Brevet FR2960098A1 — publié le 20111118

Procédé de mise en fonctionnement d'un détecteur infrarouge refroidi Domaine technique de l'invention L'invention est relative à un procédé de mise en fonctionnement d'un détecteur infrarouge muni d'un photodétecteur, comportant l'abaissement de 10 la température du photodétecteur. État de la technique Lors de la conception d'une matrice de photodétecteurs d'un détecteur 15 infrarouge, il y a toujours des disparités qui existent entre les différents photodétecteurs. Bien que ces derniers soient réalisés de la même manière, au moyen des mêmes procédés, dans les mêmes machines et simultanément, il n'est pas possible d'empêcher certains photodétecteurs (et donc certains pixels) d'avoir un comportement atypique caractérisé par un 20 niveau de sortie différent des autres photodétecteurs et/ou un excès de bruit. Ce problème est particulièrement gênant dans le domaine des photodétecteurs refroidis pour lequel ces pixels atypiques ou défectueux peuvent engendrer des fausses alarmes. Ces photodétecteurs peuvent 25 présenter, par exemple, des niveaux de bruit élevés ou des niveaux de sortie très différents des autres, ce qui réduit fortement les performances du photodétecteur et/ou les performances de la matrice de photodétecteurs.5 Il existe également une évolution des pixels défectueux en fonction de la température de fonctionnement, tant en nombre qu'au regard de leurs performances électriques. Une manière simple de contrecarrer ce problème est de réaliser une calibration en usine, de déterminer quels sont les pixels atypiques et d'exclure artificiellement les pixels atypiques de la matrice. Quand cela est possible, cette opération est réalisée régulièrement afin de prendre en compte les évolutions de la répartition des pixels défectueux. Cependant, 1 o dans de nombreuses applications, il n'est pas possible de réaliser une calibration après être sortie de l'usine de fabrication et/ou une calibration en mode opérationnel. Bien qu'il soit établi que ces dérives dans le fonctionnement des 15 photodétecteurs soient liées aux pièges électriquement actifs présents dans la bande interdite du matériau sensible du photodétecteur et/ou des différents matériaux utilisés dans la réalisation, aucune solution n'a été proposée afin de réduire efficacement et durablement leur influence. 20 Objet de l'invention L'invention a pour objet un procédé qui soit facile à mettre en oeuvre et qui permet de réduire la probabilité pour un photodétecteur d'avoir un comportement atypique. Le procédé selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte durant l'abaissement de température, la polarisation en direct du photodétecteur 25 3 d'où il résulte une injection d'un courant de porteurs majoritaires à travers le photodétecteur. Description sommaire des dessins D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention 1 o donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés au dessin annexé, dans lequel la figure 1 (figure unique) représente, de manière schématique, un mode de réalisation particulier d'un détecteur infrarouge. 15 Description d'un mode préférentiel de l'invention Le détecteur infrarouge comporte un photodétecteur 1 fonctionnant à basse température, c'est-à-dire un photodétecteur 1 qui a besoin d'être refroidi afin de fonctionner normalement. 20 Comme illustrée à la figure 1, le photodétecteur 1 est, par exemple, une photodiode qui est polarisée en inverse, plus précisément une photodiode de type N/P. II est également possible d'utiliser d'autres photodétecteurs comme, par exemple les photodétecteurs de type multi-puits, multi-puits 25 quantiques. De cette manière, la photodiode délivre un courant représentatif de la scène observée ce qui permet sa quantification. Le photodétecteur 1 fonctionne à basse température, typiquement la température de travail est inférieure à 20°C, avantageusement à une température inférieure à -73°C,5 4 de préférence entre -225°C et -73°C. Le photodétecteur 1 à basse température est, par exemple, une photodiode à base de CdHgTe, InSb ou InGaAs. Il est possible d'utiliser n'importe quel détecteur dit quantique ou photovoltaïque de l'infrarouge lointain au visible donc dans des longueurs d'onde comprises entre 0,4itm et 20µm pour une gamme de température allant de la température ambiante à -269°C. Lors de la mise en fonctionnement du détecteur infrarouge refroidi, il y a abaissement de la température du photodétecteur 1. Ainsi, le photodétecteur 1 o voit sa température baisser d'une première température qui est, par exemple la température ambiante jusqu'à une seconde température, par exemple, sa température de travail. Lors de cet abaissement de température, ou durant au moins une partie de cet abaissement de température, le photodétecteur est polarisée en direct. Cette polarisation en direct se traduit par le passage 15 d'un courant de porteurs majoritaires à travers le photodétecteur. II a été découvert que l'application de cette polarisation directe se traduit par une diminution de la probabilité pour le photodétecteur de présenter un comportement atypique et/ou un excès de bruit. II en résulte alors que dans 20 la matrice de photodétecteurs, il y a réduction du nombre de photodétecteurs présentant un comportement atypique. Bien que cela ne soit pas encore vérifié, il est avancé l'hypothèse que le courant de porteurs majoritaires permet de remplir les pièges électroniques 25 présents dans le photodétecteur et/ou de recombiner les porteurs piégés sur les défauts électroniques dans le photodétecteur. De cette manière, la polarisation en direct du photodétecteur lors de l'abaissement de température permet de fixer l'état d'une grande partie des pièges électroniques et donc de masquer leur effet sur le photodétecteur. Le fait d'appliquer cette polarisation directe durant la mise en froid permet d'une part de garantir l'efficacité de la recombinaison et/ou du piégeage car cette opération est commencée à une température supérieure à la température de travail tout en préservant l'intégrité du photodétecteur (la montée en température liée au fort courant et à la polarisation directe est 1 o évitée). D'autre part, cette opération permet de gagner du temps en mode opérationnel, en utilisant le temps perdu de la descente en température pour effectuer le protocole de masquage des défauts. Le photodétecteur présente alors un nombre réduit de pièges électroniques 15 actifs ce qui réduit fortement sa probabilité d'être bruitée et d'avoir un comportement atypique. Ainsi, de manière simple, dans une matrice de photodétecteurs, par exemple de photodiodes, la polarisation en direct des photodiodes lors de 20 l'abaissement de la température permet, de manière non négligeable, de réduire la quantité de photodiodes atypiques (de pixels atypiques). Ce procédé, au lieu d'éliminer artificiellement les pixels atypiques de la zone de mesure en excluant ceux dont le fonctionnement est suspect, permet d'augmenter le nombre de pixels en gelant l'effet d'une partie des pièges 25 électroniques présents dans les photodiodes. Cet effet de gel est particulièrement efficace pour des températures inférieures à -73°C. 6 Dans un mode de réalisation particulier illustré à la figure 1, le détecteur infrarouge comporte un photodétecteur 1 connecté en série avec un transistor de polarisation 2. Le photodétecteur 1 comporte une première borne commune avec le transistor de polarisation 2. L'autre borne du photodétecteur 1 est reliée à une prise de potentiel Vsub, par exemple une prise de potentiel représentative du potentiel du substrat sur lequel est intégré le photodétecteur 1. De cette manière, une des bornes du photodétecteur 1 a un potentiel qui est égal à celui du substrat. De manière classique, le passage du transistor de polarisation 2 dans un état passant 1 o permet de polariser la photodiode en inverse. Le détecteur infrarouge comporte également un transistor additionnel 3 qui possède une première borne connectée à la première borne du transistor de polarisation 2, c'est-à-dire à la borne commune entre le photodétecteur 1 et 15 le transistor de polarisation 2. La seconde borne du transistor additionnel 3 est reliée à un potentiel prédéterminé, par exemple la masse. Le transistor de polarisation 2 et le transistor additionnel 3 possèdent tous les deux une borne de commande qui permet selon les polarisation 20 appliquées de mettre le transistor dans un état bloquant ou passant. Le transistor de polarisation est, par exemple, un transistor à effet de champ de type MOS, ou un transistor bipolaire ou de type JFET ou tout autre composant actif qui permet de moduler le courant appliqué. 25 Lors de sa mise en fonctionnement, c'est-à-dire de son conditionnement, il y a abaissement de la température du photodétecteur 1 et éventuellement d'une partie du circuit électronique qui lui est associé. La température d'au moins une partie du détecteur infrarouge (au moins le photodétecteur) passe d'une première température (par exemple la température ambiante) à une seconde température inférieure à la première, par exemple la température de travail. Lors de cet abaissement de la température, la polarisation en direct du photodétecteur et l'injection de porteurs dans le photodétecteur permet de guérir ou de masquer une partie des défauts liés au procédé de réalisation du photodétecteur. De ce fait, lors de la descente en température, il y a passage d'un courant de porteurs majoritaires à travers le photodétecteur 1. Avantageusement, la polarisation en direct et l'injection de porteurs sont réalisées durant toute la descente en température, mais il est également envisageable de ne réaliser le passage du courant que durant une ou plusieurs parties de la descente en température. Une fois la seconde température ou la température de travail atteinte, le photodétecteur n'est plus polarisé en direct. Elle est avantageusement polarisée en inverse afin de jouer le rôle de photodétecteur qui délivre un courant représentatif de la scène observée. De cette manière, les états de charges, les pièges et d'une manière générale une partie des défauts présents dans le photodétecteur 1 sont fixés par les porteurs provenant du courant lié à la polarisation directe de la photodiode. Les porteurs majoritaires recombinent et/ou saturent les pièges ce qui fixe leur état initial de manière identique à chaque mise en froid. Cet état pouvant être conservé au moyen du travail continu à basse température du photodétecteur 1 sous un même type de polarisation, une polarisation inverse. Avantageusement, le travail à une température inférieure à -73°C permet une meilleurs fixation des porteurs majoritaires sur les défauts. La mise en place de la polarisation directe du photodétecteur lors de l'abaissement de température peut être réalisée de manière manuelle ou de manière automatisée. A titre d'exemple, si le transistor additionnel est de type NMOS et est connecté à la masse, le passage à un état passant est réalisé en appliquant un potentiel supérieur ou égale à 0,7V sur l'électrode de commande. Si le transistor de polarisation est de type NMOS, le passage à un état bloqué est réalisé en appliquant un potentiel de l'ordre de OV sur l'électrode de commande. Durant la phase de polarisation directe du photodétecteur, un potentiel fixe dépendant du type de photodétecteur (par exemple des photodiodes P/N ou P/N) est appliqué. En l'occurrence, le potentiel de la photodiode est fixé via le potentiel du substrat VsuB, par exemple, à 3,3V pour la photodiode P/N. En commençant l'opération de masquage à une température supérieure à la température de travail du dispositif, on s'autorise un masquage de tous les défauts ou une plus grande probabilité de masquer ces défauts ce qui n'est pas possible à la température de travail. Le fait de descendre en température permet de geler le masquage obtenu à une température plus élevée. En d'autres termes, en travaillant à haute température, le remplissage et le masquage de tous les défauts présents dans la bande interdite est facilité. En arrivant à la température de travail, on s'assure que la majorité voire la totalité des pièges ont interagi avec le courant de porteurs majoritaires. Cette dissociation de la phase de masquage (lors de la descente en température) et de la phase de fonctionnement utile (la phase d'acquisition des données) à la température de travail permet de maintenir des fréquences de rafraichissement élevées du photodétecteur 1 associé à son circuit de lecture. De cette manière, les défauts présents sont masqués par les porteurs majoritaires et, durant la phase d'acquisition (mode fonctionnel), des fréquences supérieures à 100Hz sont accessibles, typiquement des fréquences de l'ordre de 2kHz. La phase d'acquisition est réalisée en polarisant le photodétecteur en inverse.10 REVENDICATIONS1. Procédé de mise en fonctionnement d'un détecteur infrarouge muni d'un photodétecteur (1), comportant l'abaissement de la température du photodétecteur (1), caractérisé en ce qu'il comporte durant l'abaissement de température, la polarisation en direct du photodétecteur (1) d'où il résulte une injection d'un courant de porteurs majoritaires à travers le photodétecteur (1). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la température de travail étant atteinte, la polarisation en direct du photodétecteur (1) est arrêtée. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le détecteur infrarouge comporte un transistor de polarisation (2) monté en série avec le photodétecteur (1) et un transistor additionnel (3) ayant une première borne connectée à la borne commune du transistor de polarisation (2) et du photodétecteur (1) et une seconde borne connectée à la masse et en ce que le procédé comporte : le blocage du transistor de polarisation (2) de manière à le mettre dans un état bloquant, - la mise dans un état passant du transistor additionnel (3). 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte une phase d'acquisition, à la température de travail, à une fréquence supérieure à 1 00Hz. 10