Brevet FR2803854A1 — publié le 20010720

PROCEDE D'AMELIORATION DE LA SEPARATION OPTIQUE DE COUCHES DE MATIERE LUMINESCENTE L'invention se rapporte à un procédé d'amélioration de la séparation optique de couches luminescentes en forme d'aiguilles formées par dépôt en phase vapeur sur un substrat, notamment pour des détecteurs de rayons X. Lors du dépôt en phase vapeur d'halogénures de métal alcalin (par exemple NaCI, Csl, CsBr, RbBr, RbFBr, RbFCI) comme matière absorbante de rayonnement X ou comme réseau hôte pour les substances de dopage comme par exemple Nal, EuBr2, TII, GaBr, EUCl2, etc., il peut se produire des couches luminescentes en forme d'aiguilles (Stevels, Schrama ; "Vapour-Deposited CsI:Na Layers, I. Morphologic and Crystallographic Properties", Philips Res. Repts 29, 340 à 352, 1974). Le dépôt en phase vapeur de substances luminescentes constitue une possibilité de préparation de panneaux luminescents de mémoire sans liant (EP 0 175 578 B1). Pour obtenir une bonne fonction de transfert de modulation (FTM) de ces couches luminescentes, il faut avoir de petits diamètres d'aiguilles ( Une deuxième variante qui est nécessaire pour produire dans la couche luminescente des fissures ou des crevasses nécessaires à une bonne FTM consiste à déposer en phase vapeur alors que le substrat est à des températures basses (50 C) et à soumettre ensuite la couche à un traitement en température (500 C) (Stevels, Schrama ; "Vapour-Deposited CsI:Na Layers, I. Morphologic and Crystallographic Properties", Philips Res. Repts 29, 340 à 352, 1974). L'inconvénient de ce procédé réside dans la recristallisation de la couche luminescente lors du stade de trempe. Les grains deviennent alors grossiers, ce qui entraîne de grandes largeurs de blocs et ainsi une FTM plus mauvaise. Une troisième variante est "l'évaporation inclinée". Dans ce procédé le jet de vapeur de la substance luminescente arrive sur le substrat en faisant un angle dièdre lors du dépôt en phase vapeur. Par la "formation d'ombre" dès la phase de germe, on obtient une bonne séparation entre les aiguilles (EP 0 175 578 B1). Dans le mode de réalisation pratique, on fait tourner le substrat de manière inclinée par rapport à la nacelle de l'évaporateur ou on "dévie" le jet de vapeur canalisé par une "cheminée" sur un substrat tournant horizontalement. Les inconvénients essentiels résident dans le fait que d'une part l'évaporation de grands substrats (diamètre > 40 cm) est très coûteuse en appareillage et d'autre part que les aiguilles croissent en fonction de l'angle d'incidence du jet de vapeur sur le substrat, de manière inclinée sur le substrat, (Eckenbach ; Philips, "Computersimulation des Photonentransports in Csl-Eingangsschirmen von Rôntgenbildverstàrkern", Tome IV, 51 à 53, 1989). Cela a des effets de couches différents sur la surface (effet de vignetage lors de l'excitation par des rayons X). Une quatrième variante du procédé de préparation connu jusqu'ici consiste à effectuer le dépôt en phase vapeur de la substance luminescente sur un support structuré (toile métallique, substrat photogravé, etc.), les "cavités" dans le substrat représentant une barrière à la diffusion superficielle et les éléments superficiels "en saillie" exerçant un "effet d'ombre" sur les "voisins" (Stevels, Schrama ; "Vapour-Deposited CsI:Na Layers, II. Screens for Application in X-ray lmaging Devices" Philips Res. Reps 29, 353 à 362, 1974). Outre le déroulement du procédé souvent plutôt fastidieux lors de la préparation des couches luminescentes suivant l'un des procédés connus, aucun d'entre eux ne donne une séparation optique la meilleure possible des couches luminescentes sous forme d'aiguilles. Par le DE 198 52 326 A1, le DE 195 16 450 C1, le DE 42 19 347 C2 et le US 3 825 763 il est connu de déposer en phase vapeur des couches luminescentes à des températures du substrat de 50 à 250 C. Par le EP 0 698 932 A2 il est en outre connu, en liaison avec la préparation de couches d'oxydes, d'apporter du gaz réactif refroidi pour améliorer la cristallinité de la couche produite. L'invention vise à réaliser le procédé du type mentionné ci- dessus de façon à obtenir lors du dépôt en phase vapeur des structures d'aiguilles de diamètre aussi petit que possible, bien séparées optiquement les unes des autres par des criques, de façon à obtenir une amélioration de la séparation optique des couches luminescentes. L'invention a donc pour objet un procédé d'amélioration de la séparation optique de couches luminescentes en matière luminescente, en forme d'aiguilles et .formées par dépôt en phase vapeur sur un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à commander le dépôt en phase vapeur s'effectuant dans une installation de dépôt en phase vapeur de manière que la couche luminescente se dépose sur le substrat en ayant une masse volumique qui est réduite par rapport à la masse volumique de la matière luminescente se présentant sous la forme d'un corps solide. En réduisant la densité de préférence de 5 à 50% dans la couche, on obtient des intervalles entre les aiguilles de substance luminescente et des pores ou des vacances et des dislocations de la structure cristalline (lacunes de réseau). Pour réduire la densité il est prévu, dans un mode de réalisation de l'invention, de refroidir le jet de vapeur avant qu'il arrive sur le substrat, de préférence en envoyant du gaz inerte froid, par exemple de l'argon, dans l'installation de dépôt en phase vapeur. Suivant un autre mode de réalisation de l'invention la pression du gaz inerte, envoyé par une vanne de régulation dans l'installation de dépôt en phase vapeur et soutiré à nouveau par une pompe, est inférieure à 10 Pa et de préférence est comprise entre 1 Pa et 3 Pa. En opérant avec du gaz inerte froid, la température du gaz inerte est par exemple comprise entre 0 C et 100 C, de préférence à la température ambiante, la vapeur d'une température de 650 C environ pouvant être refroidie naturellement de manière très forte, on obtient lorsqu'elle arrive sur le substrat, de préférence également refroidi et dont la température est maintenue de préférence entre 50 C et 200 C, une réduction considérable de masse volumique. C'est précisément la combinaison du refroidissement du jet de vapeur et du refroidissement du substrat à une température qui est bien plus basse que la température de la vapeur qui fait que l'on obtient une réduction de masse volumique notable et ainsi une bonne séparation optique qui en résulte des aiguilles de substance luminescente. Physiquement, on peut expliquer la masse volumique réduite par de plus grandes distances de réseau lors des transformations de phase de cristaux polymorphes (de type NaCI ou CsCI pour par exemple CsBr, CsCI, TIBr, etc.) et/ou par la formation de défauts de réseau par de grandes vitesses de dépôt en phase vapeur, la vitesse de ce dépôt en phase vapeur étant, suivant un perfectionnement de l'invention, de préférence supérieure à 1 mg cm ?min-' et/ou par le "gel" de la masse volumique plus petite du liquide. La masse volumique par exemple de CsBr est à l'état liquide de 3,05 g cm-3 et à l'état solide de 4,44 g cm-3. Le rapport dans lequel la masse volumique réduite se fait sentir soit comme intervalle entre des aiguilles, soit comme défaut de réseau dans les aiguilles, peut être influencé par la vitesse de dépôt en phase vapeur. Pour une pression du gaz inerte trop haute etlou pour une température du substrat trop basse, on ne peut cependant plus former d'aiguilles en substance luminescente parce qu'il se forme à la surface toujours de nouveaux germes qui ne se lient plus à la couche déjà condensée. Des températures de substrat comprises entre 50 C et 200 C et des pressions d'argon comprises entre 1 Pa et 3 Pa pour lesquelles on obtient une réduction de 10 à 30% de la masse volumique se sont avérées comme étant presque les meilleures possibles. D'autres avantages, caractéristiques et détails de l'invention ressortent de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation ainsi que du dessin dans lequel la figure 1 est une représentation schématique d'une installation de dépôt en phase vapeur pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention et la figure 2 est une prise de vue au MEB (microscope électronique à balayage) de la couche luminescente qui a été déposée sous une pression d'argon de 2 Pa sur un substrat ayant une température de 160 C. L'installation de dépôt en phase vapeur, esquissée schématiquement à la figure 1 et destinée à la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, comprend une enceinte 1 sous vide, dans laquelle est placée une source 2 de dépôt en phase vapeur en face d'un substrat 4 qui tourne de préférence par rapport à un axe 3. La source 2 de dépôt en phase vapeur produit un jet 7 de vapeur d'une matière luminescente, par exemple de l'un des halogénures de métal alcalin mentionnés ci-dessus, qui est dirigé sur le substrat 4. Par une vanne 5 de régulation, on peut introduire dans l'enceinte 1 sous vide un gaz inerte comme de l'argon ayant une température bien plus froide, par exemple à température ambiante, que la température de la vapeur qui est typiquement de 650 à 700 C, le gaz inerte arrivant de préférence comme représenté d'abord sur une chicane 6 et non directement dans le jet 7 de vapeur. Par une pompe 8 à vide, on aspire à nouveau le gaz inerte, le réglage de la vanne 5 de régulation s'effectuant de manière à obtenir dans l'enceinte 1 sous vide une pression inférieure à 10 Pa et de préférence comprise entre 1 Pa et 3 Pa. Le substrat 4 est porté à l'aide d'un dispositif 9 de refroidissement tournant par exemple avec le substrat, et indiqué schématiquement, à une température comprise de préférence entre 50 C et 200 C en obtenant ainsi, en liaison avec le refroidissement du jet 7 de vapeur, provoqué par le gaz inerte, une masse volumique de la couche de substance luminescente en forme d'aiguilles se déposant sur le substrat 4, à une vitesse de dépôt en phase vapeur > 1 mg cm?min-', réduite de 10 à 30% par rapport à la masse volumique de la matière luminescente se présentant sous la forme du corps solide, ce qui se traduit par une nette restructuration et ainsi une bonne séparation optique des aiguilles entre elles. Cette structuration se voit très bien à la figure 2 dans laquelle les structures claires en aiguilles de la couche luminescente sont pratiquement toutes entièrement séparées les unes des autres par des crevasses apparaissant en sombre. Les points sombres dans les aiguilles sont des vacances dans les aiguilles. REVENDICATIONS 1. Procédé d'amélioration de la séparation optique de couches luminescentes en matière luminescente, en forme d'aiguilles et formées par dépôt en phase vapeur sur un substrat, caractérisé en ce qu'il consiste à commander le dépôt en phase vapeur s'effectuant dans une installation de dépôt en phase vapeur de manière que la couche luminescente se dépose sur le substrat en ayant une masse volumique qui est réduite par rapport à la masse volumique de la matière luminescente se présentant sous la forme d'un corps solide. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste à réduire la masse volumique de 5% à 50%. 3. Procédé suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il consiste, pour le dépôt en phase vapeur de la couche luminescente, à envoyer un jet de vapeur sur le substrat qui est refroidi avant d'arriver sur le substrat. 4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce qu'il consiste à effectuer le refroidissement du jet de vapeur par passage de gaz inerte froid dans l'installation de dépôt en phase vapeur. 5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la pression du gaz inerte envoyé dans l'installation de dépôt en phase vapeur est inférieure à 10 Pa. 6. Procédé suivant la revendication 5, caractérisé en ce que la pression du gaz inerte est comprise entre 1 Pa et 3 Pa. 7. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à dévier le gaz inerte au moyen d'une chicane avant qu'il entre dans le jet de vapeur. 8. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il consiste à réévacuer le gaz inerte de l'installation de dépôt en phase vapeur par l'intermédiaire d'une pompe. 9. Procédé suivant l'une des revendications 4 à 8, caractérisé en ce qu'il consiste à envoyer le gaz inerte dans l'installation de dépôt en phase vapeur en le faisant passer par une vanne de régulation. 10. Procédé suivant l'une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que le gaz inerte est l'argon. 11. Procédé suivant l'une des revendications 3 à 11, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le gaz inerte à une température comprise entre 0 C et 100 C. 12. Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'il consiste à introduire le gaz inerte à peu près à la température ambiante. 13. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il consiste à refroidir le substrat lors du dépôt en phase vapeur. 14. Procédé suivant la revendication 13, caractérisé en ce qu'il consiste à maintenir le substrat à une température comprise entre 50 C et 200 C. 15. Procédé suivant l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'il consiste à choisir une vitesse de dépôt en phase vapeur qui est supérieure à 1 mg cm?min-1.