Brevet FR2074754A1 — publié le 19711008

La présente invention concerne un procédé de fixation, sur un support, du cristal semi-conducteur d'un détecteur de rayonnements comprenant un cristal semi-conducteur pourvu d'une jonction détectrice formée entre deux régions de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, les dimensions dudit support étant susceptibles de varier avec la température. Elle concerne également un tel détecteur obtenu par la mise en oeuvre dudit procédé de fixation. On sait que les progrès réalisés dans la technique de fabrication des matériaux semi-conducteurs permettent d'obtenir des lingots monocristallins de dimensions de plus en plus importantes ; ceci est particulièrement avantageux pour l'obtention de détecteurs semi-conducteurs du type coaxial (c'est-à-dire dans lesquels les régions de types de conduction opposés sont au moins partiellement coaxiales), ou planaire (c'est-à-dire dans lesquels la jonction détectrice est formée entre deux couches planes de types de conduction opposés) ; en effet, dans ces détecteurs, une augmentation de volume utile est toujours recherchée pour en accroStre l'efficacité.Afin d'améliorer la qualité des signaux de réponse de ces détecteurs, il est également avantageux de prévoir une région intrinsèque disposée entre les deux régions de types de conduction opposés, cette région intrinsèque étant, par exemple, obtenue, de façon connue, par diffusion d'impuretés compensatrices, comme le lithium. Un tel détecteur est généralement enfermé dans un boi- tier étanche dont le support forme une partie de ce dernier cependant, pour certaines applications, un tel boîtier doit être supprimé. Ainsi, certains détecteurs coaxiaux utilisés comme sondes ne peuvent comporter un bottier car leurs faces latérales doivent être entièrement dégagées afin de permettre la réception de tous les rayonnements, quelle que soit l'orientation de ceuxci. I1 est donc nécessaire, de plus, que les dimensions du support soient les plus réduites possibles afin de ne recouvrir qu'une faible partie desdites faces latérales Or, l'augmentation du volume utile du cristal provoque également une augmentation du poids, ce qui rend difficile sa fixation et son centrage dans le support par une faible prise ; en effet, le cristal a tendance, soit à tourner dans celui-ci, en particulier dans le cas d'un cristal cylindrique, soit à glisser, ce qui a généralement pour conséquence d'arracher les connexions, d'entratner wne diminution de sensibilité et de former un mauvais contact thermique. On cherche, généralement, à remédier à ces inconvénients en renforçant, d'une part, l'épaisseur du support, d'autre part, les moyens de serrage du support sur le cristal. Toutefois, l'augmentation de l'épaisseur du support, généralement métallique, est limitée par les phénomènes de rétrodiffusion et de réémission des-rayonnements quelle peut provoquer, et le renforcement des moyens de serrage conduit à effectuer des opérations supplémentaires, soit sur le cristal, soit sur le support1 ce qui augmente le cott du détecteur ainsi que les risques de destruction ou de détérioration en cours de manipulation. De mime, pour certaines applications, la fenêtre d'entrée de détecteurs planaires doit être en contact direct avec les rayonnements sans interposition d'une couche, même mince, de-métal ou de céramique, qui provoquerait une rétrodiffusion ou une absorption encore trop importante des rayonnements. Dans ce cas, il est très difficile d'obtenir une enveloppe à la fois très solide et étanche. La présente invention permet de fixer solidement le cristal semi-conducteur d'un détecteur à son support, tout en n'utilisant, à cette fin, qu'une faible partie de ses faces latérales. De plus, notamment dans le cas d'un cristal à régions coaxiales, l'invention permet de le fixer sur un support sans utiliser ses parois latérales externes, à condition que ce cristal comporte une cavité. Selon l'invention, le procédé de fixation sur un support du cristal semi-conducteur d'un détecteur de rayonnements, ledit cristal étant pourvu d'une jonction détectrice formée entre deux régions de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, et le support ayant des dimensions susceptibles de varier avec la température, est caractérisé en ce que l'on emmanche ledit support par rapport au cristal, au moins une partie dudit support étaut soumise, provisoirement à cet effet, à une température différente de la température dtutilisation du détecteur. Un tel emmanchement peut être réalisé par dilatation ou par contraction. Selon la présente invention, un détecteur de rayonnements comprenant, d'une part, un cristal semi-conducteur pourvu d'une jonction détectrice formée entre deux régions de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque et, d'autre part, un support auquel est fixé ce cristal et dont les dimensions sont susceptibles de varier avec la température, est caractérisé en ce que le cristal est rendu solidaire du support par emmanchement de ce dernier par rapport au cristal, au moins une partie dudit support étant soumise, provisoirement à cet effet, à une température différente de la température d'utilisation du détecteur. La présente invention permet ainsi de réaliser un serrage efficace du cristal, soit par emmanchement par dilatation d'au moins un bord du support entourant le cristal, tout en n'utilisant qu'un minimum des faces latérales dudit cristal, soit par emmancheinent par contraction d'une partie saillante du support dans une cavité du cristal. En conséquence, le cristal ainsi fixé devient utilisable dans toutes les applications particulières et notamment lorsque ses faces soumises aux rayonnements doivent présenter le maximum de surface utile à ceux-ct. De plus, le support selon L'invention est adaptable à toutes les configurations du détecteur et reste peu onéreux en raison de sa facilité d'exécution. De préférence, le support est métallique et sa partie emmanchée est en contact électrique avec une région du cristal. Selon une forme de réalisation, le support est en forme de cuvette d'une seule pièce et son bord est emmanché par dilatation sur une portion des parois latérales externes du cristal semi-conducteur du détecteur, tandis que son fond comporte un queusot destiné à betre relié à un dispositif créant le vide dans l'enceinte étanche formée entre la face du cristal en regard du support et les parois latérales et le fond du support. Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse en raison de sa simplicité et, en conséquence, de son prix de revient peu élevé. Selon une variante de réalisation, le supporte comporte une collerette et une cuvette, ladite collerette étant fixée par emmanchement par dilatation sur une portion des parois latérales dudit cristal, puis rendue solidaire de ladite cuvette de façon à ménager une enceinte étanche entre cette dernière et la face du cristal disposée en regard. Cette forme de réalisation permet d'effectuer le montage de l'ensemble directement sous vide et permet donc de supprimer le queusot mentionné ci-dessus dont l'encombrement, dans certaines applications, peut Etre f cheux. Cette variante de réalisation permet également de fixer, sur une seule couche d'un type de conduction donné, les cristaux comportant des couches empilées de types de conduction différents, et ce, sans risquer de créer des courts-circuits avec les couches adJacentes. Ceci est particulièrement avantageux notamment pour les détecteurs de type planaire. Selon une autre forme de réalisation, le support comporte un anneau en matière isolante, par exemple céramique, et deux collerettes métalliques soudées chacune sur une face plane dudit anneau isolant et emmanchées sur la paroi externe du cristal, chacune étant en contact avec une région semiconductrice de celui-ci. Cette forme de réalisation est particulièrement avantageuse dans le cas de détecteurs plans ayant une fenêtre dcentrée sur chacune de leurs faces principales. En variante, comme il a été dit ci-dessus, le cristal peut comporter une cavité, tandis que le support est pourvu d'une partie saillante emmanchée par contraction dans ladite cavité. Cette forme de réalisation concerne plus particulièrement les détecteurs du type coaxial comportant, sensiblement en leur centre, un trou creusé dans une des régions semi-conductrices et recouverts généralement d'un couvercle ainsi qu'il est fait mention dans la demande de brevet français nO PV 69 32555 déposée au nom de la Demanderesse, le 24 septembre 1969, pour "Dispositif pour la fixation du cristal d'un détecteur de rayonnements à l'intérieur d'une enveloppe. Selon une autre variante de réalisation, le support comporte au moins deux parties dont l'une forme une collerette, relativement élastique, entourant une portion du cristal, tandis que l'autre est constituée par un anneau de frettage pressant ladite collerette contre le cristal. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée. Les figures 1 à 6 sont des coupes schématiques de différents modes de réalisation du détecteur conforme à l'invention. il est à noter que les dimensions sur les dessins sont exagérées et non proportionnées afin de rendre les figures plus claires. Le détecteur de rayonnements montré par la figure i comprend un cristal semi-conducteur, par exemple cylindrique, comportant deux régions coaxiales 1 et 2 de types de conduction opposés, séparées par une région intrinsèque 3, généralement compensée au lithium. il est à noter que la région extérieure 1 enveloppe complètement le cristal, sauf sur une de ses faces où affleure la région intérieure 2. Ce cristal est fixé dans un support 4 en forme de cuvette par emmanchement du bord 4a dudit support 4 sur l'extrémité du cristal vers laquelle affleure la région 2, ledit bord 4a entourant cette extrémité. Dans ce cas, l'emmanchement est obtenu par dilatation du métal du bord 4a du support puis, après mise en place de celui-ci sur le cristal, par retrait dudit métal, la dilatation étant obtenue par chauffage et le retrait par retour à la température ambiante. Le support 4 étant métallique, pour assurer la liaison électrique avec la couche 2, on prévoit, dans le fond 4b dudit support 4, une traversée isolante 5 à travers laquelle passe le fil de connexion 6 qui vient s'insérer par pression dans une griffe élastique 7 préalablement soudée sur la couche 2, tandis que l'on soude un fil de connexion 8 directement sur le support 4 pour former la liaison avec la couche 1, puisque le bord 4a est en contact électrique avec la région 1. Pour permettre, après emmanchement, de faire le vide dans l'enceinte formée entre les parois internes du support 4 et l'extrémité du cristal introduite dans ledit support 4, on a prévu un queusot 9 que l'on ferme hermétiquement lorsque la dépression est jugée suffisante dans cette enceinte. Une telle réalisation présente l'avantage de pouvoir être obtenue d'une manière simple et rapide, d'être peu onéreuse et de garantir une parfaite étanchéité. Le détecteur montré par la figure 2 présente la meme configuration que celui de la figure 1, c'est-à-dire que son cristal cylindrique comporte deux régions coaxiales 11 et 12 de types de conduction opposés, séparées par une réglo intrinsèque 13. A l'extrémité du cristal vers laquelle affleure la région interne 12, on fixe par emmanchement par dilatation, comme précédemment, une collerette métallique 14 qui vient s'appuyer ainsi sur la couche 11 et qui comporte un large rebord 14a. Le cristal étant fixé rigidement sur la collerette 14, on soude ensuite celle-ci par son rebord 14a sur le rebord 15a d'un support 15 en forme de cuvette ; la fixation de la colle- rette 14 sur le support 15 peut se faire, soit par soudure à froid ou fluage, soit par soudure électrique. Comme dans le dispositif de la figure 1, on a prévu, dans le fond 15b du support 15, une traversée isolante 16 à travers laquelle passe une connexion 17 venant s'embrocher dans une griffe élastique 18 préalablement soudée sur la couche seni- conductrice 12, tandis qu'une connexion 19 est soudée directement sur le support 15 pour assurer la liaison électrique avec la couche 11. Ces divers opérations de montage du cristal sur le support peuvent setre réalisées sous vide, ce qui évite ainsi de prévoir un queusot dans le fond dudit support et permet de réduire l'encombrement du détecteur. La figure 3 concerne un détecteur du type planaire dont le cristal comporte deux couches 21 et 22 de types de conduction opposés, superposées et séparées par une couche intrinsèque 23. Suivant une technique bien connue des specialistes, une Fenêtre d'entrée 24 a été creusée dans la couche soumise aux rayonnements à détecter. A la périphérie de la couche 22 destinee à recevoir les rayonnements, on fixe par emmanchement par dilatation une colle- rette 25- comportant un large rebord 25a que l'on soude ensuite sur le bord 26a d'un support 26 en forme de cuvette, soit par soudure à froid, soit par soudure électrique. Les dimensions intérieures du support 26 sont choisies légèrement supérieures à celles dù détecteur pour éviter tout risque de court-circuit entre la couche 22 et les couches sous ;jacentes 23 et 21. Comme dans les détecteurs des figures 1 et 2, le fond 26b du support 26 comporte une traversée isolante 27 à travers laquelle passe une connexion 28 venant s'embrocher dans une griffe élastique 29 préalablement soudée sur la couche 21, tandis qu'une connexion 30, soudée directement sur le fond 26b du support 26, assure la liaison électrique avec la couche 22, par l'intermédiaire des rebords 26a, 25a et de la collerette 25. Le détecteur montré par la figure 4 est du type planaire et son cristal comporte deux couches 31 et 32 de types de conduction opposés, séparées par une couche intrinsèque 33 et dans lesquelles on a creusé des fenêtres d'entrée 34 et 35. A la périphérie d'une des deux régions de types de conduction opposés, 31 par exemple, on emmanche par dilatation une première collerette 36 par sa face 36a, tandis que l'on a préalablement brasé sur son rebord 36b un anneau 37 en matière isolante, par exemple alumine ou oxyde de beryllium. Sur la face dudit anneau 37 opposée à la collerette 36, on brase alors une seconde collerette 38, de forme identique à la collerette 36, emmanchée également par dilatation par sa face 38a à la périphérie de la couche 32. On soude alors, respectivement sur les collerettes 36 et 38, des connexions 39 et 40 pour pouvoir assurer la liaison du cristal avec lwextbrieur. Le détecteur montré par la figure 5 comporte un cristal muni de régions semi-conductrices 41 et 42 coaxiales, de types de conduction opposés et une couche intrinsèque 43 intermédiaire. Ce détecteur comporte un trou central borgne 44, la couche 42 enveloppant les parois de ce trou. Le cristal ainsi formé est fixé par son trou central 44 sur une tige tubulaire 45 métallique, soudée ou brasée préalablement sur le support 46, en forme de cuvette, et emmanchée dans ledit trou 44 par contraction. Dans ce cas, l'emmanchement est obtenu par refroidissement, donc retrait de la tige tubulaire 45, puis retour à la température ambiante après mise en place de la tige 45 dans le trou central 44. La liaison électrique entre la couche 42 et le fil de connexion extérieur 47 soudé au support 46 est assurée par la tige 45, tandis que la liaison avec la couche 41 est assurée par le fil de connexion 48 soudé, d'un cOté , sur ladite couche 41 et traversant le support 46 par l'intermédiaire d'un passage verre-métal 49. Le couvercle 50 est choisi, soit en métal, soit en matière isolante selon les applications et est donc soudé par fluage au support 46 s'il est en métal ou brasé s'il est en matière isolante, par exemple en céramique. Dans la variante de réalisation montrée par la figure 6, le support comporte au moins deux parties dont l'une forme une collerette, relativement élastique, entourant une portion du cristal, tandis que l'autre est constituée par un anneau de frettage pressant ladite collerette contre le cristal. Cette variante illustrée par la figure 6 concerne le détecteur du type planaire décrit en regard de la figure 3, mais il est évident que cette variante est également applicable aux détecteurs coaxiaux et à tous les supports précédemment décrits. Sur les figures 3 et 6, les éléments identiques portent les mimes références. A la périphérie de la couche 22, on dispose successivement une collerette métallique 25 de dimensions légèrement supérieures à celles du cristal et un anneau de frettage 51 également métallique provisoirement dilaté, qui, après contraction, presse par frettage le rebord 25b de la collerette 25 contre la périphérie de la couche 22. Le rebord 25a de la collerette 25 est ensuite soudé sur le bord 26a du support 26 en forme de cuvette. L'un des avantages des formes de réalisation illustrées par les figures î à 6 réside dans le fait que l'on peut dégager au maximum la surface des détecteurs soumise aux rayonnements et qu'ainsi on en accroît considérablement l'efficacité. REVENDICATIONS 1.- Procédé de fixation sur un support du cristal semiconducteur d'un détecteur de rayonnements, ledit cristal étant pourvu d'une jonction détectrice formée entre deux régions de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, et le support ayant des dimensions susceptibles de varier avec la température, caractérisé en ce que l'on emmanche ledit support par rapport au cristal, au moins une partie dudit support étant soumise, provisoirement à cet effet, à une température différente de la température d'utilisation du détecteur. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation du cristal sur le support est réalisée par emmanchement sur le cristal d'au moins une partie du support provisoirement dilatée. 3.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la fixation du cristal sur le support est réalisée par emmanchement, dans une cavité du cristal, d'au moins une partie du support provisoirement contractée. 4.- Détecteur de rayonnements comprenant, d'une part, un cristal semi-conducteur pourvu d'une jonction détectrice formée entre deux régions de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une région intrinsèque, et, d'autre part, un support auquel est fixé ce cristal et dont les dimensions sont susceptibles de varier avec la température, caractérisé en ce que le cristal est rendu solidaire du support par emmanchement de ce dernier par rapport au cristal, au moins une partie dudit support étant soumise, provisoirement à cet effet, à une température différente de la température d'utilisation du détecteur. 5.- Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support comporte au moins un bord entourant une portion du cristal et emmanché sur ce dernier par dilatation provisoire, 6.- Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le support comporte au moins une partie saillante introduite dans une cavité du cristal et emmanchée dans cette cavité par contraction provisoire. 7.- Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en en ce qu'au moins la partie du support emmanchée par rapport au cristal est conductrice de l'électricité et est en contact électrique avec l'une des régions semi-conductrices du cristal 8.- Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux parties, dont l'une forme une collerette, relativement élastique, entourant une portion du cristal, tandis que l'autre est constituée par un anneau de frettage pressant ladite collerette contre le cristal, 9.- Détecteur selon les revendications 5 et 7, caractérise en ce que le support est en forme de cuvette d'une seule pièce et son bord est emmanché par dilatation sur une portion des parois latérales externes du cristal semi-conducteur du détecteur, tandis que son fond comporte un queusot destiné à être relié à un dispositif créant le vide dans l'enceinte étanche formée entre la face du cristal en regard du support et les parois latérales et le fond du support. 10.- Détecteur selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le support comporte une collerette et un cuvette, ladite collerette étant fiée par emmanchementpar dilatation sur une portion des parois latérales dudit cristal, puis rendue solidaire desdite cuvette, de façon à ménager une enceinte étanche entre cette dernière et la face du cristal disposée en regard. 11.- Détecteur selon les revendications 5 et 7, caractérisé en ce que le support comporte un anneau en matière isolante, par exemple céramique, et deux collerettes métalliques soudées chacune sur une face plane dudit anneau isolant et emmanchées sur la paroi externe du cristal, chacune étant en contact avec une région semi-conductrice de celui-ci. 12.- Détecteur selon les revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le cristal semi-conducteur comporte deux régions coaxiales de types de conduction opposés, éventuellement séparées par une couche intrinsèque, et une cavité entourée par l'une desdites régions, une tige étant emmanchée par contraction dans ladite cavité.