FR2784232A1 - Detecteurs de rayonnement et procede de fabrication et de conditionnement de tels detecteurs - Google Patents
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Abstract
Procédé de fabrication et de conditionnement de blocs de détecteur de rayonnement, à partir d'une plaque de semi-conducteur (10). Le procédé comporte : a) le découpage de la plaque (10) pour définir des blocs de détecteur (40) présentant chacun au moins un flanc latéral (42),b) le polissage des flancs latéraux (42) des blocs de détecteur.Application à la réalisation d'équipement d'imagerie médicale.
Description
DETECTEURS DE RAYONNEIENT ET PROCEDE DE FABRICATION ET
DE CONDITIONNEMENT DE TELS DETECTEURS
DESCRIPTION
Domaine technique La présente invention concerne des détecteurs de rayonnement, notamment X et gamma, et plus précisément des blocs de détecteur individuels susceptibles d'être juxtaposés dans une matrice de détection. L'invention concerne également un procédé particulier de fabrication et de conditionnement des blocs de détecteur permettant de réduire considérablement le bruit généré dans ces blocs par
courants de fuite, lorsqu'ils sont polarisés.
De facon plus particulière, l'invention concerne la fabrication de détecteurs à partir de matériaux semi-conducteurs du type II-VI tels que CdZnTe, CdTe, CdTe:Cl, CdTeSe:Cl, CeZnTe:Cl, CdTe:In,
CdTeSe:In au CdZnTe:In, par exemple.
Ces semi-conducteurs à base de tellurure et de cadmium peuvent être obtenus notamment par une méthode de croissance Bridgman à haute pression dite
HPBM (High Pressure Bridgman Method).
L'invention trouve des applications dans la réalisation de dispositifs de spectrométrie X ou gamma, dédiés à l'imagerie médicale, industrielle ou scientifique. Etat de la technique antérieure On connait différents types de détecteurs de rayonnement parmi lesquels les détecteurs à gaz, les
détecteurs à scintillateur et les détecteurs à semi-
conducteurs. Dans les détecteurs à gaz, un gaz tel que le xénon, sous forte pression, est utilisé pour la détection de rayonnements susceptibles d'ioniser ce gaz. En dépit de la pression, qui peut atteindre une centaine d'atmosphères, le rendement de détection des photons X ou gamma de ces détecteurs reste modeste, en raison notamment du faible numéro atomique moyen des
gaz utilisés.
Les détecteurs à scintillateur comportent un matériau avec un plus fort numéro atomique, utilisé pour convertir le rayonnement gamma en un rayonnement lumineux susceptible d'être détecté par des photomultiplicateurs. Cependant, des problèmes de couplage optique entre le matériau scintillateur et les photomultiplicateurs, de même qu'une bande interdite élevée du matériau scintillateur tendent également à
limiter le rendement des détecteurs à scintillateur.
De même que les détecteurs à scintillateur, les détecteurs à semiconducteurs présentent par rapport aux détecteurs à gaz l'avantage de posséder un fort numéro atomique permettant d'absorber un maximum de photons incidents pour une épaisseur minimale de matériau. De plus, par rapport aux détecteurs à scintillateur, les détecteurs à semi-conducteurs présentent le double avantage de convertir directement
le signal photonique en un signal électrique, c'est-à-
dire sans conversion préalable en un signal lumineux, et de présenter une bande interdite faible. La bande interdite optique, appelée " gap- optique " est de 4 keV pour les détecteurs àa semi-conducteurs alors qu'elle est de 30 keV pour les détecteurs à gaz et de l'ordre de 300 keV pour les détecteurs à scintillateur. Les détecteurs à semi-conducteurs permettent donc, avec une épaisseur de matériau très faible, de réaliser une conversion efficace des rayonnements en signaux électriques.
La fabrication des détecteurs à semi-
conducteurs comporte le découpage de blocs de détecteur
individuels dans une tranche de matériau semi-
conducteur, perpendiculairement à ses faces principales. Le découpage peut avoir lieu au moyen d'un fil ou d'une scie diamantée. Les blocs de détecteur peuvent, par la suite, être associés pour former des
matrices de détecteurs juxtaposés.
Avant le découpage de la tranche de matériau semi-conducteur, les faces principales de la tranche sont soumises à un polissage optique, et un contact électrique est déposé sur ces faces. Le contact électrique sur les faces principales opposées de la tranche de semi- conducteur, ou sur les faces opposées des blocs de détecteur après le découpage, permet de polariser les détecteurs et de recueillir les signaux
électriques produits par les rayonnements incidents.
Les matériaux semi-conducteurs utilisés pour la fabrication des détecteurs sont généralement à base de tellure de cadmium (CdTe ou CdZnTe par exemple) et sont traditionnellement produits selon des procédés tels que le procédé Bridgman (BM) ou le procédé à zone fondue (THM, Traveling Heater Method). Leur résistivité
est de l'ordre de 109 Q.cm.
Un nouveau procédé dit " procédé Bridgman à haute pression " (HPBM) permet d'obtenir des matériaux semi-conducteurs dont la résistivité (01' à 101 Q.cm) est supérieure d'au moins un ordre de grandeur à celle des matériaux (109 Q.cm) obtenus par les procédés évoqués précédemment (BM et HM). Les matériaux obtenus par le procédé HPBM sont particulièrement avantageux pour la réalisation de détecteurs en raison de leur forte résistivité. Quel que soit le matériau semi-conducteur utilisé et quel que soit son procédé d'obtention, les tranches de matériau mis en oeuvre, et donc les blocs de détecteur, présentent une épaisseur, c'est-à-dire une distance entre électrodes, qui n'excède
généralement pas 2 à 3 millimètres.
Cependant, dans un certain nombre d'applications utilisant des énergies de rayonnement élevée, telles que la radiologie numérique (détection des rayons X) ou l'imagerie médicale (détection des rayons gamma), il est souhaitable de disposer des
détecteurs avec une épaisseur plus importante.
En effet, l'utilisation de détecteurs de rayonnement X ou gamma dans le domaine de l'imagerie
médicale requiert une efficacité de détection élevée.
Or, une bonne efficacité quantique de détection n'est possible qu'avec une épaisseur de matériau plus
importante du détecteur.
Des détecteurs à semi-conducteurs peuvent être réalisés conformément au procédé évoqué ci-dessus, par découpage d'une plaque de semi-conducteur présentant une épaisseur plus grande, de l'ordre de 3 à mm. Ces détecteurs s'avèrent cependant quasiment inutilisables. En effet, quelle que soit la nature des électrodes formées sur les faces principales, lorsque les détecteurs épais sont soumis à une polarisation, un bruit élevé, lié à une variation de la conductivité du matériau des flancs latéraux des détecteurs est observé. Ce bruit est d'autant plus important que le rapport de la surface des flancs latéraux sur la surface des faces principales des détecteurs est grand et que la résistivité du matériau semi-conducteur des détecteurs est élevée. Ceci est le cas en particulier
avec les matériaux HPBM évoqués ci-dessus.
L'augmentation du bruit du détecteur nuit à
l'exploitation efficace des signaux de détection.
Exposé de l'invention Un but de l'invention est de proposer des blocs de détecteur, et un procédé de fabrication de tels blocs avec une épaisseur importante, supérieure à
2 mm, et qui ne présentent pas un bruit rédhibitoire.
Un but est également de proposer un tel procédé peu coûteux et adapté à un traitement collectif
simultané d'un grand nombres de blocs de détecteur.
Le but est enfin de proposer un procédé de fabrication de détecteurs présentant un excellant
rendement de collection de rayonnement.
Les inventeurs ont constaté que le bruit associé au courant de fuite des blocs de détecteur épais est un bruit généré le long des flancs latéraux des blocs, c'est-à-dire les flancs qui s'étendent entre les faces principales. Pour les blocs de détecteur épais, le bruit généré sur les flancs devient prédominant par rapport au bruit associé au courant d'obscurité. Le courant d'obscurité est défini comme un courant qui traverse le matériau semi-conducteur dans son volume lorsque le détecteur est polarisé, et en l'absence de toute interaction du matériau avec un rayonnement. Le courant d'obscurité présente une intensité qui dépend de la polarisation et de la
résistivité du matériau semi-conducteur.
Les flancs des blocs de détecteur ne subissent en général pas de traitement particulier et leur état de surface, conditionné par le découpage,
correspond à un semi-conducteur " amorphe " perturbé.
En effet, lors du découpage du matériau semi-conducteur, apparaissent, à la surface des flancs, des oxydes de CdTe tels que CdTe3O5, CdTeO3, TeO2, CdO, par exemple. La résistivité des flancs oxydés dépend peu ou pas du tout des matériaux semi-conducteurs utilisés ou leur technique de fabrication (THM, BM ou HPBM). Les oxydes apparaissent lors du découpage du semi-conducteur et sont propres à la technique de découpage mise en oeuvre. La rugosité et le caractère perturbé de la surface des flancs latéraux font que la distance apparente entre les faces principales est plus importante le long des flancs latéraux que dans le volume du matériau, correspondant à un état
sensiblement cristallin.
Ainsi, l'état " amorphe " et perturbé des flancs latéraux des blocs de détecteur permet de rendre, pour les détecteurs de faible épaisseur, le courant de fuite circulant le long de ces flancs et le bruit associé, plus faible que le courant d'obscurité
traversant le volume du détecteur et son bruit associé.
Le bruit provoqué par le courant de fuite sur les
flancs reste par conséquent faible.
De plus, quand les matériaux utilisés sont des matériaux semi- conducteurs avec une très forte résistivité comme le nouveau matériau HPBM, les inventeurs ont également mis en évidence le fait que, lorsque l'épaisseur des blocs de détecteur est augmentée, c'est-à-dire lorsque la distance entre les électrodes des faces principales est augmentée, le courant de fuite sur les flancs devient supérieur au courant de volume et rend le détecteur inutilisable. Ce phénomène est d'autant plus important que des matériaux semi- conducteurs obtenus par le procédé HPBM (Bridgman haute-pression) sont mis en oeuvre. Leur résistivité est en effet, comme évoqué précédemment, supérieure d'un ordre de grandeur à celui des matériaux
classiques.
En résumé, on peut considérer que l'effet néfaste de la fabrication classique des détecteurs varie comme le rapport de la surface des flancs
latéraux sur la surface des faces principales, c'est-à-
dire des électrodes, ce rapport augmentant avec
l'épaisseur du matériau.
De plus, dans les zones perturbées des blocs de matériau semi- conducteur, le transport des porteurs de charges, électrons ou trous, est rendu difficile. Les porteurs de charges crées à proximité des bords perturbés sont donc mal collectés et constituent une source supplémentaire de bruit. Les zones perturbées peuvent aussi déformer le champ électrique et de ce fait empêcher celui-ci d'être appliqué dans tout le volume du détecteur rendant impossible toute détection de charge électrique dans le
volume du détecteur.
Pour atteindre le but de réduction du bruit associé aux courants de fuite et d'optimisation du transport des porteurs dans tout le volume des détecteurs, l'invention a plus précisément pour objet un procédé de fabrication et de conditionnement de blocs de détecteur de rayonnement, à partir d'une plaque de semi-conducteur présentant deux faces principales opposées et sensiblement parallèles. Le procédé comporte: a) le découpage de la plaque sensiblement perpendiculairement aux faces principales pour définir des blocs de détecteur présentant chacun, outre les faces principales, au moins un flanc latéral, et b) le polissage des flancs latéraux des blocs de détecteur pour en éliminer une couche superficielle présentant des perturbations cristallines. Le procédé peut être complété par la passivation des flancs latéraux et/ou par la formation d'un revêtement d'encapsulation isolant électrique sur
les flancs latéraux des blocs de détecteur.
De préférence, on peut effectuer d'abord une passivation des flancs, suivie par leur encapsulation. On entend par passivation des flancs un traitement chimique permettant de stabiliser leur état de surface (afin de ralentir leur contamination et leur vieillissement). La passivation peut être réalisée par exemple, par un traitement des flancs latéraux avec du peroxyde d'hydrogène H202 (eau oxygénée) L'encapsulation des flancs consiste à déposer sur les flancs un revêtement capable de les isoler de l'air. Il s'agit par exemple d'une couche de
cire ou de vernis déposée sur les flancs.
Le polissage des flancs latéraux peut être un polissage mécanique ou chimique. Un simple polissage mécanique permet d'éliminer tout une partie de la zone perturbée par le découpage, mais laisse à la surface des flancs une épaisseur de matériau dans un état écroui. Cette épaisseur de matériau écroui peut être
éliminée par un polissage chimique.
De préférence, avant le polissage des flancs latéraux on peut mettre en place sur les faces principales un revêtement de protection tel que, par
exemple une couche de cire.
La fabrication des blocs de détecteur peut avantageusement comporter, avant le découpage, une étape de formation d'une ou plusieurs couches de matériau conducteur sur les faces principales de la plaque de semi-conducteur. Ces couches constituent les électrodes des détecteurs qui sont ainsi formées collectivement. Selon une mise en oeuvre particulière du procédé, après l'étape a) il est possible - de mettre en place les blocs de détecteur entre deux plaques de support en collant les faces principales des blocs de détecteur sur les plaques, - de tremper les plaques de support et les blocs de détecteur dans un bain chimique de gravure pour attaquer sélectivement les flancs latéraux des blocs de détecteur, afin de les polir, - de nettoyer les flancs latéraux pour éliminer l'agent chimique de gravure, et - de décoller les blocs de détecteur des plaques
de support.
Avant de décoller les détecteurs, il est possible de tremper encore les blocs de détecteur et les plaques de support dans un bain de passivation (H202) et/ou dans un bain de matériau d'encapsulation pour en enrober des flancs latéraux des blocs de détecteur. L'invention concerne également un bloc de détecteur comprenant des faces principales sensiblement parallèles, équipées d'électrodes de polarisation, et au moins un flanc latéral sensiblement perpendiculaire aux faces principales, les flancs latéraux présentant
une surface polie.
Les blocs de détecteur peuvent être assemblés et juxtaposés pour définir une matrice à détection. D'autres caractéristiques et avantages de
l'invention ressortiront de la description qui va
suivre, en référence aux figures des dessins annexes.
Cette description est donnée à titre purement
illustratif et non limitatif.
Brève description des figures
La figure 1 est une coupe schématique d'une plaque de semi-conducteur préparée pour la réalisation
des blocs de détecteur.
La figure 2 est une coupe schématique de la plaque de la figure 1 illustrant le découpage des blocs
de détecteur.
La figure 3 est une coupe schématique agrandie d'un bloc de détecteur individuel, tel
qu'obtenu au terme du découpage.
La figure 4 est une coupe schématique du bloc de détecteur de la figure 3, tel qu'obtenu au
terme d'un polissage mécanique.
La figure 5 est une coupe schématique du bloc de détecteur de l'une des figures 3 ou 4, tel
qu'obtenu au terme d'un polissage chimique.
il La figure 6 est une coupe schématique de blocs de détecteur fixés sur des supports au cours de
leur traitement et de leur conditionnement.
La figure 7 est une coupe schématique d'un bloc de détecteur obtenu au terme des opérations de
traitement et de conditionnement.
Description détaillée des modes de mise en oeuvre
particuliers de l'invention La figure 1 montre une plaque ou tranche de semi-conducteur 10 obtenue par découpage transversal ou longitudinal d'un lingot de semi-conducteur. Elle présente une épaisseur comprise entre 400 pm et 20 mm, par exemple. La plaque 10 peut être en particulier en un semi-conducteur du type II-VI tel que CdZnTe, CdTe, CdTe:Cl, CdTeSe:Cl, CdZnTe:Cl, CdTe:Iu, CdTeSe:In au CdZnTe:In. La plaque 10 présente deux faces principales 12, 14 qui sont soumises à un polissage mécanique à la pâte diamantée pour obtenir des surfaces
lisses dont la rugosité ne dépasse pas 0,1 gm.
Le polissage mécanique des faces principales peut être suivi ou remplacé par un polissage chimique dans un bain de méthanol bromé pour
obtenir une surface parfaitement lisse.
Après le polissage et un nettoyage de la plaque 10, une couche de matériau conducteur 22,24 telle qu'une couche d'or ou de platine par exemple, est formée sur les faces principales 12, 14. Une couche d'or est formée par exemple par immersion de la plaque
dans un bain de chlorure d'or.
La figure 2 montre le collage de la plaque sur un support 30, par exemple en verre, et le découpage de la plaque perpendiculairement à ses faces principales. La plaque 10 est collée sur le support 30, par l'intermédiaire de la couche conductrice 24 et au moyen d'une couche intercalaire 34 de cire. Une fine pellicule 32 de paraffine peut être formée également sur la surface libre de la couche
conductrice 22.
La plaque 10 et les couches conductrices 22, 24 sont découpées par fil ou au moyen d'une scie diamantée. Le découpage est sensiblement perpendiculaire aux faces principales 12, 14, de façon à individualiser des blocs de détecteur, désignés avec
la référence générale 40.
La figure 3 montre de façon plus précise l'un des blocs de détecteur obtenu après le découpage, la séparation d'avec le support et l'élimination de la
couche de cire et de la couche de paraffine.
La séparation du bloc de détecteur 40 et du support peut avoir lieu très simplement en chauffant la
couche de cire.
Le bloc 40 comporte des flancs latéraux 42 qui s'étendent entre ses faces principales 12, 14. A partir de la surface, les flancs présentent une première zone perturbée notée 42a et une deuxième zone perturbée, plus profonde, notée 42b. Il convient de préciser que bien qu'existant aussi sur les blocs 40 de la figure 2, les zones perturbées 42a et 42b n'étaient pas représentés sur cette figure dans un souci de
clarté.
La première zone perturbée 42a comporte des contaminants et des oxydes. Il s'agit, en particulier, d'oxydes CdTe3Os, CdTeO, TeO2, CdO, etc. formés lors du découpage. La deuxième zone perturbée 42b, plus profonde, est appelée zone écrouie. Elle est certes dépourvue d'oxydes mais a subi les contraintes du
découpage, qui en ont altéré les qualités cristallines.
La zone écrouie comporte de nombreuses petites fissures
représentées schématiquement.
Les zones perturbées 42a et 42b s'étendent sur une profondeur de l'ordre de 10 à 100 pm selon les techniques de découpage mises en oeuvre. La taille de ces zones est fortement exagérée sur la figure 3 pour
des raisons de clarté.
Le bloc de détecteur de la figure 3 correspond sensiblement à un bloc de détecteur
classique tel que connu de l'état de la technique.
Lorsque l'épaisseur du bloc est inférieure à 2 ou 3 millimètres, les zones perturbées peuvent être mises à profit pour éviter des courants de fuite sur les flancs latéraux. Les zones perturbées présentent en effet une résistivité supérieure à la résistivité du matériau dans son volume, lorsque l'épaisseur du bloc est faible. Comme évoqué précédemment, les détecteurs plus épais et plus résistifs, notamment lorsque le matériau HPBM est utilisé, souffrent cependant de courant de
fuite importants et sont inutilisables.
Conformément à l'invention, le traitement des blocs de détecteur est poursuivi par un polissage
illustré par les figures 4 et 5.
Un polissage mécanique optique, par exemple au moyen d'une pâte diamantée ou au carbure de silicium permet d'éliminer la première zone 42a la plus perturbée des flancs-du bloc de détecteur. On obtient ainsi un détecteur conforme à la figure 4. Ce polissage mécanique, qui laisse subsister la zone perturbée 42b est suffisant pour améliorer les performances spectrométriques du bloc de détecteur traité conformément à l'invention. Cependant, l'élimination de la deuxième zone perturbée 42b permet de garantir la reproductibilité du résultat ainsi que la fiabilité du
détecteur dans le temps.
Un polissage chimique est réalisé, par exemple, au moyen de bains de méthanol bromé de concentrations décroissantes, suivi d'un rinçage au méthanol. On obtient ainsi un bloc de détecteur conforme à la figure 5 dont les flancs 42 sont dépourvus de perturbations et sont sensiblement de la
même qualité cristalline que le volume du détecteur.
La figure 6 illustre une possibilité de mise en oeuvre particulière de l'étape de polissage permettant le traitement collectif et simultané d'une
pluralité de blocs de détecteur.
Les blocs de détecteur 40 sont collés par leurs faces principales opposées, respectivement pourvues d'électrodes 22, 24, sur des substrats transparents 52, 54, par exemple en verre, de façon à
former une structure en sandwich.
Le collage des faces principales des blocs de détecteur est réalisé au moyen d'un film collant à double face 56 présentant des propriétés photolabiles, c'est-à-dire un film dont le pouvoir adhésif diminue fortement lorsqu'il est soumis à un rayonnement tel
qu'un rayonnement ultraviolet, par exemple.
L'ensemble de la structure en sandwich est trempée dans plusieurs bains susceptibles d'attaquer le matériau semi-conducteur des blocs afin de réaliser le polissage chimique. Dans l'exemple décrit, les bains sont des bains de méthanol bromé de concentrations
décroissantes de 3% à 0,1%.
L'espace entre les blocs de détecteur de la structure en sandwich est choisi de préférence suffisamment grand pour faciliter l'accès des flancs
latéraux par le bain chimique.
Il convient de préciser que lors de ce traitement, les faces principales des blocs de détecteur sont recouvertes par le film l'adhésif à double face 56 et par les substrats transparents 52, 54. Ces matériaux, choisis pour résister au bain chimique, protègent par conséquent les faces principales des blocs de détecteur, de sorte que les agents chimiques attaquent sélectivement les flancs latéraux 42. La durée du traitement est choisie suffisante pour éliminer une épaisseur du matériau, de l'ordre de 10 à 100 pm, correspondant aux zones
perturbées.
Pour des raisons de simplification, les zones perturbées ne sont pas représentées sur la figure 6. Après le polissage chimique, la structure en sandwich est rincée au méthanol, puis séchée dans un
gaz dépourvu d'oxygène, tel que l'azote.
Puis, avant que de nouvelles perturbations ne se forment sur les flancs latéraux, la structure en
sandwich est trempée dans un bain de vernis protecteur.
Le vernis constitue un revêtement d'encapsulation et permet de conserver les qualités cristallines des flancs latéraux en évitant leur oxydation à l'air et assure également une isolation
électrique des flancs.
Il est également possible de passiver les flancs latéraux en les soumettant à un plasma d'oxygène afin de former sur les flancs une couche d'oxyde isolante. De préférence, la structure n'est pas mise en contact de l'air jusqu'à la formation du revêtement
d'encapsulation ou de la passivation.
La structure en sandwich est exposée ensuite à un rayonnement ultraviolet qui traverse les substrats transparents 52, 54 pour venir altérer le film collant à double face et en réduire les propriétés adhésives. Les blocs de détecteur peuvent ainsi être retirés des substrats transparents sans exercer de trop fortes sollicitations mécaniques et donc sans abîmer
les électrodes.
La figure 7 montre en coupe un bloc de détecteur obtenu au terme du procédé de l'invention selon une mise en oeuvre du traitement, collectif ou individuel. Le bloc de détecteur 40 présente des électrodes 22, 24 sur ses faces principales qui sont nettoyées afin de pouvoir connecter le détecteur à un générateur de tension de polarisation et un circuit de
traitement du signal, non représentés.
Les flancs latéraux 42, qui présentent désormais un état cristallin similaire ou très voisin de l'état du matériau semi-conducteur dans son volume, sont protégés par la couche d'encapsulation. Celle-ci
est repérée avec la référence 60.
Cette couche peut être une couche de vernis, comme indiqué ci-dessus ou une couche en un autre matériau isolant électrique tel qu'une cire ou
une résine, par exemple.
Grâce au traitement décrit ci-dessus, la surface sensiblement cristalline des flancs latéraux présente une résistivité égale, voire supérieure, à
celle du matériau semi-conducteur dans son volume.
Ainsi, les problèmes de courants de fuite n'apparaissent plus malgré une épaisseur importante des
blocs de détecteur.
De plus, avec le détecteur de l'invention, conforme à la figure 7, la zone perturbée est éliminée et tout le volume du bloc est utile pour la collection
des rayonnement.
Avec de tels blocs de détecteur, il est possible de concevoir des dispositifs d'imagerie médicale avec une efficacité de détection de rayons gamma élevée, de l'ordre de 90 % à 140 keV, et une
bonne résolution en énergie, de l'ordre de 5 à 140 KeV.
Ces valeurs sont mesurées pour un détecteur avec un
bloc de CdZnTe d'une épaisseur de 6 mm.
Une matrice de détection pour une gamma-
caméra peut être formée d'une pluralité de détecteurs conformes à la figure 7, et à l'invention, agencés en lignes et en colonnes. A titre d'exemple, une matrice de 20 x 20 cm2 peut comporter, par exemple, 1600 blocs de détecteur individuels juxtaposés et présentant
chacun un volume de 4 x 4 x 6 cm3.
Ces détecteurs sont associés à des circuits électroniques de polarisation et de traitement du signal, connus en soi. A titre d'illustration de tels circuits, on peut se reporter, par exemple, au document
FR-A-2 738 919.
Claims (15)
1. Procédé de fabrication et de conditionnement de blocs de détecteur de rayonnement, à partir d'une plaque de semi-conducteur (10) présentant deux faces principales (12, 14) opposées, sensiblement parallèles, le procédé comportant: a) le découpage de la plaque (10) sensiblement perpendiculairement aux faces principales pour définir des blocs de détecteur (40) présentant chacun, outre les faces principales (12, 14), au moins un flanc latéral (42) et caractérisé en que qu'il comporte en outre b) le polissage des flancs latéraux (42) des blocs de détecteur pour en éliminer une couche superficielle (42a, 42b) présentant des perturbations cristallines.
2. Procédé selon la revendication 1, comprenant en outre après l'étape b) la passivation des flancs latéraux (42) des blocs de détecteurs et/ou la formation d'un revêtement d'encapsulation (60) sur les flancs.
3. Procédé selon la revendication 2, dans lequel, après l'étape b) on effectue d'abord une passivation des flancs latéraux (42) puis on y forme le
revêtement d'encapsulation.
4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, avant ou après l'étape a) on forme au moins une couche conductrice (22, 24) constituant une électrode, sur chacune des faces principales (12, 14) de la plaque
de semi-conducteur (10).
5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le polissage des flancs latéraux (42) comporte
un polissage mécanique et/ou chimique.
6. Procédé selon la revendication 5, dans lequel le polissage chimique comporte une attaque
chimique sélective des flancs latéraux.
7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le polissage chimique est réalisé au moyen de bains de méthanol bromé de concentrations
décroissantes.
8. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, avant le polissage des flancs latéraux lors de l'étape b), on met en place sur les faces principales
un revêtement de protection.
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel le revêtement de protection est une couche de cire.
10. Procédé selon la revendication 1, dans lequel, après l'étape a), - on met en place les blocs de détecteur (40) entre deux plaques de support (52, 54) en collant les faces principales (12, 14) des blocs de détecteur sur lesdites plaques de support, - on trempe les plaques de support et les blocs de détecteur dans un agent chimique de gravure pour attaquer sélectivement et graduellement les flancs latéraux (42) des blocs de détecteur; - on nettoie les flancs latéraux (42) pour en éliminer l'agent chimique de gravure, et - on décolle les blocs de détecteur
(40) des plaques de support (52, 54).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel, avant de décoller les détecteurs, on trempe les blocs de détecteur et les plaques de support dans un bain de passivation des flancs latéraux des blocs de détection (40) puis dans un bain de matériau d'encapsulation.
12. Procédé selon la revendication 10, dans lequel on colle les faces principales des blocs de détecteur sur les plaques de support au moyen d'un
adhésif à double face photolabile (56).
13. Bloc de détecteur comprenant des faces principales (12, 14) sensiblement parallèles, équipées d'électrodes de polarisation (22, 24) et au moins un flanc latéral (42) sensiblement perpendiculaire aux faces principales, caractérisé en ce que les flancs
latéraux présentent une surface polie.
14. Bloc de détecteur selon la revendication 13 dans lequel les flancs latéraux (42) sont recouvertes d'une couche (60) de matériau isolant
électrique d'encapsulation.
15. Détecteur de rayonnement comportant une matrice de blocs de détecteur individuels juxtaposés, caractérisé en ce que les blocs de détecteur sont
conformes à la revendication 13.
Priority Applications (2)
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| FR9812437A FR2784232A1 (fr) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | Detecteurs de rayonnement et procede de fabrication et de conditionnement de tels detecteurs |
| PCT/FR1999/002358 WO2000021142A1 (fr) | 1998-10-05 | 1999-10-04 | Detecteurs de rayonnement et procede de fabrication et de passivation de tels detecteurs |
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ID=9531194
Family Applications (1)
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| FR9812437A Withdrawn FR2784232A1 (fr) | 1998-10-05 | 1998-10-05 | Detecteurs de rayonnement et procede de fabrication et de conditionnement de tels detecteurs |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037311A (en) * | 1976-07-14 | 1977-07-26 | U.S. Philips Corporation | Methods of manufacturing infra-red detector elements |
| US4290844A (en) * | 1979-02-26 | 1981-09-22 | Carson Alexiou Corporation | Focal plane photo-detector mosaic array fabrication |
| US5036376A (en) * | 1986-01-31 | 1991-07-30 | Texas Instruments Incorporated | Passivation oxide conversion |
-
1998
- 1998-10-05 FR FR9812437A patent/FR2784232A1/fr not_active Withdrawn
-
1999
- 1999-10-04 WO PCT/FR1999/002358 patent/WO2000021142A1/fr active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037311A (en) * | 1976-07-14 | 1977-07-26 | U.S. Philips Corporation | Methods of manufacturing infra-red detector elements |
| US4290844A (en) * | 1979-02-26 | 1981-09-22 | Carson Alexiou Corporation | Focal plane photo-detector mosaic array fabrication |
| US5036376A (en) * | 1986-01-31 | 1991-07-30 | Texas Instruments Incorporated | Passivation oxide conversion |
Also Published As
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| WO2000021142A1 (fr) | 2000-04-13 |
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