Brevet FR2060264A1 — publié le 19710618

La présente invention concerne un dispositif pour la fixation du cristal semi-conducteur d*un détecteur de rayonnements dans une enveloppe hermétique composée d'un boîtier et d'un couvercle, ledit cristal comprenant deux régions sensiblement coaxiales de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, entre lesquelles est formée une jonction détectrice. Elle concerne également un détecteur pourvu d'un tel dispositif de fixation. On sait que pour augmenter les possibilités et améliorer la qualité .de la réponse des détecteurs de rayonnements ionisants, il est avantageux d'augmenter le volume de leur cristal sensible auxdits rayonnements : c'est pourquoi on utilise généralement des cristaux détecteurs comportant une région dite intrinsèque ou. compensée entre deux régions coaxiales de types de conduction opposés formant me jonction détectrice. On sait également que, pour faciliter le stockage ou le transport et maintenir dans le temps les qualités d'un détecteur semi-conducteur, celui-ci doit être protégé par une enveloppe étànche lé mettant à l'abri de toute contamination ; ceci est d'autant plus nécessaire pour les détecteurs en germanium comportant une région intrinsèque compensée au lithium qu'ils doivent être utilisés à une température de l'ordre de celle de l'azote liquide et conservés également à très basse température. Or, 1'augmentation du volume utile du cristal du détecteur provoque également ime augmentation du poids, ce qui rend difficile sa fixation et son centrage dans ladité enveloppe. De plus, il est alors nécessaire de renforcer la solidité de l'enveloppe, généralement en aluminium, et son épaisseur doit être fortement augmentée ; elle peut atteindre plusieurs millimètres y compris dans la partie constituant la fenêtre d'entrée, ce qui entraîne des phénomènes de rétrodiffusion ou de réémission. De plus, en raison du poids également, les moyens de serrage du cristal du détecteur dans l'enveloppe doivent être renforcés pour éviter notamment son glissement et/ou sa rotation, ceux-ci entraînant une diminution de sensibilité de l'ensemble et un mauvais contact thermique. Ce renforcement des moyens de serrage conduit à effectuer des opérations supplémentaires soit sur le cristal, soit sur l'enveloppe, ce qui augmente le coût du dispositif èt aussi les .risques de destruction ou de détérioration en cours de manipulation. 69 32554 , 2060264 On connaît par exemple des détecteurs coaxiaux (c'est-à-dire dont le cristal comporte des couches-coaxiales) cylindriques, sur lesquels on a réalisé un méplat suivant la génératrice du cylindre du cristal, leur permettant ainsi 5 d'éviter un mouvement de rotation dans leur boîtier. Or la réalisation de méplats est une opération délicate, longue et, en conséquence, onéreuse. De plus, un tel méplat n'empêche pas le glissement du détecteur dans son boîtier, glissement qui ne peut alors être évité que par un serrage forcé pouvant en-10 traîner la détérioration du cristal semi-conducteur. L'objet de l'invention est un détecteur coaxial dont le cristal est rendu solidaire de son enveloppe, parfaitement rigide, afin de lui assurer une protection efficace. A cet effet, le dispositif pour la fixation du cristal ? 5 semi-conducteur d'un détecteur de rayonnements dans une enveloppe hermétique composée d'un boîtier et d'un couvercle, ledit cristal comprenant deux régions, sensiblement coaxiales, de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, entre lesquelles est formée une jonction détectrice, 20 est caractérisé en ce qu'il comprend une gaine solidaire du boîtier et enserrant ledit cristal. L'invention permet de réaliser une enveloppe de faible épaisseur du fait qu'elle n'a pour rôle que de former une enceinte étanche et non pas d'assurer la fixation du cristal. 25 En conséquence, l'épaisseur de l'enveloppe étant plus faible, il est alors possible de prévoir sur le couvercle une fenêtre d'entrée pour rayonnements présentant une absorption et/ou une rétrodif fusion minimales * En outre, un détecteur conforme à l'invention peut 30 être utilisé dans toutes les conditions d'environnement, en particulier sous ultra-vide et à basse température. La gaine peut être constituée de deux coquilles fixées entre elles par des moyens de serrage appropriés et enveloppant le détecteur semi-conducteur, ladite gaine et le cristal étant ensuite immobilisés sur le boîtier par un dispositif de 35 serrage s'appuyant sur le ponton extérieur dudit support. Une telle forme de réalisation est particulièrement intéressante dans le cas de détecteurs présentant des formes géométriques bien définies et notamment pour les détecteurs cylindriques. Dans ce cas on utilisera, de préférence, comme ■ . 40dispositif de serrage de l'ensemble boîtier-gaine-cristal, un 4 69 32554 3 2060264 anneau de frettage ou un collier comportant vis et écrou. Cette forme de réalisation permet un montage simple et rapide éliminant pratiquement tous les risques de détérioration du cristal. 5 La gaine peut également être formée par un tube fendu en matière élastique dont le diamètre intérieur est choisi en fonction de la forme et des dimensions extérieures du cristal. Une telle forme de réalisation, favorable du point de vue solidité, présente l'avantage complémentaire d'être peu 10 onéreuse en raison de sa facilité d'exécution. En outre, cette forme de réalisation est utilisable pour toutes les configurations de détecteurs. La gaine peut être, dans une troisième forme de réalisation, formée par un pot dans lequel est inséré le cristal. 15 Cette forme de réalisation présente un intérêt dans certains cas particuliers où les faces extérieures du détecteur ne sont pas soumises directement aux rayonnements, par exemple dans les structures comportant un puits. En effet, dans ce cas par exemple, la source de rayonnements étant siturée au fond du 20 puits, les régions extèrnes du détecteur ont moins d'influence et, en conséquence, une gaine réalisée suivant cette forme constitue un meilleur support, sans pour autant diminuer les caractéristiques du détecteur. La gaine peut être en une matière métallique et 25 bonne conductrice de l'électricité, notamment dans le cas où pour des questions d'encombrement et de poids, la gaine est utilisée comme liaison électrique entre la. surface extérieure du détecteur et le boîtier également métallique.. La. gaine peut également être en une matière isolante 30 et notamment en céramique, en particulier dans le cas où, pour des raisons de poids du détecteur, la-gaine doit être relativement épaisse sans entraîner de perturbations notables dans les caractéristiques par absorption ou- rétrodiffusion des rayonnements. y 35 La description qui va suivre en regard du dessin annexé fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 et 2 représentent respectivement en coupe axiale et en coupe suivant la ligne I-I de la figure 1, un détecteur conforme à l'invention. 40 La figure 3 est une vue en coupe transversale' druh 69 32554 2060264 détecteur selon une variante de réalisation de l'invention. La figure 4 est une vue en coupe axiale d'un détecteur comportant un puits selon une autre variante de réalisation de l'invention. 5 Le détecteur semi-conducteur coaxial montré par les figures 1 et 2, comporte un cristal cylindrique 1 serré dans deux coquilles métallique-s 2a et 2b, avantageusement en aluminium, reliées entre elles par des dispositifs de serrage 3, par exemple vis et écrous. Ce cristal est percé d'un trou central et com-10 porte deux régions semi-conductrices 1a (région interne) et 1b (région externe) séparées par une région intrinsèque 1c. La face intérieure (c'est-à-dire dirigée vers le cristal 1) des coquilles 2a et 2b est recouverte éventuellement d'une couche 4 d'indium pour faciliter le contact électrique entre 15 lesdites coquilles 2a et 2b et la région externe 1b du cristal 1. L'ensemble formé par le'détecteur 1 et la gaine constituée des coquilles 2a et 2b est disposé dans un boîtier métallique 5, de préférence en aluminium, de faible épaisseur et dans lequel est prévu un fil de connexion 6 le traversant 20 par un passage isolant 7. La gaine formée des coquilles 2a et 2b ainsi que le cristal 1 sont alors fixés au boîtier 5 à l'aide d'un anneau 8 extérieur à ce dernier et fretté. On raccorde ensuite la région interne 1a du cristal 1 à la connexion 6 à l'aide d'un fil 25 métallique 9 bon conducteur de l'électricité, tandis qu'un fil 5b, relié électriquemént à la région 1b par le boîtier 5, les coquilles 2a, 2b et la couche 4, est soudé sur ledit boîtier. Ces diverses opérations, sauf le soudage du fil 5b, sont effectuées de préférence sous vide, de manière à éviter l'ap-30 port d'impuretés qui pourraient diminuer, voire même annihiler l'effet du détecteur. En ultime opération, effectuée également sous vide, on dispose sur le boîtier 5 un couvercle 10. Ce couvercle 10 peut être, soit entièrement métallique (Al, Be) et dans ce cas 35 de préférence en aluminium et de faible épaisseur, soit en partie métallique et en partie céramique tel que décrit dans la demande de brevet P.V. N° déposée ce jour à la même heure par la demanderesse pour "Enveloppe pour détecteur de rayonnements semi-conducteur"* L'épaisseur de la partie 40 métallique est de l'ordre de 0,5 mm. Le couvercle 10 comporte BAD 69 32554 5 2060264 dans sa partie métallique un rebord 10a qui est soudé au rebord correspondant 5a du support 5 par soudure à froid ou fluage. Le support 5 peut comporter un queusot (non représenté) qui permet, après fixation du couvercle 10, de parfaire le vide 5 à l'intérieur du boîtier, le queusot étant ensuite hermétiquement clos. . Le mode de réalisation de détecteur conforme à l'invention montré par la figure 3, comprend un cristal 11 de section carrée, comportant deux régions coaxiales 11a et 11b 10 de types de conduction opposés séparées par une région intrinsèque 11c. Ce cristal 11 est inséré dans un tube fendu longitu— dinalement 12 dont le. diamètre intérieur, avant introduction du cristal 11 est légèrement inférieur à la longueur de la diagonale du carré constituant la section du cristal. Ce tube 12 15 muni d'une fente longitudinale 13 est en un matériau conducteur de l'électricité, relativement élastique, de manière à àaintenir fortement serré le cristal '11 par ses arêtes et assurer ainsi un bon contact électrique avec la région externe 11b. Pour garantir la qualité du contact électrique on peut disposer, sur 20 la surface intérieure du tube 12, une couche d8indium 14, comme dans le dispositif décrit en regard des figures 1 et 2. Le tube 12 est alors fixé dans un boîtier 5 comme il a été dit ci-dessus. La suite des opérations est alors identique à celle 25 déjà décrite, La figure 4 illustre une troisième forme de réalisation du détecteur conforme à l'invention. Elle concerne un détecteur coaxial dont le cristal 21 comporte un puits 20. Ce cristal 21 qui comporte deux régions 21 a et 21b de types de conduction 30opposés dont l'une, 21a, épouse la forme du puits 21, est disposé et collé dans un pot 22. Le poids du cristal 21 étant important, les parois du pot 22 sont relativement épaisses et ce dernier est de préférence en matière isolante et particulièrement . en céramique, soit alumine soit oxyde de béryllium. Le pot 22 , 35 est recouvert sur sa paroi externe d'une couche métallique 23 permettant d'assurer la liaison électrique par l'intermédiaire d'une connexion en pont 24 avec la région interne 21a du cristal 21. L'ensemble cristal 21-pot 22 est bloqué dans une 40bague métallique 25 puis disposé dans un boîtier 26 également 69 32554 6 2060264 métallique dans lequel il es,t maintenu en position à l'aide d'un anneau fretté 27 agencé à l'extérieur du boîtier 26 et en regard de la bague 25. Le support 26 étant métallique, on y prévoit tin traversée isolante 28 dans laquelle passe le fil de connexion 29 destiné à assurer la liaison électrique avec la région externe 21b du cristal 21 à travers un trou 31 ménagé dans le pot 22. Un fil de connexion 30 est soudé sur le boîtier 26 pour former la liaison avec la région interne 21a du cristal par l'intermédiaire de la connexion 24, de la couche métallique 23de la bague 25 et du boîtier 26. Le couvercle recouvrant le boîtier 26 est constitué d'une partie métallique 31 a (par exemple en aluminium) soudée par fluage ou électriquement sur ledit boîtier et d'une partie 31b avantageusement en matière isolante céramique, brasée sur la partie 31a du couvercle et de forme telle qu'elle puisse être introduite dans, le puits du détecteur, comme il est décrit dans la demande de .brevet mentionnée ci-dessus. Toutefois, cette partie 31b peut être métallique, en aluminium ou en béryllium, par exemple. Les différentes formes de réalisation qui viennent d'être décrites permettent d'augmenter considérablement l'efficacité des détecteurs coaxiaux en réduisant les phénomènes d'absorption ou de rétrodiffusion dûs à des épaisseurs métalliques trop importantes en regard des faces des détecteurs soumises aux rayonnements. 69 32554 7 2060264 REVENDICATIONS 1Dispositif pour la fixation du cristal semiconducteur d'un détecteur de rayonnements dans une enveloppe hermétique composée d'un boîtier et d'un couvercle, ledit 5 cristal comprenant deux régions, sensiblement coaxiales, de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région Intrinsèque,entre lesquelles est formée une jonction détectrice, caractérisé en ce qu'il comprend une gaine solidaire du boîtier et enserrant ledit cristal. 10 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine qui enserre le cristal comporte deux coquilles assemblées par des moyens de serrage. 3.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine qui enserre le cristal comporte un tube fendu 1 5 en une matière élastique. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine qui enserre le cristal forme un pot à l'intérieur duquel est logé ledit cristal. 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 20 en ce que la gaine qui enserre le cristal est métallique. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la gaine qui enserre le cristal est isolante. 7.- Détecteur de rayonnements comportant un cristal semi-conducteur comprenant deux régions, sensiblement coaxiales, 2 5 de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, entre lesquelles est formée une jonction détectrice, ledit cristal étant rendu solidaire d'une enveloppe hermétique composée d'un boîtier et d'un couvercle, par l'intermédiaire d'un dispositif de fixation, caractérisé en ce que 30 ce dernier comprend une gaine solidaire du boîtier et enserrant ledit cristal. 8.- Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'au moins l'une des parois de la gaine est recouverte d'une couche bonne conductrice de l'électricité formant une ' 35 partie de la liaison entre une des régions du cristal et l'un des fils de liaison du détecteur. 9î- Détecteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le dispositif de fixation est conforme à l'une des revendications 2 à 6. 40 10.- Détecteur selon la revendication 7, caractérisé 69 32554 8 2060264 en ce que ladite gaine est -rendue solidaire du boîtier par serrage élastique. 11.- Détecteur selon la revendication 10, caractérisé en ce que ladite gaine est rendue solidaire du boîtier par un anneau extérieur à ce dernier et pressant ladite gaine.