INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Cette proximité permet de générer, au niveau des électrons piégés, un champ magnétique oscillant ayant une amplitude typique comprise entre 1 et 30 milliteslas pour une intensité du courant I ESR restant modérée, comprise typiquement entre 0,1 et 10 milliampères. Cette proximité permet aussi, pour une amplitude du champ B AC donnée au niveau des grilles, de limiter l’amplitude du champ magnétique oscillant qui s’exerce ailleurs dans le dispositif, en particulier dans la partie BEOL mentionnée plus haut.
Cette proximité entre la piste ESR et les grilles 3 (plus précisément : entre la piste ESR et le ou les puits de potentiels situés dans la portion de canal) résulte notamment du caractère peu épais (au moins localement) de la couche isolante 20. Cette couche forme initialement le box d’un substrat de type SOI (substrat ayant servi de base pour la fabrication du dispositif), ou tout au moins une partie de ce box, lorsque celui-ci a été aminci au cours du procédé de fabrication. Quoiqu’il en soit, le fait que des substrats SOI avec des box initialement peu épais soient disponibles commercialement (200 nm, voire moins) facilite l’obtention d’une telle couche isolante 20 peu épaisse.
La piste ESR peut être située directement contre la face arrière 22 de la couche isolante 20 (couche 20 qui peut être gravée ou amincie localement, au niveau de la piste ESR). La piste ESR peut aussi être séparée de cette face arrière 22 par une ou des couches annexes. Cette couche annexe est par exemple une couche de métallisation. Il peut aussi s’agir, comme dans le cas du dispositif 10b de la , d’une couche supplémentaire 102, relativement mince, en silicium (en quelque sorte résiduelle) correspondant à une partie de la couche support 101 HR-Si du substrat SOI qui n’aurait pas été retirée (cas d’une couche HR-Si pas complètement amincie, ou pas complètement gravée). Cette couche supplémentaire pourrait aussi être une couche formée d’un matériau (en pratique, un matériau diélectrique) autre que du silicium. Par ailleurs, la couche de métallisation mentionnée plus haut pourrait être intercalée entre la piste ESR et cette couche supplémentaire 102. Quoiqu’il en soit, que ces couches annexes soient présentes ou non, la distance d Z qui, selon l’axe z, sépare la ou les pistes ESR des grilles 3 est ici inférieure à 200 nm, et même inférieure à 150 nm ou même à 100 nm (voire inférieure à 20 nm, avec par exemple un box et une portion de canal de 10nm d’épaisseur chacun). Cette distance correspond à la distance, selon l’axe z, entre la piste ESR et la face arrière de chaque grille 3 (face de la grille qui est en contact avec la portion de canal 2).
Dans les modes de réalisation représentés sur les figures, la ou les pistes ESR sont également proches des grilles 3 d’un point de vue latéral. Lorsque le dispositif comprend une seule piste ESR, cette piste passe soit directement sous les grilles 3, à l’aplomb de chaque grille (voir la par exemple), soit en étant décalée latéralement, mais avec un écart latéral d y par rapport aux grilles faible. L’écart latéral d y est la distance qui, en projection sur un plan parallèle à la couche isolante 20, sépare la piste ESR du bord de la grille 3 considérée (voir la ). Et lorsque le dispositif comprend plusieurs pistes ESR, l’écart latéral d y est la distance qui, en projection sur un plan parallèle à la couche isolante 20, sépare le bord de la grille 3 considérée de la piste ESR qui est la plus proche.
L’écart latéral d y en question est par exemple inférieur ou égal à la distance d Z mentionnée ci-dessus. Il peut être inférieur ou égal à 200 nm, ou même à 150 ou 100 nm (voire à 60 ou même 20 nm).
A titre d’exemple, pour le dispositif 10 correspondant au mode de réalisation de la (dispositif qui est représenté aussi sur la ), la structure de piégeage comporte 12 grilles réparties en deux lignes parallèles L1 et L2 regroupant chacune six grilles 3. La piste ESR 30 est rectiligne, et parallèle aux deux lignes de grilles L1, L2. En projection sur le plan x,y (plan parallèle à la couche isolante 20), elle passe entre ces deux lignes de grilles, à égale distance de ces deux lignes. L’écart latéral d y entre le bord de la piste 30 et le bord de chaque grille 3, est par exemple inférieur à 100 nm et même inférieur à 30 nm, dans cet exemple.
Comme déjà indiqué, le dispositif est réalisé à partir d’un substrat de type silicium sur isolant SOI. La couche support du substrat, de type HR-Si (épaisse), qui supporte initialement la couche d’oxyde enterrée, peut être entièrement retirée au cours de la fabrication et n’être plus présente dans le dispositif, une fois fabriqué, comme dans le cas des figures 4 à 6. La couche d’oxyde enterrée peut en outre être amincie, soit sur toute sa surface soit plus localement, au niveau de la piste ESR. En variante, la couche support du substrat pourrait être conservée en partie, en étant gravée au niveau de la piste ESR (pour donner accès à la face arrière de la couche d’oxyde enterrée), mais pas sur toute la surface du substrat.
Le dispositif 10 ; 10b ; 11 ; 12 ; 13 ; 14 ; 15 ; 16 ; 17 ; 18 ; 19 comprend un deuxième ensemble de conducteurs électriques d’interconnexion, 27, qui relient électriquement la ou les pistes ESR à des deuxièmes plots ou éléments de contacts 28, distants de cette piste. Ce deuxième ensemble de conducteurs 27 s’étend du côté arrière 24 de la couche isolante 20. Mais il peut éventuellement se prolonger du côté avant 23 (cas de la ), pour permettre un raccord électrique en face avant pour l’ensemble des éléments du dispositif 12.
Ici, la structure de piégeage 1, le premier ensemble de conducteurs 25 d’interconnexion (et plus généralement le BEOL), ainsi que la couche isolante 20 font partie d’une première puce 5 (puce avant). Une deuxième puce 6 ; 7 ; 9 (puce arrière), complétée éventuellement par une troisième puce 8 ( ), sert de support au deuxième ensemble de conducteurs 27 (conducteurs qui permettent de déporter la connexion électrique de la piste ou des pistes ESR).
La première puce 5 et la deuxième (et éventuellement troisième) puce 6 ; 7 ; 9 peuvent être assemblées l’une avec l’autre par « hybrid bonding » (cas du dispositif 11 de la , par exemple) et/ou en ayant recours à des piliers ou micro-piliers (« bumps » ou « microbumps) métalliques, avec ou sans microbilles de soudage.
Dans le cas du dispositif 10 des figures 3 et 4 (représenté vu de dessous sur la , et vu de côté sur la ), la deuxième puce 6 est un interposeur en silicium, traversé par des vias de type TSV (« through silicium via », profonds). Cet interposeur peut comprendre une couche de type RDL (« redistribution layer »), pour re-répartir les connections électriques, d’un point de vue planaire. La connexion électrique de la piste ESR 30 avec les conducteurs électriques 27 de la deuxième puce 6 est obtenue grâce à deux microbilles de soudure 29, et grâce à deux plots de contacts 91, 92 présents initialement sur la première puce 5 et qui se raccordent respectivement à une première extrémité et à une deuxième extrémité de la piste ESR 30 ( ), les deux microbilles 29 venant au contact de ces deux plots 91, 92 (de dimension relativement grande, notamment par rapport à la piste 30, pour faciliter le contact avec la deuxième puce 6). L’ensemble comprenant la piste 30 et ces deux plots de contact 91, 92 peut par exemple être gravé dans une même couche de matériau supraconducteur préalablement déposée en face arrière de la première puce 5.
Dans le cas du dispositif 11 de la , la deuxième puce 9 comprend un substrat 80 en silicium, de préférence en silicium 28 SI isotopiquement pur, traversé notamment pas deux vias conducteurs permettant de relier électriquement les deux extrémités de la piste ESR 30 aux éléments de contact distants 28.
Chaque pixel comprend généralement un composant photosensible, ou photodétecteur, qui peut par exemple être une photodiode, une photorésistance ou un phototransistor. On trouve des matrices photosensibles de grandes dimensions qui peuvent posséder plusieurs millions de pixels organisés en lignes et en colonnes. Chaque pixel comprend en outre un circuit électronique comprenant au moins un actionneur. Le circuit électronique peut comprendre en outre d’autres interrupteurs, des capacités, des résistances, en aval desquels est placé l’actionneur. L'ensemble constitué par le composant photosensible et le circuit électronique permet de générer des signaux électriques et de les collecter. Le circuit électronique permet généralement la réinitialisation du signal collecté dans chaque pixel après un transfert pour la lecture du pixel. Le rôle de l'actionneur est de transférer ou de recopier, dans un conducteur de colonne, les signaux collectés par le circuit électronique en fonction des informations reçues du composant photosensible. Ce transfert est réalisé lorsque l'actionneur en reçoit l'instruction d'un conducteur de ligne. La sortie de l'actionneur correspond à la sortie du pixel.
Les détecteurs de rayonnement X sont soumis à une contrainte de dimension. En effet, on ne dispose pas de moyen simple pour dévier ce type de rayonnement. Le détecteur doit donc posséder les dimensions de l’image à réaliser. Par exemple en radiologie médicale, un détecteur peut dépasser les 400 mm de côté. La réalisation de détecteur possédant de telles dimensions n’est pas aisée.
A ce jour, il existe deux grandes familles de détecteurs matriciels de rayonnement X. La première famille met en œuvre des matériaux comme le silicium à l’état amorphe, polycristallin ou microcristallin. Ces matériaux sont déposés en couches minces sur des substrats comme par exemple en verre ou en polyimide. Une deuxième famille met en œuvre des matériaux monocristallins. La seconde famille permet d’atteindre des performances bien meilleures que la première famille. En revanche, la seconde famille est limitée en dimension du fait des substrats silicium utilisés. Pour réaliser des détecteurs de grande dimension, dans la seconde famille, il est nécessaire de rabouter plusieurs substrats sur lesquels sont réalisées des parties du détecteur.
Par ailleurs, dans les deux familles de détecteurs, le taux de rebut peut être important lors de la fabrication du détecteur. En effet, plus le nombre de pixels est important plus le risque qu’au moins un pixel soit défectueux augmente. il est possible d’accepter que quelques pixels isolés soient défectueux au moyen de correction de l’image mais cela reste un palliatif imparfait.
L’invention cherche tout d’abord à profiter des avantages des deux familles, c’est-à-dire permettre l’élargissement du choix du type de pixels disposés sur des substrats de grande dimension comme des substrats à base de verre ou de polyimide. De façon plus générale, l’invention cherche à dissocier le choix du substrat du détecteur photosensible et du substrat sur lequel sont réalisés les différents pixels. De plus l’invention cherche à réduire les défauts des détecteurs actuels notamment en permettant de tester individuellement chaque pixel ou chaque groupe de pixels avant de l’implanter sur le substrat du détecteur.
A cet effet, l’invention a pour objet un détecteur photosensible matriciel comprenant un substrat, plusieurs éléments photosensibles organisés en lignes et en colonnes, des conducteurs de ligne permettant de piloter les éléments photosensibles et des conducteurs de colonnes permettant de lire les éléments photosensibles, les conducteurs étant portés par le substrat du détecteur photosensible, dans lequel les éléments photosensibles, individuellement ou par groupes, sont portés chacun par un ou plusieurs micro-substrats indépendants du substrat du détecteur photosensible, les éléments photosensibles étant raccordés individuellement aux conducteurs.
Les éléments photosensibles sont avantageusement disposés bord à bord, à une tolérance de fabrication près, cette tolérance incluant des tolérances dimensionnelles et des déformations possibles du détecteur photosensible.
Le détecteur photosensible peut être configuré pour détecter un rayonnement ionisant de type X ou gamma, le détecteur photosensible comprenant avantageusement deux scintillateurs, l'un disposé en contact des éléments photosensibles et l'autre disposé sur une face du substrat du détecteur photosensible opposée à celle recevant les éléments photosensibles.
L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un détecteur photosensible matriciel comprenant un substrat, plusieurs éléments photosensibles organisés en lignes et en colonnes, des conducteurs de ligne permettant de piloter les éléments photosensibles et des conducteurs de colonnes permettant de lire les éléments photosensibles, le procédé consistant à : - réaliser sur le substrat du détecteur photosensible, les conducteurs de lignes et de colonne, - réaliser les éléments photosensibles sur un ou plusieurs micro-substrats indépendants du substrat du détecteur photosensible, - reporter chaque élément photosensible sur le substrat du dispositif photosensible.
Avantageusement, le procédé consiste à tester les éléments photosensibles avant de les reporter sur le substrat du détecteur photosensible.
Le détecteur photosensible peut être configuré pour détecter un rayonnement ionisant de type X ou gamma, un scintillateur configuré pour convertir le rayonnement ionisant en un rayonnement auquel les éléments photosensibles sont sensibles étant avantageusement réalisé sur chacun des éléments photosensibles avant d’être reporté sur le substrat du détecteur photosensible.
les figures 1a, 1b, 1c et 1d représentent plusieurs exemples de morceaux de détecteurs photosensibles selon l’invention ;
les figures 2 et 3 représentent en coupe partielle des exemples de détecteurs photosensibles selon l’invention.
Les figures 1a à 1d représentent chacune quatre pixels d’un détecteur photosensible matriciel respectivement repéré 10a, 10b, 10c et 10d. Dans la pratique les détecteurs photosensibles peuvent disposer d’un plus grand nombre de pixels, typiquement plusieurs millions. L’invention présente d’autant plus d’intérêt que le nombre de pixels est grand.
Selon un exemple de réalisation particulier et non limitatif, le dispositif 40 peut fournir des signaux de sortie à un ou plusieurs dispositifs externes, tels qu’un écran d’affichage 406, tactile ou non, un ou des haut-parleurs 407 et/ou d’autres périphériques 408 (système 3 de réalité augmentée) via respectivement des interfaces de sortie 409, 410 et 411. Selon une variante, l’un ou l’autre des dispositifs externes est intégré au dispositif 40.
Par exemple, si la distance D est supérieure au seuil TH1, l’alerte visuelle peut être affichée sur l’écran 406 et/ou l’alerte sonore peut être émise par les haut-parleurs 407.
Le procédé est par exemple mis en œuvre par un dispositif embarqué dans le véhicule 10 ou par le dispositif 40 de la .
Dans une première étape 51, une distance D entre le véhicule 10 et le véhicule 11 circulant en sens inverse sur la même voie de circulation est obtenue à partir d’au moins un capteur.
Dans une deuxième étape 52, si la distance D est supérieure au seuil TH1, une alerte visuelle et/ou sonore de véhicule circulant à contresens est déclenchée dans le véhicule 10. Dans une troisième étape 53, si la distance D est inférieure au seuil TH1, une image comprenant un objet graphique représentatif d’une alerte de véhicule circulant à contresens est affichée par le système 3 de réalité augmentée du véhicule 10.
Dans une quatrième étape 54, si la distance D est inférieure au seuil TH1, le temps de rencontre T entre les véhicules 10 et 11 à partir de la distance D et d’une vitesse du véhicule 10.
Dans une cinquième étape 55, si le temps de rencontre T est supérieur au seuil TH2, une image comprenant un objet graphique représentatif d’une incitation à freiner est affichée par le système 3 de réalité augmentée du véhicule 10.
Dans une sixième étape 56, si le temps de rencontre T est inférieur au seuil TH2, une image comprenant un objet graphique représentatif d’une manœuvre d’évitement est affichée par le système 3 de réalité augmentée du véhicule 10.
Selon une variante, les variantes et exemples des opérations décrits en relation avec les figures 1 à 5 s’appliquent aux étapes du procédé de la .
Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux exemples de réalisation décrits ci-avant mais s’étend à un procédé d’alerte de véhicules circulant en sens inverse sur une même voie de circulation qui inclurait des étapes secondaires sans pour cela sortir de la portée de la présente invention. Il en serait de même d’un dispositif configuré pour la mise en œuvre d’un tel procédé.
La présente invention concerne également un véhicule, par exemple automobile ou plus généralement un véhicule autonome à moteur terrestre, comprenant le dispositif 40 de la .
Détecteur photosensible matriciel et procédé de réalisation du détecteur photosensible L’invention concerne un détecteur photosensible et son procédé de réalisation. L'invention trouve une utilité particulière pour la réalisation d’un détecteur photosensible utilisé pour élaborer des images visibles. L’invention n’est pas limitée à la réalisation de ce type de détecteur. L’invention peut être mise en œuvre pour réaliser un détecteur permettant d’élaborer des cartographies de pression ou de température ou encore des représentations en deux dimensions de potentiels chimiques ou électriques. Ces cartographies ou représentations forment des images de grandeurs physiques.
L'invention s'applique notamment à la réalisation de détecteurs à matrices actives utilisés par exemple à des fins de détection dans des dispositifs d'imagerie par rayonnements ionisants, par exemple par rayons X ou gamma.
Dans un détecteur matriciel, un pixel représente l'élément sensible élémentaire du détecteur. Chaque pixel convertit un phénomène physique auquel il est soumis en un signal électrique. Les signaux électriques issus des différents pixels sont collectés lors d'une phase de lecture de la matrice puis numérisés de manière à pouvoir être traités et stockés pour former une image. Les pixels sont formés d'une zone sensible au phénomène physique et délivrent par exemple un courant de charges électriques. Le phénomène physique peut être un rayonnement électromagnétique véhiculant un flux de photons et par la suite, l'invention sera expliquée au moyen de ce type de rayonnement et le courant de charge est fonction du flux de photons reçu par la zone sensible. La généralisation à tout détecteur matriciel sera aisée.
Un détecteur d'images matriciel comprend des conducteurs de ligne, chacun reliant les pixels d'une même ligne, et des conducteurs de colonnes, chacun reliant les pixels d'une même colonne. Les conducteurs de colonnes sont connectés à des circuits de conversion généralement disposés sur un bord de la matrice que l'on peut appeler « pied de colonne ». Il est bien entendu que les appellations « lignes » et « colonnes » sont purement conventionnelles et peuvent être inversées.
Pour réduire le temps d’acquisition et de traitement des données, une solution est de produite une excitation des échantillons avec plusieurs points-sources allumés simultanément, notamment plusieurs diodes champ-sombre comme décrit dans les articles de Tian et al « Computational illumination for high-speed in vitro Fourier ptychographic microscopy », Optica, vol. 2, n° 10, pages 904-911, 2015 et « Multiplexed coded illumination for Fourier ptychography with a LED array microscope », Biomed. Opt. Express, vol. 5, n° 7, pages 2376-2389, 2014. Cette technique fournit une reconstruction de la phase grâce à une modification de l’algorithme de calcul, et l’excitation de l’échantillon par plusieurs diodes simultanément permet d’augmenter la puissance optique reçue par le capteur et donc de diminuer le temps d’exposition utilisé. Le gain est important et permet d’obtenir des acquisitions FPM complètes à une cadence de l’ordre d’une dizaine par minute.
Dans une autre technique, décrite dans l’article de Sun et al. « High-speed Fourier ptychographic microscopy based on programmable annular illuminations », Scientific Reports, (2018) 8:7669, DOI:10.1038/s41598-018-25797-8, les diodes sont spécifiquement placées sur des cercles concentriques pour respecter la symétrie de révolution des propriétés de l’objectif et assurer le maillage optimal de l’espace de Fourier. Il permet de réduire de façon importante le temps d’acquisition des images mais permet au plus de doubler la résolution des images reconstruites, le facteur de super-résolution étant volontairement limité à 2. Pour optimiser les flux optiques collectés, une unique lentille est également placée au-dessus des diodes pour concentrer la lumière excitatrice issue des différentes diodes sur l’échantillon.
Comme mentionné précédemment, le maillage de l’espace de Fourier ne peut être choisi de façon totalement arbitraire. En effet, le facteur de recouvrement des filtres relatifs à deux diodes voisines ne peut excéder une valeur limite (pour assurer une bonne convergence de l’algorithme de reconstruction). Ce recouvrement permet d’avoir une redondance d’information sur le spectre de l’échantillon. Il est utilisé pour assurer un référencement de phase adéquat sur l’ensemble du spectre (plutôt que par morceau). Cette valeur limite peut être allégée lorsque plusieurs diodes sont allumées simultanément, voire lorsque des variantes dans l’algorithme d’exploitation des données sont apportées, comme décrit dans l’article susmentionné de Tian et al « Multiplexed coded illumination for Fourier ptychography with a LED array microscope ».
Dès lors et dans la mesure où l’encombrement des diodes disponibles commercialement ne peut être inférieur à la taille minimale des boitiers utilisés pour leur packaging (généralement de forme carrée), leur espacement est contraint. L’espacement minimal entre deux diodes est de l’ordre de quelques mm pour les technologies bas coût actuelles. Cet espacement impose une condition sur la distance minimale séparant la matrice de LED de l’échantillon. Pour une ouverture numérique fixée, cette distance peut être facilement calculée par approche géométrique. Elle est imposée par les conditions de maillage de l’espace de Fourier désiré. Le facteur de super-résolution γ théoriquement accessible dépend alors uniquement de la surface couverte par la matrice de diodes. Si l’ensemble des diodes utilisées permet le pavage complet d’un disque de l’espace de Fourier de rayon , alors :
Dans cette équation, NAsynth représente l’ouverture synthétique associée à l’arrangement des diodes utilisées, qui s’exprime, avec θ l’angle d’incidence du faisceau lumineux issu d’une des diodes périphériques :
Ce facteur est, de manière connue, limité à environ 6 ou 7 pour une ouverture numérique NA égale à 0.1. La surface qui doit être couverte par les diodes est alors raisonnable et l’optimisation du design de la matrice des diodes est plutôt aisée dans le cas d’un unique objectif de microscope. Cette optimisation se complique toutefois dès lors que l’on cherche à utiliser une même matrice de diodes pour un microscope FPM avec différents objectifs de microscope aux ouvertures numériques distincts. La surface de la matrice qui doit alors être couverte est d’autant plus importante que l’écart entre les ouvertures numériques des différents objectifs est élevé.
Or, dans un microscope, l’espace et la surface au sol réservée au système d’éclairage sont limités, étant de l’ordre d’une dizaine de centimètres pour la plupart des microscopes connus. Pour utiliser un même matrice de diodes pour différents objectifs, il est possible de régler leur position chaque fois que l’on change d’objectif pour optimiser les flux optiques, mais ce réglage est délicat. Il est également possible de concevoir un corps de microscope et une matrice de diodes spécifiques, ce qui nécessite de faire appel à des techniques contraignantes et couteuses.