incident. Ce dispositif comprend en outre un élément détecteur quantique qui est monté sur la structure support et qui est relié à l'antenne dipôle. L'élément détecteur est conçu de manière à ce que ses dimensions linéaires soient essentiellement inférieures à la lon gueur d'onde du rayonnement incident. Le rayonnement incident est capté par l'antenne dipôle et transféré à l'élément détecteur pour produire un signal de sortie indicatif de la détection du rayonnement incident sur le dispositif.

D'autres modes de réalisation de la présente invention comprennent un réseau de tels dispositifs et un formateur d'images comprenant une pluralité de tels réseaux.

D'autres caractéristiques et avantages de l'in vention ressortiront de la description qui suit d'exem ples de réalisation de l'invention, faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est une vue en plan d'un réseau de dispositifs conforme à la présente invention et destiné à la détection d'un rayonnement incident ; - la figure 2 est une vue en plan d'une variante de réalisation d'un réseau de dispositifs de détection de rayonnement infrarouge conforme à la présente invention; - la figure 3 est une vue en coupe selon les lignes III-III du dispositif de détection de rayonnement infrarouge représenté à la figure 2 ; - la figure4 est une vue en perspective d'un formateur d'images par rayonnement infrarouge conforme à la présente invention utilisant l'un des réseaux de détecteurs de rayonnement infrarouge représentés aux figures 1 et 2 ; - la figure 5 est une vue en plan représentant un détecteur de rayonnement infrarouge de type usuel ; - la figure 6 est une vue en plan d'un détecteur de radiation infrarouge conforme à la présente invention; - la figure 7 est une vue en coupe selon la ligne VII-VII du détecteur de rayonnement représenté à la figure 6 ; - la figure 8 est une vue en coupe d'une variante de réalisation de la présente invention ; - la figure 9 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de la présente invention employant des ensembles de détecteurs orthogonaux ; - la figure 10 est une vue en plan en coupe partielle du mode de réalisation à deux ensembles de détecteurs représenté à la figure 9 ; - la figure 11 est une vue en coupe d'encore un autre mode de réalisation de la présente invention ; - la figure 12 est une vue en plan d'un formateur d'images de rayonnement utilisant le détecteur de rayon nement infrarouge de la présente invention ; - la figure 13 est une vue en perspective d'un élément de pixel d'un détecteur d'infrarouge fabriqué conformément à un mode de réalisation de la présente invention ; - la figure14 est une vue en coupe pris le long des lignes 2x-2x du détecteur représenté à la figure lx; - les figures 15A à 15K montrent des étapes du procédé de fabrication du détecteur représenté à la figure 13 ; - la figure 16 est un tableau illustrant l' ab sorption de rayonnement de tellurure de cadmium et de mercure à la température ambiante pour deux concentra tions différentes de mercure ; - la figure 17 est une illustration de l'absorp tion générale du détecteur de rayonnement infrarouge représenté à la figure 13 ; - la figure 18 est une vue en perspective d'un détecteur de rayonnement infrarouge non polarisé conforme à la présente invention ; - la figure 19 est une vue en plan d'une variante de conception d'un détecteur infrarouge conforme à la présente invention ; - la figure 20 est une vue en coupe selon les lignes 8x-8x du détecteur rerpésenté à la figure 19; - la figure 21 est une vue en perspective du détecteur infrarouge représenté aux figures 19 et 20 ; - la figure 22 est une vue en perspective d'une variante de réalisation de la présente invention; - les figures 23A à 23L représentent des étapes du procédé de fabrication du détecteur représenté aux figures 19 à 21 ; - la figure 24 est le schéma électrique d'un détecteur conforme à la présente invention ; - la figure 25 représente un système de formation d'images à infrarouge comportant un réseau de détecteurs utilisant les éléments détecteurs conformes à la présente invention ; - la figure 26 est une vue en perspective d'un détecteur à infrarouge comportant des bandes de matières photosensibles disposées entre des conducteurs parallè- les; et - les figures 27A à 27H représentent des étapes du procédé de fabrication du détecteur représenté à la figure 24.

Si on se réfère maintenant à la figure 1, on y voit un réseau 10 de détecteurs de rayonnement infrarouge (IR) conforme à la présente invention. Ce réseau comprend une structure support 12 qui fournit un support physique et des propriétés électriques nécessaires tel que la non- conductibilité. Une pluralité de dispositifs détecteurs identiques 14,16,18,20,22,24,26,28 et 30 constituent une matrice 3 x 3 pour le réseau 10. On va décrire en détail le dispositif de détection 16 qui est cependant représen tatif des autres dispositifs se trouvant dans le réseau 10. Le dispositif de détection 16 comprend une antenne dipôle 36 qui comprend des éléments d'antenne 36a et 36b. L'antenne 36 est fabriquée à partir d'un matériau conduc teur tel que, par exemple, l'aluminium. La longueur d'onde du rayonnement incident est indiquée par le symbole lambda (X). La longueur de l'antenne dipôle est approximativement égale à la moitié de la longueur d'onde du rayonnement incident. Chacun des dispositifs de détection 14 à 30 comporte une zone de capture qui est illustrée pour le dispositif détecteur 22 par la ligne ovale 38 entourant le dispositif 22. On peut voir que les dispositifs détecteurs 14 à30 sont positionnés de telle manière qu'une partie substantielle du rayonnement incident est capturée par les antennes dipôles.

Entre les éléments d'antenne 36a et 36b, on prévoit un élément détecteur à bande interdite 40 qui est monté sur la structure support 12 et qui est relié électriquement aux éléments d'antenne 36a et 36b. Des contacts de blocage, qui seront décrits plus bas, four- nissent des connexions électriques entre les éléments d'antenne 36a, 36b et l'élément détecteur 40.

La structure support 12 a une épaisseur qui est approximativement égale à un quart de la longueur d'onde du rayonnement incident. Les matériaux préférés pour la structure 12 sont le seléniure de zinc ou le sulfite de zinc.

Le réseau 10 peut servir d'élément pixel dans un formateur d'images infrarouge tel que cela est décrit plus bas en référence à la figure 4. Dans une telle application, les dispositifs détecteurs tels que 16, pour tous les dispositifs détecteurs du réseau 10, sont branchés en commun pour fournir un signal de pixel. Cependant il est aussi possible que chaque dispositif détecteur, tel que 16, engendre chacun un signal de pixel.

Si on se réfère maintenant à la figure 2, on voit une seconde configuration de la présente invention. Cette configuration est un réseau 50 qui comporte une structure support 52. Cette structure 52 est semblable à la struc ture 12 qui a été décrite plus haut. Le réseau 50 est une matrice 2 x 4 comprenant des dispositifs de détection 54,56,58,60,62,64,66 et 68. Chacun des dispositifs détecteurs, tels que 56 comprend un élément détecteur et une antenne dipôle. Les dispositifs détecteurs 54 à 68 comprennent respectivement les éléments détecteurs 72 à 86. Chaque élément détecteur est positionné entre et relié à deux éléments d'antennes métalliques qui servent d'antenne dipôle pour chaque élément détecteur. Les éléments d'antenne sont compris dans les zones métalli ques 94,96 et 98. Par exemple, le dispositif 56 comprend l'élément détecteur 74 qui est branché, par l'intermé diaire de contacts de blocage, qui seront décrits plus bas, à une antenne dipôle qui comprend des éléments métalliques 102 et 104 qui sont respectivement des parties des zones métalliques 94 et 96.

La configuration représentée à la figure 2 permet de produire un signal de sortie entre les zones métalli ques 94 et 98 du fait des réponses électriques fournies par les éléments détecteurs 72 à 86 lors de la réception d'un rayonnement incident. L'espacement horizontal de cellule de la structure 50 est représenté par la ligne 106, l'espacement vertical de cellule par la ligne 108, l'ouverture horizontale de cellule par la ligne 110 et l'ouverture verticale de cellule par la ligne 112. Pour la détection de rayonnement infrarouge présentant une longueur d'onde de 10 microns, les espacements horizontal et vertical de cellule sont approximativement de 5 microns et les ouvertures de cellule sont approximative ment de 4,5 microns. Chacun des éléments détecteurs 72 à 86 a des dimensions qui sont approximativement 0,75 x 0,25 microns. Ainsi, les dimensions des éléments détec teurs sont sensiblement inférieures à la longueur d'onde du rayonnement intercepté. Pour un rayonnement infrarouge de longueurs d'onde égale à 5 microns, chacune des dimen sions linéaires indiquées ci-dessus est réduite d'environ la moitié, mais l'élément détecteur a approximativement les mêmes dimensions.

Le réseau 50 peut, de manière analogue, servir de source de signal de pixel à l'intérieur d'un formateur d'images comportant un grand nombre de tels réseaux, comme représentés à la figure 4. Le réseau 50 est en outre représenté en coupe à la figure 3. Une couche réflectrice 116, telle que du métal, par exemple de l'aluminium, ou un diélectrique multicouche, est disposée entre la structure support 52 et un substrat d'isolant 118. La couche 116 sert de couche de base. Une composi tion préférée pour le substrat 118 est un substrat en silicium qui est une partie d'un microcircuit constituant un dispositif àcouplage de charge (CCD) en silicium qui traite le signal produit par le réseau 50.

L'élément détecteur 74 est relié électriquement aux éléments métalliques d'antenne dipôle 102 et 104 au moyen de contacts de blocage. Les éléments 72 à86 sont de préférence en un alliage de tellurure de mercure et de cadmium dans lequel la partie du cadmium est représentée par x et la partie du mercure est représentée par (1 -x). L'alliage de tellurure de mercure et de cadmium préféré pour les éléments détecteurs 72 à 86 a la valeur x -0,15. Le réseau 50, si l'on se réfère à la figure 3, comprend des contacts de blocage 120,122,124 et 126. Le contact 120 est une couche qui est sur et en contact avec la surface extérieure du détecteur 74. L'élément métalli- que 102 est fabriqué directement sur le contact 120. L'élément 102 est relié électriquement au contact 120 mais il n'est pas relié directement au détecteur 74. Le contact 122 est disposé de manière siumilaire entre le détecteur 74 et l'élément métallique 104. Le contact 124 est disposé entre le détecteur 82 et une partie de la zone métalique 96. Et, de manière analogue, le contact de blocage 126 est disposé entre le détecteur 86 et une partie de la zone métallique 98. Les contacts de blocage 120,122,124 et 126 comprennent un alliage de tellurure de mercure et de cadmium pour lequel x =0,19.

Le but des contacts de blocage 120,122,124 et 126 est d'éviter la diffusion de porteurs de charge à partir des éléments détecteurs tels que 74 dans les éléments métalliques en aluminium tels que 102 et 104. I1 est désirable d'avoir une vitesse de recombinaison inférieure à500 cm/s, mais un contact direct en aluminium avec le détecteur entraîne une vitesse de recombinaison qui est voisine de l'infini. En incluant les contacts de blocage tels que 120,122 et 124 et 126, entre les éléments détecteurs et les membres de dipôle métalliques, la vitesse de recombinaison des porteurs est réduite à la gamme de 300 à 500 cm/s. Les contacts de blocage et les éléments associés fonctionnent beaucoup comme des conden sateurs de couplage à haute fréquence pour fournir une isolation en courant continu des porteurs mais présentent seulement une faible impédance entre les éléments détec teurs et les éléments d'antenne dipôle. La théorie et le fonctionnement détaillé d'un contact de blocage de ce type sont décrits dans "Applied Physics Letters" 45(1), du ler juillet 1984 pp. 83-85 de D. L. Smith, D. K. Arch, P. A. Wood et M. Walter Scott.

Les éléments détecteurs, tels que 40 et 74, qui sont discutés ci-dessus sont des détecteurs directs à bande interdite. Un détecteur à bande interdite de ce type produit un signal électrique en tant que résultat d'un interaction entre les photons incidents et les électrons (trous) dans la matière. Un élément détecteur de ce type n'est pas soumis à des bruits d'échanges thermiques (phonon) comme le sont des détecteurs à bolomètre et analogues. Des détecteurs à bande interdite ne sont donc pas sévèrement limitées en performance pour des températures élevées (ambiantes) comme le sont les détecteurs usuels à bolomètre et analogues.

Une matière préférée pour les éléments détecteurs 40 et 72 à 86 est un cristal de tellurure de mercure et de cadmium. Une autre matière peut être de l'antimoniure d'indium. Un autre élément détecteur adapté peut être une surstructure (superlattice) à semiconducteur telle que décrite dans l'article de "Scientific American" "Solid State Superlattices" de novembre 1983 par Gottfried H. Dohler. Encore un autre élément détecteur peut être une matière organique telle que décrite dans Laser Focus "Organic Crystals and Polymers" pages 59 à 64 par Antony F. Garito and Kenneth H. Singer. En utilisant la matière organique décrite dans l'article de Garito et Singer, il est possible d'obtenir une détection cohérente du rayon nement incident.

La figure4 représente un dispositif formateur d'images 130 conforme à la présente invention. Ce dispo sitif formateur d'images comprend une pluralité de réseaux individuels tels que 132. Le réseau 132 peut, par exemple, être le même que le réseau 10 ou le réseau 50 décrits ci-dessus. Une image infrarouge est transmise par l'intermédiaire d'une lentille 134 sur le dispositif plan formateur d'images 130. Chacun des réseaux fournit un signal de pixel qui, pour le réseau 132, est transmis par l'intermédiaire d'une ligne 136. I1 existe une ligne correspondante pour chaque réseau compris dans le dispo sitif formateur d'images 130. L'obtention et le traite ment de tous les signaux de pixel constituent une repro duction de l'image originale qui a été transmise par l'intermédiaire de la lentille 134. Une ligne 138 peut fournir une masse commune qui s'étend sur l'ensemble du dispositif formateur d'images 130.

On va décrire maintenant un procédé conforme à la présente invention pour la fabrication des éléments détecteurs à bande interdite. Une couche de tellurure de cadmium est tout d'abord formée par épitaxie sur un subs trat dont l'épaisseur est de 1 à 2 microns. Cette couche formée de tellurure de cadmium est ensuite exposée à du mercure pour former un cristal à couche de surface de tellurure de mercure et de cadmium. Enfin, la couche de tellurure de mercure et de cadmium est soumise à une opération de gravure pour former un réseau sélectionné d'éléments détecteurs tels que représentés sur les figures 1 et 2. Une autre méthode de fabrication d'un cristal de tellurure de mercure et de cadmium pour les détecteurs et les contacts de blocage de la présente demande est décrite dans "Molecular Beam Epitaxial Growth of High Quality HgTe and Hgl_zCd=Te onto GaAs (001) Substrates, "Applied Physics Letters 45(12) du 15 décem bre 1984 par J. P. Fauve, S. Sivananthan, M. Boukerche et J.Reno.

Un principal avantage de la structure de la présente invention est la possibilité de produire un signal de sortie pour un signal infrarouge détecté sans la nécessité classique de refroidir les éléments détec teurs. Un élément détecteur infrarouge de type usuel est un élément plan qui comporte une zone avec des dimensions qui sont essentiellement supérieures à la longueur d'onde du rayonnement incident. Ces éléments à grande surface sont nécessaires pour capter le rayonnement infrarouge d'entrée.

Pour résumer, un mode de réalisation de la présente invention comprend un détecteur, un réseau et un dispositif formateur d'images qui sont conçus essentiel lement pour détecter un rayonnement infrarouge en utili sant des antennes dipôles qui captent le rayonnement incident et le transfèrent à un élément détecteur à bande interdite. L'élément détecteur a des dimensions qui sont essentiellement plus faibles que la longueur d'onde que du rayonnement incident. Le principal avantage de la pré sente invention est la posssibilité de créer un signal formateur d'images infrarouge sans avoir la nécessité de refroidir les éléments détecteurs.

Un autre mode de réalisation de la présente invention est constitué par un détecteur de rayonnement infrarouge qui produit un signal de sortie lorsqu'il est exposé à un rayonnement infrarouge. La figure 5 repré sente un détecteur 200 de rayonnement infrarouge usuel de la technique antérieure. Un rayonnement infrarouge ayant une longueur d'onde de 8 à 12 microns présente un intérêt principal en ce qui concerne la détection du fait de ses caractéristiques de propagation à travers l'atmosphère. Le détecteur usuel 200 comporte des éléments détecteurs de grande surface tels que l'élément 212, pour capter le rayonnement infrarouge incident. L'élément détecteur 212 a des dimensions classiques de longueur et de largeur égales à 50 microns. Les dimensions de 50 microns sont nettement supérieures à la longueur d'onde de 8 à 12 microns du rayonnement intercepté. Cette configuration de détecteurs à grande surface sert à capter le rayonnement incident sur des zones qui correspondent approximative ment à la dimension d'un pixel (élément d'image dans une image). Chacun des éléments détecteurs, tels que 212, produit un signal de pixel et ses signaux sont utilisés en combinaison pour produire une image.

Un autre détecteur 214 de rayonnement infrarouge conforme à la présente invention est représenté à la figure 6. Ce détecteur 214 comporte une configuration périodique parallèle d'éléments détecteurs à bande inter dite de type photoconducteur ou photovoltaïque 216,218,220,222,224,226,228 et 230. Ces éléments doivent être réalisés dans une matière absorbant le rayonnement. Une matière préférée pour ces éléments détecteurs est le tellurure de mercure et de cadmium qui est désignée par la formule Hg@i_=) Cd(,) Te, formule pour laquelle une valeur choisie de x est 0,2. Les éléments détecteurs 216 à 230 sont reliés ensemble à leurs extrémités opposées par des lignes communes respectives 236 et 238 qui sont réalisées de manière classique en métal tel que l'alumi nium. Dans un mode de réalisation préféré, les éléments détecteurs 216 à 230 subissent une opération de gravure à partir d'une couche unique de tellurure de mercure et de cadmium.

Les éléments détecteurs 216 à 230 et les lignes communes 236 et 238 sont fabriqués sur une sous-structure 240 qui remplit plusieurs fonctions. Cette sous-structure 240 fournit un support pour les éléments 216 à 230 et les lignes 236, 238 et, ce qui est significatif, elle fournit une adaptation d'impédance entre le rayonnement dans l'espace libre et l'impédance de rayonnement de la configuration d'éléments détecteurs 216 à230. Cette sous-structure 240 contient des couches présentant des indices de réfraction (n) différents de celui de l'air ou de l'espace libre. La sous-structure 240 augmente l'ab sorption du rayonnement par le détecteur 214. Si on se réfère également à la figure 7, la sous-structure 240 comprend des couches séparées 242 et 244. La couche 242 est de préférence de l'antimoniure d'indium et la couche 244 est de préférence du tellurure de cadmium. La couche 242 a un indice de réfraction n = 4 et la couche 244 a un indice de réfraction n = 2,7, n étant égal à 1 pour l'espace libre.

La configuration des éléments détecteurs 216 à 230 qui est représentée sur la figure 6 comprend un pixel présentant des dimensions générales de 50 par 50 microns. Cette structure est conçue pour recevoir un rayonnement infrarouge de 8 à 12 microns. Chacun des éléments détec teurs 216 à 230 a une largeur d'environ 0,5 micron et une longueur d'environ 50 microns. La période préférée d'espacement de ligne centrale à ligne centrale entre les éléments 216 à 230 est de 3 microns. Une épaisseur préférée pour chacun des éléments 216 à 230 est 0,5 micron. Une épaisseur préférée pour chacune des couches 242 et244 est de l'ordre de 0,1 à 10 microns.

On a déterminé qu'il existe un critère limite pour le fonctionnement efficace de la présente invention telle qu'elle est représentée sur les figures 6 et 7. Pour un rayonnement incident normal, ce critère présente deux aspects : tout d'abord la longueur d'onde (X) du rayonnement incident doit être supérieure ou égale au produit de l'espacement périodique (b) entre les éléments détecteurs par l'indice de réfraction (n2) pour la couche inférieure, c'est-à-dire la couche 244 représentée sur la figure 7. Ceci s'exprime sous la forme X, @ nzp. De plus la couche supérieure 242 doit présenter un indice de réfraction (ni) supérieur à l'indice de réfraction (n2) de la couche inférieure244. Ceci s'exprime sous la forme ni > n2. Lorsque ces deux aspects sont respectés, l'ab sorption du rayonnement incident pour la présente inven tion peut approcher 100$. Lorsque ce critère n'est pas rempli, un détecteur tel que le détecteur 214 représenté à la figure 7 sera limité à un absorption maximale inférieure à 50$.

Bien que le fonctionnement théorique détaillé de la présente invention ne soit pas encore complètement compris, il apparaît que le rayonnement incident, qui n'est pas absorbé directement pas les éléments détecteurs 216 à 230, est essentiellement piégé dans la couche 242 du fait des valeurs différentes d'indice de réfraction entre la couche 242 et la couche 244 d'une part et entre la couche 242 et l'espace libre d'autre part.

I1 est probable que le rayonnement incident est diffracté par les éléments détecteurs 216 à 230 de manière à modifier sa direction de propagation en l'écar tant du cheminement d'incidence normale. Le rayonnement piégé est absorbé lorsqu'il frappe finalement les élé ments détecteurs 216 à 230 après d'éventuelles nombreuses réflections. I1 apparaît que le rayonnement qui arrive à s'échapper de la couche 242 en retournant dans l'espace libre à travers le plan des éléments détecteurs 216 à 230 est supprimé par le rayonnement incident entrant, ce qui contribue à l'absorption complète du rayonnement inci dent.

Tous les éléments détecteurs 216 à 230 sont branchés en parallèle entre les lignes 236 et 238. La ligne 236 est reliée par l'intermédiaire de deux conduc teurs 246 à une borne d'une source de courant continu ou d'une batterie 248. La ligne 238 est reliée par l'intermédiaire d'un conducteur 250 à une borne 252. Une résistance 254 est branchée entre la borne 252 et une borne 256. L'autre borne 248 de la batterie est reliée à la borne 256. La batterie 248 applique une polarisation sur les éléments détecteurs 216 à 230 et la résistance 254 sert de charge en série. Lorsque du rayonnement infrarouge est capté par le détecteur 214, des électrons se trouvant les éléments détecteurs 216 à230 sont propulsés dans des bandes à énergie plus élevée qui modifient l'intensité du courant produit par la batterie 248. Ceci amène des variations dans le courant traversant la résistance 254, ce qui modifie la tension entre les bornes 252 et 256. De cette manière, le détecteur 214 fournit un signal de pixel sur les bornes 252 et 256. Une série de détecteurs, tels que le détecteur 214, fournit une image complète en engen drant un signal pour chaque pixel.

Le détecteur selon la présente invention a une meilleure réponse du fait de la densité de puissance de rayonnement capté dans la matière sensible par rapport à un détecteur infrarouge usuel. Par exemple, le détecteur 212 de la figure 5 et le@détecteur 214 de la figure 6 ont les mêmes dimensions générales dans le plan. Le détecteur 212 a une surface active de 2500 microns carrés avec une épaisseur typique de 10 microns, mais le détecteur 214 a une zone active de seulement environ 425 microns carrés avec une épaisseur typique de 0,5 microns. Avec une intensité égale de rayonnement incident, le détecteur 214 aura une densité de puissance approximativement 120 fois plus grande dans les éléments sensibles, ce qui fournit une augmentation importante des performances. Etant donné que les largeurs des éléments du détecteur 214 deviennent plus petites, l'augmentation de la densité de puissance devient encore plus grande. Le détecteur de la présente invention fournit donc un avantage important en ce qui concerne les performances par rapport aux détecteurs usuels à grande surface. La sous-structure 240 sert à fournir une adaptation d'impédance entre l'impédance de rayonnement dans l'espace libre et l'impédance de rayon nement des éléments détecteurs 216 à 230. Une mesure de base concernant les performances d'un détecteur de rayonnement est le pourcentage d'absorption pour un rayonnement incident. Sans la sous-structure 240, les éléments 216 à 230 ont une absorption de rayonnement inférieure à 5$, mais si l'on ajoute la sous-structure 240, qui remplit les critères cités ci-dessus, l'absorp tion est augmentée pour arriver à une valeur supérieure à 80$ comme cela a été montré par des simulations sur ordinateur.

Les différents détecteurs décrits pour ce mode de réalisation pour la présente invention emploient des bandes de détection parallèles, mais, de manière généra le, on peut utiliser des éléments périodiques de toutes formes pourvu que l'espacement entre les éléments soit inférieur ou égal à la longueur d'onde du rayonnement incident.

Encore un autre mode de réalisation de l'inven tion de la présente invention est montré sur la figure 8. Un détecteur 260 est semblable au détecteur 214 repré senté sur la figure 6 et 7 mais avec l'addition d'une structure supérieure de manière à fournir une adaptation d'impédance additionnelle entre les éléments détecteurs et l'impédance de l'espace libre. Le détecteur 260 présente un ensemble d'éléments détecteurs parallèles 262,264,266,268,270,272,274 et 276 qui sont les mêmes que les éléments détecteurs 216 à 230 du détecteur 214. Le détecteur 260 comporte une sous-structure 280 comprenant des couches 282 et 284 qui correspondent aux couches 242 et 244 du détecteur 214. Le détecteur 260 comprend également une structure supérieure 286 comprenant des couches 288 et 290. La couche 288 est semblable à la couche 242 du détecteur 214 et la couche 290 est sembla ble à la couche244 du détecteur 214. La structure supérieure 286 fonctionne comme la sous-structure 240 pour améliorer l'adaptation d'impédance entre les élé ments 262 à 276 et l'impédance de rayonnement de l'es pace libre.

Les figures 9 et 10 représentent un autre mode de réalisation de la présente invention, à savoir un détec teur 296. Ce détecteur 296 comporte des ensembles d'éle- ments détecteurs 298 et 300 dont chacun est le même et est relié électriquement de la même manière que les éléments détecteurs 216 et 230 du détecteur 214 repré senté à la figure 6. Mais les éléments détecteurs de l'ensemble 298 sont disposés perpendiculairement aux éléments détecteurs de l'ensemble 300. Les signaux détectés à partir des deux ensembles peuvent être combi nés électriquement. Le détecteur 296 comporte une sous- structure 302, une structure supérieure 304 et une structure intermédiaire 306. La sous-structure 302 comprend des couches 308 et 310 et la structure supé rieure 304 comprend des couches 312 et 314. La sous- structure 302 correspond à la sous-structure 280 et la structure supérieure 304 correspond à la structure supérieure 286. La structure intermédiaire 306 comporte des couches 316 et 318 dont chacune est de préférence en une matière telle que du tellurure de cadmium présentant une épaisseur d'approximativement 0,1 à 10 microns. L'ensemble de détecteurs 298 se trouve dans la couche 316 et l'ensemble de détecteurs 300 se trouve dans la couche 318. Les deux ensembles d'éléments détecteurs 298 et 310 sont orientés de manière orthogonale pour capter des polarisations orthogonales du rayonnement entrant. La structure représentée sur la figure 6 capte seulement une polarisation. Une vue en coupe et en plan du détecteur 296 est représentée sur la figure 10, la structure supérieure 304 ayant été enlevée et les éléments détec- teurs de l'ensemble 300 étant représentés par des lignes interrompues.

La figure 11 représente un détecteur 320 qui constitue encore un autre mode de réalisation de la présente invention. Ce détecteur comporte une sous- structure 322 qui est, par exemple, une couche ou plaque diélectrique 330 réalisée de préférence en tellurure de cadmium et présentant une épaisseur de 0,1 à 10 microns. Sur la surface de la sous-structure 322 on a disposé une pluralité d'éléments détecteurs parallèles tels que 324,326et 328. Ces éléments sont disposés et branchés de la manière présentée àla figure 6 pour les éléments 216 à 230. Les éléments 324 à 328 sont faits dans la même matière que que les éléments 216 à 230. Sur la face inférieure de la plaque 330 on prévoit une couche 332 comprenant un métal tel que l'aluminium. La couche 232 présente une épaisseur de préférence égale à 0,5 micron. La sous-structure 322 comprend la plaque diélectrique 330 et la couche métallique 332.

La plaque diélectrique a une épaisseur qui dépend de préférence de la longueur d'onde du rayonnement incident. L'épaisseur préférée est un multiple impair du quart de longueurs d'onde du rayonnement reçu. Pour une longueur d'onde de rayonnement de 12 microns, une épais seur allant jusqu'à 10 microns est acceptable. Des simulations sur ordinateur montrent que le détecteur 320, avec les dimensions représentées, aura une absorption de rayonnement de presque 100$.

Le détecteur 320 fonctionne de la même manière que le détecteur 214 décrit ci-dessus. La couche métalli que 332 fournit la face inférieure réflectrice comme l'interface entre les couches 242 et 244 fournit une surface réflectrice. Un dispositif formateur d'images infrarouge 330 conforme à la présente invention est représenté sur la figure 12. Ce formateur d'images 330 comporte un réseau de détecteurs tels que le détecteur 332. Chacun des détecteurs, tels que 332, produit un signal de pixel et l'ensemble des signaux de pixel forme une image. Chacun des détecteurs du dispositif formateur d'images 330 comporte une ligne de sortie séparée pour ce signal de pixel du détecteur. Le dispositif formateur d'images 330 peut utiliser, en ce qui concerne les détecteurs 332, l'un quelconque des détecteurs décrits dans le présent mémoire, y compris les détecteurs 214,216,296 ou 320 décrits ci-dessus.

D'autres modes de réalisation de la présente invention sont représentés sur les figures 13 à 27A-27H. Un détecteur infrarouge 20x fabriqué selon la présente invention est représenté en perspective sur la figure 13 et en coupe sur la figure 14. Ces vues ne sont pas nécessairement à l'échelle. Une description détaillée des étapes de fabrication du détecteur 20x selon la présente invention est fournie sur les figures 16A à16K. Le détecteur 20x comprend un substrat 22x qui est de préférence réalisé en saphir mais qui peut, de manière optionnelle, être réalisé en tellurure de cadmium ou en silicium. L'épaisseur préférée du substrat 22x est approximativement de 2 mm. Sur la face supérieure du substrat 22x on prévoit un plan réflecteur 24x qui est de préférence une couche d'aluminium présentant une épais seur d' approximativement 500 à 1000 angstrôms. Une couche de liaison en époxy 23x relie le plan réfecteur 24x au substrat 22x.

Sur la surface du plan 24x, on prévoit un réseau rectangulaire de blocs isolants représenté par les blocs 26Ax à 26Ex. Ces blocs sont de préférence réalisés en tellurure de cadmium et ont des dimensions latérales approximativement égales à4 x 1 micron et ont une épaisseur approximativement égale à 0,3 micron. L'espace ment de centre à centre de ces blocs est approximative- ment de 8 microns. Toutes les dimensions déterminées pour le détecteur 20x sont basées sur une conception présen- tant une réponse optimale sur une bande de longueurs d'onde de 8 à12 microns pour le rayonnement infrarouge incident. Les dimensions seraient modifiées de manière proportionnelle pour une longueur d'onde différente.

Immédiatement au-dessus des blocs isolants 26Ax à 26Ex se trouve un ensemble de segments qui sont photo- sensibles au rayonnement infrarouge dans la gamme de 8 à 12 microns. Il s'agit de segments photosensibles 28Ax à 28Ex qui ont essentiellement les mêmes dimensions latéra- les que les segments 26Ax à 26Ex et une épaisseur d'ap- proximativement 0,5 micron. Ces segments comprennent du tellurure de mercure et de cadmium (MCT) présentant un rapport x égal approximativement à 0,15, ce qui corres- pond à une température de fonctionnement de 300 K. Le tellurure de mercure et de cadmium est spécifié par des parties fractionnaires parmi lesquelles la partie frac- tionnaire du cadmium est représentée par le rapport d'alliage x et la partie fractionnaire de mercure est représentée par (1 - x).

La liaison entre les blocs 26Ax à 26Ex et les segments correspondants 28Ax à 28Ex est constituée par une jonction de blocage qui évite le transfert de tous les porteurs à la fois majoritaires et minoritaires. Cette jonction peut être réalisée en prévoyant une courte transition entre les segments photosensibles et les segments non photosensibles.

Des segments non photosensibles 30Ax à 30Fx qui constituent un pont sont disposés immédiatement au-dessus des segments photosensibles 28Ax à 28Ex. Les segments formant ponts 30Ax à 30Fx comprennent du tellurure de mercure et de cadmium dans lequel le rapport d'alliage x est supérieur ou égal à 0,2. Avec ce rapport x, les segments 30Ax et 30Fx ne sont pas photosensibles au rayonnement infragrouge dans la bande de longueurs d'onde de 8 à 12 microns pour une température de fonctionnement d'environ 300 K. Chacun des segments 30Ax à 30Fx consti tue un pont entre une paire des segments 28Ax à 28Ex. Par exemple, le segment 30Bx ponte les segments 28Ax et 28Bx. Pour chacun des segments 30Ax à 30Fx, la longueur préfé rée est d'environ 6 microns, une largeur préférée est de 1 micron et une épaisseur préférée est de 0,25 microns. L'intervalle entre les segments 30Ax à 30Fx est approxi mativement de 2 microns.

Chacun des segments 30Ax à 30Fx est en contact avec deux des segments 28Ax à 28Ex. La jonction entre ces segments est une jonction de blocage sélective, une hétérojonction. Cette jonction bloque les porteurs minoritaires mais permet aux porteurs majoritaires de traverser. Dans le mode de réalisation préféré, les porteurs minoritaires sont des trous de type P et les porteurs majoritaires sont des électrons. Pour cette raison, les électrons passent librement à travers la jonction alors que les trous de type P sont bloqués. Un procédé pour réaliser ce type de jonction est de graduer la transition du rapport d'alliage entre les deux seg ments sur une distance d'approximativement un millier d'angstroms. D'autres techniques sont bien connues des spécialistes.

La combinaison des blocs 26Ax à 26Ex, des seg ments 28Ax à 28Ex et des segments 30Ax à 30Fx comprend une structure 32x qui est répétée sous la forme de structures identiques 34x,36x,38x et 40x. Chacune de ces structures est un élément allongé, segmenté et électri quement conducteur. Les structure 32x à 40x sont parallè les et sont espacées d'une distance qui est inférieure à la longueur d'onde du rayonnement infrarouge incident considéré. Un espacement de ligne centrale àligne centrale préféré est de 8 microns.

La combinaison des segments 30Ax à 30Fx et 28Ax à 28 Ex comprend un élément allongé, segmenté et electri- quement conducteur qui sert à piéger le rayonnement infrarouge incident et àtransférer l'énergie de rayonne- ment aux segments photosensibles 28Ax à 28Ex, un signal de détection étant engendré et transmis électriquement le long de l'élément. La pluralité de signaux de détection engendrés par les multiples segments photosensibles 28Ax à 28Ex est additionnée le long de l'élément segmenté et électriquement conducteur.

Les segments photosensibles 28Ax à 28Ex et les segments correspondants dans les autres structures sont de préférence séparés les uns des autres, dans le mode de réalisation représenté, par une distance inférieure à la longueur d'onde du rayonnement incident. La plaque réflectrice 24x est espacée de la plaque des segments photosensibles 28Ax à 28Ex par une distance inférieure à la longueur d'onde du rayonnement incident et la plaque réflectrice 24x est espacée des éléments photosensibles d'une distance égale à un quart de longueur d'onde.

Le segment 30Ax et les segments correspondants dans les structures 34x,36x,38x et 40x sont branchés sur un élément conducteur 42x qui comprend la même matière que le segment 30Ax et qui est de préférence un prolonge- ment de ce dernier. Un élément conducteur similaire 44x est branché sur le segment_30Fx et les segments corres- pondants des structures 34x,36x,38x et 40x. Un élément de connexion conducteur 46x, de préférence une couche d'in- dium, est formé sur la surface de l'élément 42x pour fournir un contact électrique à l'élément 42x. Un élément conducteur similaire 48x est prévu sur l'élément 44x. Les éléments conducteurs 46x et 48x sont branchés sur une tension de polarisation, comme décrit en détail plus bas, et servent à capter les signaux de détection qui sont engendrés dans les structures 32x à 40x.

Lorsque la matière constituant les éléments 42x et 44x est du type n, l'indium est la matière préférée pour les éléments conducteurs 46x et 48x. Mais si la matière constitutive des éléments 42x et 44x est du type p, c'est l'or qui est la matière préférée pour les éléments conducteurs 46x et 48x.

Les conducteurs 50x,52x,54x,56x,58x et 60x s'étendent transversalement par rapport aux structures 32x à 40x et sont disposés immédiatement au-dessus des segments respectifs 30Ax,30Bx,30Cx,30Dx,30Ex et 30Fx et des segments correspondants se trouvant dans les structu- res 34x à 40x. Chacun des conducteurs 50x à 60x est isolé électriquement de tout autre élément de circuit se trouvant dans le détecteur 20x. Ces conducteurs sont de préférence en aluminium et présentent une largeur de 2 microns et une épaisseur de 0,1 micron. L'espacement de centre àcentre est approximativement de 8 microns. Ces conducteurs s'étendent sur l'ensemble du réseau constitué par une pluralité de détecteurs 20x. Ces conducteurs fonctionnent pour coupler une quantité plus importante de l'énergie du rayonnement infrarouge incident dans les segments photosensibles tels que 28Ax à 28Ex.

Le détecteur 20x de la figure 13 est représenté avec des espaces ouverts importants entre les blocs et segments des différentes structures. Cependant, ces espaces ouverts représentés sur cette figure 13 en dessous du plan des conducteurs 50x à 60x sont remplis avec un matériau non conducteur tel que du sulfure de zinc. Ce matériau de remplissage n'a pas été représenté sur la figure 13 pour faciliter la vue de la structure du détecteur 20x. Ce matériau de remplissage est représenté sur les figures 15D à 15K. Si on se réfère à la figure 13, lors du fonction nement, le rayonnement infrarouge incident représenté par les flèches est reçu par le détecteur 20x. Le rayonnement infrarouge tombe sur la surface supérieure du détecteur 20x comme représenté sur la figure 13. Le rayonnement infrarouge incident est essentiellement capté par la combinaison structurelle de la plaque réflectrice 24x, des segments non photosensibles et des segments photosen sibles, avec les conducteurs 50x à 60x. L'énergie infra rouge est tranférée aux éléments photosensibles 28Ax à 28Ex et les éléments correspondants, la structure dans son ensemble fournissant une adaptation d'impédance importante à celle du champ incident. Le but des éléments non photosensibles 30Ax à 30Fx est d'augmenter l'adapta tion d'impédance et fournir un trajet de courant continu pour le courant continu afin d'extraire le courant de signal engendré de manière photoélectrique. Le signal de détection du courant photoélectrique produit par les éléments photosensibles est extrait par les éléments conducteurs d'électrodes 46 et 48 qui sont polarisées par une tension continue.

Les conducteurs 50x à 60x peuvent s'étendre sur le dessus du détecteur 20x et sont de préférence espacés les un des autres de 8 microns. Les conducteurs 50x à 60x peuvent s'étendre sur un réseau de détecteurs 20x et ils servent à augmenter la captation du rayonnement infra rouge incident. Sans les conducteurs 50x à 60x, le détecteur 20x capte approximativement 50$ du rayonnement infrarouge incident sur la bande de longueurs d'onde de 8 à 12 microns. Mais si l'on incorpore les conducteurs 50x à 60x, la captation du rayonnement incident est augmentée jusqu'à environ 70% pour la bande concernée. Les conducteurs 50x à 60x réduisent la sensibilité à la poralisation du détecteur 20x. Ces pourcentages ont été déterminés par des simulations sur ordinateur pour la structure décrite.

Le détecteur 20x est représenté en outre en coupe sur la figure 14. Cette vue en coupe est prise selon les lignes 2x-2x de la figure 13.

Le détecteur 20x représenté sur les figures 13 et 14 peut comprendre un seul pixel à l'intérieur d'une image. Une zone bidimensionnelle de détecteurs 20x, telle que représentée sur la figure 25, peut être utilisée pour produire une image infrarouge.

Une séquence d'étapes conforme à la présente invention pour la fabrication du détecteur 20x est représentée sur les figures 15A à 15K. Comme représenté sur la figure 15A, on prévoit un substrat 70x qui est de préférence en tellurure de cadmium et de zinc présentant une orientation cristalline de 2 degrés par rapport à l'axe (100). Le substrat 70x a une épaisseur d'environ 2 millimètres. Sur la surface du substrat 70x, on réalise par tirage une couche 72x de tellurure de mercure et de cadmium présentant un rapport d'alliage x = 0,2 et une épaisseur d'approximativement 2,0 microns. Sur la surface de la couche 72x, on réalise par tirage une couche 74x de tellurure de mercure et de cadmium présentant un rapport d'alliage x = 0,15 avec une épaisseur d'environ 0,5 micron. Sur la surface de la couche 74x, on prévoit une couche 76x de tellurure de cadmium. La couche 76x ne comprend pas de mercure et par conséquent présente un rapport d'alliage x = 1,0. La couche 76x a une épaisseur minimum préférée de 1,0 micron. Chacune des ces couches 72x,74x et 76x est formée de préférence par un procédé d'épitaxie utilisant un procédé d'épitaxie par déposition en phase gazeuse par procédé chimique métal-organique (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD) ou d'épitaxie par faisceau moléculaire (MBE). Si l'on se réfère àla figure 15B, on voit une étape d'amincissement de précision de la couche de cdTe 76x soit par attaque humide en utilisant du méthanol bromé dilué, soit par attaque sèche par plasma à radicaux méthyle libres. L'approche préférentielle est l'attaque sèche par plasma. L'épaisseur finale est déterminée par spectroscopie par interférence dans l'infrarouge proche (0,8-2,5 microns). L'opération d'attaque sèche par plasma peut être réalisée en utilisant un réacteur à incandes- cence résiduelle secondaire. Dans un tel réacteur, il y a une décharge de microonde dans un gaz source de fluor. Ceci produit un courant d'incandescence résiduelle. Du méthane est injecté dans le courant d'incandescence résiduelle pour produire des radicaux méthyle qui atta- quent le tellurure de cadmium. L'installation pour réaliser ce procédé est produite par la société Plasma Quest, Inc. de Richardson, Texas.

Si l'on se réfère àla figure 15C, on applique un photorésist sur la surface de la couche 76x et, par utilisation de techniques de photolithographie, les couches 76x et 74x sont attaquées pour produire des blocs isolants 76Ax et 76Bx et des segments photosensibles 74Ax et 74Bx. Un photorésist sélectionné est l'AZ5214 et un réactif d'attaque sélectionné est un radical libre méthyle comme noté ci-dessus. Les blocs isolants 76Ax et 76Bx correspondent aux blocs isolants 26Ax à 26Ex repré- sentés sur la figure 13. De manière analogue, les seg- ments photosensibles 74Ax et 74bx correspondent aux segments photosensibles 28Ax à 28ex représentés sur la figure 13.

Si l'on se réfère maintenant àla figure 15D, on applique un matériau de remplissage 78x constitué par du sulfure de zinc et qui remplit les zones ouvertes entre les empilements attaqués comprenant les blocs 76Ax à 76Bx et les segments 74Ax et 74Dx. Le matériau de remplissage 78x s'étend jusqu'à la surface des blocs 76Ax et 76Bx. Le matériau de remplissage 78x est appliqué de préférence par un procédé de déposition en phase gazeuse par bombar dement électronique.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 15E, le plan réflecteur 24x est appliqué par déposition en phase gazeuse d'aluminium par bombardement électronique sur la face supérieure du matériau de remplissage 78x et la surface des blocs 76Ax et 76Bx. La couche d'aluminium comprenant la plaque 24x a de préférence une épaisseur d'environ 500 à 1000 angstrôms. Ce plan est réflecteur pour le rayonnement infrarouge.

Si l'on se réfère à la figure 15F, on applique sur la surface du plan 24x une couche adhésive 80x qui est de préférence une résine époxy telle que Epoxy Technology 301-2. La couche 80x a une épaisseur d'environ 0,5 micron. La couche d'époxy 80x correspond à la couche 23x représentée à la figure 13. Une couche supérieure qui est le substrat 22x représenté à la figure 13 est appli quée sur la couche adhésive en époxy 80x de telle manière que le substrat 22x, qui constitue une couche supérieure, soit relié à la structure comprenant le plan réfecteur 24x, le matériau de remplissage 78x, les blocs 76Ax et 76Bx, les segments 74Ax et 74Bx, la couche 72x et le substrat 70x.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 15G, on voit une autre étape de l'opération de fabrication destinée à produire le détecteur 20x. Dans l'étape représentée à la figure 15G, le substrat 70x a été éliminé, de préférence par un processus d'attaque. L'o rientation du dispositif a été changée par une rotation de 180 . Ceci est fait sur la figure 15G en vue de rendre la description du procédé plus facile à comprendre et pour positionner l'élément résultant dans la même orien tation que le détecteur 20x représenté à la figure 13. Le substrat 70x peut être éliminé par n'importe quelles nombreuses techniques comprenant le rodage ou l'attaque usuelle. Une technique préférée est l'attaque en utilisant une technique décrite dans un article inti tulé "Selective Etching of CdTe and ZnCdTe Substrate from HgCdTe Epilayers" par G. M. Metze, D. L. Spears et N. P. Walsh du Lincoln Laboratory, MIT, publié dans les comptes rendus du "Meeting of the IRIS Specialty Group on Infra- red Detectors" qui s'est tenu du 6 au 8 août 1985, volume 2 pages 123 à 132, datés du 7 août 1985.

Dans la figure 15H, la couche 72x est attaquée par des procédés photolithographiques pour former des segments formant ponts 72Ax,72Bx et 72Cx. Un photorésist préféré est le AZ5214 et un réactif d'attaque préféré est constitué par des radicaux libres de méthyle comme indiqué ci-dessus. Ces segments correspondent aux seg ments non photosensibles 30Ax à 30Fx représentés sur la figure 13.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 151, on voit l'étape de dépôt de conducteurs en aluminium 82x,84x et 86x qui correspondent aux conducteurs 50x à 60x. Ceci est réalisé en utilisant une photolithographie comme par déposition en phase gazeuse d'aluminium par bombardement électronique. Des conducteurs en indium destinés aux élé ments conducteurs 46x et 48x sont formés dans une étape consécutive.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 15J, une couche de passivation 88x est appliquée sur la surface des conducteurs 82x à 86x, la surface libre des segments 72Ax,72Bx et 72Cx ainsi que les surfaces libres des seg ments 74Ax et 74Bx. Ainsi la totalité de la surface libre du dispositif est recouverte par la couche de passivation 88x. Cette couche 88x est de préférence du sulfure de zinc présentant une épaisseur d'environ 0,1 micron. Si l'on se réfère maintenant à la figure 15K, on a représenté de manière symbolique l'étape concernant la fixation de bornes sur les conducteurs de surface appro priés du dispositif, étape suivie par l'encapsulage du dispositif. Cette étape représente les opérations connues de fixation de bornes et d'encapsulage pour les disposi tifs à semiconducteurs.

Les caractéristiques d'absorption en infrarouge pour les segments photosensibles et non photosensibles représentés sur les figures 13 à 15 sont représentées sur la figure 16. Le terme "photosensible" concerne la bande infrarouge concernée. Le tableau de la figure 16 repré sente la caractéristique d'absorption de rayonnement infrarouge pour le tellurure de mercure et de cadmium (MCT). La courbe 87x représente la caractéristique d'ab sorption pour du MCT présentant un rapport d'alliage d'environ x = 0,2. I1 faut noter qu'avec ce rapport, le MCT est absorbant pour le rayonnement infrarouge essen tiellement pour la gamme de 4 à 8 microns. La courbe 89x représente l'absorption du MCT présentant un facteur x = 0,15. I1 faut noter que le MCT possédant ce rapport présente une forte absorption pour la gamme de 8 à 12 microns. Ainsi, du MCT présentant un rapport x = 0,2 est pratiquement non photosensible dans la gamme de 8 à 12 microns. Ces courbes d'absorption sont celles du MCT à la température ambiante. La courbe 87x correspond aux seg ments formant ponts 30Ax à 30Fx. La courbe 89x représente la caractéristique de photosenbilité des segments 28Ax à 28Ex.

Si l'on se réfère à la figure 17, on voit une courbe d'absorption dans l'infrarouge 91x qui représente l'absorption globale en infrarouge du dispositif 20x représentée sur les figures 13 et 14. Comme on peut le voir, ce dispositif présente un pourcentage très élevé d'absorption pour la gamme de 8 à 12 microns. L'absorp- tion atteint presque 100$ pour une longueur d'onde dans la bande concernée. C'est justement cette gamme de longueurs d'onde qui présente le principal intérêt pour la formation d'images thermiques. Cette courbe d'absorp tion a été déterminée pour le détecteur 20x par modéli sation informatique.

Un autre mode de réalisation du détecteur est le détecteur de radiation 90x représenté à la figure 18. Ce détecteur 90x est une forme de réalisation non polarisée du détecteur 20x représenté à la figure 13. Le détecteur 90x a les mêmes structures de base 22x, 23x et 24x. Cepen dant, les conducteurs allongés 50x à 60x sont remplacés par des structures allongées supplémentaires pour rendre le détecteur 90x insensible à la polarisation. Le détec teur 90x capte à la fois des rayonnements en infrarouge polarisés horizontalement et verticalement. Le détecteur 90x comporte une pluralité de structures allongées 92x,93x,94x,95x et 96x. On va décrire en détail la structure 92x en tant qu'exemple des autres structures. Cette structure 92x comprend des blocs isolants rectangu laires 98Ax,98Bx,98Cx,98Dx et 98Ex. Ces derniers corres pondent aux blocs 26Ax à 26Ex représentés sur la figure 13.

Sur la surface des blocs 98Ax à 98Ex, on a prévu des segments photosensibles 100Ax,100Bx,100Cx,100Dx et 100Ex qui sont conformés de manière similaire. Ils correspondent aux segments photosensibles 28Ax à 28Ex représentés sur la figure 13. Le détecteur 90x comporte en outre des éléments formant ponts lO1x,102x,103x et 104x non photosensibles en forme de X. Ils sont consti tués par le même matériau que les segments 30Ax à 30Ex représentés à la figure 13. Le segment 101x ponte les segments 100Ax et 100Bx. Les segments 102x,103x et 104x pontent de manière analogue des segments photoconducteurs correspondants. Selon une direction transversale par rapport aux structures 92x à 96x, on a prévu des structures 105x, 106x,107x et 108x. On va décrire la structure 108x en détail comme exemple des autres structures parallèles 105x à 107x. La structure 108x comprend des blocs iso lants 110Ax,110Bx,110Cx,110Dx,llOEx et 110Fx. Ces der niers correspondent en ce qui concerne les dimensions et la matière aux blocs 26Ax à 26Ex représentés à la figure 13.

Sur la surface des blocs 110Ax à 110Fx, il y a des segments photosensibles correspondants 112Ax,112Bx, 112Cx,112Dx,112Ex et 112Fx. Ces derniers correspondent en ce qui concerne les dimensions et la matière aux segments photosensibles 28Ax à 28Ex représentés sur la figure 13.

Le segment 101x non photosensible formant pont ponte de manière analogue les segments photosensibles 112Ax et 112Bx. Les segments formant ponts correspondants 113x,114x,115x et 116x de la structure 108x pontent les éléments correspondants 112Bx à 112Fx.

La fabrication du détecteur 90x est pratiquement la même que celle décrite pour le détecteur 20x mais avec des masques modifiés de manière appropriée pour fournir les éléments additionnels et les formes modifiées.

Le détecteur 90x comprend en outre des éléments conducteurs 114x et 116x. L'élément 114x est constitué du même matériau que les structures formant ponts telles que 101x à 104x et constitue un prolongement de ces éléments sur le bord du détecteur 90x. Sur la surface de l'élément 114x, on prévoit une borne de connexion 115x qui est de préférence un contact en indium. L'élément conducteur 116x correspond à l'élément 114x et comporte une borne conductrice 117x similaire sur sa surface. Les éléments 114x et 116x sont supportés par des éléments isolants respectifs 118x et 119x. On applique une polarisation en courant continu pour le détecteur 90x entre les bornes 115x et 117x et le signal détecté est prélevé de manière analogue sur ces bornes.

Le détecteur 90x fonctionne de la même manière que décrit ci-dessus pour le détecteur 20x mais il a des performances accrues du fait de la captation du rayonne- ment incident polarisé selon une direction transversale. Ceci élimine la nécessité des conducteurs 50x à 60x représentés à la figure 13.

Les figures 19,20 et 21 représentent encore un autre détecteur de radiation 200x fabriqué conformément à la présente invention. Ce détecteur 200x est, de manière analogue, conçu pour capter un rayonnement infra rouge dans la gamme de longueurs d'onde de 8 à12 mi- crons. Les éléments du détecteur 200x sont fabriqués sur un substrat diélectrique 212x qui est, par exemple, du tellurure de cadmium, exactement comme pour le substrat 22x représenté à la figure 13. Une pluralité d'éléments 214x,216x,218x,220x,222x et 224x allongés, segmentés et électriquement conducteurs sont réalisés sur la surface du substrat 212x. Des dimensions représentatives pour chacun de ces éléments sont une largeur de 1,0 micron, une épaisseur de 0,5 micron et une longueur de 50 mi crons.

Aux extrémités opposées des éléments 214x à 220x, on a prévu des éléments terminaux électriquement conduc- teurs 226x et 228x qui relient les extrémités des élé ments 214x à 224x en parallèle. Les éléments 226x et 228x sont de préférence réalisés avec la même matière que les segments non photosensibles mais conducteurs tels que les éléments 30Ax à 30Fx représentés sur la figure 13. Chacun des éléments 226x et 228x présente de préférence une largeur d'environ 2 à 5 microns et une épaisseur d'envi ron 0,5 micron. L'élément 226x comporte une borne conduc trice 227x, de préférence une couche d'indium sur sa surface. L'élément 228x présente de manière similaire une borne conductrice 229x sur sa surface.

Chacun des éléments 214x à 224x comporte une pluralité de segments le long de sa longueur. Une matière préférée pour ces éléments allongés est le tellurure de mercure et de cadmium. La caractéristique de photosensi- blité de cette matière est déterminée par les rapports entre les éléments mercure et cadmium. Chacun des élé ments 214x à 224x comprend du tellurure de mercure et de cadmium mais des segments alternants présentent des rapports d'alliages différents qui modifient la nature photosensible des segments par rapport à la longueur d'onde du rayonnement incident. Pour ce mode de réalisa tion, chaque segment photosensible a une longueur d'envi ron 3 microns et chacun des segments non photosensibles a une longueur d'approximativement 5 microns.

L'élément 224x est décrit en détail en tant qu'exemple de tous les éléments 214x à 224x. Cet élément 224x comprend des segments 224Ax à 224Kx branchés en série. Le segment 224Ax est relié électriquemement à l'élément conducteur 226x. De manière analogue, le segment 224Kx est branché sur l'élément électriquement conducteur 228x.

Chacun des éléments 214x à 224x est fait en tellurure de mercure et de cadmium mais le rapport d'al liage des segments est différent. Pour le fonctionnement à la température ambiante, les segments 224Ax, 224Cx,224Ex,224Gx et 2241x présentent un rapport x supé rieur ou de préférence égal à 0,2, ce qui est suffisam ment élevé pour rendre ce matériau transparent à un rayonnement infrarouge au-dessus de la bande de longueurs d'onde concernée, c'est-à-dire 8 à 12 microns. Pour les segments 224Hx,224Dx,224Fx,224Hx et 224Jx la valeur du rapport d'alliage x est approximativement égale à 0,15 afin de rendre ce matériau absorbant, c'est-à-dire photo- sensible, pour la bande de longueurs d'onde de 8 à 12 microns. I1 en résulte que les segments 224Bx,224Dx, 224Fx,224Hx et 224Jx sont photosensibles alors que les autres segments ne sont pas photosensibles pour la bande de longueurs d'onde concernée. On peut donc s'apercevoir que les segments 224Ax,224Cx,224Ex,224Gx,224Ix et 224Kx correspondent aux segments non photoconducteurs 30Ax à 30Fx représentés sur la figure 13. De manière analogue, la composition et le fonctionnement des segments 224Bx, 224Dx,224Fx,224Hx et 224Jx correspondent à celles des segments photosensibles 28Ax à 28Ex représentés sur la figure 13.

Le détecteur 200x est représenté en coupe sur la figure 20. Un plan réflecteur de la couche 236x, de préférence une couche d'aluminium présentant une épais seur d'environ 500 à 1000 angstrôms, est décalé des éléments 214x à 224x d'une distance inférieure à 0,5 micron ce qui est inférieur à la longueur d'onde du rayonnement concerné. Une couche 235x de sulfure de zinc est placée entre la couche 236x et le substrat 212x. La valeur préférée de la distance de décalage est égale à un quart de la longueur d'onde optique pour le rayonnement au centre de la bande concernée. La longueur d'onde de rayonnement à l'intérieur de la matière du détecteur est essentiellement plus courte dans l'espace libre.

Une section de substrat additionnelle 238x peut être prévue en dessous de la couche réflectrice 236x pour améliorer la cohésion de la structure. La section de substrat 238x est fixée sur la couche réflectrice 235x par une couche en époxy 237x. La matière constitutive du substrat 238x peut être la même que celle du substrat 212x.

Le plan réflecteur sous forme de couche 236x peut, selon une variante, réaliser une discontinuité diélectrique ente les substrats 212x et 238x, cette discontinuité servant àréfléchir le rayonnement infra- rouge. Une telle discontinuité peut être fournie par les couches de substrat adjacentes qui présentent des indices diélectriques différents. Dans une telle configuration, la couche d'aluminium 236x ne serait pas nécessaire.

Si l'on se réfère aux figures 19 à 21, l'épais seur préférée pour les éléments 214x à 224x est de 0,5 micron. Une épaisseur préférée pour le substrat inférieur 238x est de 2 millimètres.

On va décrire maintenant le fonctionnement du détecteur 200x en se référant aux figures 19 à 21. Un rayonnement infrarouge est dirigé à travers une lentille (représenté sur la figure 25) sur la surface du détecteur 200x. L'objectif de la présente invention est de capter un pourcentage très élevé du rayonnement incident et de transférer l'énergie de ce rayonnement aux éléments détecteurs photosensibles. Ces derniers comprennent les segments photosensibles tels que les segments 224Bx, 224Dx,224Fx,224Hx et 224Jx qui produisent un signal de détection qui est proportionnel à l'amplitude du rayonne ment incident. Un rayonnement infrarouge, dans l'exemple préféré, est capté par la combinaison de la structure comprenant la couche réflectrice 236x et la structure des éléments allongés 214x à 224x qui comprennent à la fois des segments non photosensibles et des segments photosen sibles.

Les segments photosensibles 28Ax à 28Ex (figure 13) et les segments 224Bx,224Dx,224Fx,224Hx et 224Jx (figure 18) présentent les propriétés physiques suivan tes: 1. Conductibilité non nulle, c'est-à-dire qu'ils sont conducteurs pour le courant continu.

2. La conductibilité pour le rayonnement infra rouge est déterminée et différente de zéro. 3. Ils sont diélectriques avec un indice préférentiel égal à n = 3,6 à 3,8.

4. Le rapport d'alliage x est de préférence 0,15 à la température ambiante.

5. Absorption non nulle du rayonnement infra- rouge.

Les segments non photosensibles 30Ax à 30Fx (figure 13) et les segments 224Ax,224Cx,224Ex,224Gx,224Ix et 224Kx (figure 18) présentent les propriétés physiques suivantes 1. Conductibilité non nulle, c'est-à-dire qu'ils sont conducteurs pour le courant continu.

2. La conductibilité pour le rayonnement infra- rouge est nulle.

3. Le rapport d'alliage x est de préférence su périeur à 0,2 à la température ambiante.

4. Ils sont diélectriques et présentent une constante préférée n - 3,6.

5. Pas d'absorption infrarouge.

La figure 22 représente encore un autre mode de réalisation fabriqué conformément à la présente inven- tion. Un détecteur 300x présente une struture telle que représentée sur la figure 21 avec l'addition de lignes conductrices 302x,304x,306x et 308x. Les autres éléments structurels sont les mêmes que ceux représentés à la figure 21 et sont répérés par les mêmes références numériques. Les lignes conductrices 302x,304x,306x et 308x sont de préférence en aluminium et s'étendent transversalement sur les éléments allongés 214x à 224x. Les lignes conductrices en aluminium 302x à 308x sont chacune indépendantes et ne sont pas reliées électrique ment l'une à l'autre ou à un autre élement du détecteur 300x. Ces lignes 302x à 308x ont pour fonction d'amélio rer la captation du rayonnement par le détecteur 300x exactement comme les conducteurs 50x à 60x représentés à la figure 13.

Pour les détecteurs 200x et 300x, on applique un signal de polarisation à courant continu entre les éléments électriquement conducteurs 226x et 228x. Les segments détecteurs photosensibles fournissent des porteurs de charges et par suite modifient l'impédance lors de la réception de l'énergie du rayonnement infra rouge. Ces modifications d'impédance modifient le signal de polarisation appliqué. Les variations d'amplitude du signal de polarisation constituent le signal détecté.

Pour le détecteur 300x, la structure de captation comporte également l'ensemble des lignes conductrices qui comprennent les lignes 302x à 308x. Cette combinaison structurelle peut capter un pourcentage très élevé du rayonnement incident global dans une bande donnée. La figure 17 représente également la courbe de captation d'une telle radiation pour le détecteur 300x, telle qu'elle a été obtenue par modélisation théorique. Le pourcentage capté est proche de 100$ pour la longueur d'onde choisie pour la conception de l'appareil.

Le procédé de fabrication des détecteurs 200x et 300x conformes à la présente invention est représenté sur les figures 23A à 23L. Si l'on se réfère à la figure 23A, on voit un substrat 250x qui est de préférence en tellure de cadmium et présente une épaisseur de 2 mm. Une couche 213x en tellurure de mercure et de cadmium est formée par tirage en utilisant le procédé MOVCD ou MBE cités plus haut sur la surface du substrat 250x. Une couche 212x de tellurure de cadmium est formée par tirage sur la surface de la couche 213x. La couche 213x a de préférence une épaisseur de 2 microns et la couche 212x de préférence une épaisseur de 0,5 micron.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 23, la couche de tellurure de cadmium 212x est amincie au moyen d'un processus choisi parmi les nombreux processus connus. Le matériau constituant la couche 212x peut être aminci par attaque humide ou attaque sèche. L'épaisseur finale désirée de la couche 212x est d'approximativement 0,3 micron. Ceci peut être mesuré par une spectroscopie d'interférence en infrarouge proche (0,8 à 2,5 microns). La couche 212x est amincie de manière précise afin d'ajuster la distance entre les éléments photosensibles et le plan réflecteur.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 23C, une couche isolante 235x en sulfure de zinc est déposée sur la surface de la couche 212x amincie en tellurure de cadmium. Une couche 236x en aluminium, qui sert de miroir réflecteur, est déposée sur la surface de la couche 235x en sulfure de zinc. L'épaisseur préférée pour la couche 235x en sulfure de zinc est de 0,1 micron et l'épaisseur préférée de la couche en aluminium 236x est de 500 à 1000 angstrôms. La couche en sulfure de zinc sert d'isolant supplémentaire pour éviter une fuite de courants quelcon ques à partir des segments et conducteurs photosensibles vers le substrat. Si la couche 212x en tellurure de cadmium a une qualité suffisamment pure, elle constitue un très bon isolant et la couche supplémentaire 235x en sulfure de zinc n'est alors pas nécessaire.

Si l'on se réfère à la figure 23D, une structure supérieure, qui comprend le substrat 238x est fixée au moyen d'une couche en époxy 237x sur la surface de la couche en aluminium 236x.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 23E, le substrat 250x est éliminé de la structure globale par un processus choisi parmi les nombreux processus connus. Ceci est la même chose que décrit plus haut pour l'élimi nation du substrat 70x en référence aux figures 15F et 15G. Comme cela a été indiqué, la couche 70x peut être éliminée par rodage mécanique ou attaque en utilisant les processus décrits. Sur la figure 23E, la structure a été tournée de 180 degrés pour améliorer la description des étapes suivantes et cette structure correspond à l'orien tation des détecteurs décrits 200x et 300x.

Dans la figure 23E, la couche 213x est amincie jusqu'à une épaisseur désirée d'environ 0,5 micron. La matière peut être éliminée en utilisant un processus choisi parmi de nombreux processus connus comprenant le rodage mécanique ou l'attaque qu'elle soit de type humide ou sèche. Un réactif d'attaque préféré est du méthanol bromé dilué. L'attaque sèche peut être réalisée comme décrit ci-dessus pour la couche 76x dans la figure 15B. L'épaisseur de la couche 213x peut être mesurée en utilisant la spectroscopie à interférence en infrarouge.

Si l'on se réfère à la figure 23F, la couche 213x est attaquée selon un procédé photolithographique utili sant de l'AZ5214 en tant que photorésist préféré et des radicaux méthyle libres tels que décrits en tant que réactif d'attaque. Ce procédé fournit une pluralité de segments photosensibles 213x,213Bx et 213Cx. Ces derniers correspondent aux segments photosensibles 224Bx,224Dx, 224Fx,224Hx et 2241x représentés à la figure 21. Une vue en perspective de la structure obtenue dans l'étape représentée à la figure 23F est représentée à la figure 23G.

Si l'on se réfère maintenant à la figure 23H, une couche de tellurure de mercure et de cadmium 240x présen tant un rapport d'alliage x = 0,2 est formée par tirage en utilisant le procédé MOCVD ou MBE cités ci-dessus sur la surface de la structure. Cette couche 240x couvre la surface de la couche 212x aussi bien que les segments de détecteur 213Ax,213Bx et 213Cx.

Si l'on se réfère à une vue de dessus des détec teurs 200x ou 300x, sur la figure 231, la couche 240x est configurée et attaquée par des techniques photolithogra- phiques pour éliminer la matière de la couche 240x qui se trouve entre les rangées de segments photosensibles qui ont été formées auparavant, telles qu'une rangée compre nant les segments 213Ax,213Bx et 213Cx. Les segments photosensibles sont esquissés entre les lignes en poin tillé.

Si l'on se réfère à la figure 23J, la couche 240x est en outre attaquée là où elle couvre directement les segments photosensibles formés auparavant, tels que 213Ax,213Bx et 213Cx. Le reste de la matière intermé diaire comprend des segments conducteurs non photosensi bles 240Ax et 2408x. La figure 23K est une vue de dessus de la structure représentée à la figure 23J. On a formé des bandes continues qui comprennent des segments alter nés qui sont photossensibles avec d'autres segments qui sont conducteurs mais non photosensibles pour la longueur d'onde du rayonnement infrarouge concerné.

Si l'on se réfère à la figure 23L, on a repré senté les étapes d'addition d'une couche de passivation 242x sur une surface de la structure. Cette couche est de préférence dans une matière telle que le sulfure de zinc. Finalement, on forme des contacts sur la partie conduc trice appropriée du détecteur, comme cela est représenté, par exemple un contact 244x. De tels contacts sont de préférence en indium. Enfin, l'ensemble du dispositif est muni de bornes et est encapsulé de manière connue. Si l'on désire avoir un détecteur individuel, on prévoit une fenêtre infrarouge dans l'emballage. Dans un réseau plan focal, on prévoit une pluralité de dispositifs dans un environnement mis sous-vide où il reçoivent une image infrarouge.

La figure 24 est une représentation schématique du circuit de fonctionnement du détecteur 20x et, de manière similaire, des détecteurs 90x,200x et 300x. Sur cette figure 24, les segments de détecteurs, les segments photosensibles compris dans les détecteurs infrarouge, sont représentés en tant que sources de signal telles que 28Ax à 28Ex qui sont branchées entre les bornes conduc trices 46x et 48x (figure 13). On applique un signal de polarisation par l'intermédiaire d'une source de courant continu 314x qui est branchée en série avec une résis tance de charge 321x entre les bornes conductrices 46x et 48x. Lorsque les détecteurs, qui comprennent les segments 28Ax et 28Ex, reçoivent l'énergie du rayonnement infra rouge capté, cette énergie est transformée en une varia tion d'impédance qui modifie l'amplitude du signal de polarisation continu qui produit un signal de détection entre les bornes de sortie 320x et 322x. Ceci constitue le signal de sortie pour un seul élément pixel dans un réseau de tels circuits.

Un arrangement de détecteurs 324x est représenté sur la figure 25. Ce réseau 324x comprend une pluralité de détecteurs de pixels individuels, tels que représentés par les détecteurs 326x. Ces détecteurs 326x peuvent être l'un quelconque des détecteurs 20x,90x,200x ou 300x qui sont représentés sur les figures 13,18,19,21 et 22. Tous les détecteurs se trouvant dans le réseau 324x peuvent avoir une ligne commune de polarisation mais chacun doit avoir une ligne séparée pour le signal de sortie, les lignes 328x pour les détecteurs 326x. Chacun des détec teurs constituant un pixel disposés dans le réseau 324x comporte des lignes de signal séparées.

Le réseau 324x est une partie d'un système 325x de formation d'images en infrarouge. L'ensemble de tous les détecteurs formant pixel compris dans le réseau 324x peut produire une image en tant que résultat de la focalisation d'un rayonnement infrarouge sur la surface du réseau 324x au moyen d'une lentille 330x. L'image se trouve dans le signal sur les lignes de signal de sortie telles que 328x. En outre, tous les détecteurs indivi- duels formant pixel, tels que 326x, peuvent être fabri qués sur un substrat unique commun tel que le substrat 22x représenté à la figure 13.

Si l'on se rapporte maintenant à la figure 26, on peut voir un détecteur infrarouge 400x qui comporte une pluralité de bandes photosensibles 402x,404x,406x,408x, 410x et 412x qui sont disposées sur une couche 418x formant substrat. Les bandes 402x à 412x comprennent du tellurure de mercure et de cadmium (MCT) qui présente un rapport x approximativement égal à 0,15, ce qui corres pond à une température de fonctionnement de 300 K. La couche 418x est de préférence en tellurure de cadmium.

Les bandes 402x à 412x présentent une épaisseur d'environ 0,5 micron, une largeur de 1 micron et une longueur de 50 microns. La couche 418x a de préférence une épaisseur de 0,3 micron.

Aux extrémités opposées des bandes 402x à 412x se trouvent des éléments conducteurs 420x et 422x qui sont de préférence en tellurure de mercure et de cadmium présentant un rapport d'alliage égal ou supérieur à 0,2. Avec ce rapport, les éléments 420x et 422x sont électri quement conducteurs mais non photosensibles dans la bande de 8 à 12 microns à 300 K. Des contacts en indium 424x et 426x sont disposés respectivement au dessus des éléments conducteurs 420x et 422x et sont électriquement reliés aux éléments 420x et 422x.

La couche 418x est disposée sur une couche 430x qui comprend du sulfure de zinc et présente une épaisseur d'environ 0,1 micron.

Une couche en aluminium 432x est déposée entre la couche 430x et une couche de liaison en époxy 434x. La couche 432x est un plan réfecteur à l'infrarouge et présente une épaisseur d'environ 500 à 1000 angstrôms. Un substrat 436x, de préférence du saphir, présente une épaisseur d'environ 2 mm. La couche en époxy 434x relie la couche en aluminium 432x au substrat 436x.

Les figures 27A à 27H représentent un procédé pour fabriquer le détecteur 400x représenté à la figure 26. I1 présente beaucoup d'analogie avec le procédé de fabrication décrit aux figures 15A à 15K. Sur la figure 27A, on forme par tirage une couche 442x de tellurure de mercure et de cadmium présentant un coefficient x = 0,15 sur la surface d'une plaque diélectrique 440x en tellu- rure de cadmium et de zinc. La couche 442x sera attaquée, comme décrit plus bas, pour devenir les bandes 402x à 412x. Une couche 418x de tellurure de cadmium est formée par tirage sur la surface de la couche 442x.

Sur la figure 27B, la couche 418x est amincie de la même manière que décrit ci-dessus pour la couche 76x en référence à la figure 15B.

Si l'on se réfère à la figure 27C, on forme par tirage la couche 430x sur la surface de la couche 418x. La couche d'aluminium 432x est formée sur la surface de la couche 430x comme décrit ci-dessus pour la plaque 24x représentée à la figure 15E.

Sur la figure 27D, on applique une couche en époxy 134x sur la face libre de la couche d'aluminium 432x pour relier le substrat 436x au reste de la structu re.

Si l'on se réfère à la figure 27E, la plaque 440x a été éliminée de la même manière que le substrat 70x représenté à la figure 15F. La structure a été inversée sur la figure 27E par rapport à celle représentée à la figure 27D.

La couche 442x est amincie comme représentée sur la figure 27F, par un procédé d'attaque sèche utilisant des radicaux méthyle pour obtenir l'épaisseur désirée pour les bandes 402x à 412x. Sur la figure 27G, un vernis àmasquer 450x, comme décrit ci-dessus, est appliqué sur la couche 442x et est configuré pour attaquer sélectivement la couche 442x pour réaliser les bandes 402x à 412x. On élimine ensuite le vernis à masquer 450x.

Sur la figure 27H, on applique une couche de passivation 450x sur la face libre de la structure du détecteur en vue de le protéger. Ce détecteur est com plété par des étapes de procédé usuelles de formation de contact d'indium, de fixation de bornes et d'encapsulage.

Le détecteur 400x, qui est représenté à la figure 26, si on le compare au détecteur 200x représenté à la figure 21, peut présenter une possibilité de détection plus faible que le détecteur 200x pour les mêmes dimen- sions et la même forme ; mais il peut être réalisé beaucoup plus facilement du fait de sa complexité plus faible et du nombre réduit d'étapes de fabrication. Par ailleurs les possibilités de fonctionnement sont àpeu près les mêmes.

Des détecteurs à infrarouge fabriqués comme décrits ci-dessus présentent une capacité de détection fortement améliorée par rapport aux modèles antérieurs. Cette possibilité de détection améliorée peut être utilisée à titre de variante pour réduire la nécessité d'un équipement de réfrigération tout en maintenant une sensibilité standard ou, en utilisant un équipement de réfrigération, un détecteur réalisé conformément à la présente invention peut présenter une sensibilité forte ment augmentée.

Les segments photosensibles décrits ci-dessus pour les modes de réalisation décrits sont fabriqués en tellurure de mercure et de cadmium présentant un rapport d'alliage spécifié. Cette matière est photoconductrice, c'est-à-dire que c'est une matière à bande interdite qui produit des porteurs de charge en réponse àun rayonne- ment incident. Les éléments photosensibles peuvent également être réalisés en une structure photovoltaïque telle qu'une jonction p-n de tellurure de mercure et de cadmium qui produit une tension en réponse au rayonnement incident.

Pour résumer, la présente invention comprend une méthode pour fabriquer des détecteurs àinfrarouge. Ces détecteurs comportent une pluralité d'éléments allongés électriquement conducteurs et comprenant des segments photosensibles séparés par, mais sans contact, des segments conducteurs non photosensibles. Selon un autre aspect de l'invention, des lignes conductrices parallèles électriquement isolées sont disposées immédiatement de la surface du détecteur et espacées l'une de l'autre d'une distance inférieure àla largeur de bande du rayonnement pour augmenter la captation de rayonnement infrarouge.

Bien que de nombreux modes de réalisation de l'invention aient été représentés sur les dessins joints et décrits dans la description détaillée ci-dessus, il est évident que l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits, mais est susceptible de nombreu ses modifications, variantes ou substitutions sans sortir du cadre de la présente invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Détecteur pour un rayonnement dans le domaine de l'infrarouge et des longueurs d'onde plus courtes caractérisé en ce qu'il comprend - un réseau d'éléments photodétecteurs (10;50; 132;214;260;296;20x;300x;326x;400x) à bande interdite disposés dans un plan et espacés les uns des autres d' une distance inférieure à environ la longueur d'onde dudit rayonnement ; - une pluralité de structures collectrices (40;72-86;216-230;262-276;298,300;324-328;332;402x-412x) périodiques de rayonnement branchées respectivement sur lesdits éléments photodétecteurs ; - un plan réflecteur (116,24x,236x) pour ledit rayonnement décalé du plan desdits éléments photodé- tecteurs d'une distance inférieure à la longueur d'onde dudit rayonnement, dans lequel la combinaison desdites structures collectrices de rayonnement et dudit plan réflecteur capte et transmet ledit rayonnement auxdits éléments détecteurs en vue d'engendrer un signal de détection.

2. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que chacune des dimensions linéaires desdits éléments détecteurs est inférieure à la longueur d'onde dudit rayonnement.

3. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce qu'il comprend des lignes conductrices reliées auxdites structures collectrices de rayonnement en vue de transmettre ledit signal de détection. 4. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que lesdits éléments photodétecteurs (10;50; 132;214;260;296;20x;300x;326x;400x) comprennent du tellurure de mercure et de cadmium. 5. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que lesdits éléments détecteurs (10;50; 132;214;260;296;20x;300x;326x;400x) comprennent de l'antimoniure d'indium. 6. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que lesdits éléments photodétecteurs compren nent une surstructure à semi conducteur. 7. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que ledit plan réflecteur pour le rayonnement est une couche métallique. 8. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que ledit plan réflecteur au rayonnement est un diélectrique multicouche. 9. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que chacune desdites structures collectrices du rayonnement comprend une antenne dipôle. 10. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce qu'il comprend des contacts de blocage (120 126) pour brancher lesdits éléments photodétecteurs sur lesdites structures collectrices de rayonnement. 11. Détecteur de rayonnement, caractérisé en ce qu'il comprend - une configuration périodique d'éléments détec teurs à bande interdite parallèles, allongés, photocon ducteurs ou photovoltaïques (40;72-86;216-230;262-276; 298,300;324-328;332;402x-412x), lesdits éléments étant espacés les uns des autres d'une distance qui est infé rieure à environ la longueur d'onde de ladite radiation, ledit réseau d'éléments détecteurs ayant une impédance donnée de rayonnement ; - des moyens constituant une sous structure (240;280;302;322) pour supporter lesdits éléments détec teurs et pour fournir une adptation d'impédance entre l'impédance de rayonnement desdits éléments détecteurs et l'impédance de rayonnement de l'espace libre ; et - des moyens (46x,48x;115x,117x;227x,229x) pour brancher de manière électrique lesdits éléments détec- teurs en vue de produire un signal de détection lorsque ledit détecteur est exposé audit rayonnement. 12. Détecteur selon la revendication 11, caracté risé en ce que chacune des dimensions linéaires desdits éléments détecteurs (10;50;132;214;260;296;20x;300x; 326x;400x) est inférieure à la longueur d'onde dudit rayonnement. 13. Détecteur selon la revendication 11, caracté- risé en ce que lesdits moyens formant sous structure (240;280;302;322) comprennent une plaque diélectrique (242;222;308;330) portant lesdits éléments détecteurs sur un de ses faces et une couche métallique (244;284;310; 332) sur une face opposée. 14. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce qu'il comprend des moyens (286;304) formant structure supérieure adjacents àladite configuration d'éléments détecteurs et opposés auxdits moyens formant structure supérieure en vue de fournir une adaptation d'impédance entre lesdits éléments détecteurs et ladite impédance à l'air libre. 15. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que lesdits éléments détecteurs (10;50;132; 214;260;296;20x;300x;326x;400x) comprennent du tellurure de mercure et de cadmium. 16. Détecteur selon la revendication 1, caracté risé en ce que lesdits moyens formant sous structure (240;280;302;322) comprennent une première et une seconde couches présentant des indices de réfraction différents. 17. Détecteur selon la revendication 16, caracté risé en ce que ladite première couche est de l'antimo- niure d'indium et ladite seconde couche est du tellurure de cadmium. 18. Détecteur selon la revendication 1 à 11, ca ractérisé en ce qu'il comprend une seconde configuration périodique d'éléments détecteurs à bande interdite, parallèles, allongés, photoconducteurs ou photovolcai- ques, espacés les uns des autres d'une distance qui est égale ou inférieure à la longueur d'onde dudit rayonne ment, ladite seconde configuration d'éléments détecteurs étant orthogonale à ladite première configuration d'élé ments détecteurs et disposée dans un plan décalé par rapport à ladite première configuration d'éléments détecteurs et parallèles à cette dernière et des moyens pour brancher de manière électrique ladite seconde configuration d'éléments détecteurs en vue de produire un signal de détection lorsque ledit détecteur est exposé audit rayonnement. 19. Procédé de fabrication d'un dispositif pour la détection de rayonnement dans la gamme infrarouge et la gamme des longueurs d'onde plus courtes, caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes - formation d'une pluralité de groupes de seg ments photosensibles dans un réseau plan, lesdits seg ments photosensibles étant sensibles à ladite radiation et lesdits segments photosensibles présentant une épais seur inférieure à la longueur d'onde de ladite radiation, lesdits éléments photosensibles comprenant une pluralité de groupes, chaque groupe comportant une pluralité de dix segments photosensibles disposés selon une configuration allongée, les segments photosensibles de chaque groupe étant décalé l'un de l'autre d'une distance qui est inférieure à approximativement ladite longueur d'onde et les dimensions latérales de chacun des segments photosen sibles étant inférieures à ladite longueur d'onde ; - formation d'une pluralité de segments électri quement conducteurs en vue d'interconnecter des segments adjacents parmi lesdits segments photosensibles dans chacun desdits groupes, lesdits segments électriquement conducteurs n'étant pas photosensibles audit rayonnement, chaque groupe desdits segments photosensibles ainsi que les segments conducteurs correspondants étant électrique ment conducteurs le long de leur longueur ; - formation d'un plan qui est réflecteur pour ledit rayonnement ; - ledit réseau plan de segments photosensibles et ledit plan réflecteur étant décalés l'un de l'autre d'une distance inférieure à ladite longueur d'onde ; et - branchement électrique d'une pluralité desdits groupes de segments photosensibles en parallèle pour fournir un trajet de conduction pour les signaux de détection produits par lesdits segments photosensibles en réponse audit rayonnement infrarouge. 20. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 19, caractérisé en ce que lesdits segments électri quement conducteurs sont placés dans un plan parallèle mais décalés par rapport au plan desdits segments photo sensibles. 21. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 19, caractérisé en ce que lesdits segments électri quement conducteurs sont placés dans un plan qui est coplanaire avec le plan desdits segments photosensibles. 22. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 19, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de formation d'une hétérojonction à chaque interface entre lesdits segments photosensibles et lesdits segments électriquement conducteurs. 23. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 19, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape de fabrication de matière isolante pour séparer ledit plan réflecteur desdits segments photosensibles, ladite matière isolante étant en contact avec lesdits segments photosensibles. 24. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 19, caractérisé en ce que l'étape de formation d'un plan réflecteur comprend la formation d'une couche en aluminium. 25. Procédé pour fabriquer un dispositif pour la détection de rayonnement infrarouge selon la revendica tion 23, caractérisé en ce qu'il comprend en outre l'étape de formation d'une jonction de blocage à chaque interface entre lesdits segments photosensibles et ledit matériau isolant.