Brevet FR2018688A1 — publié le 19700626

La présente invention se rapporte à des dispositifs de con version d'images lumineuses en signaux électriques, c'est-à-dire à des dispositifs, tels que des tubes de caméré et de télévision, pour convertir les valeurs de lumière et d'ombre à différents points dans une image optique en signaux video représentatifs. L'objet principal de la présente invention est de prévoir- des dispositifs perfectionnés et relativement simples pour la con version d'images lumineuses en signaux électriques, du genre com prenant une structure de cible à mosaïque sur laquelle l'image lu mineuse à convertir est projetée et qui est également bombardée par des électrons pour développer des signaux video, où la struc ture de cible sera telle qu'elle fournira, d'une manière inhérente, une mesure de gain de signal. Selon la présente invention, dans son aspect le plus large, la structure de cible d'un dispositif de conversion d'images lumi neuses en signaux électriques, du genre ayant une structure de ci ble à mosaïque dont la surface de mosaïque (la surface frontale) est agencée pour recevoir les électrons qui la frappe et dont la surface opposée (la surface arrière) est agencée pour recevoir une image lumineuse à convertir, comprend une mosaïque de diodes, cha cune étant constituée par une région diffusée ayant un type de conductibilité dans un substrat ayant l'autre type de conductibi lité et dont chacune a une région diffusée de l'autre type de con ductibilité, séparée des régions diffusées voisines, du même type de conductibilité, et du substrat par une de ces régions diffusées ayant le premier type de conductibilité, tout l'agencement étant tel qu'il fournit une mosaïque de ce qu'on peut appeler, en effet, des transistors dont chaque collecteur est constitué par une par tie du substrat, chaque base est constituée par une région d'un type de conductibilité opposé au substrat et chaque émetteur est constitué par une région du même type de conductibilité que le substrat et en est séparé par la base. On doit noter qu'une seule connexion extérieure est exigée pour cette cible, c'est-à-dire une conne,Nion par laquelle les si gnaux video amplifiés peuvent être retirés du collecteur et un potentiel convenable appliqué, les bases et les émetteurs de la mosaïque de transistors fonctionnant d'une manière flottante. Selon une caractéristique de la présente invention, la struc ture de cible d'un dispositif de conversion dtimages lumineuses en signaux électriques} du genre ayant une structure de cible à mosaïque dont la surface de cosaque (la surface frontale) est agencée pour recevoir des électrons de bombardement et dont la surface opposée (la surface arrière) est agencée pour recevoir une image lumineuse à convertir, comprend plusieurs régions diffusées d'un premier type de conductibilité dans une surface d'un substrat ayant l'autre type de conductibilité ; des régions diffusées de l'autre type de conductibilité également dans cette surface et dont chacune est séparee des régions adjacentes du même type de conductibilite et du substrat par une région interposée ayant le premier type de conductibilité ; une couche isolante de passivation sur cette surface, la couche ayant des trous fournissant un accès aux régions diffusées de l'autre type de conductibilité et des moyens pour retirer les signaux videz de sortie à partir du substrat De préférence, on fournit des ilots de métallisation sur les parois et les fonds des trous et sur des surfaces de la couche isolante de passivation entourant ces trous ou, à la place de ces ilots, on superpose une couche mince de matière semi-conductrice. L'agencement peut être n-p-n, c'est-à-dire que le substrat peut être une matière de type n avee des régions diffusées d'une matière de type @ et des régions diffusées d'une matière de type n dans les régions diffusées de type p, ou bien l'agencement opposé, l'agencement p-n-p, peut être utilisé. La métallisation peut être composée convenablement de chrome. La couche isolante de passivation peut être convenablement formée de bioxyde de silicium ou de nitrure de silicium. De préférences des moyens pour réaliser une connexion extérieure au substrat comprennent une région étendue, de préférence un anneau ou un bat i dans la surface arrière du substrat et tournant tout autour près de son bord, qui est du même type de conductibilité que le substrat mais plus fortement dopé, à'est-à-dire de n+ , si le substrat est de type n, ou de p+ , si le substrat est de type p. La présente invention est illustrée dans les dessins cijoints dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique montrant l'agencement général d'un tube de caméra de télévision selon la présente invention. La figure 2 est une vuede face schématique de la cible du tube de la figure 1. La figure 3 est une vue en coupe transversale purement schématique tres agrandie, présentant un des transistors élémentaire de mosaSque de la cible dans le tube de la figure 1, et La figure 4 est un circuit équivalent simplifié du transistor éléi,leiltairc- de la figure 3. Sur les dessins et dans la description qui suit, on suppose que les transistors élémentaires incorporés dans la cible sont des transistors n-p-n mais, comme on l'a déjà indiqué, ils pourraient être des transistors p-n-p. En se référant aux figures 1 et 2, le tube de caméra de télévision représenté, possède dans une enveloppe mise sous vide V, un canon à électrons G, agencé pour explorer (par n importe quel moyen connu non représenté) la surface frontale ou de mosalque F d'une cible T qui se compose d'un substrat de matière de type n, telle que du silicium dopé au phosphore, avec une mosaïque de transistors formés sous la face frontale. Près du bord de la face arrière du substrat se trouve une région annulaire R à diffusion n+ vers laquelle on réalise une connexion par des moyens bien connus, au moyen d'un conducteur extérieur L qui sert à la fois de conducteur de sortie de signaux video et pour appliquer à un potentiel continu convenable (un chiffre pratique est + 10 volts).Une image optique d'un sujet à transmettre, représenté par la flèche, est projetée sur la face arrière de la cible. La vue en coupe schématique agrandie de la figure 3 illustre un des transistors élémentaires formés sous la face frontale du substrat. Comme on l'a indiqué ci-dessus, ce substrat est d'un type de conductibilité n et puisqu'il sert de collecteur de transistor, on l'appelle C. La base du transistor est constituée par une région diffusée B d'un type de conductibilité p. Dans cette région, on diffuse une petite région de type de conductibilité n qui sert d'émetteur et est référencée E. Sur la surface frontale se trouve une couche isolante de passivation I, en bioxyde de silicium ou en nitrure de silicium, ayant des trous donnant accès à l'émetteur E. Des ilots métalliques isolés M sont prévus tels que représentés, pour fournir une surface satisfaisante de faisceaux d'électrons, telle que connue en soi. A la place des ilots métalliques isolés M, on pourrait fournir, dans le même but, une mince couche semi-conductrice évaporée, par exemple en silicium. Pour comprendre le fonctionnement, on supposera qu'initialement la surface avant de la cible est explorée (par exemple dans une trame de télévision) par le spot de rayons cathodiques provenant du canon G dans des conditions d'obscurité. Ceci aura pour effet de polariser d'une manière inverse les diodes base-collecteur incorporées dans les transistors élémentaires de la mosaïque, c'est-à-dire que chaque base deviendra polarisée d'une manière inverse par rapport au collecteur associé. Si alors une image optique est projetée sur la surface arrière de la cible, les capacitances base-collecteur des transistors élémentaires seront chargées à un point correspondant à la distribution de lumière et d'ombre dans l'image optique par suite des trous (dans le sens électronique des transistors, bien sur) produits par cette image.En conséquence, des réductions des potentiels des régions de base et d'émetteur se produisent. Dans le balayage suivant en travers du spot de rayons cathodiques, les jonctions de diode émetteur-base seront polarisées vers l'avant et, en conséquence, des électrons traverseront la base jusqu'au collecteur où ils fourniront la sortie de signal video dont une fraction 1/( +1) (oùp est le gain de courant du transistor effectif) sert à recharger les capacitances base-collecteur. Ainsi, le courant des signaux de sortie sera (# +1) fois le nombre de photons effectifs qui étaient incidents sur la région de la jonction base-collecteur. La figure 4 est un circuit équivalent simplifié d'un des transistors élémentaire. Tel que représenté, il comprend une diode émetteur-base DEB, une diode base-collecteur DBC, la capacitan ce émetteur-base Ceb et la capacitance base-collecteur Cbe. . La capacitance parasite est représentée par C5 et les lettres n et p représentent les types de conductibilité dans un transistor qu'on suppose du type n-p-n. L est le conducteur de sortie sur lequel la sortie video amplifiée est prise et à travers lequel le potentiel approprié continu est appliqué. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaitront d l'homme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de conversion d'images lumineuses en signaux électriques, caractérisé en ce que la structure de cible comprend une mosaique de diodes, chacune étant constituée par une région diffusée d'un premier type de conductibilité dans un substrat d'un autre type de conductibilité et dont chacune a une région diffusée de l'autre type de conductibilité, séparée de régions diffusées voisines du même type de conductibilité et du substrat par une de ces régions diffusées ayant le premier type de conductibilité, tout l'agencement étant tel qu'il fournit une mosaïque de ce qu'on peut appeler, en effet, des transistors dont chaque collecteur est constitué par une partie du substrat, chaque base est constituée par une région de type de conductibilité opposée au substrat et chaque émetteur est constitué par une région du même type de conductibilité que le substrat et en est separé par la base. 2 - Dispositif de conversion d'images lumineuses en signaux électriques, caractérisé en ce que la structure de cible comprend plusieurs régions diffusées d'un premier type de conductibilité dans une face d'un substrat de l'autre type de conductibilité, des régions diffusées de l'autre type de conductibilité également dans la surface et dont chacune est séparée des régions adjacentes du même type de conductibilité et du substrat par une région interposée du premier type de conductibilité, une couche isolante de passivation sur cette surface, cette couche ayant des trous fournissant un accès aux régions diffusées de l'autre type de conductibilité et des moyens pour retirer des signaux video de sortie du substrat. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérise-en ce que des ilots de métallisation sont prévus sur les parois et les fonds des trous et sur les surfaces de la couche isolante de passivation entourant ces trous. 4 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'une mince couche de matière seml conductrice est superposée aux parois et aux fonds des trous et sur des surfaces de la couche isolante de passivation entourant les trous. 5 - Dispositif selon ltune quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le substrat est en matière de type n avec des régions diffusées de matière de type p, et des régions diffusées de matière de type n dans les régions diffusees de type p. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications pré cédentes 1 à 4, careetérise en ce que le substrat cst en matière de type n avec des régions diffusées de matière de type n et des régions diffusées de ratière de type p dans les régions diffusées de type n. 7 - Dispositif selon la revendication 3 ou 4 , caractérisé en ce que la métallisation est faite au moyen de chrome. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 S 4, caractérisé en ce que la couche isolante de passivation est du bioxyde de silicium. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que la couche isolante de passivation est du nitrure de silicium. 10- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'on fournit des moyens pour constituer une connexion extérieure au substrat, une région étendue dans la surface arrière du substrat et passant tout autour au voisinage de son bord, cette région ayant le mAême type de conductibilité que le substrat mais étant plus fortement dopée.