FR2875606A1 - Detecteur de rayonnement electromagnetique et de particules a nombre de connexions reduit - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de détection comprend au moins un ensemble à deux dimensions de capteurs élémentaires de nature semi-conductrice destinés à transformer l'énergie du rayonnement à détecter en des signaux électriques. Chacun des capteurs élémentaires est muni sur l'une de ses faces d'une anode et sur la face opposée d'une cathode, l'anode et la cathode étant destinées à être connectées électriquement sur un circuit de lecture et d'exploitation desdits signaux.Les anodes (103) sont interconnectées électriquement de façon à constituer une pluralité de sous-ensembles anodiques (107, 108), lesdits sous-ensembles anodiques étant électriquement reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure (111, 112), ladite voie anodique étant destinée à être bouclée sur ledit circuit de lecture et d'exploitation.Chaque anode est reliée à deux voies anodiques de mesure distinctes.Les cathodes (104) sont interconnectées électriquement de façon à constituer des sous-ensembles cathodiques contigus, chacun desdits sous-ensembles cathodiques étant électriquement relié à une voie cathodique de mesure (106).Les anodes appartenant à deux sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique sont associées à des capteurs élémentaires dont les cathodes appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts.

Description

I 2875606

DETECTEUR DE RAYONNEMENT ELECTROMAGNETIOUE ET DE PARTICULES A NOMBRE DE CONNEXIONS REDUIT

DOMAINE DE L'INVENTION 5 La présente invention concerne un dispositif de détection d'un rayonnement de particules ou d'ondes électromagnétiques. Un tel dispositif est communément mis en oeuvre, tout d'abord, dans un but premier de détection de ce type d'ondes ou de particules, à des fms notamment scientifiques, et ensuite pour former des images de certaines parties d'un objet à partir des rayons transmis à travers ou diffractés ou réfléchis par cet objet après irradiation, dans le but par exemple d'analyser la composition chimique de cet objet.

ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE

Pour former des images, il est connu, notamment dans le domaine de l'imagerie par rayonnement X ou gamma, d'employer un dispositif de détection à deux dimensions, en général de type matriciel. Le dispositif de détection ou détecteur est classiquement inscrit ou contenu dans un plan. La détection proprement dite est réalisée au moyen de capteurs élémentaires juxtaposés contenus dans ledit plan et interagissant avec le rayonnement à détecter. Il est en outre connu d'employer des détecteurs permettant la numérisation des images formées, c'est-à-dire leur codage en une séquence de bits informatiques.

Chaque capteur élémentaire d'un tel détecteur présente traditionnellement la forme d'un parallélépipède. Chaque capteur élémentaire est réalisé en un matériau semi-conducteur. En outre, chaque capteur élémentaire est muni d'une anode rapportée sur l'une de ses faces et d'une cathode rapportée sur la face opposée à celle portant l'anode. Cette anode et cette cathode sont portées à un potentiel adéquat pour collecter les signaux électriques générés par le capteur élémentaire en suite de son interaction avec une onde électromagnétique ou une particule.

La juxtaposition des capteurs élémentaires étant le plus souvent réalisée de façon régulière, sous la forme d'une matrice à deux dimensions, ce type de détecteur est 35 souvent dénommé détecteur matriciel.

2 2875606 Le capteur élémentaire peut également être défini spatialement uniquement par la géométrie de son anode et/ou de sa cathode. Dans ce cas, tous les capteurs assemblés pour former un détecteur en matrice présentent un matériau détecteur commun constituant un seul bloc de la dimension du détecteur.

Chaque capteur élémentaire du détecteur matriciel convertit le rayon incident, ondes électromagnétiques ou particules, en des signaux électriques d'intensité - fonction de l'énergie du rayon incident. De manière connue, ces signaux sont transmis aux électrodes, anodes et cathodes, du capteur élémentaire. Ces électrodes sont connectées à des voies anodiques et cathodiques, qui recueillent ces signaux électriques élémentaires et les transmettent à une boucle de traitement électronique de ces signaux.

Afm de créer une image numérique, cette boucle de traitement électronique traite ce signal électrique en une ou plusieurs étapes, telles que, par exemple, une amplification, un filtrage et un codage en bits informatiques, destiné à le rendre exploitable par un moyen d'exploitation tel qu'un ordinateur ou de visualisation, tel qu'un écran.

Il est donc indispensable, pour reconstituer une image numérique représentative de la scène observée, de localiser précisément chacun des capteurs élémentaires ayant interagi, donc émis un signal électrique élémentaire. Ainsi, tous les signaux électriques émis par les capteurs élémentaires, après traitement. éventuel de chacun d'entre eux et localisation précise des capteurs qui les ont émis, forment une image numérique représentative, qui peut alors être exploitée, lue ou enregistrée. Cette image peut ensuite être visualisée sur un écran ou analysée par un ordinateur.

Un détecteur matriciel du type en question, plus particulièrement destiné à détecter des rayonnements infrarouges, a par exemple été décrit dans le document GB-A-2.200.246. Ainsi, la figure 1 de ce document montre que l'anode associée à chacun des capteurs élémentaires est connectée à sa propre voie anodique de mesure, laquelle comprend une boucle de traitement électronique destinée à numériser le signal émis par ce capteur élémentaire. Toutes les cathodes des capteurs élémentaires sont interconnectées entre elles et reliées à une seule voie cathodique de mesure. Il est donc nécessaire de prévoir un nombre de voies anodiques de mesure égal au nombre de capteurs élémentaires, et corollairement autant de boucles de traitement électronique.

3 2875606 En fonction de l'application finale de l'image, le nombre de capteurs élémentaires peut atteindre 10.000, par exemple pour une matrice carrée de 100 x 100 capteurs élémentaires, voire 4.000.000 pour une matrice de 2.000 x 2.000 capteurs élémentaires. Ce qui correspond à un total de 10.001 ou 4.000.001 voies de mesure, anodiques et cathodiques.

Or, la multiplication des voies anodiques entraîne des difficultés importantes de réalisation des connexions, et engendre corollairement une augmentation des coûts de pour leur réalisation, tout particulièrement dans le cadre de la miniaturisation croissante des détecteurs, et donc des capteurs élémentaires. En outre, l'encombrement du détecteur augmente notamment en fonction du nombre de voies de mesure et de leurs boucles de traitement électronique qui leur sont souvent associées.

C'est pourquoi il a été proposé un autre type de détecteur, tel que par exemple celui représenté sur les figures 3 et 5 du document précité GB-A2.200.246. L'un des buts de ce type de détecteurs est de réduire le nombre de voies de mesure nécessaires à la formation d'une image numérique. Ainsi, dans l'exemple décrit en relation avec ces figures, plusieurs anodes sont interconnectées pour former un sous-ensemble anodique homogène. Chaque sous-ensemble anodique, en général en forme de canal rectiligne, correspond à une voie anodique de mesure. Celle-ci est en outre associée à une boucle de traitement électronique des signaux élémentaires.

Chaque sous-ensemble de capteurs ainsi défmi forme donc une ligne ou une colonne de la matrice de capteurs élémentaires, respectivement selon l'une ou l'autre des directions principales de cette matrice. Chaque capteur élémentaire est donc connecté à deux canaux anodiques, qui forment respectivement la ligne et la colonne de la matrice à l'intersection desquelles est situé ce capteur. Le nombre de voies anodiques de mesure nécessaire à la détection s'en trouve alors réduit et devient égal à la somme du nombre de lignes et du nombre de colonnes de la matrice constitutive du détecteur, par exemple 200 pour une matrice de 100 x 100 capteurs élémentaires ou 4.000 pour une matrice de 2 000 x 2 000 capteurs élémentaires ou pixels.

Pour reconstituer une image numérique représentative de l'objet ou de la scène observée, il convient de localiser précisément chaque capteur élémentaire émetteur de signaux. Pour localiser ce capteur dans une telle configuration de canaux anodiques, il est connu de lire et de traiter les signaux électriques que ce capteur a émis sur les deux canaux, et par extension sur les deux voies anodiques de mesure auxquelles il est connecté, c'est-à-dire sa ligne et sa colonne dans la matrice. Ainsi, à chaque capteur de la matrice est associée une coordonnée respectivement selon chacune des deux directions principales de la matrice. Ces deux coordonnées permettent donc d'identifier sans ambiguïté le capteur élémentaire ayant reçu le rayon incident.

Ainsi, dans un tel type de détecteur matriciel, plusieurs anodes (3) associées chacune à un capteur élémentaire (10), réalisés en un matériau semi-conducteur (2), sont respectivement interconnectées par des sousensembles anodiques similaires, en l'espèce constitués par des canaux anodiques rectilignes (7, 8), et ce selon chacune des l 0 deux directions principales (Dl, D2) de la matrice. Chaque canal anodique (7, 8) est relié à une seule voie anodique de mesure (11, 12), qui comprend une boucle de traitement électronique du signal élémentaire (non représentée). Chaque canal anodique (7, 8) forme donc une ligne ou une colonne de la matrice de capteurs élémentaires. Chaque capteur élémentaire (10) est connecté à deux canaux anodiques (7, 8), qui forment respectivement la ligne et la colonne de la matrice à l'intersection desquelles est positionné ce capteur. La réception d'un signal sur la ligne (7) et sur la colonne (8) détermine sans ambiguïté le lieu où se trouve le capteur élémentaire ayant émis le signal. Dans l'exemple de la figure 1, le nombre de voies de mesure (7, 8) nécessaires à la détection est donc égal à la somme du nombre de lignes, ici dix, et du nombre de colonnes, ici quatorze, soit au total vingt-quatre, outre la voie cathodique (6) nécessaire pour boucler le circuit de mesure.

Comme il ressort de la figure 1, le circuit d'exploitation peut localiser sans ambiguïté le capteur élémentaire ayant reçu le rayon incident et, en cumulant des rayons incidents ayant interagi avec plusieurs capteurs élémentaires (10), reconstituer une image numérique représentative de la scène observée.

Toutefois, toujours dans un souci de simplification et de rationalisation des étapes de fabrication de tels détecteurs, outre dans la recherche d'une diminution de l'encombrement des éléments nécessaires à son fonctionnement, et en l'espèce de la connectique, tout particulièrement en liaison avec la miniaturisation desdits détecteurs, il s'avère nécessaire de diminuer encore plus drastiquement le nombre de voies de mesure.

La présente invention s'inscrit dans le cadre de cette recherche, et propose un détecteur diminuant sensiblement l'importance des inconvénients techniques et économiques mentionnés ci-dessus. En effet, elle permet de réduire le nombre de voies de mesure nécessaires dans un dispositif de détection du type en question.

EXPOSE DE L'INVENTION L'objet de l'invention est donc de proposer un dispositif de détection de particules ou d'ondes électromagnétiques, dont les caractéristiques structurelles permettent de 5 réaliser une détection efficace à un coût de fabrication abordable.

Selon un premier mode de réalisation, l'invention concerne un dispositif de détection de rayonnement, particules ou ondes électromagnétiques, comprenant au moins un ensemble à deux dimensions de capteurs élémentaires. Chaque capteur élémentaire, de nature semi-conductrice, est destiné à transformer l'énergie du rayonnement à détecter en signaux électriques. En outre, chacun des capteurs élémentaires est muni d'une anode sur l'une de ses faces et d'une cathode sur la face opposée. L'anode et la cathode sont destinées à être connectées électriquement sur un circuit de lecture et d'exploitation de ces signaux.

Selon l'invention: les anodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer une pluralité de sous-ensembles anodiques, lesquels sont électriquement reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure, laquelle est destinée à être reliée au circuit de lecture et d'exploitation, chaque anode est reliée à deux voies anodiques distinctes, les cathodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer des sous-ensembles cathodiques contigus, qui sont chacun électriquement relié à une voie cathodique de mesure, les anodes appartenant à deux sousensembles anodiques reliés à une même 25 voie anodique sont associées à des capteurs élémentaires, dont les cathodes qui leur sont associées appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts.

En d'autres termes, le détecteur objet de l'invention est constitué de sous-ensembles anodiques parallèles reliés au moins par paire à une même voie anodique de mesure.

En outre, toutes les cathodes sont interconnectées par groupe pour former des sous-ensembles cathodiques contigus et distincts, chacun d'entre eux étant relié à une voie cathodique de mesure. Chaque anode est reliée à deux voies anodiques distinctes respectivement selon l'une et l'autre des deux directions principales de l'ensemble à deux dimensions.

6 2875606 Ainsi, lorsqu'un rayonnement incident interagit avec un capteur élémentaire déterminé, celui-ci génère un nuage électronique, capté à tout le moins en partie par l'anode qui lui est associée, se traduisant au niveau de celle-ci par un signal électrique. Ce signal électrique transite par les deux sous-ensembles anodiques incluant ce capteur, ce dernier étant situé à l'intersection d'une ligne et d'une colonne du détecteur matriciel. Le signal électrique est alors reçu par deux voies anodiques de mesure distinctes, une par dimension de l'ensemble matriciel.

Comme chaque voie anodique relie au moins deux sous-ensembles anodiques s'étendant selon la même direction, par exemple deux lignes ou deux colonnes, il est impossible au circuit d'exploitation de localiser précisément, dans l'ensemble matriciel, le capteur élémentaire ayant interagi avec le rayon incident et, partant, de former une image représentative de la scène observée. En effet, comme cela apparaît clairement sur la figure 2, il y a au moins quatre capteurs élémentaires aux intersections des sous-ensembles anodiques appartenant aux deux voies anodiques de mesure recevant un signal électrique. Or, les signaux électriques reçus sur ces deux voies anodiques proviennent d'un seul de ces quatre capteurs. Donc, la liaison sur une voie anodique de mesure commune à plusieurs sous-ensembles anodiques s'étendant selon une même direction de l'ensemble matriciel génère une ambiguïté ou une incertitude de localisation ou encore une dégénérescence, selon le terme consacré par l'homme du métier.

Cependant, contrairement aux détecteurs de l'art antérieur précédemment décrits, toutes les cathodes du détecteur objet de l'invention ne sont pas reliées à la même voie cathodique de mesure. En effet, l'ensemble des cathodes est segmenté en plusieurs sous-ensembles cathodiques distincts n'ayant donc aucune cathode en commun entre eux. De plus, chaque cathode appartient à un et un seul sous-ensemble cathodique. Enfin, le détecteur est ainsi conçu pour que les sous-ensembles anodiques d'une même voie anodique de mesure dépendent nécessairement de sous-ensembles cathodiques distincts.

Ainsi, le signal cathodique émis par la cathode du capteur élémentaire est reçu sur une seule voie de lecture cathodique. Or, selon l'invention, les anodes appartenant à deux sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique sont associées à des capteurs dont les cathodes appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts. On peut donc déterminer, selon chaque direction principale de l'ensemble matriciel, les deux sous-ensembles anodiques auxquels appartient le capteur émetteur du signal, et ainsi, localiser précisément ce capteur, à l'intersection de ces deux sous-ensembles anodiques.

A partir des signaux électriques reçus sur les voies anodiques et cathodiques, on peut 5 donc lever l'incertitude de localisation du capteur élémentaire ayant émis ces signaux.

Or, de par son mode de connexion des anodes et des cathodes, un détecteur conforme à l'invention nécessite moins de voies anodiques de mesure que les détecteurs de l'art antérieur, puisque plusieurs sous-ensembles anodiques sont regroupés sur une même voie anodique de mesure. Et même en ajoutant à ces voies anodiques les voies cathodiques de mesure indispensables à la levée de l'incertitude de localisation, le nombre total de voies de mesure est inférieur à celui d'un détecteur de l'art antérieur.

Selon une forme avantageuse de ce premier mode de réalisation de l'invention, le nombre de sous-ensembles cathodiques est égal au produit du nombre de sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique de mesure selon l'une des directions principales de l'ensemble matriciel, par le nombre de sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique de mesure selon l'autre direction principales de l'ensemble matriciel.

Le nombre total V de voies de mesure nécessaire est alors déterminé par l'expression suivante: V = N/n + M/m + n. m Où: N est le nombre de sousensembles anodiques selon la première direction principale de la matrice, et donc le nombre de lignes de ladite matrice; M est le nombre de sousensembles anodiques selon la deuxième direction principale de la matrice et donc le nombre de colonnes de ladite matrice; n est le nombre de sousensembles anodiques reliés à une même voie anodique selon la première direction principale de la matrice, m est le nombre de sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique selon la deuxième direction principale de la matrice.

Le produit n x m donne le nombre de sous-ensembles cathodiques nécessaires à la levée de l'incertitude de localisation évoquée précédemment.

Selon un cas particulier de cette forme de réalisation de l'invention, les sous-ensembles anodiques sont reliés deux à deux aux dites voies anodiques de mesure et les cathodes sont regroupées en quatre sous- ensembles cathodiques distincts et adjacents. Cette forme particulière de réalisation de l'invention nécessite très peu de voies de mesure pour former une image représentative. Par exemple, pour un détecteur de 100 x 100 capteurs élémentaires, c'est-à-dire où N = M = 100 et n = m = 2, il ne faut que 104, soit 50+50+4, voies de mesure, tandis que les détecteurs de l'art antérieur précédemment décrits en nécessitent respectivement 10. 001 et 201.

lo Par ailleurs, selon un autre mode de réalisation conforme à l'invention, le détecteur comprend également des sous-ensembles anodiques reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure, et dont l'ensemble des cathodes associées aux capteurs élémentaires est segmenté en plusieurs sous-ensembles cathodiques.

Selon cette forme de réalisation de l'invention: les anodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer une pluralité de sous-ensembles anodiques, lesquels sont électriquement reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure, laquelle est destinée à être reliée au circuit de lecture et d'exploitation, chaque anode est reliée à une seule voie anodique, les cathodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer des sous-ensembles cathodiques contigus, qui sont chacun électriquement relié à une voie cathodique de mesure, les anodes appartenant à deux sous-ensembles anodiques reliés à une même 25 voie anodique sont associées à des capteurs élémentaires, dont les cathodes appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts.

En d'autres termes, la caractéristique spécifique de ce mode particulier de réalisation réside dans le fait que chaque anode est reliée à une seule voie anodique de mesure, et non plus deux comme dans le premier mode décrit, et ce, selon l'une ou l'autre des deux directions principales de l'ensemble à deux dimensions. On ne dispose donc plus que d'un signal anodique et d'un signal cathodique pour localiser le capteur élémentaire, tandis que le capteur élémentaire connecté selon le premier mode de réalisation de l'invention émet deux signaux anodiques et un signal cathodique.

Ce second mode de réalisation de l'invention met en oeuvre le phénomène physique suivant: lors de l'interaction d'un rayon, particule ou onde électromagnétique, avec un matériau semi-conducteur, il se crée un nuage électronique présentant une certaine mobilité. On a pu montrer que les dimensions de ce nuage et de sa zone d'induction, créée par sa migration dans le matériau excèdent généralement celles d'un capteur élémentaire, de sorte que l'interaction en question est susceptible d' être également détectée par un capteur élémentaire voisin du capteur le plus proche du lieu d'interaction, donc susceptible d'être pris en compte par un sousensemble anodique n'interconnectant pas nécessairement l'anode du capteur élémentaire en question, mais générant au moins un signal électrique secondaire anodique. Ce signal secondaire est reçu par une voie anodique différente de celle recevant le signal principal. L'intensité du signal électrique secondaire est différente de celle du signal principal émis par le capteur élémentaire. Ainsi, à l'aide de ce signal secondaire, le circuit de lecture et d'exploitation peut localiser précisément le lieu d'interaction avec le rayonnement incident.

Comme les anodes de ce détecteur ne sont connectées qu'à une voie anodique, et comme cela ressort par exemple de la figure 3, un tel détecteur ne nécessite qu'un nombre de voies de mesure encore réduit par rapport à un détecteur conforme à l'art antérieur exposé, mais aussi par rapport à un détecteur conforme au premier mode de réalisation de l'invention, dont chaque anode nécessite la connexion à deux voies de mesure.

Selon une première forme particulière de ce mode de réalisation de l'invention, les sous-ensembles anodiques respectifs interconnectent les anodes de deux lignes et de deux colonnes adjacentes selon une ligne brisée, les anodes interconnectées appartenant alternativement à l'une puis à l'autre des deux lignes ou des deux colonnes.

Selon une deuxième forme particulière de ce mode de réalisation de l'invention: des premiers sous-ensembles anodiques s'étendent parallèlement à la première direction principale de l'ensemble matriciel à deux dimensions, et notamment parallèlement aux colonnes, et interconnectent une anode sur deux appartenant à une même colonne, le nombre de cesdits premiers sous-ensembles correspondant au nombre de capteurs élémentaires présents selon la seconde direction de l'ensemble matriciel, des seconds sous-ensembles anodiques interconnectent toutes les anodes présentes selon ladite seconde direction, et notamment selon une même ligne et non interconnectés par lesdits premiers sous-ensembles.

Selon l'invention, et quel que soit le mode de réalisation de l'invention, les capteurs élémentaires sont organisés sous une forme matricielle, dont les deux dimensions défroissent des directions perpendiculaires. Cette forme de réalisation présente l'intérêt de simplifier l'exploitation des images obtenues par le détecteur. Le nombre de lignes et de colonnes de ces matrices peut être identique ou différent.

Selon l'invention, les rayonnements détectés sont constitués de rayons X ou de rayons gamma, et les particules à détecter sont constituées par des particules alpha ou bêta ou des protons.

En outre, et avantageusement, le matériau semi-conducteur constitutif des capteurs élémentaires est un alliage de cadmium, de zinc et de tellure (CdZnTe). Cependant, d'autres matériaux peuvent être envisagés, tels que par exemple CdTe: Cl, CdTe, CdHgTe, Si, Ge etde manière générale tout matériau semi-conducteur à haute résistivité.

Comme il ressort de cet exposé, un tel dispositif de détection réduit donc sensiblement le nombre de voies de mesure nécessaire par rapport aux détecteurs de l'art antérieur décrits ci-dessus. Il réduit donc de ce fait l'importance des inconvénients mentionnés, notamment en terme de coût et d'encombrement de ces détecteurs, compte tenu notamment de la réduction importante de connectique.

L'invention apparaîtra plus clairement à la lumière de la description des modes de réalisation particuliers suivants, qui font référence aux figures. L'objet de l'invention ne se limite cependant pas à ces modes de réalisation particuliers et d'autres modes de réalisation de l'invention sont possibles.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES

La figure 1 est une représentation schématique d'un détecteur de l'art antérieur.

La figure 2 est une représentation schématique d'un dispositif de détection conforme à un premier mode de réalisation de l'invention.

La figure 3 est une vue analogue à la figure 2, d'un deuxième mode de réalisation de l'invention.

La figure 4 est une vue analogue à la figure 2 d'un troisième mode de réalisation de l'invention.

La figure 5 est une vue analogue à la figure 2, d'une variante du premier mode de réalisation de l'invention.

MODES DE REALISATION DE L'INVENTION

La figure 2 illustre une première forme de réalisation de l'invention. Sur cette figure, un dispositif de détection (101) est constitué d'un substrat de nature semi-conductrice (102), par exemple un alliage de cadmium, zinc et tellure (CdZnTe). De plus, ce dispositif (101) est divisé en un ensemble à deux dimensions (D100, D200), et notamment d'une matrice de capteurs élémentaires juxtaposés. L'une des faces de chacun des capteurs élémentaires est associée à une anode (103), et la face opposée est associée à une cathode (104).

Chaque anode et chaque cathode sont respectivement reliées électriquement à un circuit de lecture et d'exploitation de signal (109), connecté à un ordinateur non- représenté ici. Les anodes d'une même ligne, selon la direction (D100), respectivement d'une même colonne, selon la direction (D200), de la matrice sont interconnectées électriquement de façon à constituer un sous- ensemble anodique (107, 108), ici assimilable à un canal rectiligne. Les sous-ensembles anodiques (107, 108) sont électriquement reliés aux voies anodiques de mesure respectives (111, 112) à raison d'une paire par voie anodique de mesure (111, 112).

Dans la réalisation décrite ici, chacune des voies anodiques de mesure (111 ou 112) émanant d'une même dimension de la matrice (101) connecte électriquement deux sous-ensembles, ici des canaux anodiques (107, 108).

Par ailleurs, les cathodes (104) d'un même sous-ensemble de capteurs élémentaires sont interconnectées de façon à constituer des sousensembles cathodiques (104 a, 104 b, 104 c, 104 d). Chaque sous-ensemble cathodique (104 a, 104 b, 104 c, 104 d) est connecté électriquement à une voie de mesure cathodique (106 a, 106 b, 106 c, 106 d). Les sous-ensembles cathodiques (104 a, 104 b, 104 c, 104 d) sont contigus et distincts, c'est-à-dire qu'ils n'ont aucune cathode en commun et que leur réunion forme un ensemble incluant toutes les cathodes (104) de capteurs élémentaires (110).

Le nombre de sous-ensembles cathodiques (104 a, 104 b, 104 c, 104 d) est ici égal à quatre, car il y a deux canaux anodiques (107) reliés par voie anodique de mesure (111) selon la direction (D100), et deux canaux anodiques (108) reliés par voie anodique (112) selon la direction (D200). Chaque sous-ensemble cathodique réunit donc les capteurs élémentaires occupant un quart de la surface de la matrice.

Lorsqu'un rayon incident interagit avec un capteur élémentaire, il se crée au sein de celui-ci un nuage d'électrons, susceptible de transiter vers l'anode (103) associée à ce capteur, et donc d'être collecté, à tout le moins en partie par cette anode, portée au potentiel adéquat. Un signal électrique parcourt alors les sous-ensembles anodiques (107, 108) incluant l'anode (103) associée à ce capteur, ici une ligne et une colonne. Ce signal est ensuite reçu par les voies anodiques de mesure (111, 112). Ces signaux sont traités par les boucles de traitement électronique afférentes à chacune de ces voies anodiques de mesure (111, 112). Cependant, le circuit d'exploitation (109) ne peut pas localiser précisément le capteur ayant émis ces signaux, puisque chaque voie anodique de mesure (111, 112) est respectivement reliée à deux sous- ensembles anodiques (107, 108).

Ainsi qu'il ressort de la figure 2, quatre capteurs élémentaires situés aux intersections 20 desdits sous-ensembles anodiques (107, 108) ont pu être en mesure d'émettre ces signaux.

Pour lever cette incertitude de localisation, le détecteur conforme àl'invention est muni de sous-ensembles cathodiques (104 a, 104 b, 104 c, 104 d) contigus et distincts, qui n'ont donc aucune cathode en commun. Lorsqu'un photon ou une particule arrive sur un capteur, il est absorbé et crée des paires électrons trous. Ces charges migrent dans le matériau sous l'effet d'un champ électrique appliqué sur ledit capteur. Cette migration induit l'apparition de charges sur les électrodes, qui constituent les signaux électriques. Dans l'exemple illustré à la figure 2, il s'agit du sous-ensemble (104 b).

Avec ce signal supplémentaire, le circuit d'exploitation (109) peut lever l'ambiguïté et donc localiser précisément le capteur élémentaire ayant interagi.

Or, le détecteur ici décrit possède seulement sept voies anodiques de mesure selon la dimension (D100), cinq voies selon la dimension (D200) et quatre voies cathodiques de mesure. Ce qui fait un total de seize voies de mesure, au lieu des cent quarante et une ou vingt-cinq nécessaires avec les détecteurs de l'art antérieur de mêmes caractéristiques matricielles. Bien sûr, plus les dimensions de la matrice sont importantes, plus la réduction du nombre de voies de mesure, donc du coût et de l'encombrement du détecteur, telle qu'enseignée ici, devient intéressante.

La figure 3 représente un détecteur conforme à un deuxième mode de réalisation de l'invention. Les sous-ensembles anodiques (208) interconnectent les anodes (203) de deux lignes et de deux colonnes adjacentes, et ce selon une ligne brisée. Dans l'exemple décrit, il s'agit de l'interconnexion de deux colonnes. De plus, chaque sous- ensemble anodique (208) interconnecte les anodes (203) appartenant alternativement à l'une puis à l'autre des deux colonnes. lo

Selon une configuration particulière du deuxième mode de réalisation de l'invention, telle que représentée en relation avec la figure 4, des premiers sous-ensembles anodiques (308) s'étendent sensiblement parallèlement à la deuxième direction principale (D400) de la matrice (301) et interconnectent une anode (303) sur deux.

D'autre part, des seconds sous-ensembles anodiques (307) interconnectent toutes les anodes présentes selon la deuxième direction principale (D400) de la matrice, et exclusivement les anodes non-connectées par lesdits premiers sous-ensembles anodiques (308).

Quelle que soit la configuration mise en oeuvre au sein de ces figures 3 et 4, on observe une diminution supplémentaire du nombre de voies de mesure, par rapport au premier mode de réalisation de l'invention, illustré en relation avec la figure 2.

L'incertitude liée à cette nouvelle réduction du nombre de voies de mesure, anodique notamment est levée de la manière suivante: ainsi que déjà précisé, l'interaction d'un rayon, particule ou onde électromagnétique, avec le matériau semi-conducteur constitutif des capteurs élémentaires induit la création d'un nuage électronique, provenant de la libération des électrons covalents en suite de l'apport énergétique du rayonnement ou de la particule incidente. Ce nuage électronique présente une certaine mobilité. En outre, ses dimensions peuvent excéder celles du capteur élémentaire. De façon générale, l'interaction en question est également détectée par un capteur élémentaire voisin du capteur le plus proche du lieu d'interaction, et donc est collecté par un sous-ensemble anodique différent du sousensemble anodique du capteur élémentaire en question. Il se crée donc un signal électrique secondaire anodique, susceptible d'être reçu par une voie anodique différente de celle recevant le signal principal permettant de localiser précisément le lieu d'interaction avec le rayonnement incident.

La figure 5 illustre une variante du premier mode de réalisation de l'invention. Celle-ci se différencie de la forme représentée à la figure 2 en ce que pour réduire le nombre total de voies de mesure du détecteur, on se contente d'interconnecter seulement deux sous-ensembles anodiques sur une même voie de mesure. En d'autres termes, il n'apparaît pas impératif d'interconnecter tous les sous-ensembles anodiques ou canaux dans le cas présent, sur des voies anodiques de mesures communes.

En effet, plusieurs sous-ensembles anodiques (407', 407") sont chacun reliés de façon isolée à une voie anodique de mesure propre (411', 411 "). En d'autres termes, les voies anodique de mesure (411') et (411") sont chacune reliée à un seul sous-ensemble anodique, respectivement (407') et (407"). On comprend aisément le fonctionnement d'un tel détecteur, qui est en fait un détecteur hybride, comprenant des sous-ensembles anodiques reliés aux voies anodiques de mesure, soit de façon isolée (407', 407") comme pour les détecteurs de l'art antérieur, tels que celui représenté à la figure 1, soit de façon multiple (407, 408), comme pour un détecteur conforme à l'invention représenté à la figure 2. Comme cela ressort clairement de la figure 5, la localisation d'un capteur élémentaire ayant interagi avec un rayon, quel que soit le sous-ensemble anodique auquel il appartient, ne présente aucune incertitude.

On comprend aisément que de tels détecteurs hybrides nécessitent un nombre de voies de mesure inférieur à celui d'un détecteur de l'art antérieur, mais supérieur à celui d'un détecteur conforme à l'invention, tel que celui représenté à la figure 2. Ces détecteurs hybrides ne présentent donc un intérêt que dans certains cas particuliers.

Pour des raisons de lisibilité, outre de commodité de réalisation, les directions principales des différents ensembles à deux dimensions (101, 201, 301, 401) représentés sur les figures sont perpendiculaires entre elles. Ce sont donc des matrices. Cependant, un détecteur formé d'un ensemble à deux dimensions, dont les directions principales ne sont pas perpendiculaires entre elles, serait bien évidemment également conforme à l'invention exposée ici.

La figure 5 illustre aussi une variante de la forme de réalisation de l'invention de la figure 2, à la différence près que les sous-ensembles anodiques sont interconnectés trois par trois (408) sur chaque voie de mesure (412) selon une direction principale de la matrice (colonnes), et deux par deux (407) selon l'autre direction principale (lignes) de ladite matrice. Dans ce cas, il est donc nécessaire d'avoir six sous-ensembles 2875606 cathodiques (404 a 404 f) pour localiser chaque capteur élémentaire émetteur de signal électrique.

Il ressort donc clairement des différents modes de réalisation de l'invention illustrés par les figures 2 à 5, que le dispositif de détection conforme à l'invention réduit de manière significative les inconvénients de l'art antérieur, notamment en terme de coût et d'encombrement des détecteurs, outre de connectique.

Claims (1)

16 REVENDICATIONS

1. Dispositif de détection d'un rayonnement constitué de particules ou d'ondes électromagnétiques, comprenant au moins un ensemble à deux dimensions de capteurs élémentaires de nature semi-conductrice destinés à transformer l'énergie du rayonnement à détecter en des signaux électriques, chacun des capteurs élémentaires étant muni sur l'une de ses faces d'une anode et sur la face opposée d'une cathode, l'anode et la cathode étant destinées à être connectées électriquement sur un circuit de lecture et d'exploitation desdits signaux, caractérisé : en ce que les anodes (103, 203, 303, 403) sont interconnectées électriquement de façon à constituer une pluralité de sous-ensembles anodiques (107, 108, 207, 208, 307, 308, 407, 408), lesdits sous-ensembles anodiques étant électriquement reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure (111, 112, 211, 212, 311, 312, 411, 412), ladite voie anodique étant destinée à être bouclée sur ledit circuit de lecture et d'exploitation, en ce que chaque anode est reliée à deux voies anodiques de mesure distinctes, en ce que les cathodes (104, 204, 304, 404) sont interconnectées électriquement de façon à constituer des sous-ensembles cathodiques contigus, chacun desdits sous-ensembles cathodiques étant électriquement relié à une voie cathodique de mesure (106, 206, 306, 406), et en ce que les anodes appartenant à deux sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique sont associées à des capteurs élémentaires dont les cathodes appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts.

2. Dispositif de détection d'un rayonnement selon la revendication 1, caractérisé en ce que le nombre des sous-ensembles cathodiques est au moins égal au produit du nombre de sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique de mesure selon l'une des directions principales dudit ensemble à deux dimensions, par le nombre de sous-ensembles anodiques reliés à une même voie anodique de mesure selon l'autre des directions principales dudit ensemble à deux dimensions.

3. Dispositif de détection d'un rayonnement selon la revendication 2, caractérisé en ce que les sous-ensembles anodiques sont reliés par paire aux dites voies anodiques de mesure et en ce que les cathodes constituent quatre sous-ensembles cathodiques contigus et distincts.

4. Dispositif de détection d'un rayonnement constitué de particules ou d'ondes électromagnétiques, comprenant au moins un ensemble à deux dimensions de capteurs élémentaires de nature semi-conductrice destinés à transformer l'énergie du rayonnement à détecter en des signaux électriques, chacun des capteurs élémentaires étant muni sur l'une de ses faces d'une anode et sur la face opposée d'une cathode, l'anode et la cathode étant destinées à être connectées électriquement sur un circuit de lecture et d'exploitation desdits signaux, caractérisé : en ce que les anodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer une pluralité de sous-ensembles anodiques, lesdits sous-ensembles anodiques étant électriquement connectés reliés au moins par paire à une voie anodique de mesure, ladite voie anodique étant destinée à être bouclée sur ledit circuit de lecture et d'exploitation, en ce que chaque anode est reliée à une seule voie anodique de mesure, en ce que les cathodes sont interconnectées électriquement de façon à constituer des sous- ensembles cathodiques contigus, chacun desdits sous-ensembles cathodiques étant électriquement relié à une voie cathodique de mesure, et en ce que les anodes appartenant à deux sous-ensembles anodiques reliés 25 à une même voie anodique sont associées à des capteurs élémentaires dont les cathodes appartiennent à des sous-ensembles cathodiques distincts.

5. Dispositif de détection d'un rayonnement selon la revendication 4, caractérisé : en ce que les sous-ensembles anodiques interconnectent les anodes de deux lignes et de deux colonnes adjacentes selon une ligne brisée, et en ce que chaque sous-ensemble anodique connecte les anodes appartenant alternativement à l'une puis à l'autre des deux lignes ou des deux colonnes.

6. Dispositif de détection d'un rayonnement selon la revendication 4, caractérisé : en ce que des premiers sous-ensembles anodiques s'étendent parallèlement à la première direction principale de l'ensemble à deux dimensions, et notamment parallèlement aux colonnes, et interconnectent une anode sur deux appartenant à une même colonne, le nombre de cesdits premiers sous-ensembles correspondant au nombre de capteurs élémentaires présents selon la seconde direction de l'ensemble matriciel, et en ce que des seconds sous-ensembles anodiques interconnectent toutes les anodes présentes selon la seconde direction principale de l'ensemble à deux dimensions, et notamment selon une même ligne, et non interconnectées par lesdits premiers sous-ensembles.

7. Dispositif de détection d'un rayonnement selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ledit ensemble à deux dimensions est une matrice dont les 15 deux dimensions définissent des directions perpendiculaires.

8. Dispositif de détection d'un rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux dimensions dudit ensemble à deux dimensions sont égales ou différentes.

9. Dispositif de détection d'un rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le rayonnement détecté est constitué par des rayons X ou des rayons gamma ou par des particules alpha ou bêta.

10. Dispositif de détection d'un rayonnement selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le matériau constitutif des capteurs élémentaires est choisi dans le groupe comprenant le CdZnTe, le CdTe: Cl, le CdTe, le CdHgTe, le Si, le Ge, et de manière générale tout matériau semi-conducteur à haute résistivité.