EP1186058A1 - Dispositif de detection de rayonnement a forte dynamique - Google Patents

Dispositif de detection de rayonnement a forte dynamique

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EP1186058A1
EP1186058A1 EP00931310A EP00931310A EP1186058A1 EP 1186058 A1 EP1186058 A1 EP 1186058A1 EP 00931310 A EP00931310 A EP 00931310A EP 00931310 A EP00931310 A EP 00931310A EP 1186058 A1 EP1186058 A1 EP 1186058A1
Authority
EP
European Patent Office
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bar
width
electrode
strips
parallel
Prior art date
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Ceased
Application number
EP00931310A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Francis Glasser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1186058A1 publication Critical patent/EP1186058A1/fr
Ceased legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01T—MEASUREMENT OF NUCLEAR OR X-RADIATION
    • G01T1/00—Measuring X-radiation, gamma radiation, corpuscular radiation, or cosmic radiation
    • G01T1/16—Measuring radiation intensity
    • G01T1/24—Measuring radiation intensity with semiconductor detectors
    • G01T1/241—Electrode arrangements, e.g. continuous or parallel strips or the like
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
    • H01L31/085—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors the device being sensitive to very short wavelength, e.g. X-ray, Gamma-rays

Definitions

  • the invention relates to a high dynamic range radiation detection device.
  • highly dynamic detection device is intended to mean a device capable of detecting radiation of both low flux and high flux.
  • the radiation in question may be X or ⁇ radiation, but other types of radiation, for example of the corpuscular type, could be used, such as proton beams.
  • This radiation is capable of creating electrical charges within a semiconductor material in a volume of 1 order of the cubic millimeter.
  • the invention finds applications in particular in the medical field. For example, for an X-ray, the X-ray used, before arriving on the detector device, passes through the body of a patient where it is absorbed in an inhomogeneous manner. The outgoing flow can therefore vary considerably locally (several decades).
  • Another area is that of non-destructive testing by radiography, for example the interior of containers (loading of boats) which can have very varied absorption.
  • radiation detectors for example X or ⁇
  • scintillator detectors operating on an indirect detection principle: the incident photon interacts with the scintillator material by creating photons of another type, photons which are multiplied by a photomultiplier to provide a measurable electrical signal.
  • Figure 1 schematically describes a detector of this type.
  • the device comprises a semiconductor material 2 surrounded by two electrodes 4 and 6, supply means 8 capable of bringing the electrode 6 to an appropriate voltage (-V), means for measuring the current ( i) delivered, comprising, in the example illustrated, an amplifier 10 the output of which is looped back to the input by a capacitor 12, a switch 14 being furthermore disposed at the terminals of this capacitor.
  • the device finally includes a device for measuring current (or voltage 16). • The radiation that we want to detect is referenced 20 and it passes through the semiconductor material 2.
  • the operation of this device is as follows.
  • the radiation 20 interacts with the semiconductor material 2 by creating electrical charges.
  • the number of charges created is of an order of magnitude greater than that obtained by indirect detection by a scintillator detector.
  • the electric field created in the material by the electrodes makes it possible to collect these charges on the electrodes and in particular the electrode 4. These charges are then stored in the capacitor 12 and processed in the circuit 16 which delivers a signal representative of the radiation.
  • the integration capacitor 12 is dimensioned so as to be able to store the maximum amount of charge that the semiconductor material can deliver. This quantity depends on the value of the incident flux. If the flow is very high, the number of charges to be stored will be high and the capacities necessary for their storage will have to be large. These capacity values may either not exist on the electronic components market, or imply areas of integrated capacity that are too large for the space available on the circuit.
  • the solution therefore consists in reducing the quantity of charges to be stored, only when the incident flux is too high. But it is essential to maintain the fundamental qualities of the detector, namely a good spatial resolution or a good contrast.
  • the spatial resolution is the minimum distance which must separate the points of interaction with the material of two incident photons so that the detector can differentiate them.
  • the quantity of charges to be stored cannot be reduced by simply reducing the number of photons arriving on the detector. This method, valid for high flows, would not be suitable for low flows and the detector would lose the dynamics necessary for the application.
  • the number of incident photons must remain consistent because the noise of the electrical signal is proportional to 1 / vN where N is the number of photons absorbed in the entire volume of the detector.
  • the object of the present invention is precisely to propose a device for detecting radiation with high dynamics which does not have these drawbacks and makes it possible to satisfy these contradictory requirements.
  • the invention provides a device, the essential characteristic of which is that the polarization electrode, opposite the measurement electrode, is fragmented into conductive zones electrically isolated from each other, the supply means being capable of carrying each of these areas at an appropriate voltage.
  • the incident radiation is injected in a direction perpendicular to the direction of fractionation of the polarization electrode.
  • the invention therefore relates to a device for detecting energy radiation, comprising a semiconductor material capable of converting this radiation into electrical charges, a measurement electrode and a measurement circuit for measuring the current delivered by this electrode, characterized in that it further comprises polarization electrodes constituted by conductive zones electrically isolated from each other, said polarization electrodes and the measurement electrode surrounding the material and supply means capable of carrying each these conductive areas at a suitable adjustable voltage.
  • the semiconductor material has the shape of a parallelepiped bar with a depth intended to be oriented parallel to the direction of the radiation, a width and a height, this bar having two parallel faces separated by said height, the measuring electrode and the bias electrodes being disposed on these faces.
  • the conductive areas of the polarization electrode are in the form of rectangular strips having a length parallel to the width of the bar and a width parallel to the depth of the bar.
  • the measuring electrode consists of rectangular conductive strips having a length parallel to the depth of the bar and a width parallel to the width of the bar. Fragmentation zones can take various forms, notably in rectangular bands.
  • FIG. 4 shows a particular embodiment with areas of increasing widths
  • FIG. 5 shows another particular embodiment with a succession of strips of the same width
  • FIG. 6 illustrates a particular embodiment in which the two polarization and measurement electrodes are fragmented in two orthogonal directions. Description of particular embodiments
  • the number of charges collected is reduced by reducing the electric field applied to the semiconductor material, therefore the voltage applied to the electrodes.
  • This operating mode is never used in the prior art, since it is considered that by lowering the operating voltage, the charge carriers will migrate more slowly and be partially trapped.
  • the quantity of charges stored in the capacitor will be very variable and the measured signal not very reproducible.
  • the Applicant has shown that this was not the case for high energy photons (of the order of MeV). Indeed, such photons create electron-hole pairs in a large volume, whose typical cross section is of the order of 1 to a few mm 2 .
  • FIG. 2 shows the measured charge C (in arbitrary units) as a function of the bias voltage V, expressed in volts.
  • the (exponential) curve is regular and attests to a relationship simple between the variation of tension and the variation of quantity of collected charges.
  • This first operating mode therefore makes it possible to reduce the quantity of charges to be treated while preserving the contrast. But this is done at the expense of spatial resolution.
  • the invention proposes another operating mode (which can moreover be associated with the first) and which exploits the fragmentation of the polarization electrode opposite to the measurement electrode.
  • a device is thus obtained whose interaction volume is adjustable depending on whether or not voltages are applied to the different bias electrodes.
  • one or more zones can be energized and are therefore active for the collection of charges; other areas may have zero polarization.
  • all the polarization electrodes can be connected in order to collect the maximum of charges; when the flux increases, one or more electrodes will be deactivated, that is to say for example grounded.
  • the voltage can be adjusted to its optimal value, that is to say to a value high enough to obtain a quality spatial resolution.
  • the volume of material involved being smaller, the number of photons participating in the creation of charges is lower which causes an increase in the value of the noise, which deteriorates the contrast.
  • This operating mode therefore makes it possible to reduce the quantity of charges without losing the spatial resolution but to the detriment of the contrast.
  • FIG. 4 illustrates a variant of the device intended to respond to a very large flow dynamic.
  • this variant which also includes three polarization electrodes 6A, 6B and 6C, in the form of strips, the width of the conductive strips (counted parallel to the depth of the bar) changes from one strip to another according to a geometric progression of reason 10 (the width is 10 times greater for zone 6B than for zone 6A and 10 greater for zone 6C than for zone 6B).
  • the length of the strips 6A, 6B, 6C counted parallel to the width 1 of the bar is substantially equal to the width of the bar.
  • the first zone 6A very narrow, will be used with an optimal voltage and will make it possible to obtain information with a high spatial resolution, while the second zone 6B and possibly the third 6C will be used with a low voltage and will make it possible to obtain high contrast information.
  • This variant is advantageous in the case of bundles, which diffuse in the material in a volume having a pear shape, the depth of the narrow part of the pear fixing the width of the first zone (6A).
  • the first electrode will be sized to stop 99% of photons of 50 keV (low energy), the second to stop 95% of photons of a few hundred keV and the third to stop the rest high energy photons (more than 500 keV).
  • the electrodes will typically have widths of 50 to 100 ⁇ m, 200 to 500 ⁇ m and 2 to 3 cm, respectively.
  • This system allows with a single detector and a single electronic measurement circuit to produce three images with different energies. After processing the images, it is possible to deduce the nature of the materials which have attenuated the beam.
  • FIG. 5 illustrates another case where six electrodes 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F are made up of strips of the same width. A periodic structure is thus obtained.
  • the width of the strips can be, for example, 10 mm.
  • the device of the invention is particularly advantageous when it is repeated a certain number of times to constitute a matrix.
  • the device is then capable of determining the place of interaction of a photon with the semiconductor material: it then makes it possible to produce an image.
  • the fragmentation of the electrodes does not significantly increase the size of the device, the latter can therefore be juxtaposed with other devices of the same type.
  • the stamping can be carried out on the same bar but of more substantial width, with a fragmentation of the lower electrode in the direction of the depth. This is illustrated in FIG. 6.
  • a device which comprises two polarization electrodes 6A and 6B and six measurement electrodes 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f constituting parallel rectangular strips at the depth of the bar.
  • the material can be chosen from the group consisting of CdTe, CdZnTe, AsGa, Pbl 2 , Hgl 2 and Se.
  • the device of the invention is advantageously used in the form of a CdTe parallelepiped having an entry surface of the order of 1 mm 2 , the depth of the bar being 60 mm, to have sufficient stopping power for photons of such energy.

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Abstract

Selon l'invention, il existe plusieurs électrodes de polarisation (6A, 6B, 6C). Cela permet de faire fonctionner le dispositif de plusieurs manières selon le flux du rayonnement. Application par exemple en radiographie (domaine médical ou contrôle non destructif).

Description

DISPOSITIF DE DETECTION DE RAYONNEMENT A FORTE DYNAMIQUE
DESCRIPTION
Domaine techniçrue
L'invention concerne un dispositif de détection de rayonnement à forte dynamique .
On entend par dispositif de détection à forte dynamique un dispositif capable de détecter un rayonnement aussi bien de faible flux que de fort flux.
Le rayonnement dont il est question peut être un rayonnement X ou γ, mais on pourrait utiliser d'autres types de rayonnement, de type corpusculaire par exemple, comme des faisceaux de protons. La seule contrainte est que ce rayonnement soit capable de créer des charges électriques au sein d'un matériau semiconducteur dans un volume de 1 ' ordre du millimètre cube . L'invention trouve des applications en particulier dans le domaine médical. Par exemple, pour une radiographie, le rayonnement X utilisé, avant d'arriver sur le dispositif détecteur, traverse le corps d'un patient où il est absorbé de façon inhomogène. Le flux ressortant peut donc localement varier considérablement (plusieurs décades) .
Un autre exemple peut être pris en radiothérapie : le patient sera très faiblement irradié dans un premier temps pour le positionnement, puis très fortement irradié dans un deuxième temps pour le traitement. Un autre domaine est celui du contrôle non destructif par radiographie, par exemple de l'intérieur de containers (chargement des bateaux) qui peuvent présenter des absorptions très variées .
Etat de la technique antérieure
A l'heure actuelle, et en particulier dans le domaine médical, les détecteurs de rayonnement (par exemple X ou γ) sont généralement des détecteurs à scintillateurs fonctionnant sur un principe de détection indirecte : le photon incident interagit avec le matériau scintillateur en créant des photons d'un autre type, photons qui sont multipliés par un photomultiplicateur afin de fournir un signal électrique mesurable.
Ces détecteurs présentent une efficacité et une résolution qui peuvent être insuffisantes pour certaines applications.
Ces caractéristiques peuvent être améliorées en remplaçant les détecteurs à scintillateur par des détecteurs à semi-conducteur. La figure 1 annexée décrit schématiquement un détecteur de ce type.
Tel que représenté, le dispositif comprend un matériau semi-conducteur 2 encadré par deux électrodes 4 et 6, des moyens d'alimentation 8 aptes à porter l'électrode 6 à une tension appropriée (-V), des moyens pour mesurer le courant (i) délivré, comprenant, dans l'exemple illustré, un amplificateur 10 dont la sortie est rebouclée sur l'entrée par un condensateur 12, un interrupteur 14 étant en outre disposé aux bornes de ce condensateur. Le dispositif comprend enfin un appareil de mesure du courant (ou de la tension 16) . • Le rayonnement que l'on veut détecter est référencé 20 et il traverse le matériau semi-conducteur 2.
Le fonctionnement de ce dispositif est le suivant. Le rayonnement 20 interagit avec le matériau semiconducteur 2 en créant des charges électriques . Pour un même rayonnement incident, le nombre de charges créées est d'un ordre de grandeur supérieur à celui qui est obtenu en détection indirecte par un détecteur à scintillateur. Le champ électrique créé dans le matériau par les électrodes permet de collecter ces charges sur les électrodes et notamment l'électrode 4. Ces charges sont ensuite stockées dans le condensateur 12 et traitées dans le circuit 16 qui délivre un signal représentatif du rayonnement.
Le condensateur d'intégration 12 est dimensionné de façon à pouvoir stocker la quantité de charges maximale que peut délivrer le matériau semi-conducteur. Cette quantité est fonction de la valeur du flux incident. Si le flux est très élevé, le nombre de charges à stocker sera élevé et les capacités nécessaires à leur stockage devront être grandes. Ces valeurs de capacité peuvent soit ne pas exister sur le marché des composants électroniques, soit impliquer des surfaces de capacité intégrée trop grandes pour la place disponible sur le circuit.
La solution consiste donc à diminuer la quantité de charges à stocker, uniquement lorsque le flux incident est trop élevé. Mais il est essentiel de conserver les qualités fondamentales du détecteur, à savoir une bonne résolution spatiale ou un bon contraste. La résolution spatiale est la distance minimale qui doit séparer les points d'interaction avec le matériau de deux photons incidents pour que le détecteur puisse les différencier. La quantité de charges à stocker ne peut pas être diminuée par simple réduction du nombre de photons arrivant sur le détecteur. Cette méthode, valable pour les forts flux, ne conviendrait pas pour les faibles flux et le détecteur perdrait la dynamique nécessaire à l'application. De plus, le nombre de photons incidents doit rester conséquent car le bruit du signal électrique est proportionnel à 1/vN où N est le nombre de photons absorbés dans tout le volume du détecteur.
La présente invention a justement pour but de proposer un dispositif de détection de rayonnement à forte dynamique qui ne présente pas ces inconvénients et permet de satisfaire à ces exigences contradictoires .
Exposé de l'invention
A cette fin, l'invention propose un dispositif dont la caractéristique essentielle est que 1 ' électrode de polarisation, opposée à l'électrode de mesure est fragmentée en zones conductrices électriquement isolées les unes des autres, les moyens d'alimentation étant aptes à porter chacune de ces zones à une tension appropriée .
En fonctionnement, le rayonnement incident est injecté dans une direction perpendiculaire à la direction de fractionnement de l'électrode de polarisation. Ces moyens permettent de faire fonctionner- le dispositif de deux manières différentes, selon les applications envisagées :
- soit qu'on travaille à faible tension, sur la totalité du matériau, auquel cas on obtient un faible bruit et on améliore le contraste,
- soit qu'on travaille sur une partie seulement du matériau mais avec une tension élevée, auquel cas on améliore la résolution spatiale.
De façon précise, l'invention a donc pour objet un dispositif de détection de rayonnement énergétique, comprenant un matériau semi-conducteur apte à convertir ce rayonnement en charges électriques, une électrode de mesure et un circuit de mesure pour mesurer le courant délivré par cette électrode, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des électrodes de polarisation constituées de zones conductrices électriquement isolées les unes des autres, lesdites électrodes de polarisation et l'électrode de mesure encadrant le matériau et des moyens d'alimentation aptes à porter chacune de ces zones conductrices à une tension appropriée réglable.
De préférence, le matériau semi-conducteur présente une forme de barreau parallélépipédique avec une profondeur destinée à être orientée parallèlement à la direction du rayonnement, une largeur et une hauteur, ce barreau présentant deux faces parallèles séparées par ladite hauteur, l'électrode de mesure et les électrodes de polarisation étant disposées sur ces faces . De préférence, dans cette variante, les zones conductrices de l'électrode de polarisation sont en forme de bandes rectangulaires ayant une longueur parallèle à la largeur du barreau et une largeur parallèle à la profondeur du barreau.
Dans une autre variante, l'électrode de mesure est constituée de bandes conductrices rectangulaires ayant une longueur parallèle à la profondeur du barreau et une largeur parallèle à la largeur du barreau. Les zones de fragmentation peuvent prendre diverses formes, notamment en bandes rectangulaires.
Brève description des dessins
- la figure 1, déjà décrite, illustre un détecteur de l'art antérieur ;
- la figure 2 représente l'évolution du nombre de charges collectées en fonction de la valeur de la polarisation des électrodes ;
- la figure 3 illustre schématiquement la fragmentation d'une électrode ;
- la figure 4 montre un mode particulier de réalisation avec des zones de largeurs croissantes ;
- la figure 5 montre un autre mode particulier de réalisation avec une succession de bandes de même largeur ;
- la figure 6 illustre un mode particulier de réalisation dans lequel les deux électrodes de polarisation et de mesure sont fragmentées dans deux directions orthogonales. Description de modes particuliers de réalisation
Selon un premier mode de fonctionnement du dispositif de l'invention, on réduit le nombre de charges collectées en réduisant le champ électrique appliqué au matériau semi-conducteur, donc la tension appliquée aux électrodes. Ce mode de fonctionnement n'est jamais utilisé dans l'art antérieur, car on considère qu'en baissant la tension de fonctionnement, les porteurs de charge vont migrer moins vite et se faire piéger en partie. Suivant le lieu de l'interaction rayonnement-matière (au voisinage des électrodes ou au centre du barreau) , la quantité de charges stockées dans le condensateur sera très variable et le signal mesuré peu reproductible. Or, le Demandeur a montré qu'il n'en était rien pour les photons de haute énergie (de l'ordre du MeV) . En effet, de tels photons créent des paires électron-trou dans un volume important, dont la section droite typique est de l'ordre de 1 à quelques mm2. Il existe alors des charges dans tout le volume séparant les électrodes. Lorsque le nombre de photons incidents est important (ce qui est le cas lorsque le problème de l'excès de charges se pose) , on peut considérer que la répartition des charges dans le volume du semi-conducteur est uniforme (par moyennage) . C'est pourquoi, si le signal de sortie diminue avec la tension de polarisation, il reste néanmoins stable et reproductible. C'est ce que confirme la figure 2, qui montre la charge mesurée C (en unité arbitraire) en fonction de la tension de polarisation V, exprimée en volts. La courbe (exponentielle) est régulière et atteste d'une relation simple entre la variation de tension et la variation de quantité de charges collectées.
Ce premier mode de fonctionnement permet donc de réduire la quantité de charges à traiter tout en préservant le contraste. Mais cela s'effectue au détriment de la résolution spatiale. Pour palier à cet inconvénient, l'invention propose un autre mode de fonctionnement (qui peut d'ailleurs être associé au premier) et qui exploite la fragmentation de l'électrode de polarisation opposée à l'électrode de mesure .
Les figures 3 , 4 et 5 illustrent des exemples de réalisation de cette fragmentation. Ces exemples se rapportent à un barreau parallèlépipédique, mais, naturellement, cette forme n'est pas la seule possible. Sur la figure 3, on voit un barreau 2 avec une grande dimension, appelée profondeur et repérée par la lettre p, parallèle à la direction du rayonnement 20 à détecter ; le barreau possède une largeur 1 et une hauteur h. Les faces séparées par la hauteur h portent les électrodes. Dans le cas illustré, on trouve trois électrodes de polarisation 6A, 633 et 6C, isolées électriquement les unes des autres et reliées à trois moyens d'alimentation 8A, 8B, lesquels sont aptes à appliquer à ces trois électrodes 6A, 6B, 6C trois tensions réglables indépendantes les unes des autres. Quant à l'électrode de mesure 4, elle est reliée à un circuit unique de mesure de courant, à savoir dans le cas illustré, un circuit comprenant un amplificateur 10, un condensateur 12, un interrupteur 14 et un circuit de mesure du courant 16.
On obtient ainsi un dispositif dont le volume d'interaction est réglable selon que l'on applique ou non des tensions sur les différentes électrodes de polarisation.
En fonction de la valeur du flux incident, une ou plusieurs zones peuvent être mises sous tension et sont donc actives pour la collection des charges ; d'autres zones peuvent avoir une polarisation nulle. Lorsque le flux incident sera faible, toutes les électrodes de polarisation pourront être connectées afin de collecter le maximum de charges ; lorsque le flux augmentera, une ou plusieurs électrodes seront désactivées, c'est-à- dire par exemple mises à la masse.
Dans ce mode de fonctionnement, seules les charges créées en regard des électrodes de polarisation alimentées sont collectées (par le circuit de mesure unique) . Le nombre de charges à collecter étant moins élevé, la tension peut être réglée à sa valeur optimale, c'est-à-dire à une valeur suffisamment élevée pour obtenir une résolution spatiale de qualité.
D'autre part, le volume de matériau impliqué étant plus petit, le nombre de photons participant à la création de charges est plus faible ce qui entraîne une augmentation de la valeur du bruit, ce qui détériore le contraste. Ce mode de fonctionnement permet donc de réduire la quantité de charges sans perdre la résolution spatiale mais au détriment du contraste. Dans certains cas, il pourra être opportun d'utiliser simultanément les deux modes de fonctionnement décrits, en réduisant la surface des électrodes actives et leur appliquant une tension plus faible que la tension optimale.
La figure 4 illustre une variante du dispositif destinée à répondre à une très grande dynamique de flux. Dans cette variante, qui comprend encore trois électrodes de polarisation 6A, 6B et 6C, sous forme de bandes, la largeur des bandes conductrices (comptée parallèlement à la profondeur du barreau) change d'une bande à l'autre selon une progression géométrique de raison 10 (la largeur est 10 fois plus grande pour la zone 6B que pour la zone 6A et 10 plus grande pour la zone 6C que pour la zone 6B) . On peut ainsi obtenir deux décades. La longueur des bandes 6A, 6B, 6C comptée parallèlement à la largeur 1 du barreau est sensiblement égale à la largeur du barreau.
La première zone 6A, très étroite, sera utilisée avec une tension optimale et permettra d'obtenir des informations avec une grande résolution spatiale, tandis que la deuxième zone 6B et éventuellement la troisième 6C seront utilisées avec une faible tension et permettront d'obtenir des informations à fort contraste . Cette variante est intéressante dans le cas de faisceaux, qui diffusent dans le matériau dans un volume présentant une forme de poire, la profondeur de la partie étroite de la poire fixant la largeur de la première zone (6A) . Cette variante peut être utilisée aussi dans le cas d'un faisceau incident multiénergétique, par exemple avec une énergie variant de 50keV à 20 MeV: La première électrode sera dimensionnée pour arrêter 99 % des photons de 50 keV (faible énergie), la deuxième pour arrêter 95 % des photons de quelques centaines de keV et la troisième pour arrêter le reste des photons de haute énergie (plus de 500 keV) . Les électrodes auront typiquement des largeurs respectivement de 50 à lOOμm, de 200 à 500μm et de 2 à 3 cm.
Ce système permet avec un seul détecteur et un seul circuit électronique de mesure de réaliser trois images à énergies différentes. Après traitement des images, il est possible de déduire la nature des matériaux qui ont atténué le faisceau.
La figure 5 illustre un autre cas où six électrodes 6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F sont constituées de bandes de même largeur. On obtient ainsi une structure périodique. La largeur des bandes peut être, par exemple, de 10 mm.
Le dispositif de 1 ' invention est particulièrement avantageux lorsqu'il est répété un certain nombre de fois pour constituer une matrice. Le dispositif est alors capable de déterminer le lieu d'interaction d'un photon avec le matériau semi-conducteur : il permet alors de réaliser une image. La fragmentation des électrodes n'augmentant pas de façon significative l'encombrement du dispositif, ce dernier peut donc être juxtaposé à d'autres dispositifs de même type. De façon avantageuse, pour éviter la découpe de fins dispositifs ainsi que leur manipulation, le matriçage peut être réalisé sur un même barreau mais de largeur plus conséquente, avec une fragmentation de l'électrode inférieure dans le sens de la profondeur. C'est ce qu'illustre la figure 6. On voit, sur cette figure, un dispositif qui comprend deux électrodes de polarisation 6A et 6B et six électrodes de mesure 4a, 4b, 4c, 4d, 4e, 4f constituant des bandes rectangulaires parallèles à la profondeur du barreau.
Le matériau semi-conducteur utilisable dans l'invention qui vient d'être décrite peut être quelconque et, de façon avantageuse, être choisi parmi les semi-conducteurs présentant une haute résistivité (typiquement supérieure à 107Ωcm) de façon à fournir un faible courant lorsqu'il est polarisé et non éclairé et parmi les semi-conducteurs présentant un facteur μτ (produit de la mobilité par la durée de vie des porteurs) suffisamment élevé pour que les charges créées et soumises à un champ électrique aient le temps d'atteindre les électrodes (typiquement pour un champ électrique de 0,1 V/cm, μ = 1000 cm2s"1V"1, τ = lμs).
En particulier, le matériau peut être choisi dans le groupe consistant en le CdTe, le CdZnTe, l'AsGa, le Pbl2, le Hgl2 et le Se. Dans le cas de la détection d'un rayonnement X de quelques MeV pour la radiographie, le dispositif de l'invention est avantageusement utilisé sous forme d'un parallélépipède de CdTe présentant une surface d'entrée de l'ordre de 1 mm2, la profondeur du barreau étant de 60 mm, pour présenter un pouvoir d'arrêt suffisant pour des photons d'une telle énergie.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de détection de rayonnement énergétique, comprenant un matériau semi-conducteur (2) apte à convertir ce rayonnement en charges électriques, une électrode de mesure (4) et un circuit de mesure
(10, 12, 14, 16) pour mesurer le courant délivré par cette électrode, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des électrodes de polarisation constituées de zones conductrices (6A, 6B, 6C) électriquement isolées les unes des autres, lesdites électrodes de polarisation et 1 ' électrode de mesure encadrant le matériau (7) et des moyens d'alimentation (8A, 8B, 8C) aptes à porter chacune de ces zones conductrices à une tension appropriée réglable.
2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le matériau semi-conducteur (2) présente une forme de barreau parallélépipédique avec une profondeur (p) destinée à être orientée parallèlement à la direction du rayonnement (20) , une largeur (1) et une hauteur (h) , ce barreau présentant deux faces parallèles séparées par ladite hauteur (h), l'électrode de mesure (4) et les électrodes de polarisation (6A, 6B, 6C) étant disposées sur ces faces.
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel les zones conductrices de l'électrode de polarisation sont en forme de bandes rectangulaires (6A, 6b, 6C, 6D, 6E, 6F) ayant une longueur parallèle à la largeur (1) du barreau (2) et une largeur parallèle à la profondeur du barreau (p) .
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel toutes les bandes (6A, 6B, 6C, 6D, 6E, 6F, figure 5) ont même largeur.
5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel les bandes (6A, 6B, 6C) présentent une largeur croissante dans le sens de la profondeur du barreau (2) .
6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les bandes ont des largeurs en progression géométrique de raison 10 (6A, 6B, 6C, figure 4).
7. Dispositif la revendication 1, dans lequel le matériau semi-conducteur est pris dans le groupe consistant en le CdTe, le CdZnTe, l'AsGa, le Pbl2, le Hgl2 et le Se.
8. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel l'électrode de mesure est constituée de bandes conductrices rectangulaires (4A, 4B, 4C, ...) ayant une longueur parallèle à la profondeur (p) du barreau et une largeur parallèle à la largeur du barreau (Fig. 6) .
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