Brevet FR2260185A1 — publié le 19750829

La présente invention concerne une cible pour tube de prise de vues vidicon utilisant un matériau semiconducteur photosensible, et un tube muni d'une telle cible. On rappelle tout d'abord la constitution et le fonctionnement d'un tube vidicon en général, puis les réalisations de l'art antérieur Un tel tube, très communément utilisé pour la prise de vues en télévision par exemple, comporte une cible d'inscription et de lecture et un canon d'analyse. Un faisceau d'électrons, issu du canon d'analyse, concentré magnétiquement ou électrostatiquement, balaye point par point la cible constituée par une couche photoconductrice appliquée sur un conducteur.transpare.nt. Au cours de ce balayage, le faisceau dépose en chaque point de la cible des charges négatives constituées par les électrons laissés par le faisceau lors de son passage en ce point, jusqu'à ce que le point balayé s'établisse au potentiel de la cathode. La couche conductrice et transparente est, elle, main tenue & à un potentiel positif par rapport à la cathode, de sorte qu'en l'absence de fuite de courant dans l'épaisseur du photoconducteur, une différence de potentiel s'établit entre ses deux faces. Quand la couche photoconductrice reçoit un éclairement à travers le conducteur transparent, les charges négatives accumulées traversent la cible, égalisant de ce fait le potentiel entre ses deux faces au point éclairé. le faisceau électronique, en revenant au point considéré,y dépose la quantité de charges manquantes pour ramener le potentiel de ce point à celui de la cathode, provoquant un courant de déplacement local dans la couche photoconductrice et à travers une résistance reliée à celle-ci. On recueille aux bornes de la résistance un signal électrique proportionnel à la quantité de lumière reçue entre les deux passages successifs du faisceau en ce point. Dans une conception plus récente, la cible photoconductrice est remplacée par une mosaïque de diodes obtenue par des diffusions ponctuelles d'plots p dans un substrat en silicium de tZpe n, chacun de ces ilote jouant le rôle de l'un des points considérés plus haut, la face du substrat portant les Slots étant tournée vers le canon. Au cours du balayage, le faisceau dépose sur chacun de ces plots des charges négatives comme dans le cas du vidicon décrit plus haut, polarisant ainsi les jonctions p-n correspondantes dans le sens bloquant. Le rayonnement incident auquel est exposé le substrat par la face opposée à celle portant les ilotes p provoque, par ionisation,l'apparition de charges mobiles des deux signes dans la masse de ce substrat.Une partie de ces charges se déplace dans la direction de la jonction pn formée par l'îlot p et la partie du substrat qui lui fait face ; les charges positives qui l'atteignent et la traversent neutralisent les charges négatives déposées par faisceau d'électrons sur plot p lors de son dernier passage sur cet ilot. Au passage suivant sur cet Plots le faisceau dépose des charges négatives et ramène la polarisation de cet Slot à celle de la cathode. la quantité de charges négatives nécessaires pour produire cet effet est proportionnelle à la quantité de lumière reçue entre les deux passages successifs du faisceau sur le plot. La fluctuation du potentiel du plot entre les deux passages du faisceau induit un courant de déplacement dans la diode correspondante. le courant traverse une résistance aux bornes de laquelle est prélevé le signal électrique. Voir le brevet américain n0 3 403 284. Selon une autre conception, la cible est constituée d'Lme plaque d'un semiconducteur de type n dont la face exposée au faisceau porte une mosaïque de diodes Schottky, obtenue en amenant en contact intime avec le matériau semiconducteur une série de plots métalliques ; une pellicule conductrice transparente recouvre l'autre face. lé semiconducteur est un semiconducteur à faible den- situé de porteurs libres et le métal des plots choisi parmi cevx présentant un haut travail de sortie par rapport à celui du semiconducteur.Une telle structure est caractérisée par l'existence au sein du semiconducteur,vis-à-vis des plots et sur une certaine profondeur, de zones désertées par les électrons libres du semiconducteur attirés par le métal à haut travail de sortie, zones où règne un champ électrique dirigé dans un sens tel que toute charge positive libre créée ou injectée dans cette zone désertée est attirée par les plots métalliques, toute charge négative libre repoussée par eux. Lors d'un fonctionnement en vidicon, le dépôt d'électrons sur les plots au cours du balaye par le faisceau a pour effet d'aug menter la profondeur des zones désertées en question. la lumière incidente, de son c8té, a précisément pour effet de créer dans le semiconducteur des charges positives libres,capables de traverser les zones désertées et d'aller neutraliser les électrons apportés par le faisceau sur les plots. Au passage suivant sur le plot,le faisceau d'électrons apporte à ce plot les charges négatives nécessaires à la compensation des charges positives ayant atteint le plot après cette traversée Le courant de déplacement accompagnant cette compensation constitue le signal vidéo quel'on recueille par les moyens habituels. Une telle cible est décrite dans la demande de brevet français portant le numéro 70.47284, publié source numéro 2.120.340. Enfin, selon une autre conception de l'art antérieur, voir la demande de brevet français portant le numéro 69.28660, publié sou le numéro 2.016.269, la mosaïque de plots est remplacée par une couche résistive à haut travail de sortie jouant le meme rôle que les plots : la résistance de cette couche est telle que des électron accumulés en un point y restent le temps d'un balayage trame. Toutes ces conception utilisent la présence dans le substrat de zones de charge d'espace désertées par les porteurs libres. Elles ont ceci de commun que la zone de charge d'espace, volume actif dans le fonctionnement de la cible, est développée à partir de la face de la cible balayée par le faisceau d'électrons, opposée à celle recevant la lumière incidente. Cette disposition a pour effet de réduire la sensibilité des rétines. En effet, les cibles semiconductrices généralement utilisées ont des épaisseurs considérablement plus grandes que les zones de charge d'espace en question. Il en résulte que les charges libres précédentes, résultant de l'excitation photonique de la lumière incidente, ont à traverser par diffusion une part importante de l'épaisseur du substrat, avant d'atteindre les zones désertées, et quelles risquent de se recombiner partiellement avec des charges de signes contraires avant d'atteindre ces zones.Ceci a pour effet la réduction de sensibilité mentionnée, En outre tout substrat semiconducteur, du fait des liaisons moléculaires pendantes en surface, est le siège de zones désertées s'étendant à partir de ses deux faces,et pas seulement de celle pouvant autre munie de plots. Dans les cibles de l'art antérieur, où ces plots sont sur la face opposée à celle qui reçoit la lumière, il y a donc aussi du cQté de la lumière incidente, et sur une certaine profondeur des zones désertées dans le semiconducteur. Les charges positives qui, en rejoignant les zones désertées sous les plots, fourniraient, d'après ce qui précède, le signal vidéo, sont en partie attirées par les zones désertées parasites précédentes, s'étendant à partir de la face du semiconducteur exposée à la lumière.Ces charges ne participent pas à l'élaboration du signal. I1 y a donc perte de sensibilité. itis il y a aussi déformation du spectre incident, car seuls les photons peu absorbés par ces zones désertées parasites donnent naissance à des charges positives libres suffisamment éloignées de ces- zones parasites pour ne pas y tomber. Les photons les moins absorbés sont ceux à grande longueur d'onde. Le spectre se trouve ainsi tronqué vers les basses longueurs d'onde (ultra-violet). Dans l'art antérieur on a partiellement remédié à cette dernière difficulté en dopant plus fortement la face du substrat semiconducteur n exposée à la lumière que le reste du semiconducteur. De cette façon on réduisait l'épaisseur des zones désertées parasites précédentes, car cette épaisseur est d'autant plus faible que la densité d'électrons libres disponibles au voisinage de cette face pour compenser les charges pendantes précédentes est plus grande. les cibles de l'invention permettent de remédier, ou tout au moins de réduire dans une large mesure, ces inconvénients,à savoir la perte de sensibilité et l'absorption dans les basses longueurs d'onde (ultra-violet), grâce à une disposition nouvelle qui va être décrite ci-dessous. Elles sontconstituéesd'une plaque d'un semiconducteur de type n, recouverte sur une face d'une couche résistive et percée sur l'autre face d'une mosaïque de trous de faible section à travers lesquels le faisceau a la possibilité d'accéder à cette couche résistive, L'invention sera mieux comprise en se reportant à la description qui suit et aux figures jointes, qui représentent, les mêmes repères désignant les mêmes éléments - Figure 1 : une vue en coupe schématique d'une cible de l'art connu utilisant un monocristal et un couche résistive, - Figures 2 & 3 : des vues en coupe d'une cible pour tube de prise de vuesde l'invention, - Figure 4 : une vue en coupe d'une autre cible de l'invention, - Figure 5 : une vue en coupe schématique d'un tube de prise de vues muni d'une cible de l'invention. La figure 1 est une vue en coupe d'une cible de l'art connu suivant la demande de brevet français numéro 69.28660 citée. On distingue sur cette figure une couche résistive 10 en contact avec un substrat semiconducteur Il portant sur sa face opposée à celle sur laquelle est déposée la couche résistive 10 une pellicule conductrice 12. Cette pellicule est transparente au rayonnement inci dent. L'ensemble aClhère par sa face conductrice à un support épais transparent 13,en verre par exemple, exposé au rayonnement incident et en général partie intégrante de l'enveloppe du tube dans lequel est montée la cible. La figure 2 montre en coupe une cible 2 de l'invention la figure 3 est une vue en coupe de la même cible, permettant d'en voir le détail et d'en comprendre le fonctionnement. Le faisceau d'électrons 1 balaye l'une des faces d'une plaquette monocristalline 20, dont l'autre face est exposée au flux de photons incidents (flèche), percée de trous 26 à travers lesquels il atteint une couche résistive transparente 25 recouvrant cette autre face uniformément. Sur la face 24 balayée par le faisceau électronique, un contact ohmique 27,constituant l'électrode de signal de la cible 2,permet de recueillir le signal vidéos le mSme contact est utilisé pour appliquer à la plaquette 20 une tension positive, dont la source n'est pas représentée sur la figure 2 tandis que le faisceau électronique en déposant des charges négatives sur la couche résistive 25 de la face opposée,à travers les trous 26,anène celle-ci au potentiel du canon,maintenu égal à zéro. Selon l'invention, si la plaquette monocristalline est suffisamment conductrice, la tension positive appliquée sur un point de la face balayée est communiquée à l'ensemble de la plaquette sur cette face, tandis que les charges négatives amenées par le faisceau à la couche résistive,à travers les trous,restent au voisinage de leur point d'impact. On notera que des semiconducteurs de type n à 1014 porteurs libres par centimètre cube, comme ceux dont il sera question plus loin, présentent la conductibilité suffisante en question (e = quelques centaines d'ohms au carré). il se développe ainsi entre les deux faces de la plaquette une zone de charge d'espace immédiatement sous-jacente à la face éclairée. Cette zone de charge d'espace, étendue à l'ensemble de cette face, isole la couche résistive 25 du reste de la plaquette 20, qui garde la conductivité du matériau utilisé. La position de cette zone par rapport à la face éclairée évite, d'après les considérations qui précèdent, les inconvénients de l'art antérieur mentionnés, tant au point de vue sensibilité qu'étendue du spectre. Selon un autre mode de construction, figure 4, on dépose sur la face 24 balayée par le faisceau électronique une grille métallique conductrice 28. Cette disposition est requise dans le cas de matériaux semiconducteurs très purs, trop résistants pour permettre l'écoulement des charges, comme les matériaux compensés avec de l'ordre de 1012 porteurs libres/cm3. Dans ce cas le contact ohmique 27 est pris sur la couche 28. A titre d'exemple,est décrite ci-clessous la préparation d'une cible de l'invention. Une plaquette d'un monocristal d'arséniure de pallium de type n (AsGa), présentant la densité d'impuretés ionisées requise, p exemple 1014/ce3, est polie puis décapée dans un bain comprenant un mélange d'acide sulfurique, d'eau oxygénée et d'eau, dans un rapport 1/1/3. Sur l'une des faces, est déposée une couche mince (0,1 à 1 /um) d1un matériau résistais tel que le trisulfure d'an timoine. La plaquette est collée par cette m8me face à un support transparent, en verre par exemple. Elle est ensuite amincie par voie chimique ou mécanochimique, jusqu'à l'épaisseur de la cible finie i cette épaisseur peut atteindre jusqu'à 20 micromètres.Une couche de résine photosensible est ensuite appliquée sur la face libre de la plaquette et lkn procède à une insolation à travers une grille fine à trous circulaires comportant 80 trous par millimètre. La plaquette est retirée de l'zlsolateur et plongée dans un bain qui dissout les parties insolées meula résine, de telle sorte que le monocristal d'AsGa devient apparent à travers ces trous. On trempe alors la plaquette dans un bain d'acide phosphorique jusqu'à ce que, par attaque chimique, l'arséniure de gallium soit complètement transpercé à l'endroit des trous de la résine photo- sensible et que la couche résistive de trisulfure d'antimoine apparaisse. Après avoir dissous le reste de la résine, on réalise par toute méthode connue un contact sur le bord de la cible. Selon un autre mode de construction, applicable au cas d'un substrat en un matériau de forte résistivité, on dispose une couche conductrice sur la face libre de la plaquette avant dépôt de la résine photosensible ; après insolation et dissolution des parties insolées,comme décrit précédemment, on trempe la plaquette dans un bain de façon à retirer le métal de la couche conductrice en question awv endroits découvertes par la dissolution précédente On poursuit comme décrit précédemment. La figure 5 montre en coupe un tube de prise de vue muni d'une cible de l'invention ; sur cette figure on distingue un faisceau d'électrons, symbolisé par la flèche 1, issu d'une source 6 d'électrons accéléré par un ensemble d'électrodes 7 vers une cible 2, réalisée conformément àla présente iau-ention. La focalisation et la déviation du faisceau sont assurées par les bobines 8 et 9. 23 est une électrode d'uniformisation du potentiel. les pièces 6, 7 et 23 forment le canon à électrons. le rayonnement lumineux en provenance de l'objet arrive de la gauche de la figure sur la face antérieure transparente 3 de l'enveloppe 4 du tube ; 5 désigne l'ensemble des connexions du tube traversant l'enveloppe 4 dans sa partie droite le signal électrique fourni par chacun des points de la cible au cours du balayage de celle-ci par le faisceau d'électrons 1 traverse une résistance R connectée à la face 24, exposée au canon, de la cible ; les variations de potentiel aux bornes de cette résistance fournissent le signal vidéo à travers le condensateur C. Vo désigne la tension appliquée entre la source d'électrons 6 et la face 24 de la cible 2, au moyen de la source 30. REVENDI CÂTIONS 1. Cible de prise de vues comprenant un substrat semiconducteur de type n, caractérisée en ce qu' elle est recouverte sur sa face exposée au rayonnement incident d'une couche résistive transparente audit rayonnement et en ce qu'elle est percée à partir de la face opposée d'une mosan'que de trous s'étendant jusqu'à la dite couche résistive, ladite couche résistive recevant à travers lesdits trous des charges négatives du faisceau d'électrons balayant, en fonctionnement, ladite face opposée. 2. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche résistive possède un haut travail de sortie et constitue avec le semiconducteur une diode à barrière de surface du type Schottky. 3. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication i, caractérisée en ce que la couche résistive est constituée par du tri sulfure d'antimoine. 4. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit substrat semiconducteur est constitué d'arséniure de gallium. 5. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 4, caractériséeen ce que ledit substrat semiconducteur est constitué d'arséniure de gallium à 1014.porteurs libres par cm3. 6. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque signal, sur laquelle est prélevé le signal vidéo, est constituée par la face du semiconducteur exposée au faisceau. 7. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comprend, en outre, appliquée sur ladite face opposée dudit substrat semiconducteur, une grille conductrice de l'électricité à l'intérieur des mailles de laquelle débouchent lesdits trous. 8. Cible pour tube de prise de vues selon la revendication 7, caractérisée en ce que ladite grille consiste en une couche métalliq recouvrant ladite face opposée entre lesdits trous. 9. Tube de prise de vues comprenant une cible exposée d'un côté au rayoeinement incident, et des moyens pour balayer l'autre c8té de ladite cible par un faisceau d'électrons, associés à des moyens pour lire le signal vidéo de ladite cible, caractérisé en ce qu'il comprend une cible suivant l'une des revendication 1 à 8.