Brevet FR2085551A1 — publié le 19711224

-1 - la présente invention concerne un cible photosensible pour tube de prise de vues perfectionnée, ainsi que les tubes de prise de vues dans lesquels cette cibles est incorporée, avec les moyens de lecture appropriés. 5 On connaît les cibles photosensibles pour tubes de prise de vues consistant essentiellement en une couche d'un matériau diélectrique photoconducteur, généralement un composé à♦antimoine ou de Cadiaiumi La lecture de ces cibles, c'est-à-dire celle du signal 10 provenant des différents points de l'objet, se fait en les balayant par un faisceau d'électrons issus d'un canon situé du côté de la cible opposé à celui qui reçoit le rayonnement lumineux en provenance de l'objet, et accéléré vers la cible par une tension positive appliquée à celle-ci par rapport au canon. 15 Chaque point de la cible reçoit du faisceau électronique, à l'instant initial ,un quantité fixe de charges négatives qui portent son'potentiel à une valeur sensiblement égale à celui de la cathode du canon, lorsque le faisceau a quitté ce point, ces charges s'écoulent plus ou moins complètement à travers le maté-20 riau photoconducteur, suivant la conductibilité acquise par celui-ci sous l'effet du rayonnement reçu. Pour compenser les charges écoulées, le faisceau dépose, au passage suivant, une quantité de charges qui dépend de 1'éclairement reçu par le point et constitue le signal vidéo.. 25 Ce genre de cibles, connu de longue date, est universellement utilisé.. Ce qui ne signifie pas que ces cibles soient exemptes d'inconvénients, les critères pour juger de la qualité d'une cible sont en effet très nombreux, si bien qu'une cible ne satisfait jamais complètement à tous ces critères en même temps. 30 Parmi les plus importants de ces critères, il faut citer le rendement quantique, c'est-à-dire le rapport du nombre d' ~'±'.,o— trons contribuant à former le signal de lecture au nombre de photons incidents, la réponse spectrale,c'est-à-dire la variation de ce rapport avec la longueur d'onde du rayonnement incident, la 35 possibilité de remise à zéro d'un point sitôt après lecture, c'est à dire la remise de ce point dans un état identique à son état initial et, de préférence, la simultanéité entre cette lecture et 70 16009 2085551 - 2 - cette remise à zéro, le courant d'obscurité, ou valeur du signal en l'absence de tout rayonnement, qui doit être aussi faible que possible. les inconvénients des cibles décrites ci-dessus sont en 5 particulier un rendement quantique faible et en tout cas très éloigné de l'unité (un électron pour un photon) et une réponse spectrale limitée a une faible bande du spectre lumineux, avec une sensibilité pratiquement nulle dans 1'infra-rouget Pour éviter ces inconvénients, on a été amené plus récemment 10 à concevoir des cibles d'une structure plus complexe utilisant comme matériau photoconducteur un semiconducteur spécialement préparé .à cet usage i il s'agit des cibles connues sous le nom de cibles à mosaïque de diodes formées de deux couches successives qui sont, du côté exposé au rayonnement lumineux à celui exposé 15 au faisceau de lecture, une couche du semiconducteur en question de type n, et une couche semiconducteur diffusée p. On ne s,'étendra pas davantage sur ce dernier type de cibles photosensibles largement décrites dans la littérature, voir par exemple Symposium Solid State Circuit Application, University 20 of Pennsylvania Peb. 1967 "An Alectron Beam Accessed Image Sensing Silicon Diode Array with Visible Response " .H. Crowel, T.î'i» Buck, il.F. labuda, J.V. laiton, 2.J* tfalsh. On dira simplement que l'emploi de semiconducteurs a été imaginé entre autres dans le but d'augmenter la gamme des radiations lumineuses 25 explorable"avec les cibles photosensibles. Malheureusement, les cibles à mosaïque de diodes, du fait de la préparation très particulière, et très laborieuse, qu'elles nécessitent, ne permettent l'emploi que d'un nombre de semiconducteurs très restreint (Silicium, Germanium) et n'ont par suite pas donné tout l'élar-30 gissement du spectre attendu. la présente invention a pour objet des cibles photosensibles utilisant une couche semiconductrice permettant uaeexploration des spectresplus large que celle actuellement praticable avec les cibles de l'art connu, et en particulier du rayonnement infra-35 rouge. l'invention concerne en premier lieu la structure d'une telle cible. Elle concerne aussi les tubes incorporant ces cibles avec les moyens nécessaires à leur lecture. 70 16009 2085551 La présente invention concerne une cible photosensible pour tube de prise de vues en provenance d'un objet émettant un rayonnement lumineux, comprenant une couche photosensible exposée d'un côte audit rayonnement lumineux et recouverte, de l'autre côté, 5 d'une couche isolante susceptible de présenter le phénomène de conductibilité induite et douée de la propriété d'émission secondaire avec un coefficient supérieur à l'unité sous l'effet d'un bombardement d'électrons. L'invention sera mieux comprise en se reportant à la des-10 cription qui suit et aux figures jointes qui représentent : - figure 1 : une vue en coupe d'une cible de l'invention* - figure 2 : un schéma explicatif du comportement d'une couche isolante sous l'effet d'un bombardement d'électrons, en rapport avec l'invention. 15 - figures 3 et 4 : respectivement, un schéma explicatif du fonctionnement d'une cible de l'invention et un détail agrandi de celui-ci. - figure 5 ï en coupe schématique, une vue montrant les éléments essentiels d'un tube de prise de vues utilisant une 20 cible de l'invention. La cible de l'invention, figure 1, comprend, en contact l'une avec l'autre, une couche d'un matériau semiconducteur photosensible 1 exposé par sa face libre au rayonnement lumineux incident, représenté par la flèche. 1, et une c-ouche isolante 2 25 exposée par sa face libre au canon de lecture, non représenté, émettant des électrons se dirigeant vers la cible suivant la flèche f. Sur cette figure,4 représente la prise de contact de la couche de semiconducteur 1, constituée d'un film mince conducteur 30 transparent, selon l'art connu. En fonctionnement, cette prise de contact est reliée à la masse (potentiel 0) tandis que le canon est porté à une tension négative par rapport à la masse. Le matériau semiconducteur constituant la couche 1 est du type p. C'est un semiconducteur brut n'ayant subi aucune prépara-35 tion particulière sauf naturellement celle lui conférant le type p. 70 16009 20Ô5551 - 4 - On veut signifier par là qu'il se distingue des semiconducteurs utilisés dans les cibles à mosaïque de diodes citées plus haut qui, eux, nécessitant une telle préparation, doivent être choisis parmi ceux se prêtant à celle-ci. Au contraire, le maté- 5 riau semiconducteur entrant dans la constitution des cibles de l'invention peut être choisi, avec une grande latitude, soit parmi les corps simples comme le silicium, dont le spectre couvre la o gamme de longueurs d'ondes comprise entre 4 000 A et 1 /um, le germanium utilisable jusqu'à-1,6 /um environ, soit parmi les 10 corps composés comme l'arsénieure de gallium pour la gamme 4 000 - 9 000 Â, le phosphure de gallium ou le sulfure de cadmium o pour la gamme allant de l'ultra violet au jaune (200 - 5 900 A environ). Cette facilité dans le choix des semiconducteurs constituant 15 la couche 1 de la cible de l'invention fait que la largeur du spectre lumineux qu'il est possible d'explorer avec les cibles de l'invention se trouve sensiblement augmentée par rapport à celle des spectres praticables avec les cibles de l'art connu. Il va sans dire que 1'on choisira dans chaque cas le 20 matériau le mieux adapté à la gamme de longueurs d'ondes à e&plorer. Toujours est-il, qu'avec les matériaux semiconducteurs dont on dispose actuellement, et dont 11énumération ci-dessus, donnée à titre d'exemple, est loin d'être exhaustive, il est possible de couvrir tout le spectre lumineux de l'ultra violet 25 à 1 'infra-rouge (/\ supérieur à 0,79 /um). La couche 1 semiconductrice de la cible de l'invention est par exemple en silicium de type p (Si-p sur le détail de la figure 4) et présente dans ce cas une épaisseur de quelques centaines de /uni. 30 La couche 2, en silice par exemple (Ox dans le détail de la figure 4), est une couche douée de la double propriété de conductibilité induite sous l'effet d'un bombardement d'électrons et d'émission secondaire, avec un coefficient supérieur à l'unité (plus d'électrons secondaires que d'électrons incidents), sous 35 l'effet de ce bombardement. , 0 D'une epaisseur de quelques centaines d'A tout au plus, comme 70 ,15009 2095551 on le Terra plus loin, -aile a ét4 représent je très grossis par rapport à la couche 1 sur las différentes figures s 1*3 phér-onèna d'é&Ission secondaire eet ";ien oonr-û st or. n!;r reviendra pas icia 5 Quant au phénomène de conductibilité induite, il est lui aussi connu dans la technique électronique « quoique dans une moindre mesure que le précédent. On sait qu'il -st ais à profit en partiouliei* dans certains tubes à. ruémoir^ « Cn rappellsr?. brièvement qu'il consiste dans la propriété qu'ont eert5ir.ee substances 10 isolantes d:acquérir une certaine conduetibilité psr apparition de porteurs libres sous l'effet de causes diverses, Gs phénomène a été décrit dans le Ssevet français dépose par la xteasgncLeresse sous le ne 1 332 69S» Parmi les matières susceptibles de présenter une conaueti-15 bilité induitescos 1'effet d'un bombardement électronique,on citera entre autres le sulfure de zinc (cas du brevet cité) et la silice. Mais pour que cette conductibilité apparaisse encore feut-il> comme pour le phénomène d'émission secondaire, que les électrons du faisceau présentant un niveau énergétique suffisant, de l'ordre 20 de Kilovolt au moins. Les cibles de l'invention qui utilisent, comme on le verra plus loin ^ces deux propriétés ne sont donc utilisables qu'avec un faisceau de lecture présentant ee niveau, contrairement aux cibles de l'art connu qui fonctionnent avec un balayage par électrons lents. 25 Ceci implique en premier lieu un canon convenablement polarisé par rapport à la cible. En outre, le signal étant fourni par les électrons secondaires émis par la couche isolante, les tubes utilisant les cibles de l'invention comportent nécessairement tin collecteur pour capter les électrons secondaires. 30 La cible de l'invention fonctionne comme expliqué ci-dessous en se référant aux figures 2, 5 et 4» Avant d'entrer dans le détail de ee fonctionnement, il sera précise ce qui suit. D'une façon générale, considérons une couche isolante 20 35 figure 2, comportant une face libre 21 soumise à un bombardement électronique f en provenance d'un canon polarisé négativement ■ par rapport à la masse, placée .devant une grille 3 appelée collecbad original 70 16009 2085551 - 6 - teur, portée par rapport à la masse à ur. potentiel désigna par V,ol3 , l'autre face 22 de la eouel-e reliée è la sasse par une prise de contact 40,par exemple uiia coudas H.é talUsée. 3i, initialement, la surface libre 21 de 1 ' isolait est au 5 potentiel du dos 22 (masse) et si cet isolaut est doué de la propi'iété d'émettre des électrons 3ee_:c„aire5, sous - edfet ae 11 impact des' électrons d'un faisceau _neiaen~, cette surface se charge positivement jusqu'à ce que son potentiel atteigne une valeur Y , voisine de celle du collecteur, la collection a'élec-equ 10 trons secondaires s'arrête lorsque le potentiel ^e(^u de 1s, surface libre 21 de la cible dépasse légèrement celle du collecteur, obligeant les électrons à rebrousser chemin vers la couche isolante. Les électrons secondaires émis par l'isolant proviennent d'une couche superficielle mince de celui-ci dont l'épaisseur dépend du 15 matériau constitutif de la couche et de la tension de bombardement, c'est-à-dire le potentiel du canon par rapport à la masse, soit, pour la silice,50 à 100 1, pour une tension de bombardement de 1500 volts. La même couche, lorsqu'elle est douée de la propriété de 20 conductibilité induite, est le siège, sous l'effet du même bombardement, d'un certain nombre d'ionisations intéressant les atomes de la couche sur une certaine profondeur à partir de la face 21 exposée au bombardement. C'est sur la combinaison de ces deux propriétés dont est 25 douée la couche isolante 2 (figure 1) de la cible de l'invention qu'est basé le procédé de lecture des cibles de l'invention# Il y a lieu de noter que la figure 2 ne représente pas la cible de l'invention elle-même ; il y manque la couche de semiconducteur représentée en 1 sur la figure 1, de sorte que la 30 prise de contact 40 se trouve directement sur la couche 20, alors que, dans la realité, cette prise de contact se f0.it par l'intermédiaire de la couche de semi-conducteur, élément essentiel de la cible. Cette figure n'a été donnée qu'à titre explicatif du comportement d'une couche isolante telle que la couche 2 (figure 1) 35 utilisée dans les cibles de l'invention. Ceci étant, considérons un élément de la cible de l'invention, bad original 70 16009 2085551 - 7 - - limité au cercle A pour fixer les idées, figures 3 et 4, et supposons qu'un rayonnement L ait provoqué une accumulation de charges négatives, Qn,représentées par des tirets,sur la face interne de la couche isolante 2, c'est-à-dire la face 22 de cette 5 couche en contact avec la couche de semiconducteur 1• L'épaisseur de la couche isolante 2 est choisie de façon que la conductibilité induite dont est douée la couche 2 ne s'étende pas au delà de celle-ci, autrement dit, avec les valeurs citées plus haut, de l'ordre de quelques centaines d'angstroms. 10 Compte tenu du champ existant dans la couche isolante 2 du fait que le potentiel de la surface libre 21 de cette couche est compris, à 1'équilibret entre une valeur légèrement supérieure à Ynn-|i et O, ces charges négatives traversent la couche 2 suivant les flèches horizontales et, entrant dans la couche superficielle o , 15 de 50 A d'épaisseur, sont extraitës de celle-ci paf émission secondaire, flèches inclinées, lors du pasesge du faiseeau à * électrons f sur l'élément A». H y a alors, à l'instant de ce passage, simultanément, lecture de l'élément A par déplacement des charges dans la 20 résistance R du circuit du collecteur 3, remise à son potentiel d'équilibre Ve(^u de la portion de la face 21 appartenant à l'élément A, c'est-à-dire remise à zéro de cet élément, et, en même temps, effacement, par extraction des charges Qn de la face interne 22 de la couche isolante. 25 La figure 5 montre sohématiquement les éléments essentiels d'un tube de prises de vue utilisant les cibles de l'invention. Ce tube comprend la cible constituée des éléments 1, 2 et 4 des figures précédentes, un collecteur 3 et un canon à électrons dont la cathode est représentée en C. La cathode C est portée au 30 potentiel négatif —V par une source non représentée et 1'électrode 4 à la masse ou potentiel 0, tandis que le collecteur, relié à une source S, est porté à une tension positive par rapport à la masse, par exemple 100 volts. 70 16009 2085351 - 8 - KEYEIÇDICAIIOHS 1. Cible photosensible pour tube de prise de vues en provenance d'un objet émettant un rayonnement lumineux, comprenant une couche photosensible exposée, d'un côté, audit rayonnement lumineux et recouverte, de l'autre côté, d'une couche isolante suscep- 5 tible de présenter le phénomène de conductibilité induite et douée de la propriété d'émission secondaire avec un coefficient supérieur à l'unité sous l'effet d'un bombardement d'électrons. 2. Cible photosensible suivant la revendication 1 dans laquelle ladite couche photosensible est en un matériau semiconducteur de 10 type p. 3- Cible suivant la revendication 1 ou 2 dans laquelle ladite O couche isolante est en silice et présente une épaisseur de 100 A, et ladite couche photosensible une épaisseur de quelques centaines de micromètre• 15 4. Tube de prise de vues en provenance d'un objet émettant un rayonnement lumineux comportant une cible suivant la revendication 1 , 2 ou 3, caractérisé en ce qulil comporte du côté de ladite couche isolante un canon à électrons émettant des électrons vers ladite couche isolante, lesdits électrons ayant une énergie 20 suffisante pour que 1'impact desdits électrons sur ladite couche isolante provoque ladite émission secondaire de ladite couche isolante et ledit phénomène de conductibilité induite.