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Physical
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1.104 cm.s-1
(2)
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de 8 microns
(2)
[8][_]
1200 microns
(2)
[9][_]
de 11 microns
(1)
[10][_]
500 K
(1)
[11][_]
0.1011 cm
(1)
[12][_]
4.1016 cm
(1)
[13][_]
de 0,7 mm
(1)
[14][_]
80 K
(1)
[15][_]
de 4.1014 cl
(1)
[16][_]
500 cm2
(1)
[17][_]
7.1016 -2 s-1
(1)
[18][_]
295 K
(1)
[19][_]
11,7 microns
(1)
[20][_]
de 30 V
(1)
[21][_]
de 62,5 microns
(1)
[22][_]
de 2400 microns
(1)
[23][_]
22,6 V.cm-1
(1)
[24][_]
400 microns
(1)
[25][_]
de 5 percent
(1)
[26][_]
13.104 cm.s-1
(1)
[27][_]
8 microns
(1)
[28][_]
de 41 microns
(1)
[29][_]
Gene Or Protein
(3/ 19)
[30][_]
Etre
(14)
[31][_]
Est A
(3)
[32][_]
Dus
(2)
[33][_]
Molecule
(3/ 10)
[34][_]
cadmium telluride
(4)
[35][_]
mercury
(4)
[36][_]
DES
(2)
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Images Mosaic View
Publication
_________________________________________________________________
Number FR2514950A1
Family ID 1978561
Probable Assignee Secr Defence
Publication Year 1983
Title
_________________________________________________________________
EN Title The invention relates to a photoconductive strip detector
consisting of a strip of photoconductive material having two...
FR Title DETECTEUR A BANDE PHOTOCONDUCTRICE POUR FORMATION D'IMAGES
THERMIQUES
Abstract
_________________________________________________________________
The invention relates to a photoconductive strip detector consisting
of a strip of photoconductive material having two bias contacts and a
sensing region situated in between. To improve the detector
resolution, the strip is designed in such a way that, when a bias
voltage is applied, the bias voltage field has a modified field
distribution over the strip length and brings about an appreciable
reduction in the nonuniformity of the photocarrier drift velocity over
the strip length. This can be achieved by varying the strip width or
strip thickness over the strip length, varying the donor concentration
in the basic material of the strip over the strip length, by
differently treating the surface of the strip material over the strip
length, or by using additional electrodes on either side of an exposed
section of the length of the strip.
L'INVENTION CONCERNE LES DETECTEURS A BANDES PHOTOCONDUCTRICES.
ELLE SE RAPPORTE A UN DETECTEUR AYANT UNE BANDE DE MATIERE
PHOTOCONDUCTRICE AYANT DES CONTACTS DE POLARISATION 3, 5 ET UN CONTACT
DE LECTURE 7. SELON L'INVENTION, LA RESOLUTION EST ACCRUE PAR
UTILISATION D'UNE BANDE DE LARGEUR VARIANT PROGRESSIVEMENT AFIN QUE LA
VITESSE DE DERIVE DES PHOTOPORTEURS SOIT SENSIBLEMENT CONSTANTE SUR
TOUTE LA LONGUEUR DE LA BANDE.
APPLICATION AUX APPAREILS DE FORMATION D'IMAGES THERMIQUES.
Description
_________________________________________________________________
La presente invention concerne des detecteurs a bandes
photoconductrices, dont la matiere photoconductrice est sous forme
d'une bande et qui comprend deux contacts de polarisation et une
region de lecture formee entre ces contacts.
On utilise ces detecteurs dans les appareils de formation d'images
thermiques par balayage.
Le brevet britannique NO 1 488 258 decrit un appareil de formation
d'images thermiques par balayage comprenant un detecteur a bande
photoconductrice. Ce detecteur comporte un filament sous forme d'une
bande ayant des cotes paralleles et formee d'une matiere
photoconductrice, le cadmium telluride et de mercury de type n,
comprenant des contacts de polarisation et, entre eux, une region de
lecture. Dans un premier cas, la region de lecture est formee par un
contact redresseur constitue par rapport a la bande, place pres de
l'un des contacts de polarisation. Dans un tel systeme, le contact
redresseur forme une diode reliee a un circuit de polarisation. La
circulation des porteurs minoritaires dans ce circuit cree un signal
de reponse qui peut etre utilise pour la reconstitution de l'image
thermique.Dans un autre cas, la region de lecture est delimitee par
deux contacts conducteurs distants dont l'un peut aussi jouer le r81e
d'un contact de polarisation. Un signal de reponse est forme aux
bornes de ces contacts de lecture. Lors du fonctionnement, le
detecteur est place dans le plan de l'image balayee dans l'appareil et
une image thermique est balayee suivant sa longueur, a une vitesse
constante. Une polarisation est appliquee au detecteur afin que les
photoporteurs crees dans la bande sous l'action du rayonnement
thermique incident, soient deplaces vers la region de lecture et le
contact negatif de polarisation. Dans un cas ideal, qui est en
pratique celui des matieres ayant la propriete de duree de vie des
porteurs ordinaires, le champ de polarisation est uniforme sur toute
la longueur du detecteur rectiligne, et les mobilites des porteurs
sont constantes.Les photoporteurs se deplacent ainsi vers la region de
lecture a une vitesse constante appelee vitesse de derive ambipolaire.
L'amplitude de polarisation est choisie avec soin afin que la vitesse
de balayage et la vitesse de derive se correspondent avec precision,
et il y a donc, pendant tout le cycle de balayage, une correspondance
univoque entre le profil de densite des photoporteurs et le profil
d'intensite de 1 image, formee par integration constructrice.
Cependant, la resolution spatiale qui peut entre obtenue dans l'image
reconstituee depend de plusieurs facteurs tels que la diffusion
thermique des porteurs, la largeur de la bande et la constante de
temps d'integration du circuit de polarisation de la diode ou de
l'espacement des conducteurs de lecture. On choisit habituellement ces
valeurs afin qu'elles donnent une bonne resolution. On a aussi mis au
point des techniques destinees a limiter la dispersion des
photocapteurs par diffusion et ameliorant la resolution du detecteur,
la fente pouvant par exemple etre fendue afin qu'elle forme un trajet
sinueux comme decrit dans le brevet britannique NO 2 019 649.
On a realise d'autres progres dans la fabrication des matieres a base
de cadmium telluride et de mercury.
On peut maintenant realiser des detecteurs ayant une detectabilite D*
et une sensibilite R tres ameliorees. En fait, on peut maintenant
realiser des detecteurs ayant une longueur d'onde de coupure voisine
de 11 microns et ayant une detectabilite D* a 500 K d'environ 2,0.1011
cm.Hz# m 1 (dans un flux 16 2 -l photonique du fond continu de.
2,4.1016 cm 1 et a une vitesse de balayage de 1,1.104 cm.s-1)1,1.104
et une duree de vie des porteurs qui est extraordinairement elevee 4
3,6 es. Cependant, dans ces detecteurs, ayant une longueur de cette
matiere de 0,7 mm, la resolution qui a ete determinee
experimentalement d'apres la mesure de la fonction de dispersion des
raies, parait entre anormalement mauvaise.Cette resolution ne peut pas
autre predite avec precision d'apres la seule diffusion thermique, et
on considere qu'elle est beaucoup plus mauvaise et en general trop
mauvaise pour etre acceptable.
L'invention est destinee a remedier a cet inconvenient et a augmenter
la resolution des detecteurs a bandes photoconductrices de longueur
d'onde active relativement courte, formes d'une matiere ayant une
longue duree de vie des porteurs.
On a constate selon l'invention, apres des etudes poussees, que la
degradation de la resolution pouvait etre attribuee aux effets d'une
accumulation progressive de porteurs due a l'eclairement du fond
continu. Dans des detecteurs a bandes rectilignes formes d'une matiere
ayant une longue duree de vie, le champ de polarisation et les
mobilites des porteurs ne sont donc pas uniformes sur une proportion
considerable de la longueur de la bande, si bien que la vitesse de
derive est loin d'etre constante (au moins dans une region de longueur
de l'ordre de 22t), si bien que I'adaptation des vitesses n'est plus
possible avec precision. (Si la bande a une longueur relativement
grande telle que L greater than la variation de vitesse dans la partie
initiale de la bande n'a pas d'importance, car les porteurs
correspondants se recombinent avant d'etre detectes).
Ainsi, l'invention concerne un detecteur a bande photoconductrice qui
comprend une bande d'une matiere photoconductrice ayant une longue
duree de vie de porteurs, la bande ayant au moins deux contacts de
polarisation et une region de lecture placee entre ces contacts, la
region de la matiere de la bande comprise entre un premier contact de
polarisation et la region de lecture ayant une longueur relativement
faible, si bien que le detecteur, lors de l'application d'une
polarisation, forme un champ de polarisation dont l'amplitude depend
de la distance au premier contact de polarisation et est telle qu'il
donne un ecart notablement reduit de la valeur de la vitesse de derive
des porteurs correspondante dans la plus grande partie de la region d
e la bande, si bien que la resolution du detecteur est accrue.
Le detecteur peut avantageusement etre realise de maniere que l'une au
moins des dimensions laterales de la bande, sa largeur ou son
epaisseur, a des valeurs differentes en differents points le long de
la bande. De preference, cette dimension laterale varie
progressivement et de facon continue, la largeur ou l'epaisseur ou les
deux vari-ant progressivement le long de toute la longueur de la bande
entre le premier contact de polarisation et la lecture. Dans un cas
ideal, cette variation correspond a un profil tel que le champ de
polarisation est modifie d'une maniere qui donne une variation
negligeable de la vitesse de derive des porteurs.
Dans une variante, le detecteur est realise par adaptation de la
concentration massique des donneurs le long de la matiere de la bande.
Par exemple, une espece de dopage peut etre introduits en quantite
variant progressivement le long de la bande par une technique
d'implantation ionique contr#1ee. Cette disposition presente
l'avantage de la conservation de la surface du detecteur, mais elle
est difficilement realisable au point de vue technique, en pratique.
Dans une variante, la' bande a subi un traitement superficiel variant
progressivement.
Dans une variante, des conducteurs metalliques isoles de dimension
variant progressivement ou des contacts resistifs isoles peuvent etre
places sur la surface de la matiere de la bande, d'un cote ou de
l'autre d'un troncon expose de la matiere. Le profil des charges de
surface peut alors etre mode'fie par charge des conducteurs ou des
contacts avec modification du champ efficace de polarisation le cas
echeant.
D'autres caracteristiques et avantages de l'invention ressortiront
mieux de la description qui va suivre, faite en reference aux dessins
annexes sur lesquels la figure 1 est une vue en plan d'un detecteur a
bande de forme rectiligne habitue-lle la figure 2 est un graphique
representant sous forme de points et de courbes, la variation de la
densite des porteurs en exces et de la vitesse de derive en fonction
de la distance mesuree a partir de l'extremite du detecteur, les
valeurs etant calculees pour le detecteur represente sur la figure 1;
la figure 3 est une vue en plan representant le profil d'un exemple de
detecteur a bande ayant une largeur variant progressivement;; la
figure 4 est un graphique representant la variation de la densite des
porteurs et de la vitesse de derive, calculee pour le detecteur
represente sur la figure 3; et la figure 5 est une vue en plan d'un
detecteur a bande analogue a celui de la figure 3 mais ayant un profil
avantageux de variation de largeur.
La figure 1 represente un detecteur a bande de configuration
geometrique rectiligne habituelle. Il est forme d'une bande 1 de
matiere a base de cadmium telluride et de mercury ayant une epaisseur
t de l'ordre de 8 microns.
La matiere est du type n et elle se caracterise par une densite
d'electrons extrinseque (porteurs majoritaires) n a 80 K qui a une
valeur de 4.1014 cl 3. La.mobilite des trous (porteurs minoritaires)##
eh est egale a 500 cm2.V 1,5 1 pour la matiere utilisee. La bande 1 a
des contacts 3 et 5 de polarisation, un a chaque extremite de la
bande, et, entre les contacts 3 et 5, un contact conducteur 7 place a
une courte distance du second contact 5 de polarisation. Le contact
conducteur 7, le second contact 5 de polarisation et la mat#iere
photoconductrice placee entre eux forment ensemble une region 9 de
lecture du detecteur.Lorsque celui-ci est monte dans un appareil de
formation d'images thermiques, une polarisation est appliquee aux
contacts de polarisation, avec une polarite positive pour le premier
contact 3 et negative pour le second 5, comme indique par les symboles
+ et - sur la figure 1.
Les points de la figure 2 sont determines numeri- quement a l'aide de
l'equation de continuite et des relations indiquees dans la suite du
present memoire, la condition aux limites etant que la densite des
porteurs en exces, due au flux du fond continu nb, est nulle aux
contacts de polarisation positifs (x = O). L'equation de continuite
unidimensionnelle si l'on neglige les effets de la diffusion et si
l'on suppose que les termes compris dans le gradien de champ et le
gradient de mobilite sont faibles.
Dans cette equation, q designe le rendement de conversion
photoelectrique, + designe le flux du rayonnement du fond continu
parvenant sur le detecteur, t l'epaisseur du detecteur, R(nb) la
vitesse de recombinaison d'Auger, (nb) la mobilite ambipolaire des
porteurs, E(nb) le champ electrique de polarisation, n la densite
electronique (n E n0 + n#), nb la densite des porteurs en exces dus au
flux du fond continu et x la distance mesuree a partir d'une premiere
extremite, l'extremite de polarisation positive du detecteur, et dans
les equations qui suivent, T0 designe la duree de vie des porteurs en
exces mesuree avec un fond continu nul,;; designe la duree de. vie
mesuree e l'extremite de polarisation negative d'un tres long filament
et in situ, Eo designe le champ de polarisation mesure au contact de
polarisation positive (x - O), et neff designe la densite mas ai que
efficace des porteurs tenant compte de la conductance superficielle de
shunt, cette densite etant habituellement de l'odre de 2nO.
La vitesse de rebombinaison d'Auger R(n), la mobilite ambipolaire H
nb) et le champ de polarisation E(nb) varient avec la densite des
porteurs en exces nb suivant les relations
Le detecteur est utilise dans un ensemble protecteur refroidi ayant
une ouverture F/2,5 et, pour ces conditions, le flux du rayonnement du
fond continu + est ainsi egal a 2,7.1016 -2 s-1 pour une temperature
du fond continu T = 295 K et une longueur d'onde du rayonnement Ac =
11,7 microns. On prend aussi des valeurs caracteristiques pour le
rendement quantique 'I: 0,7 et pour le champ de polarisation Eo de 30
V.cm#1.
Sur la figure 2, la densite des porteurs en exces nb(x) est
representee en trait interrompu, et la vitesse de derive V(x) en trait
continu, pour trois valeurs differentes de la duree de vie des
porteurs #O = 2, 4 et 6 microsecondes.
La vitesse de derive# est donnee par la relation y(n) = (n). E(n)
Equation 5
La duree de vie in situ ## est donnee par la relation rOO - (#o. no2)
/ (nO + nb)(nO + 2nb) Equation 6 et elle a des valeurs de 1,5, 2,5 et
3,4 microsecondes correspondant aux trois valeurs de duree de vie des
porteurs #o de 2, 4 et 6 microsecondes. o
On note sur la figure 2 qu'il existe une variation considerable de la
vitesse de derive et que celle-ci est la plus prononcee dans le cas du
dispositif ayant la plus longue duree de vie des porteurs ( less than
o = 6 microsecondes). Lorsqu'on choisit une longue bande (environ 1200
microns), on peut noter que la variation de la vitesse de derive est
faible dans la region d'extremite de 750 a 1200 microns. Cependant
pour les bandes plus courtes, par exemple ayant une longueur egale a 2
peS, la variation de la vitesse de derive pose un probleme.
Cependant, on peut obtenir une amelioration par modification du profil
du champ de polarisation. Ainsi, la figure 3 represente un detecteur
ayant une configuration geometrique modifiee. Ce detecteur qui est
aussi a base de cadmium telluride et de mercury de type n et qui a une
epaisseur de 8 microns, est sous forme d'un segment tronque de cercle
ayant une largeur, en son point le plus large, de 62,5 microns, et un
contact 3 de polarisation positive est forme a cette extremite. La
bande 1 a ainsi des cotes qui se rapprochent et qui sous-tendent un
angle d'environ 1,50 au centre du cercle, a une distance du contaet de
polarisation positive de 2400 microns.
On conclut que l'equation de continuite devient
L'equation differentielle 7 est resolue numeriquement avec les
parametres indiques precedemment, sauf que le champ de polarisation Eo
est reduit afin qu il corresponde a une vitesse de balayage de 1,1.104
cm.s-1 environ, c'est a-dire que E = 22,6 V.cm-1. o
Comme l'indique la figure 4, la dispersion de la vitesse de derive
(-c'est-a-dire son ecart)est tres inferieure a celle du dispositif de
configuration rectiligne (voir figure 2 avec une echelle differente)
bien que, pour la forme particulierement simple de variation de
largeur choisie, la correction ne soit pas suffisante pres du contact
de polarisation positive, et la correction soit un peu excessive aux
points du detecteur les plus' eloignes de ce contact. Neanmoins, si la
longueur du detecteur est limitee a 400 microns, la vitesse
ambipolaire, en aucun point sur la longueur, et pour aucun des trois
cas consideres, ne s'ecarte de plus de 5 percent d'une valeur de
1,13.104 cm.s-1.Une estimation grossiere de l'elargissement des
impulsions dO au desaccord des vitesses indique que celui-ci est
inferieur a 8 microns dans le cas le plus mauvais (t0 = 2
microsecondes) et peut etre compare d'une maniere favorable a
l'elargissement des impulsions estime pour le dispositif de
configuration geometrique rectiligne qui est de 41 microns. La
resolution est donc nettement amelioree.
On peut encore obtenir une meilleure amelioration par modification du
profil de variation progressive. Ainsi, sur la figure 5, la largeur du
detecteur suit un profil donnant une vitesse constante de derive sur
toute la longueur de la bande. Le profil ideal est calcule d'apres
l'equation de continuite, avec, comme restriction, le maintien de la
vitesse a une valeur constante
V = #(x)E(x) = v c (constante) Equation 9
La variation de largeur W est donnee par l'equation
Ce profil peut etre obtenu avec un cache photographique forme par
dessin avec l'-assistance d'un ordinateur, et mise en forme
photolithographique de la matiere conductrice avec un produit chimique
d'attaque.
Dans le cas d'autres processus de recombinaison, il existe une
relation differente entre nbZnO, par exemple dans le cas d'un
dispositif dans lequel une recombinaison radiative predomine, la
relation donnant nb/nO est nb -n = /T1 - exp(-x/vcroEquation 14 n o
Dans le cas general, comprenant une recombinaison radiative et d'Auger
ou en fait tout autre processus de recombinaison pour lequel le
processus varie avec la concentration des porteurs de la meme maniere,
des formules correspondantes peuvent etre tirees des equations
fondamentales indiquees precedemment.
Lorsque la variation de largeur ou d'epaisseur doit etre importante,
on peut apporter de petites variations aux parametres f, Ot et tfo
afin de tenir compte de l'inter o section incomplete du flux
photonique total par les parties relativement etroites du detecteur.
On peut calculer ces valeurs d'une maniere simple d'apres la derniere
equation indiquee.
Claims
_________________________________________________________________
REVENDICATIONS
1. Detecteur a bande photoconductrice, du type qui comprendune bande
(1) d'une matiere photoconductrice, ayant une longue duree de vie des
photoporteurs,une paire de contacts de polarisation (3, 5) espaces sur
cette bande (1), etune region de lecture (9) placee entre les contacts
de polarisation (3, 5), le detecteur etant caracterise en ce que l'une
au moins des dimensions laterales de la bande (1), c'est-a-dire son
epaisseur ou sa largeur, est fonction de la distance mesuree le long
de la bande (1) afin que la valeur de la vitesse de derive des
photoporteurs presente un ecart notablement reduit dans la plus grande
partie de la bande lorsqu'une polarisation est appliquee.
2. Detecteur selon la revendication 1, caracterise en ce que la bande
(1) a un profil variant progressivement.
3. Detecteur selon la revendication 2, caracterise en ce que la bande
(1) a un profil variant progressivement et non rectiligne, le profil
etant adapte afin qu'il donne une vitesse de derive des photoporteurs
sensiblement constante dans toute la bande (1) lorsqu'une polarisation
est appliquee.
4. Detecteur selon la revendication 3, caracterise en ce que la
largeur de la bande (1) varie avec la distance suivant l'equationdans
laquelle WO designe une largeur de reference, W(x) designe la largeur
a la distance x de l'origine, nb designe la densite des porteurs en
exces dus au flux du fond continu, n0 designe la densite electronique
due a la polarisation et neff designe la densite massique efficace des
porteurs, tenant compte de la conductance superficielle de shunt.
5. Detecteur a ban-de photoconductrice, du type qui comprendune bande
(1) d'une matiere photoconductrice ayant une longue duree de vie des
photoporteurs,deux contacts de polarisation (3, 5) espaces sur cette
bande (1) etune region de lecture (9) placee entre les deux contact de
polarisation (3, 5), caracterise en ce que la bande (1) est formee
d'une matiere qui a une concentration massique des donneurs qui est
fonction de la longueur'le long de la bande (1), cette con entration
modifiant l'amplitude locale du champ de polarisation le long de la
bande (1) afin que la valeur de la vitesse de derive des photoporteurs
ne varie que tres peu dans la plus grande partie de la bande (1)
lorsqu'une polarisation est appliquee.
6. Detecteur a bande photoconductrice, du type qui comprendune bande
(1) d'une matiere photoconductrice ayant une longue duree de vie des
photoporteurs,deux contacts de polarisation (3, 5) espaces le long de
cette bande, etune region de lecture (9) placee entre -les deux
contacts de polarisation (3, 5), caracterise en ce que la matiere de
la bande (1) a subi un traitement superficielle progressif modifiant
l'amplitude locale du champ de polarisation le long de la bande (1)
afin que la valeur de la vitesse de derive des photoporteurs dans la
plus grande partie de la bande (1), presente une variation tres
reduite lorsqu'une polarisation est appliquee.
7. Detecteur a bande photoconductrice, du type qui comprendune bande
(1) d'une matiere #photoconductrice ayant une longue duree de vie des
photoporteurs,deux contacts de polarisation (3, 5) distants sur cette
bande (1), etune region de lecture (9) disposee entre les deux
contacts de polarisation (3, 5), le detecteur etant caracterise en ce
qu'il comporte des electrodes placees a la surface de la matiere de la
bande (1), de chaque cote d'un troncon expose de la matiere, les
electrodes etant isolees par rapport a la surface, et etant destinees
a modifier l'amplitude locale du champ de polarisation le long de la
bande (1) afin que la valeur de la vitesse de derive des
photoporteurs, dans la plus grande partie de la bande (1) soit tres
reduite lorsqu'une polarisation est appliquee.
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identitfied items in that section.
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selecting and unselecting checkboxes.
10. The main output window contains the publication full text (or part
thereof if selected).
11. The Tools section contains tools to help you navigate the
"discovered" (highlighted) items of interest.
The arrows and counter let you move through the highlighted items
in order.
12. Other tools include a "Preview" option [ [preview.png] ] and the
ability to mark the relative locations of highlighted items by
using the "Marker" option [ [marker.png] ].
Try these out to best understand how they work, and to discover if
they are of use to you.
13. Items selected from the menu on the left will be highlighted in
the main publication section (here in the middle of the screen).
Click them for further information and insights (including
chemical structure diagrams where available).
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