Brevet FR3130045A1 — publié le 20230609

Dispositif d'imagerie à rayons X La présente description concerne un dispositif d'imagerie à rayons X, comportant : - un substrat de report (100) comportant des éléments de connexion électrique ; - une matrice de pixels comportant chacun une puce élémentaire monolithique (153) fixée et connectée électriquement à des éléments de connexion électrique du substrat de report (100), et un détecteur de photons X à conversion directe (XD) connecté électriquement à la puce élémentaire (153), dans lequel, dans chaque pixel, la puce élémentaire (153) comprend un circuit intégré de lecture du détecteur (XD) du pixel. Figure pour l'abrégé : Fig. 1F Dispositif d'imagerie à rayons X La présente description concerne un dispositif d'imagerie à rayons X et un procédé de fabrication d'un tel dispositif, notamment pour des applications de radiographie, par exemple dans le domaine de l'imagerie médicale. Parmi les dispositifs d'imagerie à rayons X connus, on peut distinguer les dispositifs à conversion indirecte et les dispositifs à conversion directe. Les dispositifs à conversion indirecte comprennent une matrice de photodiodes adaptées à capter un rayonnement lumineux, et un scintillateur disposé au-dessus de la matrice de photodiodes. En fonctionnement, le scintillateur émet de la lumière suite à l'absorption des rayons X. La lumière émise par le scintillateur est convertie en charges électriques par les photodiodes. Ainsi, la matrice de photodiodes acquière une image représentative de la distribution lumineuse émise par le scintillateur, cette distribution lumineuse étant elle-même représentative de la distribution de rayon X reçue par le scintillateur. Les dispositifs à conversion directe comprennent une couche d'un matériau semiconducteur de conversion adapté à convertir directement les rayons X absorbés, en charges électrique. La couche de conversion est disposée au-dessus d'une matrice de circuits élémentaires adaptée à lire les charges électriques générées dans le matériau de conversion. En fonctionnement la couche de conversion génère des charges électriques suite à l'absorption des rayons X. Ces charges sont lues par la matrice de circuits de lecture. Ainsi, la matrice de circuits de lecture acquière directement une image représentative de la distribution de rayons X reçue par le matériau de conversion. On s'intéresse ici plus particulièrement à la réalisation de dispositifs d'imagerie à rayons X à conversion directe. Un mode de réalisation prévoit un dispositif d'imagerie à rayons X, comportant : - un substrat de report comportant des éléments de connexion électrique ; - une matrice de pixels comportant chacun une puce élémentaire monolithique fixée et connectée électriquement à des éléments de connexion électrique du substrat de report, et un détecteur de photons X à conversion directe connecté électriquement à la puce élémentaire, dans lequel, dans chaque pixel, la puce élémentaire comprend un circuit intégré de lecture du détecteur du pixel. Selon un mode de réalisation, dans chaque puce élémentaire, le circuit intégré de lecture du détecteur du pixel est réalisé en technologie CMOS. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, le détecteur comprend un empilement actif de détection à base d'un matériau semiconducteur adapté à convertir directement des photons X en charges électriques, par exemple un matériau du groupe comprenant le sélénium amorphe (a:Se), l'arséniure de gallium (GaAs), l'iodure de mercure (HgI 2 ), l'oxyde de plomb (PbO), le tellurure de cadmium (Cd(Zn)Te), ou un matériau pérovskite. Selon un mode de réalisation, l'empilement actif de détection s'étend de façon continue sur toute la surface de la matrice de pixels. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, le détecteur comprend une électrode inférieure et une électrode supérieure, l'électrode supérieure étant commune à tous les pixels du dispositif et l'électrode inférieure étant individualisée par pixel. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, le détecteur recouvre la puce élémentaire du pixel. Selon un mode de réalisation, dans chaque pixel, la puce élémentaire du pixel comprend une LED inorganique et un circuit intégré de contrôle de la LED. Un autre mode de réalisation prévoit un assemblage comportant des premier et deuxième dispositifs d'imagerie à rayons X tels que définis ci-dessus, superposés. Selon un mode de réalisation, l'assemblage comprend une couche de filtrage entre les premier et deuxième dispositifs. Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif d'imagerie à rayons X tel que défini ci-dessus, dans lequel les puces élémentaires sont reportées et fixées collectivement au substrat de report, au moyen d'un substrat de support temporaire. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de dépôt d'une couche de planarisation après le report et la fixation des puces élémentaires sur le substrat de report. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape de report des détecteurs sur la face supérieure de la couche de planarisation. Ces caractéristiques et leurs avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : ; ; ; ; ; ; les figures 1A, 1B, 1C, 1D, 1E et 1F sont des vues de dessus et en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'imagerie à rayons X selon un mode de réalisation ; la est une vue en coupe illustrant une variante du procédé des figures 1A,1B, 1C, 1D, 1E et 1F. ; ; ; ; ; les figures 3A, 3B, 3C, 3D et 3E sont des vues en coupe illustrant des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication de puces élémentaires de pixel d'un dispositif d'imagerie à rayons X selon un mode de réalisation ; ; ; les figures 4A et 4B sont des vues de dessus et en coupe illustrant des étapes d'un autre exemple d'un procédé de fabrication d'un dispositif d'imagerie à rayons X selon un mode de réalisation ; et la est une vue en coupe illustrant une variante d'un dispositif d'imagerie à rayons X selon un mode de réalisation. Dispositif d'imagerie à rayons X, comportant : - un substrat de report (100) comportant des éléments de connexion électrique ; - une matrice de pixels comportant chacun une puce élémentaire monolithique (153) fixée et connectée électriquement à des éléments de connexion électrique du substrat de report (100), et un détecteur de photons X à conversion directe (XD) connecté électriquement à la puce élémentaire (153), dans lequel, dans chaque pixel, la puce élémentaire (153) comprend un circuit intégré de lecture du détecteur (XD) du pixel. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel, dans chaque puce élémentaire (153), le circuit intégré de lecture du détecteur (XD) du pixel est réalisé en technologie CMOS. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, dans chaque pixel, le détecteur (XD) comprend un empilement actif de détection (103) à base d'un matériau semiconducteur adapté à convertir directement des photons X en charges électriques, par exemple un matériau du groupe comprenant le sélénium amorphe (a:Se), l'arséniure de gallium (GaAs), l'iodure de mercure (HgI2), l'oxyde de plomb (PbO), le tellurure de cadmium-zinc (Cd(Zn)Te), ou un matériau pérovskite. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'empilement actif de détection (103) s'étend de façon continue sur toute la surface de la matrice de pixels. Dispositif selon la revendication 3 ou 4, dans lequel, dans chaque pixel, le détecteur (XD) comprend une électrode inférieure (E1) et une électrode supérieure (E2), l'électrode supérieure (E2) étant commune à tous les pixels du dispositif et l'électrode inférieure (E1) étant individualisée par pixel. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel, dans chaque pixel, le détecteur (XD) recouvre la puce élémentaire (153) du pixel. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel, dans chaque pixel, la puce élémentaire (153) du pixel comprend une LED inorganique (501) et un circuit intégré (503) de contrôle de la LED. Assemblage comportant des premier et deuxième dispositifs d'imagerie à rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, superposés. Assemblage selon la revendication 8, comprenant une couche de filtrage (510) entre les premier et deuxième dispositifs. Procédé de fabrication d'un dispositif d'imagerie à rayons X selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les puces élémentaires (153) sont reportées et fixées collectivement au substrat de report (100), au moyen d'un substrat de support temporaire (140). Procédé selon la revendication 8, comprenant une étape de dépôt d'une couche de planarisation (170) après le report et la fixation des puces élémentaires (153) sur le substrat de report (100). Procédé selon la revendication 9, comprenant une étape de report des détecteurs (XD) sur la face supérieure de la couche de planarisation (170).