Brevet FR2027685A1 — publié le 19701002

La figure 2 représente, schématiquement, en coupe un autre exemple de réalisation dlun convertisseur d1images selon l'invention. La figure 1 décrit l'un des dispositifs composites d'un convertisseur d'images, les dispositifs entant montés cste à cdte dans un réseau coordonné de manière à être isolés optiquement l'tm cle l'autre3 mais électriquement en parallèle l'un vers l'autre. tes matériaux semiconducteurs utilisés dans ce convertisseur d'ima- ges sont du silicium dopé au zinc pour les parties photoconductrices et du phosphure-arséniure de gallium pour les parties photoémissives.En se référant à la figure 1, une moitié de chaque dispositif composite est fabriquée à partir dtune plaquette 1 de silicium dopé au zinc, dans les surfaces principeles de laquelle est diffusé un peu de phosphore pour engendrer les couches 2 et 3 de type N sur lesquelles le contact électrique peut Autre fait. Sur la surface de ces couches on allie deux grilles 4 et 5, en aluminium, la grille 5 formant l'électrode négative ve du dispositif. L'autre moitié du dispositif est fabriquée à partir d'unc plaquette de phos phure-erséniure de gallium6, dans laquelle est formée une jonction Ri entre un matériau 7 de type P et un matériau 8 de type N. Deux grilles 9 et 10, en aluminium, sont alliées ensuite dans les surfaces principales de la plaquette, la grille 9 formant l'électrode positive du dispositif. On dépose ensuite un verre au sulfure d'arsenic v par évaporation, sur la surface de la plaquette de sili ciura 1, contanant la grille 4, et également sur la surface de la plaquette 6 de phosphure-arséniure de gallium contenant la grille 10.Un petit point 11, en indium, est ensuite placé entre les surfaces recouverus de verre qui sont soudées ensemble sous pression, à la température de ramollissement du verre, l'indium déplaçant le verre pour établir une connexion électrique entre les grilles 4 et 10, le point 11 étant entouré par unecouche annulaire 12, en verre. Si le dispositif terminé est connecté à une source de potentiel de polarite correcte, pour polariser un direct la jonction PN, il présente une caractéristique de résistance négative. Ceci pt ttre attribué au fait que le rendement de la production de lumière, par la diode au phosphure-arséniure de gallium, polarisée en direct, est une fonction croissante du courant et une partie de la lumière ainsi produite engendre une réaction positive lors de son absorption dans le photoconducteur,ce qui réduit sa résistance et, par suite, augmente la fraction de potentiel apparaissant aux bornes de la diede.L'effet de l'illumination externe sur le dispositif consiste à augmenter le courant s'écoulant pour une différence de potentiel canonné, et ainsi à diminuer le potentiel de seuil de commutation proportionnellement à l'intensité de cette illumination. te réseau total de dispositifs comprenant le convertisseur d'images peut titre polarisé par une tension juste inférieure à la valeur de seuil de coumutation d'illumination. Sous ces conditions, le courant traversant les dispositifs est La présente invention se rapporte aux convertisseurs d'images et, en particulier, à un convertisseur limages dans lequel un gain élevé est obtenu en utilisant un réseau de dispositifs à couches multiples qui comportent deux composés : un composé photoconducteur et un composé photémissif, qui sont couplés optiquement et électriquement en série, et qui présentent une caractéristique de résistance négative.Le gain d'un dispositif de ce genre est obtenu en partie par le rendement quantique du matériau photoconducteur utilisé, mais celui-ci est augmenté par la caractéristique de résistance négative qui fournit un mécanisme de commutation qui est commandé optiquement. Un exemple d'un dispositif de ce genre, pour convertir un rayonnement infrarouge en lumière visuelle, a été décrit dans le brevet français 1 418 687 déposé le 24 décembre 1964 pàr la demanderesse, qui se rapporte à un dispositif présentant une structure N - I - P - N - P, les trois premières couches étant formes à' arséniure de gallium et les deux dernières de phosphure de gallium. Selon l'invention, il est proposé un convertisseur d'images à semiconducteur comportant un réseau de dispositifs avant chacun une structure de couches multiples, comprenant un photocondueteur en un matériau semiconducteur couplé optiquement et électriquement en série avec une lampe photoémissive à jonction semiconductrice, en un matériau semiconducteur complatement différent, la composition des couches étant choisie pour donner aux dispositifs une caractéristique de résistance négative. On peut voir que la présente invention se distingue de celle décrite dans le brevet indiqué ci-dessus en ce que, selon la présente invention, on utilise des matériaux complètement différents pour le photoconducteur et la lampe photoémissive, ce qui permet à la réponse spectrale du photoconducteur d'entre adaptée à l'émis- sion de la lampe. L'épitaxie peut être utilisée pour fabriquer le dispositif si les constantes du réseau des deux matériaux se compensent l'une, Autre, mais dans les cas où l'épitaxie ntest pas possible, les deux matériaux peuvent entre couplés optiquement par une couche en un troisome matériau, qui est de préférence un verre à fort in dice de réfraction. A moins que cette couche de verre soit également électriquement conductrice, il doit y avoir des moyens séparés à I'-de desquels les couches sur chaque face du verre sont connectées électriquement et ces moyens peuvent se présenter ss la forme d'un point métallique faisant saillie en un certain endroit, à travers l'épaisseur totale de la couche de verre, Dlautrescaractéristiques de l'invention ressortiront de la description détaillée ci-dessous. Bien entendu la description et le dessin ne scnt donnés qulà titre indicatif et nullement limitatif de l'invention. La figure 1 reprcsente, schématiquement, en coupe, un exemple de réalisation dssun convertisseur d'images selon l'invention. trop faible pour que leurs diodes photoémissives émettent une quantité apprécia blé de lumière, mais si le convertisseur limages est ensuite illuminé avec un réseau de lumière d'intensité suffisante pour commuter les parties du réseau, le courant augmentant considérablement à travers les dispositifs commutés amène leurs diodes à émettre de la lumière en quantité appréciable. On peut voir, en consé quence, que l'utilisation d'une polarisation de tension stationnaire permet au réseau de se comporter comme un convertisseur limages statique ou un "conserva teur" dtimagesJ l'intensité de sortie d'un élément quelconque du réseau étant quantifiée en deux niveaux "commutés" et "non commutés". Un di-ramme quelconque imprimé sur le réseau y est "conservé" aussi long temps que la tension de polarisation est maintenue; dans ce cas, une composantes alternative de tension de polarisation est nécessaire si le convertisscur d'images doit être utilisé pour observer des diagrammes variant dans le temps.Une telle utilisation d'une composante de tension alternative peut également offrir l'aven- tage supplémentaire de permettre la reproduction de plusieurs tonalités d'inten sité lumineuse dans l'image parce que, si, par exemple, la tension varie sinusoM- dalement, les parties les plus brillantes de l'objet focalisé sur le convertisseur -d1images-commutent les parties appropriées du réseau plus tôt dans le cycle de -tension et les déconnectent plus tard que les autres parties moins brillamment illuminées. Afin d'obtenir une conversion d'images relativement exempte de sein- -tiflement, la fréquence de la composante alternative de la tension ne doit pas astre inférieure à environ 25 cycles par seconde. Un autre exemple de réaliBation d?un convertisseur d'images est composé par ---un reseau de dispositifs décrits en référence avec la figure 2. Ces dispositifs utilisent du germanium dopé au manganèse, comme élément photoconducteur, et la -reponse-spectrale du germanium est adaptée par ltutilisation de diodes photoémis -sives-:faites en arséniure de gallium et d'indium ayant un intervalle de bande juste supérieur à celui du germanium dopé.En se référant à la figure 2, une plaquette 20 de germanium dopé au manganèse est pourvue d'une couche de surface 21 du type N, sur laquelle une grille en aluminium 22 est alliée pour former l'é-lectrode négative d'un dispositif. Pour former la diode photoémissive du pre mier dispositif ,une couche 23 de type N, et ensuite une couche 24 d'arséniure de galliumet d'indium, de type P, sont formées épitaxialement sur la surface de la plaquette de germanium 20, opposée à la couche 21.Le rayonnement engendré par la-diòde en arséniure de gallium et d'indium se produit dans l'infrarouge, de tellesorte qu'afin d'engendrer un signal de sortie visible, une diode photo émissive auxiliaire composée des couches 25 et 26 du type P et du type N de phosphure-arséniure de gallium ast connectée en série avec la diede à l'arsé- niure de gallium et d'indium. La diode en arséniure de gallium et d'indium engen dre toute la réaction positive nécessaire; requise pour le fonctionnement du dispositif, de telle sorte qu'il n'est pas nécessaire d'avoir un couplage optique entre les diodes qui peuvent être soudées ensemble par une couche 27. Une grille en aluminium 28 est alliée sur la surface de la couche de type P, de phosphure d'arséniure de gallium pour former l'électrode positive du dispositif. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec un exemple particulier de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REvEDICATIONS 1. Convertisseur dtimages à semiconducteur, caractérisé en ce qu'il comporte une structure à couches multiples comprenant une couche photoconductrice en un matériau semiconducteur dopé, et une première couche à jonction semiconductrice photoémissive en un matériau semiconducteur totalement différent, couplée optiquement et électriquement en série avec la couche photoconductrice. 2. Convertisseur d'images selon la revendication 1, caractérisé en ce que les couches photoconductrice et photoémissive présentent une caractéristique de résistance négative. 3. Convertisseur d'images à semiconducteur, selon la revendication l, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de polarisation connectés aux couches photoconductrice et photoémissive et appliquant à leurs faces extérieures opposées une tension juste inférieure au seuil de commutation d'illumination, de telle sorte qu'une lumière d'intensité donnée envoyée sur le photoconducteur provoque ltémission d'un signal de sortie de lumière à partir de la couche photoémissive. 4. Convertisseur d'images selon la revendication 3, caractérisé en ce qulil comporte une couche à jonction semiconductrice photoémissive auxiliaire, électriquement en série avec la première couche photoémissive et adaptée pour engendrer un signal de sortie dans la gamme visible du spectre. 5. Convertisseur d'images selon la revendication 3 caractérisé en ce que le matériau de la couche photoconductrice est en silicium dopé avec du zinct et en ce que le matériau de la couche photoémissive est en phosphure-arséniure de gallium comportant une jonction PN. 6. Convertisseur d'images/ selon la revendication 4 caractérisé en ce que - le matériau du photoconducteur est du germanluni dopé avec du manganèse et comporte une couche de type N à sa surface extér:-Jure ; - le matériau de la première couche photoémissive est en arséniure de gallium et d'indium comportant une jonction MN - le matériau de la couche photoémissive auxiliaire est en phosphure-arséniure do gallium comportant une seconde jonction PN. 7. Convertisseur dtimages selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte des électrodes de grilles connectées à la couche à jonction semiconductirce auxiliaire et à la couche photoconductrice sur leurs surfaces extérieures opposées. 8. Convertisseur dlimages selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte - une couche de verre en sulfure d'arsenic disposée entre les couches photoconductrice et photoémissive ; - un point métallique en indium traversant le verre et connectant électriquement les couches photoconductriceG, et photoémissive. 9. Convertisseur d'images selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte des couches de type N sur chaque face du photoconducteur et des électrodes de grilles connectées à ces dernières et à chaque face de la couche photoémissive.