Brevet FR2984606A1 — publié le 20130621

Matrice de détection avec suivi du comportement des photodétecteurs Domaine technique de l'invention L'invention est relative à une matrice de détection comportant une pluralité de photodétecteurs associés à un dispositif de lecture. État de la technique Dans le domaine des dispositifs de détection, il y a communément un photodétecteur associé à un circuit de lecture. Le photodétecteur délivre un signal représentatif de la scène observée et ce signal est traité par le circuit de lecture. La polarisation du photodétecteur est obtenue au moyen du potentiel de substrat imposé sur une première borne du photodétecteur et au moyen d'un potentiel de référence imposé sur la seconde borne du photodétecteur, par un dispositif de lecture de type amplificateur transimpédance capacitif. Afin d'obtenir toujours plus d'information sur la scène observée, le photodétecteur a fait place à une pluralité de photodétecteurs. Il y a, de plus, un accroissement constant du nombre de photodétecteurs intégrés par unité de surface dans un dispositif de détection afin d'augmenter la définition du détecteur. Cependant, l'intégration d'un grand nombre de photodétecteurs entraîne des difficultés de réalisation et de fonctionnement. Comme tous les composants actifs, les photodétecteurs ne sont pas parfaits. Il est nécessaire de réaliser la caractérisation d'un ou plusieurs photodétecteurs afin de pouvoir calibrer les circuits électroniques de traitement qui leurs sont associés. Ainsi, avant leur mise sur le marché, les dispositif de détection sont configurés afin de tenir compte des aléas de fabrication et/ou de fonctionnement. Cette étape de calibrage est longue et coûteuse et il existe toujours un besoin de mieux connaître les composants du dispositif de détection afin de travailler avec un signal plus juste. Objet de l'invention L'invention a pour objet une matrice de détection qui est plus robuste vis-à- vis des différences de comportements des photodétecteurs à chaque utilisation. On tend à obtenir ce résultat au moyen des revendications annexées et plus particulièrement par le fait que la matrice comporte une matrice de photodétecteurs, chaque photodétecteur étant au moins partiellement réalisé dans un substrat semi-conducteur, une pluralité de circuits de lecture, les circuits de lecture étant reliés à une borne des photodétecteurs, un élément opaque au rayonnement incident disposé face à un photodétecteur de manière à le recouvrir et intercepter ledit rayonnement, un circuit de stockage du signal émis par le circuit de lecture associé au photodétecteur recouvert par l'élément opaque.30 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 donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : la figure 1 représente, de manière schématique, un dispositif de détection avec une matrice de photodiodes, la figure 2 représente, de manière schématique, une organisation particulière de la matrice de photodiodes avec des éléments opaques, la figure 3 représente, de manière schématique, en coupe, des photodétecteurs d'une matrice de détection dont certains sont recouverts par un élément opaque. Description d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention Comme cela est illustré aux figures 1 et 2, le dispositif de détection comporte une pluralité de photodétecteurs 1 qui sont organisés, par exemple, en matrice. Les photodétecteurs 1 peuvent être organisés selon un premier axe d'organisation X, c'est-à-dire que les photodétecteurs 1 forment une rangée ou une colonne selon ce premier axe X. Les photodétecteurs sont organisés selon l'axe X avec un pas de répétition P. Dans un mode de réalisation préférentiel illustré aux figures 1 et 2, la pluralité de photodétecteurs 1 est également organisée selon un deuxième axe d'organisation Y qui est sécant au premier axe d'organisation X. A titre d'exemple, le premier axe d'organisation X est perpendiculaire au deuxième axe d'organisation Y. De cette manière, les photodétecteurs 1 sont organisés les uns par rapport aux autres selon deux directions différentes représentées par le premier et le deuxième axe d'organisation. La matrice de photodétecteurs 1 est formée sur un substrat en matériau semi-conducteur et elle est avantageusement entourée par une ligne 2 périphérique de polarisation. La ligne 2 est une ligne en matériau électriquement conducteur, par exemple une ligne métallique qui court à la surface du substrat. Dans d'autres modes de réalisation, la ligne 2 est une zone dopée du substrat, cette zone est plus fortement dopée que le reste du substrat afin de diminuer la chute de potentiel le long de la ligne. De manière préférentielle, la ligne 2 est une zone dopée qui est du même type de conductivité que le substrat. Le substrat est d'un premier type de conductivité, par exemple de type P. Dans un mode de réalisation préférentiel, la ligne 2 périphérique est continue autour de la matrice de photodétecteurs, mais il est également envisageable d'avoir une ligne discontinue. La polarisation peut également être imposée au moyen de deux lignes élémentaires disposées sur deux bords opposés de la matrice. La ligne 2 périphérique de polarisation est reliée à un générateur 3 de tension de polarisation Vsug. La tension de polarisation Vsug ou une tension proche de cette dernière est appliquée aux photodétecteurs 1 via la ligne 2 de polarisation et le substrat. La tension de polarisation Vsug fixe en partie les conditions de polarisation des photodétecteurs 1 en appliquant un premier potentiel sur une première électrode du photodétecteur 1. La tension de polarisation Vsug ou une tension qui en découle est appliquée sur la première borne (la première électrode) des différents photodétecteurs 1. Une seconde tension, une tension de référence, est appliquée sur une seconde borne (la seconde électrode) des photodétecteurs afin de fixer les conditions de polarisation des différents photodétecteurs 1. De manière avantageuse, lorsque les photodétecteurs sont des photodiodes, ces derniers sont polarisés en inverse entre la tension de polarisation Vsug et la tension de référence. Cependant, il est également possible d'utiliser des photodétecteurs à puits quantique ou à multi-puits quantiques (également appelés QWIP) en adaptant la différence de potentiels aux bornes du photodétecteur. La polarisation du photodétecteur peut être intermittente de manière à avoir la phase d'acquisition du rayonnement incident lorsque le photodétecteur est autopolarisé, ce type de fonctionnement est communément appelé SFD pour « Source Follower per Detector ». A titre d'exemple, pour définir les conditions de polarisation du photodétecteur, la tension de référence est appliquée par l'intermédiaire du circuit de lecture 4 qui traite le signal émis par le photodétecteur 1. Le circuit de lecture 4 est relié à un circuit d'analyse 5 de l'information provenant de la matrice de photodétecteurs ou d'une partie de la matrice, par exemple une ligne de photodétecteurs ou une colonne de photodétecteurs. Cette exemple est représentatif d'un photodétecteur polarisé durant la phase d'acquisition. Dans un mode de réalisation préférentiel illustré à la figure 3, chaque photodétecteur 1 est formé au moins partiellement par une partie du substrat 6 semi-conducteur. Par exemple, la première électrode est formée par le substrat 6 ce qui permet de faciliter l'intégration de la matrice dans le substrat 6 et de limiter les écarts de polarisation. Dans un mode de réalisation encore plus privilégié, les photodétecteurs sont formés dans le substrat 6. Le photodétecteur 1 est, par exemple, une photodiode de type PN ou NP dont la première électrode est formée par le substrat 6 qui forme une première zone d'un premier type de conductivité. La seconde électrode est une seconde zone d'un second type de conductivité qui peut également être formée dans le substrat 6. Un photodétecteur de type puits quantique ou multipuits quantiques peut également être formé dans le substrat 6. A titre d'exemple, chaque photodétecteur 1 est associé à un circuit de lecture 4 qui impose la tension de référence sur la seconde électrode des photodétecteurs 1. Sur la figure 1, les différents circuits de lecture 4 sont regroupés afin de former des moyens de lecture ou un dispositif de lecture qui comporte une matrice de circuits de lecture. Chaque circuit de lecture 4 est associé à un ou plusieurs photodétecteurs 1. Chaque circuit de lecture 4 récupère le signal électrique émis par un ou plusieurs photodétecteurs. De manière préférentielle, un circuit de lecture 4 est associé à un seul photodétecteur 1 et inversement. Dans un mode de réalisation préférentiel, de manière à avoir une importante surface de collection du rayonnement incident, le circuit de lecture 4 est disposé sur la face opposée à celle qui reçoit le rayonnement incident. Dans un autre mode de réalisation les photodétecteurs et les circuits de lecture sont disposés sur des substrats différents. Afin d'évaluer le courant à flux nul des photodétecteurs, il est intéressant de masquer un ou plusieurs photodétecteurs. Le masquage est obtenu au moyen d'un élément opaque au rayonnement incident. L'élément opaque au rayonnement incident est disposé de manière à recouvrir le photodétecteur et intercepter le rayonnement incident. Dans ces conditions, le photodétecteur ne reçoit pas de rayonnement et il est dit « aveugle ». Le photodétecteur 1 aveugle est polarisé électriquement et il est connecté à un circuit de lecture 4. Dans ces conditions, le photodétecteur 1 délivre un signal à son circuit de mesure 4 associé. Ce signal correspond notamment au courant à flux nul du photodétecteur 1 ce qui représente une information importante pour caractériser le photodétecteur 1. Si chaque photodétecteur est relié à un seul circuit de lecture, le photodétecteur 1 aveugle donne, au circuit de traitement 5, dans le temps, une information sur l'évolution du circuit de lecture et du courant à flux nul lié au photodétecteur. S'il existe des dispositifs de mesure de l'évolution du circuit de lecture, il est alors possible de suivre simplement l'évolution du photodétecteur. Le photodétecteur 1 aveugle est associé à un circuit de lecture 4 et il est formé sur le même substrat que les autres photodétecteurs 1 de la matrice. De cette manière, il est possible de suivre l'évolution du courant à flux nul (dans le temps) d'un photodétecteur alimenté. L'information fournie par le pixel aveugle peut être délivrée de manière continue au circuit de traitement afin qu'il élimine pour chaque image la composante liée au courant à flux nul, mais il est préférable de stocker cette information dans le circuit de traitement et de la renouveler régulièrement par exemple, tous les jours ou tous les mois. De manière préférentielle, cette information est renouvelée après une durée prédéfinie de fonctionnement de manière périodique et/ou à chaque utilisation. Le circuit de traitement 5 peut alors être associé à un compteur qui est configuré pour déclencher le stockage de l'information fournie par le ou les pixels aveugles après une durée prédéfinie (chaque, jour, chaque mois ou à l'expiration d'une durée de fonctionnement, à chaque utilisation...). Dans les dispositifs refroidis, il est également avantageux de réaliser le calibrage après chaque remise en froid. Le circuit de traitement 5 peut alors être associé à un compteur qui est configuré pour déclencher le stockage de l'information fournie par le ou les photodétecteurs 1 aveugles à partir d'un signal fourni par le circuit gérant la mise en froid. Ces deux modes de fonctionnement particuliers peuvent être combinés. Comme le photodétecteur 1 aveugle est recouvert par un élément opaque 7, le signal fourni ne dépend pas des conditions lumineuses extérieures. Il est alors possible de réaliser une mesure du signal émis hors d'une enceinte contrôlée. Le photodétecteur 1 est néanmoins alimenté comme tous les autres photodétecteurs de la matrice de détection, afin de subir l'évolution des caractéristiques liées à la polarisation des photodétecteurs 1. Cette architecture permet de réaliser un mesure dynamique du courant à flux nul et de réinjecter cette valeur dans le dispositif de traitement 5 de l'information émise par la matrice de photodétecteurs 1. L'information provenant des photodétecteurs aveugles peut être envoyée à un circuit configuré pour soustraire ce bruit à tous les photodétecteurs de la matrice, par exemple en éliminant une partie du signal émis en sortie du circuit de lecture 4. Cette information peut également être envoyée au circuit de traitement 5 qui modifie en conséquence les algorithmes de traitement selon la valeur du signal reçu. Comme indiqué plus haut, le dispositif de détection peut réaliser une correction en temps réel des photodétecteurs 1 grâce à l'information délivrée par les photodétecteurs aveugles. Une nouvelle information est envoyée au circuit de traitement 5 pour chaque période d'acquisition. Le stockage est alors réalisé par une charge capacitive qui est présente dans le circuit de lecture. Il est également possible d'enregistrer cette donnée dans un circuit de stockage qui est rafraîchi moins souvent. Dans un mode de réalisation préférentiel illustré à la figure 3, plusieurs photodétecteurs 1 sont rendus aveugles afin d'avoir une information plus fiable. De manière encore plus préférentielle, les photodétecteurs aveugles sont disposés sur un bord ou sur la périphérie de la matrice de photodétecteur afin de minimiser l'impact de ces pixels sur le traitement de l'information émise par la matrice de photodétecteurs. De cette manière, les photodétecteurs sont réalisés dans la matrice de détection ce qui permet de suivre au plus près les aléas du procédé de réalisation. Les photodétecteurs aveugles sont alimentés au moyen du potentiel provenant de la ligne 2 ce qui permet de tenir compte de l'influence des conditions d'alimentation subies par la matrice. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, plusieurs rangées et/ou colonnes successives de photodétecteurs 1 sont rendues aveugles et seulement la partie centrale de la zone recouverte est utilisée pour mesurer les caractéristiques sous flux nul. En d'autres termes, dans cette architecture, une pluralité de photodétecteurs 1 adjacents sont recouverts par l'élément opaque 7 et le circuit de traitement 5 reçoit le signal des photodétecteurs dont le photodétecteur plus proche voisin est également recouvert par l'élément opaque 7 dans la ou les directions d'organisation. Ainsi, les photodétecteurs situés à la périphérie de l'élément opaque 7 sont exclus. Cette architecture particulière permet de réduire les phénomènes électriques et optiques parasites qui font qu'un photodétecteur aveugle proche d'un photodétecteur actif ne réagit pas de la même manière qu'un photodétecteur aveugle éloigné d'un photodétecteur actif. De manière préférentielle, le circuit de traitement 5 reçoit le signal des photodétecteurs 1 dont les deux photodétecteurs plus proches voisins dans chaque direction de la matrice sont également recouverts par l'élément opaque 7. Ainsi, les deux lignes de photodétecteurs situées à la périphérie de la zone opaque sont exclues. A titre d'exemple, cette architecture particulière a donné de très bons résultats sur des substrats à base de Mercure Cadmium Tellure (MCT). Dans un mode de réalisation particulier qui peut être combiné avec les modes précédents, les photodétecteurs sont formés sur un premier substrat 6 et les circuits de lecture 4 sont formés sur un second substrat 8. L'élément opaque 7 est séparé du second substrat 8 par le premier substrat 6. Dans cette configuration, l'élément opaque 7 est formé sur une première face du premier substrat 6 et la connexion entre le photodétecteur 1 et le circuit de lecture 4 est réalisée sur une seconde face qui est opposée à la première face. La connexion électrique entre le photodétecteur 1 et le circuit de lecture 4 peut être réalisée au moyen d'un plot 9. Cette configuration permet de décorréler le matériau formant la matrice de détection du matériau semi- s conducteur utilisé pour réaliser le circuit de lecture effectuant le traitement du signal émis par le photodétecteur. L'élément opaque 7 peut être mis à la masse mécanique ou électrique. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection comportant : une matrice de photodétecteurs (1), chaque photodétecteur (1) étant au moins partiellement réalisé dans un substrat (6) semi-conducteur, une pluralité de circuits de lecture (4), les circuits de lecture (4) étant reliés à une bornes des photodétecteurs (1), dispositif caractérisé en ce qu'il comporte : un élément opaque (7) au rayonnement incident disposé face à un photodétecteur (1) de manière à le recouvrir et intercepter ledit rayonnement, un circuit de stockage du signal émis par le circuit de lecture (4) associé au photodétecteur (1) recouvert par l'élément opaque (7). 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel les photodétecteurs (1) sont formés sur un premier substrat (6) et les circuits de lecture (4) sont formés sur un second substrat (8), l'élément opaque (7) est séparé du second substrat (8) par le premier substrat (6). 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel un compteur est configuré pour déclencher à intervalle régulier le stockage de l'information fournie par le photodétecteur (1). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une pluralité de photodétecteurs (1) adjacents sont recouverts par l'élément opaque (7), le circuit de traitement (5) reçoit le signal des photodétecteurs (1) dont le photodétecteur (1) plus proche voisin est également recouvert par l'élément opaque (7) dans chaque direction d'organisation de la matrice (X, Y). 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel une pluralité de photodétecteurs (1) adjacents sont recouverts par l'élément opaque (7), le circuit de traitement (5) reçoit le signal des photodétecteurs (1) dont les deux photodétecteurs (1) plus proches voisins dans chaque direction de la matrice (X, Y) sont également recouverts par l'élément opaque (7).