Brevet FR2544132A1 — publié le 19841012

254413, La présente invention concerne un détecteur photo- conducteur en immersion optique, sensible aux rayonnements infrarouge, comprenant une lentille à-face convexe transpa- rente aux rayonnements infrarouge, du côté de la lentille opposé à sa face convexe, une plaquette en matériau semi- conducteur de l'un des deux types de conductivité N et P, et, entre la lentille et la plaquette, une couche d'assem- blage de la lentille et de la plaquette. Un tel détecteur est déjà connu, notamment par le brevet américain 2 964 636. On réalise aujourd'hui de tels détecteurs avec une lentille en Cd Te, ou Ge, et une plaquette détectrice en Hglx Cdx Te, qui est un alliage de Cd Te, matériau à large bande interdite, et de Hg Te, matériau semi-métal et dont la longueur d'onde de détection dépend de la valeur de x La détectivité de ces détecteurs, définie par le rapport signal sur bruit, et qui est représentative de leurs per- formances, dans certains cas, est limitée par leur bruit thermique ou leur bruit capacitif, sans être influencée par le fond ambiant et ses fluctuations Ces photodétecteurs infrarouge non limités par le fond ambiant sont dits non BLIP (background limited infrared photodetectors) On les utilise notamment dans le domaine militaire pour la dési- gnation d'objectifs ou la télémétrie. Augmenter le niveau du signal tout en maintenant constant celui du bruit,-revient à augmenter la détecti- vité C'est ce que l'immersion optique permet d'obtenir, en augmentant la surface apparente du détecteur proprement dit. Cette surface apparente peut être multipliée par N, N représentant l'indice de la lentille, si le détecteur est placé au centre d'une lentille hémisphérique, ou par N, si le détecteur est placé au premier point de Weierstrass d'une lentille hyperhémisphérique, s'étendant au-delà du centre de la sphère correspondante. Quant à la détectivité elle-même, elle est mul- tipliée par N en cas d'immersion hémisphérique et par n en cas d'immersion hyperhémisphérique, si elle n'est limitée par n' en cas d'imn Iersion 4 que par le bruit thermique et héemisphérique et par N en cas d'immersion hyperhémisphérique, si elle n'est limitée que par le bruit capacitif. En définitive, l'immersion optique permet de réaliser des détecteurs fonctionnant à température élevée ou à fréquence électrique élevée, et présentant des détec- tivités plus élevées que celles des détecteurs non immer- gés dans les mêmes conditions. En effet, et inversement, pour une surface sensible apparente déterminée, on peut diminuer la surface réelle et donc le bruit thermique,c'est-àdire augmenter la détectivité. Pour réaliser ces photodétecteurs, on procédait jusqu'à aujourd'hui de la façon suivante: on collait pure- ment et simplement sur une lentille un détecteur réalisé par ailleurs, la couche d'assemblage évoquée plus haut étant une couche de colle. C Cependant, cette couche de colle présente des inconvénients. La colle est un milieu intermédiaire d'indice de réfraction faible, qui limite, par réflexion totale, l'angle de vue du détecteur De plus, il n'est pas facile de choisir une colle satisfaisant simultanément aux exi- gences d'indice, de transmission des rayonnements infrarouge dans le spectre considéré, de tenue aux cycles thermiques, de coefficient de dilatation thermique, de solidité méca- nique, de taux de dégazage, de stabilité, d'inertie chimique, etc. La présente invention vise donc à proposer un détecteur du type mentionné cidessus mais ne présentant pas les inconvénients énoncés. A cet effet, le détecteur de l'invention, du type mentionné ci-dessus, est caractérisé par le fait que la couche d'assemblage est une couche de résine photosensible, transparente aux rayonnements infrarouge et chimiquement inerte. 254413 Z Les résines photosensibles sont surtout utilisées comme matériaux de couches de masquage dans la fabrication des détecteurs. L'une des qualités essentielles d'une couche de mas- quage, c'est de ne pas dégrader les états de surface des couches masquées Or, et le moins qu'on puisse dire, cela n'est pas le cas d'une colle optique. Dans une forme de réalisation préférée du détecteur de l'invention, la résine photosensible de la couche d'as- semblage est la résine de la marque MICRORESIST 747 de la Société Kodak. Cette résine, d'indice 1,5,est transparente dans la bande spectrale 1 15 ym. L'assemblage réalisé avec cette résine résiste à des cycles thermiques de + 800 C à -1960 C. L'innocuité de cette résine vis-à-vis du matériau semiconducteur est très grande. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la des- cription suivante du détecteur de l'invention et de son pro- cédé de réalisation, en référence à la figure unique qui re- présente une vue schématique en coupe du détecteur immergé de l'invention. Le détecteur représenté sur la figure comporte un substrat 1, par exemple en alumine ou en quartz, et, collé sur le substrat 1 servant de base, avec une colle conven- tionnelle, une plaquette détec trice 2 en matériau semi- conducteur, en l'occurence en Hg, Cd Te. De façon connue, le détecteur photoconducteur 2, a été obtenu par amincissement convenable d'une plaquette de départ en matériau homogène Hg x Cdx Te, de type N ou P, x étant choisi en fonction de la longueur d'onde à détecter, de préférence entre 0,2 et 0,7 Dans l'exemple considéré, l'épaisseur de la plaquette finale 2 est d'environ 10)-m. 42. Le d 6 tecteur repr 6 senté comprend encore deux bandes de contact 3, I 4, en or &vaporisé d 6 pos 4 es sur la plaquette 2 et le substrat 1 et délimitant, sur la plaquette 2, la surface active de la partie détectrice proprement dite. Deux cales 6, 7 de mnme épaisseur, sont collées, avec une colle classique, sur les contacts 3, 4, respective- ment, de part et d'autre de la plaquette 2, pour calibrer l'épaisseur de la couche d'assemblage dont il va être ques- tion plus loin, ainsi que la distance entre la plaquette 2 et la lentille d'immersioni dont il va atre aussi question. sont t Ces cales/en matériau isolant, en l'occurrence en ka.pton; elles pourraient etre aussi en verred Le détecteur comprend également une lentille d'im- mersion 8,-posée par une face plane 9, sur les cales 6, 7. Il peut s'agir d'une lentille hémisphérique ou d'une lentil- le hyperhémisphérique à face convexe 10, opposée à sa face plane 9, destinée à recevoir les rayonnements infrarouge. La lentille 8 est de préférence en Cd Te ou en Ge. Enfin, une couche 5 en MICRORESIST 747, marque d'une photorésine de la Société Kodak, assure l'assemblage, ou la liaison, de la plaquette 2 et:de la lentille 8 L'épais- seur de la couche 5, calibrée par les cales 6, 7 est, dans l'exemple considéré, d'environ 100 um; c'est une épaisseur importante qui permet de réduire les pertes optiques par interférences lumineuses. La face plane 9 de la lentille 8 est revêtue d'une couche antireflet, bien connue de l'homme de métier, pour limiter les pertes optiques par réflexion sur cette face, adaptée à la longueur de réponse de la plaquette- détecteur 2 à la photorésine d'assemblage, d'indice de ré- fraction 1,5 La face convexe 10 est aussi revêtue d'une couche antireflet'Lmais adaptée à l' air, d'indice 1. L'assemblage du détecteur, considéré dans son ensemble, qui vient d'être décrit, s'effectue en ce qui concerne les seules étapes essentielles pour la compréhension de l'in- vention, de la manière suivante. On positionne les cales 6, 7 à l'aide d'un projecteur de profil et on les colle à l'aide d'un outil de collage, ces équipements étant bien connus de l'homme de métier. La photorésine ayant été coulée entre les cales 6, 7 et la lentille 8 posée sur les cales, on porte l'ensemble à une température de 800 C pendant 30 minutes pour que la photoré- sine polymérise. Grâce à l'adoption de la photorésine MICRORESIST 747 comme agent de liaison, on réalise des photoconducteurs très performants à 1600 K (-1130 C) dans la bande spectrale 8-12 pm et à la température ambiante 2930 K ( 200 C) dans la bande 3-5 ym, comme l'illustre le tableau ci-dessous S 35 pm 12 pm 2930 K 1600 K I DI 2| non 8 10 2 10 immergé | l i g 2 1010 8 10 immerge l o Bs représente la bande spectrale, en ym, e représente la température en OK, D représente l'inverse de la puissance équivalente de bruit (NEP), étoilée, bien connue des spécia- listes, exprimée en W cm Hz 1/2 W étant l'uni té de puissance (watt) et Hz, l'unité de fréquen- ce (Hertz), donnée par la formule D = NP \f 'VX o A est la surface sensible du détecteur, df est la bande de fréquence de modulation. Grâce à l'invention, D est donc multipliée par 2,5 entre 3 et 5 pm, et par 4 entre 8 et 12 pm. On vient de décrire un ensemble photoconducteur à un seul détecteur Il est évident qu'on pourrait tout aussi bien prendre une mosaïque de détecteurs. 2544 1 32 Revendications 1. Détecteur photoconducteur en immersion optique, sensible aux rayonnements infrarouge, comprenant une len- tille ( 8) à face convexe ( 10) transparente aux rayonnements infrarouge, du côté ( 9) de la lentille, opposé à sa face convexe, une plaquette ( 2) en matériau semiconducteur de l'un des deux types de conductivité N et P, et, entre la lentille ( 8) et la plaquette ( 2), une couche ( 5) d'assem- blage de la lentille ( 8) et de la plaquette ( 2), caracté- risé par le fait que la couche d'assemblage ( 5) est une couche de résine photosensible, transparente aux rayonne- ments infrarouge et chimiquement inerte. 2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel la résine photosensible de la couche d'assemblage ( 5) est la résine de la marque MICRORESIST 747 de la Société Kodak.