FR2984585A1 - Imageur de rayonnement presentant un rendement de detection ameliore - Google Patents
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Abstract
Imageur de rayonnement comportant: - un bloc détecteur (1) comprenant au moins un détecteur (2) apte à émettre un signal optique à partir d'un rayonnement incident à imager, - un bloc de lecture (6) destiné à convertir le signal optique en signal électrique, comportant une pluralité de photodétecteurs (8), - une pluralité de portions en résine (12) entre le bloc détecteur (1) et les photodétecteurs (8), en contact avec le bloc détecteur (1) et en contact avec les photodétecteurs (8), le portions de résine (12) étant séparées par de l'air.
Description
IMAGEUR DE RAYONNEMENT PRESENTANT UN RENDEMENT DE DETECTION AMELIORE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR La présente invention se rapporte à un imageur de rayonnement, par exemple de rayonnements ionisants offrant un rendement de détection amélioré. Les imageurs de rayonnements ionisants sont destinés à détecter des rayonnements ionisants, comme par exemple un rayonnement X ou gamma. Un type d'imageur de rayonnements ionisants utilise un scintillateur, appelé également "détecteur" qui convertit le rayonnement ionisant en rayonnement visible. C'est ce rayonnement visible qui est ensuite détecté par des photodétecteurs disposés en aval du scintillateur dans le sens de propagation du rayonnement. Les photodétecteurs sont généralement répartis en matrices.
Les photodétecteurs peuvent être du type CMOS ("Complementary Metal Oxide Semiconductor" en terminologie anglo-saxonne). Chaque photodétecteur comporte une partie active, qui sert à détecter le rayonnement lumineux formant le signal, et des moyens électroniques. L'ensemble forme le bloc de lecture. Des moyens électroniques sont assemblés à proximité immédiate des photodétecteurs et sont reportés sur les côtés. Le scintillateur est disposé sur un 30 substrat transparent qui forme un support mécanique pour celui-ci, ce substrat est choisi transparent au rayonnement visible. Cet ensemble, appelé bloc détecteur, est situé au dessus des photodétecteurs Le bloc de lecture et le bloc de détection sont séparés par une lame d'air. Or cette lame d'air a pour effet qu'une grande partie du rayonnement visble est piégée dans le bloc détecteur. Le rendement de détection est donc très faible. Par exemple, dans le cas où le scintillateur a un indice optique égal à 1,82, 92% du rayonnement visble sont piégés dans le bloc détecteur. EXPOSÉ DE L'INVENTION C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un imageur de rayonnement offrant un 15 rendement de détection amélioré par rapport aux imageurs de l'état de la technique. Le but précédemment énoncé est atteint par un imageur de rayonnement comportant un bloc détecteur et un bloc de lecture formé de plusieurs 20 photodétecteurs, les photodétecteurs étant disposés à distance du bloc détecteur, une ou plusieurs portions en un premier matériau transparent au rayonnement visible présentant un premier indice optique reliant le bloc détecteur à N photodétecteurs, et un deuxième 25 matériau ayant un deuxième indice optique inférieur au premier indice optique ou étant un matériau réfléchissant, ledit deuxième matériau entourant au moins en partie une des portion en premier matériau. En d'autres termes, on forme des guides de 30 lumière entre le bloc détecteurs et un ou plus photodétecteurs afin de capter les photons visibles générés dans le détecteur et les amener jusqu'aux photodétecteurs. Lorsque le deuxième matériau est réfléchissant, il réfléchit une partie de la lumière, sortant de ladite portion, vers cette dernière. Grâce à l'invention, la quantité de photons collectée par les photodétecteurs situés a proximité du lieu de l'interaction dans le détecteur est augmentée de manière sensible. De préférence, le deuxième matériau sépare deux portions adjacentes. Autrement dit, il s'étend entre deux portions adjacentes. De manière très avantageuse N = 1, i.e. 15 chaque photodétecteur est alors connecté optiquement au bloc détecteur par son propre guide de lumière. L'invention permet donc d'augmenter le rendement de détection. Elle peut également permettre d'augmenter la résolution spatiale en guidant les 20 photons visibles vers le ou les photodétecteurs les plus proches de leur zone de génération dans le bloc détecteur. La précision spatiale de l'image ainsi obtenue est donc améliorée. Par exemple, le premier matériau est formé 25 par un adhésif, par exemple un colle, servant également à solidariser le bloc détecteur et le bloc de lecture. Le deuxième matériau est avantageusement de l'air. De manière très avantageuse, le premier matériau est structuré de telle sorte que sa section 30 transversale se réduise du bloc de détection vers le ou les photodétecteurs.
La présente invention a alors pour objet un imageur de rayonnement comportant: - un bloc détecteur comprenant au moins un détecteur apte à émettre un signal optique à partir 5 d'un rayonnement incident à imager, - un bloc de lecture destiné à convertir le signal optique en signal électrique, comportant une pluralité de photodétecteurs, - une pluralité de portions en un premier 10 matériau de premier indice optique entre le bloc détecteur et les photodétecteurs, en contact avec le bloc détecteur et en contact avec les photodétecteurs, - un deuxième matériau à la périphérie d'au moins une desdites portions, le deuxième matériau ayant 15 un deuxième indice optique inférieur au premier indice optique, ou étant un matériau réfléchissant. De préférence, le premier matériau a un indice proche de celui du matériau du détecteur, de préférence compris entre 1,4 et 3. Par exemple, le 20 premier matériau est un matériau adhésif, telle qu'une résine SU8 ou une résine de type Epotek353ND, Epotek360ND, Polycarbonate. Le second matériau peut être un gaz, par exemple de l'air. 25 Dans un mode de réalisation avantageux, l'imageur comporte autant de portions en un premier matériau que de photodétecteurs de sorte que chaque photodétecteur est relié individuellement au bloc détecteur par une portion en un premier matériau. 30 Les portions en un premier matériau peuvent présenter une forme de révolution. De manière très avantageuse, les portions en un premier matériau présentent une section variable se réduisant du bloc détecteur au bloc de lecture, par exemple en forme de cône tronqué ou en forme de pyramide. Dans un exemple préféré, les portions en un premier matériau sont des paraboloïdes tronquées. Les photodétecteurs peuvent être dans un même plan. L'imageur est par exemple un imageur de rayonnement ionisant. Les photodétecteurs peuvent être sont des photodiodes à avalanche, les connexions électriques des photodiodes pouvant être réalisées pas des vias, et le détecteur peuvent être un scintillateur et être déposé sur un substrat en verre s'interposant entre le détecteur et les portions en un premier matériau. La présente invention a également pour 20 objet un procédé de réalisation d'un imageur selon l'invention, comportant les étapes: - préparation du bloc de lecture, - formation d'une couche de résine, formant le premier matériau, sur les photodétecteurs du bloc de 25 lecture, - mise en place d'un moule muni de cavités ayant la forme extérieure des portions en un premier matériau au-dessus de la couche de résine, - alignement des cavités avec un ou des 30 photodétecteurs, - pressage de la résine par le moule, - chauffage de la résine, - retrait du moule, - assemblage du bloc détecteur et du bloc de lecture par l'intermédiaire des portions en un 5 premier matériau. La présente invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un imageur selon l'invention comportant les étapes : - préparation du bloc de lecture, 10 - formation d'une couche de résine, formant le premier matériau, sur les photodétecteurs du bloc de lecture, insolation de la résine à travers un masque définissant les portions en un premier matériau, 15 - activation de la polymérisation par un recuit à basse température, - retrait des parties de la résine qui ont été insolées, - assemblage du bloc détecteur et du bloc 20 de lecture par l'intermédiaire des portions en un premier matériau. Le dépôt de la couche de résine peut être réalisé par enduction centrifuge. Le procédé peut comporter l'étape de 25 réalisation de via et de connexion au moyen de billes métalliques. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui va suivre et des dessins 30 en annexe sur lesquels: - la figure 1 est une vue de côté d'un premier mode de réalisation d'un imageur de rayonnement selon la présente invention, - les figures 2A et 2B sont des vues en 5 perspective et de dessus d'une matrice de pixels muni de guides de lumière mises en oeuvre dans l'imageur de la figure 1, -les figures 3A et 3B sont des vues en perspective et de dessus d'un pixel de la matrice des 10 figures 2A et 2B, - la figure 4 est une vue en perspective d'un second mode de réalisation d'un pixel muni de plusieurs guides de lumière, - la figure 5 est une représentation 15 schématique du parcours du rayonnement visible dans un guide de lumière de la figure 4, - les figures 6A et 6B sont des vues en perspective d'un autre exemple de réalisation du guide de lumière de la figure 4, 20 - les figures 7A et 7B sont des vues en perspective d'un autre exemple en perspective d'un autre exemple de réalisation du guide de lumière de la figure 4, - la figure 8 est une représentation 25 graphique de la fraction de lumière collectée en fonction de l'angle d'incidence pour différents pixels, - les figures 9A à 9H sont des représentations schématiques de l'imageur de la figure 1 à différentes étapes de réalisation selon un exemple 30 de procédé de réalisation selon l'invention, les figures 10A et 10B sont des représentations schématiques d'un exemple de procédé de réalisation d'un imageur selon une variante avantageuse du deuxième mode de réalisation.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS Sur la figure 1, on peut voir un exemple de d'imageur de rayonnements ionisants selon la présente invention représenté schématiquement. L'imageur comporte un bloc détecteur 1 qui est formé dans l'exemple représenté d'un scintillateur 2 et d'un substrat 4 transparent au rayonnement visible, par exemple en verre sur lequel est déposé le détecteur, et un bloc de lecture 6, disposé à distance du substrat 4 à l'opposé du détecteur 2. Le détecteur convertit les photons ionisants en photons visibles. Le substrat 4 assure la rigidité du détecteur, notamment lorsque ce dernier présente une épaisseur faible. Ce substrat peut cependant être omis dans le cas où l'épaisseur du détecteur 2 est suffisante pour assurer sa propre rigidité. Le bloc de lecture 6 comporte une pluralité de photodétecteurs 8, dans l'exemple représenté, ceux-ci sont avantageusement répartis dans un plan. Les photodétecteurs sont par exemple des photodiodes à avalanche ("Avalanche PhotoDiode" en terminologie anglo-saxonne), par exemple SPAD's (Single Photon Avalanche Diode en terminologie anglo-saxonne), ou de simples photodiodes. Les photodétecteurs 8 sont, dans notre exemple, des photodétecteurs SPADs disposés à distance les uns des autres et séparés par un anneau de garde 9. Les photodétecteurs sont regroupés en pixel. Chaque pixel 10 présente une électronique. Les pixels 10 sont, eux-mêmes, disposés en matrice. Sur les figures 2A et 2B, on peut voir une matrice de pixels 10. Sur les figures 3A et 3B, on peut voir un pixel seul. Le pixel comporte une partie active 10.1 qui détecte le rayonnement lumineux provenant du bloc détecteur et une partie d'électronique 10.2 disposée sur un côté de la partie active 10.1. L'imageur selon l'invention comporte en outre des portions en un premier matériau 12 disposées entre le bloc de détection et le bloc de lecture, chaque portion en un premier matériau 12 connectant optiquement le substrat 4 et un groupe de photodétecteurs. Les portions de premiers matériau 12 sont séparées les uns des autres par un deuxième matériau 14 dont l'indice optique est inférieur à celui du premier matériau. Dans l'exemple représenté sur les figures 1, 2A, 2B et 3A et 3B, les portions 12 de premier matériau recouvrent chacune un pixel et présentent la forme de parallélépipède rectangle comportant une face 12.1 en contact avec la partie active 10.1 du pixel et laissant découverte la partie électronique 10.2, et une face 12.2 parallèle à la face 12.1 en contact avec le substrat 4. En outre, les portions en un premier matériau 12 sont séparées les unes des autres par un gaz, par exemple de l'air, ce qui simplifie la réalisation.
Les portions de matériau recouvrant plusieurs photodétecteurs présentent en outre l'avantage d'améliorer la solidité mécanique de la structure.
Le premier matériau présente un indice optique proche de celui du matériau du substrat 4 et du détecteur. De préférence, l'indice optique du premier matériau est compris entre 1,4 et 3. De manière avantageuse, ce premier matériau est un matériau adhésif, par exemple une résine utilisée dans les procédés microélectroniques. Comme nous le verrons par la suite, l'utilisation de résine est particulièrement avantageuse pour la réalisation de ces guides de lumière car elle est couramment utilisée dans les procédés de microélectronique, mais à d'autres fins. Sur la figure 3B, on peut voir par transparence le réseau de photodétecteurs 8 avec les anneaux de garde, ce réseau formant la partie active.
Sur la figure 4, on peut voir un mode de réalisation particulièrement avantageux de portions en un premier matériau 112. Dans cet exemple, une portion en un premier matériau 112 est dédiée à chaque photodétecteur 8. Les portions en un premier matériau 112 ont la forme de colonne à section circulaire s'étendant entre le substrat 2 et le photodétecteur 8. Les colonnes sont séparées les unes des autres par le second matériau, qui est avantageusement de l'air. La surface de la section de chaque colonne est sensiblement égale à la surface d'un photodétecteur.
De préférence, la surface inférieure du plot (dans la représentation de la figure 1), c'est-à-dire la surface destinée à être mise en contact avec le photodétecteur, correspond à la surface active de ce dernier, ou est inscrite dans cette dernière, tandis que la surface supérieure peut être rectangulaire, de façon à ce que la surface de collecte des photons émergeant du bloc détecteur soit optimisée. Plus le nombre de photodétecteurs par portions en un premier matériau est petit, jusqu'à atteindre un seul photodétecteur par portion en un premier matériau comme cela est représenté sur la figure 4, plus la résolution spatiale de l'imageur est améliorée. En effet, plus la section des portions en un premier matériau qui forment des guides de lumière se rapproche de la surface d'un photodétecteur, plus la zone de collecte des photons visibles produits dans le détecteur à partir des photons ionisants est proche de la zone de génération de ces photons visibles, en considérant une direction perpendiculaire à l'empilement du bloc de détection. Dans cet exemple, un pixel comporte 64 photodétecteurs, dans le mode de réalisation de la figure 4, 64 portions en un premier matériau en forme de colonne sont alors formées. Sur la figure 5 est schématisé l'effet des guides de lumière selon la présente invention sur les parcours de rayons lumineux émis dans le détecteur qui est situé à gauche dans la représentation de la figure 4. On constate que les rayons lumineux subissent des réflexions multiples à l'interface entre le premier matériau et le deuxième matériau du fait du choix des indices optiques, ce qui a pour effet de guider les rayons lumineux R dans les guides de lumière jusqu'à la partie active des photodétecteurs, et non sur la partie électronique, ce qui augmente donc la quantité de lumière collectée par les parties actives. On constate que, plus le nombre de guides est grand et se rapproche du nombre de photodétecteurs, plus la résolution spatiale est améliorée.
Un imageur dans lequel certains photodétecteurs ne seraient pas recouverts par une portion en un premier matériau ne sort pas du cadre de la présente invention. Sur les figures 6A et 6B, on peut voir un autre exemple de réalisation avantageuse des portions en un premier matériau 112 de la figure 4. Les portions en un premier matériau 212 ont la forme de cône tronqué, la grande base étant orientée du côté du détecteur. Les portions peuvent avoir d'autres formes, et cela quel que soit le mode de réalisation. Il peut par exemple s'agit d'une pyramide à section carrée, ou pyramide à section carrée tronquée, ou d'hémisphère. On a constaté que les plots dont la section diminue, entre le bloc détecteur et la matrice des 25 photodétecteurs, permettaient d'accroître le rendement de collecte. Aussi, on préfère les plots formés de telle sorte que leur base, c'est-à-dire la surface au contact du bloc détecteur, soit plus large que leur extrémité au contact d'un photodétecteur. 30 La hauteur des plots, c'est-à-dire la distance séparant les photodétecteurs du bloc détecteur, peut varier, par exemple entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 5 pm et 30 pm. La hauteur des plots, c'est-à-dire la distance séparant les photodétecteurs du bloc détecteur, (ou la base des plots de leur extrémité) peut varier, par exemple entre 1 pm et 100 pm, de préférence entre 5 pm et 30 pm. La surface de la petite base (ou leur extrémité) est de préférence sensiblement égale à la surface de la partie active d'un photodétecteur.
Sur les figures 7A et 7B, on peut voir encore un autre exemple de réalisation dans laquelle les portions en un premier matériau 312 ont la forme de paraboloïde à fond tronqué, le fond de plus petite surface étant orienté du côté du bloc de lecture. Les exemples de réalisation des figures 6A, 6B et 7A, 7B sont particulièrement adaptés au mode de réalisation dans lequel une portion en un premier matériau est prévue pour chaque photodétecteur. La surface de la base tronquée est sensiblement égale à la surface de la partie active d'un photodétecteur. Cependant un imageur dans lequel les portions en un premier matériau recouvrent plus d'un photodétecteur et ont un forme tronconique ou parabolique, ne sort pas du cadre de la présente invention.
Les exemples de réalisation des figures 6A, 6B et 7A, 7B présentent l'avantage de permettre la collecte d'une quantité de lumière très supérieure à celle collectée par les portions en un premier matériau en forme de colonne comme le montre la figure 8.
De préférence, selon ce mode de réalisation, les plots sont délimités par un deuxième matériau réfléchissant, par exemple un métal, ou d'indice plus faible que celui du matériau des plots, de telle sorte qu'une partie des photons émergeant vers l'extérieur d'un plot soient réémis dans ce plot. Par "réfléchissant", on entend un matériau pour lequel la majorité de la lumière incidente est réfléchie plutôt que d'être absorbée ou transmise. Si on considère une structure dans laquelle le premier matériau des plots est du Si02 et le deuxième matériau est du cuivre ou un autre métal ; les photons sont réfléchis : le guidage de la lumière est réalisé par réflexion, du fait de la présence de métal, donc du matériau réfléchissant, à l'interface entre le premier matériau et le deuxième matériau.
Lorsque le rayonnement est dans le visible, les métaux, et par exemple le cuivre, sont de bons réfléchissants. Sur la figure 8, on peut voir une représentation graphique de la fraction f en % de la lumière collectée par un pixel en fonction de l'angle d'incidence a (°) pour différentes structures. On considère un émetteur lambertien dans un milieu infini d'indice 1,51, qui est formé par le détecteur 2 et le substrat 4. Le premier matériau est une colle d'indice 1,51. Le bloc détecteur et le bloc de photodétection sont séparés d'une distance de 10 pm. On rappelle que le bloc détecteur comprend le matériau scintillateur, ce dernier pouvant être mécaniquement supporté par une couche de matériau transparent, par exemple du verre.
La courbe I représente le cas où une lame d'air sépare le substrat 4 des photodétecteurs.
La courbe II représente la fraction de lumière collectée par 1 pixel dans le cas où tout le pixel est recouvert de colle, ce qui correspond à l'imageur des figures 1 à 3.
La courbe III représente la fraction de lumière collectée par le dispositif de la figure 4, comportant une portion en un premier matériau en forme de colonne pour chaque à chaque photodétecteur. La courbe IV représente la fraction de lumière collectée par le dispositif de la figure 6. La courbe V représente la fraction de lumière collectée par le dispositif de la figure 7. Dans tous les cas de figure, le facteur de remplissage de la matrice de photodétecteurs est de 15 50%. Ainsi, on constate avec le courbe I que la fraction de lumière collectée en incidence normale est égale au facteur de remplissage du capteur. Celle-ci chute pour un angle supérieur à 33°, cet angle correspondant à l'angle de Réflexion Interne Totale. 20 La courbe II montre la fraction de lumière collectée dans le cas où plusieurs photodétecteurs sont recouverts d'un même premier matériau. On constate que, grâce à l'invention, du fait de la variation de l'angle de réflexion interne 25 totale au niveau de l'interface bloc détecteur - air, il y a davantage de lumière collectée par la matrice de photodétecteurs. Par exemple, un faisceau émergeant du bloc détecteur selon un angle supérieur à l'angle de réflexion total, par rapport à la verticale, n'est pas 30 réémis vers le détecteur lorsque le premier matériau est de l'air; l'angle de réflexion totale est de l'ordre de 33.3° en considérant que l'indice du scintillateur est de 1.82. En revanche, lorsqu'on remplace l'air par la résine adhésive, dont l'indice est plus élevé que l'indice de l'air, l'angle de réflexion totale augmente. Ainsi, la quantité de lumière collectée par les photodétecteurs élémentaires composant la matrice est augmentée. On accroît alors la sensibilité du dispositif. La courbe III montre que la fraction de lumière collectée augmente sensiblement pour des angles autour de 20° passant de 50% à 70%, ce qui est obtenu grâces au guidage de la lumière par les colonnes. On constate également que la fraction de lumière collectée par les dispositifs des figures 6 et 7 (courbes IV et V) est encore augmentée par rapport à celle du dispositif de la figure 4. En outre, les courbes IV et V montrent que la lumière est concentrée pour des angles incidents faibles, typiquement inférieurs à 45°. Autrement dit, les photons émis par le détecteur à de tels angles sont canalisés par le guide de lumière, formé par les plots réalisés dans le premier matériau, entourés par un second matériau dont l'indice est plus faible. On obtiendrait un résultat similaire en disposant un matériau réfléchissant à la périphérie de chaque plot. Ainsi, non seulement la structure selon la présente invention permet d'accroitre sensiblement la résolution en énergie, en augmentant la quantité de lumière collectée, mais également d'améliorer sensiblement la résolution spatiale du point de conversion du photon gamma ou X en photon visible, la lumière étant collectée pour de faibles angles. Les portions en un premier matériau peuvent être déposées soit uniquement sur les photodétecteurs, par exemple des motifs de quelques microns à quelques centaines de microns selon la taille du photodétecteur, soit sur un ensemble de photodétecteurs pour masquer une partie d'électronique située à coté de ces photodiodes, du routage etc., les motifs peuvent alors être de quelques centaines de pm à quelques mm. En outre, dans le cas où chaque portion en un premier matériau ne recouvre qu'un photodétecteur, il peut présenter une forme autre qu'une colonne section circulaire, il peut s'agir d'une colonne à section carrée, par exemple de 12 pm de côté. A titre d'exemple, le premier matériau peut être une résine SU8 ou résine de type EPO-TEK®353ND, EPO-TEK®360ND, Polycarbonate, SiO2... Dans le cas où le deuxième matériau est un 20 matériau réfléchissant, on peut choisir un métal, par exemple du cuivre d'indice n = 0.95 ou de l'aluminium. A titre d'exemple, un détecteur selon ce deuxième mode de réalisation peut être réalisé de la façon suivante: 25 a) On effectue un dépôt d'un oxyde (SiO2) d'épaisseur comprise entre 100 nm et 10 pm, de préférence entre 100 nm et 2 pm voire 10 pm sur un substrat regroupant la matrice de photodétecteurs, b) Ensuite à lieu une lithographie pour 30 définir des zones à graver, c) On effectue ensuite une gravure dans toute l'épaisseur de SiO2, de façon à déboucher sur les photodétecteurs et on retire la résine, par exemple par stripping chimique par exemple, d) les parties laissées libres par la gravure sont ensuite remplies par un matériau réfléchissant, de préférence un métal, par exemple de l'aluminium ou du cuivre, e) on réalise enfin un polissage de façon à enlever le résidu de métal. Ainsi, on dispose de plots de SiO2 délimités par un métal. Selon une variante, on peut également réaliser le dépôt d'une couche métallique avant de réaliser une lithographie, les espaces libérés par la lithographie étant comblés à l'aide d'un premier matériau. Il est bien entendu que la présente invention s'applique à d'autres types d'imageurs qu'aux imageurs de rayonnements ionisants, comme par exemple des imageurs infrarouge, UV, ou convertisseurs de longueurs d'onde ("wavelenght shifter" en terminologie anglo-saxonne). Nous allons maintenant décrire des exemples de procédé de réalisation d'un imageur selon la présente invention dans le cas où les portions en un premier matériau présente une forme tronconique, dont les étapes sont schématisées sur les figures 9A à 9F. On réalise d'une part le bloc de lecture qui est formé d'un substrat comportant des matrices de pixels de photodétecteurs. Le bloc de lecture sans ses connexions électriques qui seront réalisées ultérieurement par des vias est représenté sur la figure 9A. D'autre part, on forme sur un substrat en verre 4 une couche de résine photosensible 15 par enduction centrifuge ("spin coating" en terminologie anglo-saxonne). Des croix d'alignement ont été préalablement réalisées sur le substrat en verre 4 pour l'alignement du moule avec le substrat.
L'élément ainsi obtenu est représenté sur la figure 9B. Lors d'une étape suivante, on aligne le moule 16 avec le substrat 2 (figure 9C) et ensuite on imprime la résine au moyen du moule 16, le moule 16 comporte une pluralité d'évidements tronconiques correspondant à la forme des portions en un premier matériau 12 procédé connu sous le nom de imprint). La grande base des troncs de cône est en contact avec le substrat en verre 4. A lieu alors une étape de chauffage. L'élément obtenu après retrait du moule est représenté sur la figure 9D. Lors d'une étape suivante, on retourne l'élément obtenu après impression et on l'aligne avec le bloc de lecture, plus particulièrement on aligne chaque portion en un premier matériau avec la partie active d'un photodétecteur. On effectue ensuite le collage. Les portions de résine sont alors au contact du substrat en verre 2 et des photodétecteurs 8. L'élément obtenu est représenté sur la figure 9E.
Ensuite a lieu une étape d'amincissement du substrat du bloc de lecture, par exemple par polissage, celui-ci est par exemple en silicium. La rigidité mécanique de l'ensemble est assurée principalement par le substrat en verre 4. L'élément obtenu est représenté sur la figure 9F. On réalise ensuite les connexions électriques du bloc de lecture au moyen de connexions verticales ou via (ou TSV "Through-silicon via en terminologie anglo-saxonne) à travers le substrat et de billes de connexion. L'élément obtenu est représenté sur la figure 9G. On assemble ensuite le détecteur 2 à l'élément représenté sur la figure 9G. L'imageur ainsi obtenu est représenté sur la figure 9H. Alternativement, on pourrait prévoir de réaliser les portions de résine directement sur les photodétecteurs et ensuite de coller le substrat en verre 4.
L'utilisation d'un moule permet la réalisation de portions de résine de forme libre par exemple des plots ne présentant pas une section constante, par exemple en forme de lentilles tronquées, de troncs de cône (figure 6), des parabole (figure 7).
25 Comme expliqué précédemment ces formes sont particulièrement avantageuses comme guide de lumière. Nous allons maintenant décrire un autre exemple de procédé de réalisation. Ce procédé diffère de celui décrit en 30 référence aux figures 9A à 9H en ce qu'après l'étape d'enduction du substrat verre ou de bloc de lecture, on effectue une lithographie. Pour cela la résine est insolée à travers un masque, définissant dans la colle les portions de résine. On développe ensuite les zones insolées, pour cela on effectue un recuit à basse température pour activer la polymérisation, puis on effectue une attaque chimique pour retirer les parties de la résine qui ont été insolées. Pour cela, une résine courante est la JSR M78Y dont une épaisseur comprise entre 500 nm et 1 }gym est déposée à la tournette (désigné par "spin coating" en terminologie anglo-saxonne). La résine est ensuite recuite une première fois à 130°C afin d'éliminer les solvants. Après insolation, la résine est chauffée une seconde fois à la même température afin d'être durcie. Le développeur utilisé est du TMAH (Tetramethylammonium hydroxide). Cet exemple de procédé présente l'avantage de ne pas nécessiter d'alignement entre les plots et les zones actives des photodétecteurs, ce qui le rend de mise en oeuvre plus facile. En revanche la forme des plots est limitée à des formes à section constante, tels que ceux des figures 3A à 3B et de la figure 4. Lorsque le premier matériau constituant les plots, n'est pas suffisamment adhésif, on peut utiliser 25 un troisième matériau, dont l'indice de réfraction est de préférence inférieur à celui du premier matériau. Ce troisième matériau est adhésif, de telle sorte qu'il permet une bonne adhésion entre les plots et la matrice de photodétecteurs.
30 Le procédé de réalisation du dispositif peut alors être le suivant : - formation de plots 312, par exemple de forme pyramidale, sur la face du bloc détecteur 4 destinée à être appliquée contre la matrice de photodétecteurs 6, ces plots étant constitués du premier matériau. La forme des pyramides est telle que leur base est disposée contre le bloc détecteur. Le premier matériau peut être un polymère, par exemple une résine SU-8. - dépôt d'une épaisseur homogène, par exemple 500 nm à 3 pm, du troisième matériau 313 sur la matrice de photodétecteurs, par exemple par spin coating, - alignement du bloc photodétecteur par rapport au substrat portant la matrice de 15 photodétecteurs 6, de telle sorte que chaque plot 312 soit centré sur un photodétecteur, - application du bloc détecteur 4 contre ledit substrat 6, de telle sorte que l'extrémité de chaque plot corresponde à un photodétecteur. Durant 20 cette application, chaque plot 312 pénètre dans la couche de troisième matériau 313, de telle sorte que le troisième matériau 313, adhésif, mouille les parois de chaque plot 312. Selon ce mode de réalisation, le deuxième 25 matériau 311 peut être de l'air. Une telle variante permet un assemblage plus solide des plots sur le substrat portant les photodétecteurs, et, partant, d'obtenir un dispositif plus robuste. 30
Claims (15)
- REVENDICATIONS1. Imageur de rayonnement comportant: - un bloc détecteur (1) comprenant au moins 5 un détecteur (2) apte à émettre un signal optique à partir d'un rayonnement incident à imager, un bloc de lecture (6) destiné à convertir le signal optique en signal électrique, comportant une pluralité de photodétecteurs (8), 10 - une pluralité de portions (12) en un premier matériau de premier indice optique entre le bloc détecteur (1) et les photodétecteurs (8), en contact avec le bloc détecteur (1) et en contact avec les photodétecteurs (8), 15 - un deuxième matériau à la périphérie d'au moins une desdites portions (12), le deuxième matériau : - ayant un deuxième indice optique inférieur au premier indice optique, OU 20 - étant un matériau réfléchissant.
- 2. Imageur selon la revendication 1, dans lequel le premier matériau à un indice proche de celui du matériau du détecteur, de préférence compris entre 25 1,4 et
- 3. 3. Imageur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier matériau est un matériau adhésif, telle qu'une résine SU8 ou une résine de type 30 Epotek353ND, Epotek360ND, Polycarbonate.
- 4. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel le second matériau est un gaz, par exemple de l'air.
- 5. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 3, comportant autant de portions en un premier matériau (12) que de photodétecteurs (8) de sorte que chaque photodétecteur (8) est relié individuellement au bloc détecteur (1) par une portion en un premier matériau (12).
- 6. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les portions en un premier matériau (12) présentent une forme de 15 révolution.
- 7. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les portions en un premier matériau (12) présentent une section 20 variable se réduisant du bloc détecteur (1) au bloc de lecture (6).
- 8. Imageur de rayonnement selon la revendication 7, dans lequel les portions en un premier 25 matériau (12) sont des paraboloïdes tronquées.
- 9. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les photodétecteurs (8) sont dans un même plan 30
- 10. Imageur de rayonnement selon l'une des revendications 1 à 9, étant un imageur de rayonnement ionisant
- 11. Imageur de rayonnement selon la revendication 10, dans lequel les photodétecteurs (8) sont des photodiodes à avalanche, les connexions électriques des photodiodes étant réalisées pas des via, et dans lequel le détecteur (2) est un 10 scintillateur et est déposé sur un substrat en verre (4) s'interposant entre le détecteur (2) et les portions en un premier matériau (12).
- 12. Procédé de réalisation d'un imageur 15 selon l'une de revendications 1 à 11, comportant les étapes: - préparation du bloc de lecture, - formation d'une couche en un premier matériau sur les photodétecteurs du bloc de lecture, le 20 premier matériau étant une résine, - mise en place d'un moule muni de cavités ayant la forme extérieure des portions en un premier matériau au-dessus de la couche en un premier matériau, - alignement des cavités avec un ou des 25 photodétecteurs, - pressage du premier matériau par le moule, - chauffage du premier matériau, - retrait du moule,- assemblage du bloc détecteur et du bloc de lecture par l'intermédiaire des portions en un premier matériau.
- 13. Procédé de réalisation d'un imageur selon l'une de revendications 1 à 11, comportant les étapes : - préparation du bloc de lecture, - formation d'une couche du premier 10 matériau sur les photodétecteurs du bloc de lecture, le premier matériau étant une résine, - insolation du premier matériau à travers un masque définissant les portions en un premier matériau, 15 - activation de la polymérisation par un recuit à basse température, - retrait des parties du premier matériau qui ont été insolées, assemblage du bloc détecteur et du bloc 20 de lecture par l'intermédiaire des portions en un premier matériau.
- 14. Procédé de réalisation selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le dépôt de la 25 couche du premier matériau est réalisé par enduction centrifuge.
- 15. Procédé de fabrication selon l'une des revendications 12 à 14, comportant l'étape de 30 réalisation de via et de connexion au moyen de billes métalliques.
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