FR3064062A1

FR3064062A1 - Detecteur pyroelectrique

Info

Publication number: FR3064062A1
Application number: FR1752108A
Authority: FR
Inventors: Abdelkader Aliane; Jerome Meilhan
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA; Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 2017-03-15
Filing date: 2017-03-15
Publication date: 2018-09-21
Anticipated expiration: 2037-03-15
Also published as: WO2018167394A1; FR3064062B1

Abstract

L'invention concerne un détecteur de rayonnement électromagnétique, comportant : un ou plusieurs pixels (100) comportant chacun un élément de conversion pyroélectrique (105) ; et un hacheur optique statique (120) comportant une couche thermochrome (122) en vis-à-vis du ou des pixels (100) du capteur, le hacheur (120) étant commandable électriquement pour faire varier le coefficient de transmission de la couche thermochrome pour le rayonnement à détecter.

Description

Titulaire(s) : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES Etablissement public.

Demande(s) d’extension

Mandataire(s) : CABINET BEAUMONT.

FR 3 064 062 - A1 (64) DETECTEUR PYROELECTRIQUE.

(57) L'invention concerne un détecteur de rayonnement électromagnétique, comportant:

un ou plusieurs pixels (100) comportant chacun un élément de conversion pyroélectrique (105); et un hacheur optique statique (120) comportant une couche thermochrome (122) en vis-à-vis du ou des pixels (100) du capteur, le hacheur (120) étant commandable électriquement pour faire varier le coefficient de transmission de la couche thermochrome pour le rayonnement à détecter.

B15520 - DD17362

DETECTEUR PYROELECTRIQUE

Domaine

La présente demande concerne le domaine des détecteurs de rayonnement électromagnétique, et vise plus particulièrement le domaine des détecteurs pyroélectriques.

Exposé de l'art antérieur

Un détecteur pyroélectrique comprend classiquement une ou plusieurs cellules élémentaires d'acquisition, ou pixels, chaque pixel comportant un élément de conversion pyroélectrique et un circuit de contrôle et de lecture de l'élément de conversion pyroélectrique.

L'élément de conversion pyroélectrique est adapté à détecter une variation de température causée par l'absorption d'un flux électromagnétique, généralement un flux infrarouge, en provenance d'une scène dont on souhaite acquérir une image.

L'élément de conversion pyroélectrique comprend classiquement deux électrodes séparées par une couche d'un matériau pyroélectrique. Sous l'effet d'une variation de température, la polarisation électrique spontanée du matériau pyroélectrique varie, de sorte qu'un courant pyroélectrique transitoire circule entre les électrodes de l'élément de conversion. L'intensité du courant pyroélectrique est représentative de l'amplitude de la variation de température subie par le matériau pyroélectrique. Le

B15520 - DD17362 circuit de contrôle et de lecture du pixel est adapté à lire ce courant pyroélectrique et à fournir une valeur de sortie représentative de l'intensité de ce courant.

Lorsque la température du matériau pyroélectrique se stabilise, le courant pyroélectrique s'annule. Ainsi, pour acquérir une image représentative du rayonnement électromagnétique émis par la scène, il convient de moduler le flux électromagnétique en provenance de la scène.

De façon classique, la modulation du flux électromagnétique en provenance de la scène est réalisée au moyen d'un hacheur optique (chopper ou shutter). Le rôle du hacheur est d'interrompre le rayonnement électromagnétique en provenance de la scène avant chaque acquisition d'une valeur représentative du rayonnement émis par la scène, de façon que la température du matériau pyroélectrique se stabilise à un niveau de référence indépendant du niveau de rayonnement émis par la scène.

Le hacheur optique peut être un hacheur mécanique, par exemple un disque en rotation placé entre le détecteur et la scène et présentant des régions transparentes pour le rayonnement à détecter et des régions opaques pour le rayonnement à détecter. Des exemples de détecteurs pyroélectriques comportant des hacheurs mécaniques sont décrits dans les brevets US5952661 et US7026602.

Les hacheurs mécaniques ont notamment pour inconvénients d'être relativement complexes à réaliser, coûteux, et/ou encombrants.

Pour pallier tout ou partie de ces inconvénients, le brevet US5036199 propose un détecteur pyroélectrique comportant un hacheur optique statique comportant un écran à cristaux liquides commandable électriquement pour passer d'un état transparent pour le rayonnement à détecter à un état opaque pour le matériau à détecter, et inversement.

L'utilisation d'un écran à cristaux liquides présente toutefois des inconvénients. En particulier, un inconvénient est lié à la nécessaire polarisation du rayonnement incident pour obtenir l'effet de hachage recherché. Ainsi, un ou plusieurs

B15520 - DD17362 filtres polarisants doivent être placés entre la scène et le hacheur, ce qui atténue significativement la puissance du rayonnement absorbé par l'élément de conversion pyroélectrique.

Il serait souhaitable de pouvoir disposer d'un détecteur pyroélectrique palliant tout ou partie des inconvénients des détecteurs existants.

Résumé

Ainsi, un mode de réalisation prévoit un détecteur de rayonnement électromagnétique, comportant :

un ou plusieurs pixels comportant chacun un élément de conversion pyroélectrique ; et un hacheur optique statique comportant une couche thermochrome en vis-à-vis du ou des pixels du capteur, le hacheur étant commandable électriquement pour faire varier le coefficient de transmission de la couche thermochrome pour le rayonnement à détecter.

Selon un mode de réalisation, le hacheur est commandable alternativement dans un état ouvert dans lequel la couche thermochrome est transparente pour le rayonnement à détecter, et dans un état fermé dans lequel la couche thermochrome est réfléchissante pour le rayonnement à détecter.

Selon un mode de réalisation, la couche thermochrome est en un matériau à changement de phase.

Selon un mode de réalisation, la couche thermochrome est une couche d'oxyde métallique cristallisé.

Selon un mode de réalisation, la couche thermochrome est une couche d'oxyde de vanadium cristallisé.

Selon un mode de réalisation, le hacheur comprend deux électrodes en contact avec une même face de la couche thermochrome, permettant de faire circuler un courant latéral dans la couche thermochrome.

Selon un mode de réalisation, le hacheur comprend une résistance chauffante couplée thermiquement à la couche thermochrome.

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Selon un mode de réalisation, l'élément de conversion pyroélectrique comprend une couche en un matériau pyroélectrique à base de PVDF.

Selon un mode de réalisation, le détecteur comporte une couche d'isolation thermique faisant interface entre la couche thermochrome et l'élément de conversion pyroélectrique.

Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un détecteur pyroélectrique tel que défini cidessus, comprenant les étapes successives suivantes :

former l'élément de conversion pyroélectrique sur la face supérieure d'un substrat de support ; et former la couche thermochrome sur la face supérieure de l'élément de conversion pyroélectrique.

Selon un mode de réalisation, la réalisation de la couche thermochrome comprend une étape de dépôt d'un oxyde métallique sous forme amorphe sur la face supérieure de l'élément de conversion pyroélectrique, suivie d'une étape de recuit superficiel pour cristalliser l'oxyde métallique sans dégrader l'élément de conversion pyroélectrique.

Selon un mode de réalisation, le recuit est réalisé par irradiation de la face supérieure de la couche d'oxyde métallique au moyen d'un faisceau pulsé.

Selon un mode de réalisation, le faisceau pulsé irradie dans une gamme de longueurs d'onde comprise entre 200 à 380 nm. Brève description des dessins

Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :

les figures IA et IB sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un exemple d'un détecteur pyroélectrique selon un mode de réalisation ;

les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus d'un autre exemple d'un détecteur pyroélectrique selon un mode de réalisation ; et

B15520 - DD17362 les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F, 3G sont des vues en coupe illustrant de façon schématique des étapes d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un détecteur pyroélectrique selon un mode de réalisation.

Description détaillée

De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de contrôle et/ou de lecture des détecteurs pyroélectriques décrits n'ont pas été détaillés, la réalisation de ces circuits étant à la portée de l'homme du métier à partir des indications de la présente description.

Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes avant, arrière, haut, bas, gauche, droite, etc., ou relative, tels que les termes dessus, dessous, supérieur, inférieur, etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes horizontal, vertical, etc., il est fait référence à l'orientation des vues en coupe des figures, étant entendu que, en pratique, les dispositifs décrits peuvent être orientés différemment. Sauf précision contraire, les expressions approximativement, sensiblement, et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.

Les figures IA et IB sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus schématiques et partielles d'un exemple d'un détecteur pyroélectrique selon un mode de réalisation. La figure IA est une vue en coupe du détecteur selon le plan 1A-1A de la figure IB.

Dans l'exemple des figures IA et IB, le détecteur comprend un unique pixel 100 formé sur ou dans et sur un substrat de support 101. En pratique, le détecteur peut comprendre une pluralité de pixels identiques ou similaires formés sur ou dans

B15520 - DD17362 et sur un même substrat de support, par exemple selon un agencement en barrette ou en matrice.

Le substrat de support 101 peut être un substrat flexible, par exemple un substrat en PEN (poly(naphtalate d'éthylène)), en PET (polytéréphtalate d'éthylène), ou en PI (polyimide) . A titre de variante, le substrat 101 peut être un substrat rigide, par exemple en verre ou en silicium. Plus généralement, le substrat 101 peut être en tout matériau diélectrique ou semiconducteur adapté à la réalisation du détecteur.

Dans l'exemple des figures IA et IB, le substrat 101 est revêtu, du côté de sa face supérieure, d'une couche thermiquement isolante 103, par exemple une couche en un matériau de conductivité thermique inférieure à 1 W/(m.K). La couche 103 a par exemple une épaisseur comprise dans la plage allant de 1 à 10 pm, par exemple une épaisseur de l'ordre de 5 pm. La couche 103 est par exemple en PVDF (poly(fluorure de vinylidène) ) , en P(VDFTrFE), en P(VDF-TrFe-CTFE), en un polyimide, par exemple de type KAPTON (dénomination comerciale), en un polymère fluoré amorphe, par exemple de type CYTOP (dénomination commerciale), en un polymère de poly-p-xylylène (parylène), en oxyde de silicium poreux, etc..

Le pixel 100 comprend un élément de conversion pyroélectrique 105 disposé sur la face de la couche 103 opposée au substrat 101. Le rôle de la couche 103 est d'isoler thermiquement l'élément de conversion pyroélectrique 105 du substrat 101. On notera que dans cet exemple, le détecteur est destiné à être éclairé par sa face opposée au substrat 101, c'està-dire par sa face supérieure dans l'orientation de la figure IA. Le détecteur est par exemple destiné à mesurer un rayonnement infrarouge thermique, par exemple un rayonnement de longueur d'onde comprise dans la plage allant de 8 à 14 pm.

Dans l'exemple représenté, l'élément de conversion pyroélectrique 105 comprend une première électrode 107 ou électrode inférieure disposée sur la face supérieure de la couche

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103, par exemple en contact avec la face supérieure de la couche 103, une couche 109 en un matériau pyroélectrique disposée sur et en contact avec la face supérieure de l'électrode 107, et une deuxième électrode 111 ou électrode supérieure, disposée sur et en contact avec la face supérieure de la couche pyroélectrique 109.

L'électrode inférieure 107 est par exemple une couche métallique, par exemple une couche d'épaisseur comprise dans la plage allant de 100 à 500 nm, par exemple de l'ordre de 300 nm. L'électrode 107 est de préférence en un métal réfléchissant pour le rayonnement à détecter, de façon à définir entre les électrodes 107 et 111 une cavité optique résonante pour le rayonnement à détecter, permettant de maximiser l'absorption du rayonnement par la couche pyroélectrique 109. A titre d'exemple, l'électrode 107 est en aluminium, en un alliage aluminium-cuivre, en un alliage aluminium-silicium, en cuivre, en titane, en nickel, en platine, ou en or.

La couche pyroélectrique 109 est par exemple en un polymère pyroélectrique, par exemple à base de PVDF, par exemple un copolymère de type P(VDF-TrFe) (poly(fluorure de vinylidènetrifluoroéthylène)). A titre de variante, la couche 109 peut être en nitrure d'aluminium (AIN), en titano-zirconate de plomb (PZT), en titanate de baryum (BaTiOg) , en oxyde de zinc (ZnO) , ou en tout autre matériau pyroélectrique adapté. L'épaisseur de la couche 109 est par exemple comprise dans la plage allant de 100 nm à 10 pm. De préférence, l'épaisseur de la couche 109 est de l'ordre de λ_Ιΐ1/(4*η), où est la longueur d'onde moyenne du rayonnement à détecter et n est l'indice de réfraction du matériau de la couche 109, de façon à former une cavité optique résonante pour le rayonnement à détecter, permettant de maximiser l'absorption du rayonnement par la couche 109. Dans le cas où le détecteur est destiné à mesurer un rayonnement de longueur d'onde allant de 8 à 14 pm et où la couche 109 est en P(VDF-TrFe), l'épaisseur de la couche 109 est par exemple de l'ordre de 1,5 pm.

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L'électrode supérieure 111 est par exemple une couche métallique, par exemple une couche d'épaisseur comprise dans la plage allant de 5 à 50 nm. L'électrode 111 est de préférence en un matériau absorbant pour le rayonnement à détecter. A titre d'exemple, l'électrode 111 est en nitrure de titane (TiN). A titre de variante, l'électrode 111 peut être en titane, en chrome, en nickel, en un alliage nickel-chrome, ou en tout autre matériau adapté, par exemple un matériau d'impédance adaptée à l'impédance caractéristique du vide, de l'ordre de 377 ohms.

Le pixel 100 peut en outre comprendre un circuit de contrôle et de lecture, non représenté, connecté aux électrodes 107 et 111 de l'élément de conversion pyroélectrique 105. Le circuit de contrôle et de lecture peut être disposé sur ou dans et sur le substrat 101, sous la couche thermiquement isolante 103. En particulier, dans le cas où le substrat 101 est un substrat semiconducteur, par exemple un substrat de silicium, le circuit de contrôle et de lecture du pixel peut être intégré dans et sur le substrat 101. Dans le cas où le substrat 101 est un substrat isolant, par exemple un substrat en verre, le circuit de contrôle et de lecture du pixel peut être un circuit à base de transistors TFT (de l'anglais Thin Film Transistor), disposé sur le substrat 101. Le circuit de contrôle et de lecture peut être connecté aux électrodes 107 et 109 par l'intermédiaire de vias de connexion électrique (non représentés) traversant la couche isolante 103 et/ou la couche pyroélectrique 109.

Selon un aspect du mode de réalisation des figures IA et IB, le détecteur pyroélectrique comprend un hacheur optique statique 120 comportant une couche thermochrome 122 disposée en vis-à-vis du pixel 100, c'est-à-dire sur la face supérieure du pixel 100 dans l'orientation de la figure IA. Le hacheur optique 120 est commandable électriquement pour faire varier le coefficient de transmission de la couche 122 pour le rayonnement à détecter. Plus particulièrement, le hacheur 120 peut être commandé dans un premier état ou état ouvert dans lequel la couche 122 est sensiblement transparente pour le rayonnement à détecter,

B15520 - DD17362 et dans un deuxième état ou état fermé dans lequel la couche 122 est réfléchissante pour le rayonnement à détecter. A titre d'exemple, le coefficient de transmission de la couche 122 pour le rayonnement à détecter est supérieur à 50%, et de préférence supérieur à 70% à l'état ouvert, et le coefficient de réflexion de la couche 122 pour le rayonnement à détecter est supérieur à 50%, et de préférence supérieur à 70% à l'état fermé. La couche 122 est par exemple en un oxyde métallique à changement de phase présentant, en dessous d'une température de transition, une phase isolante sensiblement transparente pour le rayonnement à détecter, correspondant à l'état ouvert du hacheur, et, au-dessus de la température de transition, une phase métallique réfléchissante pour le rayonnement à détecter, correspondant à l'état fermé du hacheur. A titre d'exemple, la couche 122 est en un oxyde de vanadium cristallisé, et présente une température de transition de l'ordre de 65°C. A titre de variante, la couche 122 est en un oxyde de vanadium cristallisé dopé au tungstène ou au magnésium, de façon à abaisser sa température de transition à une valeur légèrement supérieure à la température ambiante, par exemple à une valeur comprise entre 30 et 35°C. A titre d'exemple, la couche 122 est en un oxyde de vanadium cristallisé dopé au tungstène à un niveau de dopage compris entre 0 et 3% et de préférence de l'ordre de 1% en pourcentage atomique. La couche 122 a par exemple une épaisseur comprise entre 20 et 800 nm.

Dans l'exemple des figures IA et IB, le hacheur optique 120 comprend deux électrodes 124 et 126 en contact électriquement avec la couche 122. Les électrodes 124 et 126 sont par exemple disposées du côté d'une même face de la couche 122, sa face supérieure dans l'exemple représenté. Les électrodes 124 et 126 sont agencées de façon à permettre de faire circuler un courant latéral dans la couche 122. Dans l'exemple représenté, en vue de dessus, les électrodes 124 et 126 sont disposées respectivement en regard de deux bords opposés de la couche 122. A titre d'exemple, la couche 122 a, en vue de dessus, une forme générale carrée ou rectangulaire, et les électrodes 124 et 126 sont des

B15520 - DD17362 bandes rectilignes disposées respectivement à l'aplomb de deux bords opposés de la couche 122.

Le hacheur optique 120 comprend en outre un circuit de contrôle (non détaillé sur les figures IA et IB) , par exemple intégré sur ou dans et sur le substrat de support 101, connecté aux électrodes 124 et 126. Le circuit de contrôle du hacheur 120 est adapté, pour commander le hacheur à l'état fermé, à injecter un courant dans la couche thermochrome 122 par l'intermédiaire des électrodes 124 et 126, par exemple un courant alternatif de forme carrée, sinusoïdale, ou triangulaire (rampe). Ce courant provoque un échauffement de la couche 122, par effet Joule, conduisant à la fermeture du hacheur lorsque la couche 122 dépasse sa température de transition. Pour commander le hacheur à l'état ouvert, le circuit de contrôle peut interrompre ou réduire le courant appliqué à la couche 122, de sorte que la température de la couche 122 redescende en dessous de sa température de transition.

Ainsi, le hacheur 120 est un hacheur statique commandable électriquement pour moduler le rayonnement électromagnétique émis par la scène. A titre d'exemple, le circuit de contrôle du hacheur 120 est configuré pour commander alternativement, de façon périodique, la fermeture et l'ouverture de l'obturateur formé par la couche thermochrome 122.

Par rapport aux hacheurs statiques connus à cristaux liquides, le hacheur 120 présente notamment l'avantage d'avoir un fonctionnement indépendant de la polarisation du rayonnement incidente.

Dans l'exemple des figures IA et IB, le détecteur pyroélectrique comprend en outre une couche d'isolation thermique 140, faisant interface entre l'électrode supérieure 111 de l'élément de conversion pyroélectrique 105 et la couche thermochrome 122. A titre d'exemple, la couche 140 a sa face inférieure en contact avec la face supérieure de l'électrode 111, et sa face supérieure en contact avec la face inférieure de la couche thermochrome 122. La couche 140 présente par exemple une

B15520 - DD17362 conductivité thermique inférieure à 1 W/m.K. L'épaisseur de la couche 140 est par exemple comprise dans la plage allant de 50 nm à 1 pm. La couche d'isolation thermique 140 a notamment pour rôle de protéger la couche pyroélectrique 109 contre un échauffement excessif lors de la fabrication du détecteur, et plus particulièrement lors d'une étape de recuit de la couche 122 dans le cas où la couche 122 est en oxyde de vanadium cristallisé. La couche d'isolation thermique 122 permet en outre d'éviter que la chaleur produite par effet Joule dans la couche 122 lors de la commande à l'état fermé du hacheur, ne soit transmise à la couche pyroélectrique 109. La couche 140 peut en outre être choisie pour être absorbante dans la gamme de longueurs d'onde à détecter, par exemple la gamme allant de 8 à 14 pm, de façon à maximiser l'absorption du rayonnement par le détecteur lorsque le hacheur est à l'état ouvert. A titre d'exemple, la couche 140 est en nitrure de silicium (SiN) , en PVDF, en P(VDF-TrFe), ou en un terpolymère du PVDF.

Les figures 2A et 2B sont respectivement une vue en coupe et une vue de dessus schématiques et partielles d'une variante de réalisation du détecteur pyroélectrique des figures IA et IB. La figure 2A est une vue en coupe du détecteur selon le plan 2A-2A de la figure 2B.

Le détecteur des figures 2A et 2B comprend des éléments communs avec le détecteur des figures IA et IB. Ces éléments ne seront pas détaillés à nouveau ci-après. Dans la suite, seules les différences entre le détecteur des figures 2A et 2B et le détecteur des figures IA et IB seront détaillées.

Le détecteur des figures 2A et 2B diffère du détecteur des figures IA et IB principalement en ce que, dans le détecteur des figures 2A et 2B, le hacheur 120 a été remplacé par un hacheur 220. Le hacheur 220 comprend une couche thermochrome 122 similaire ou identique à celle du hacheur 120 des figures IA et IB, et agencée sensiblement de la même manière que dans l'exemple des figures IA et IB. Le hacheur 220 diffère du hacheur 120 principalement par la façon de commander les transitions à l'état

B15520 - DD17362 fermé et à l'état ouvert de la couche thermochrome 122. Dans le hacheur 220, les électrodes 124 et 126 du hacheur 120 sont remplacées par une résistance chauffante 224 couplée thermiquement à la couche thermochrome 122 et connectée électriquement par ses extrémités 224a, 224b au circuit de contrôle (non représenté) du hacheur. Dans l'exemple représenté, la résistance chauffante 224 est disposée sur la face supérieure de la couche 122. La résistance 224 est par exemple disposée, en vue de dessus, en regard d'une région périphérique de la couche 122. A titre d'exemple, la résistance chauffante 224 est un ruban conducteur, par exemple métallique, formant un cordon annulaire disposé à l'aplomb d'une région périphérique de la couche 122, et entourant entièrement, en vue de dessus, une partie centrale de la couche 122. Plus généralement, la résistance 224 peut avoir toute autre forme adaptée, par exemple une forme en serpentin, passant éventuellement par une partie centrale de la couche thermochrome 122, étant entendu que, dans le cas où la résistance 224 est en un matériau opaque pour le rayonnement à détecter, la surface de l'élément de conversion pyroélectrique 105 du pixel 100 masquée par la résistance 224 est de préférence relativement faible, par exemple inférieure à 20% de la surface totale de l'élément 105, de façon à ne pas perturber significativement l'absorption du rayonnement incident par l'élément 105 lorsque le hacheur est à l'état ouvert. A titre de variante, la résistance 224 peut être réalisée en un matériau transparent pour le rayonnement à détecter.

Dans l'exemple des figures 2A et 2B, le circuit de contrôle du hacheur 220 est adapté, pour commander le hacheur à l'état fermé, à faire circuler un courant dans la résistance 224, par exemple un courant alternatif de forme carrée, sinusoïdale, ou triangulaire. Ce courant provoque un échauffement de la résistance 224 par effet Joule. La chaleur produite par la résistance 224 est transmise par conduction à la couche thermochrome 122, conduisant à la fermeture du hacheur lorsque la couche 122 dépasse sa température de transition. Pour commander

B15520 - DD17362 le hacheur à l'état ouvert, le circuit de contrôle peut interrompre ou réduire le courant appliqué dans la résistance 224, de sorte que la température de la couche 122 redescende en dessous de sa température de transition.

Les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F et 3G illustrent des étapes successives d'un exemple d'un procédé de fabrication d'un détecteur pyroélectrique du type décrit en relation avec les figures IA et IB.

La figure 3A illustre une étape de dépôt de la couche d'isolation thermique inférieure 103 du détecteur, sur la face supérieure du substrat de support 101. Préalablement au dépôt de la couche 103, le circuit de contrôle et de lecture du pixel, et/ou le circuit de contrôle du hacheur optique du détecteur, peuvent avoir été formés sur ou dans et sur le substrat 101. La couche 103 est par exemple déposée par enduction centrifuge (spin coating) , par sérigraphie, par pulvérisation, par impression jet d'encre, ou par dépôt chimique en phase vapeur. La couche 103 peut en outre être structurée de manière à présenter une porosité permettant d'améliorer son pouvoir d'isolation thermique. En vue de dessus, la couche 103 est par exemple une couche continue s'étendant sur sensiblement toute la surface du détecteur.

La figure 3B illustre une étape de dépôt de l'électrode inférieure 107 de l'élément de conversion pyroélectrique 105 du pixel sur la face supérieure de la couche d'isolation thermique 103. L'électrode 107 est par exemple formée par dépôt physique en phase vapeur. A titre d'exemple, une couche d'électrode 107 est dans un premier temps déposée sur sensiblement toute la surface supérieure du capteur, puis cette couche est retirée localement, par exemple par photolithographie et gravure, de façon à délimiter l'électrode 107. En particulier, dans le cas où le détecteur comprend plusieurs pixels disposés sur un même substrat de support 101, la couche 107 peut être gravée pour délimiter les électrodes inférieures des éléments de conversion pyroélectriques 105 des différents pixels du détecteur.

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La figure 3C illustre une étape de dépôt de la couche pyroélectrique 109 de l'élément de conversion pyroélectrique 105 du pixel, sur et en contact avec la face supérieure de l'électrode 107. La couche 109 est par exemple déposée par enduction centrifuge, par sérigraphie, par pulvérisation, ou par impression jet d'encre. Dans le cas d'une couche 109 en P(VDF-TrFe), le dépôt peut être suivi d'un recuit, par exemple entre 100 et 130°C pendant 10 à 30 minutes, pour la cristallisation du P(VDF-TrFe). A titre de variante, d'autres types de recuits de la couche 109 peuvent être mis en oeuvre, par exemple un recuit flash ultraviolet, c'est-à-dire un recuit par irradiation de la couche 109 par un rayonnement ultraviolet pulsé.

La couche 109 peut en outre être retirée localement par gravure, par exemple pour définir des vias de connexion (non représentés), par exemple en vue de connecter l'électrode supérieure 111 de l'élément de conversion pyroélectrique 105, et/ou les électrodes 124 et 126 ou la résistance chauffante 224 du hacheur optique, aux circuits de contrôle du détecteur. Dans le cas où la couche 109 est réalisée à base de PVDF, par exemple en P(VDF-TrFe), la gravure de la couche 109 peut être réalisée par gravure plasma, par exemple en utilisant un plasma de CF^+Og, ou un plasma de CHFg+Og, ou un plasma de SFg+Og.

La figure 3D illustre une étape postérieure à la réalisation de la couche 109 et, le cas échant, à la gravure de vias de connexion électrique dans la couche 109, de dépôt de l'électrode supérieure 111 de l'élément de conversion pyroélectrique 105 du pixel sur la face supérieure de la couche pyroélectrique 109. L'électrode 111 est par exemple formée par un procédé de dépôt conforme, de façon à revêtir les parois latérales et le fond des vias de connexion préalablement gravés dans la couche 109 (le cas échéant) . L'électrode 111 est par exemple formée par dépôt physique en phase vapeur. De préférence, le dépôt de l'électrode 111 est réalisé à une température relativement basse, par exemple inférieure à 150°C, pour ne pas endommager la couche 109 (notamment dans le cas où la couche 109 est en un

B15520 - DD17362 polymère, par exemple à base de PVDF) . A titre d'exemple, une couche d'électrode 111 est dans un premier temps déposée sur sensiblement toute la surface supérieure du capteur, puis cette couche est retirée localement, par exemple par photolithographie et gravure, de façon à délimiter l'électrode 111. En particulier, dans le cas où le détecteur comprend plusieurs pixels disposés sur ou dans et sur un même substrat de support 101, la couche 111 peut être gravée pour délimiter les électrodes supérieures des éléments de conversion pyroélectriques 105 des différents pixels du détecteur.

La figure 3E illustre une étape de dépôt de la couche d'isolation thermique supérieure 140 du détecteur. La couche 140 est par exemple une couche continue s'étendant sur sensiblement toute la surface du détecteur.

La figure 3F illustre une étape de dépôt de la couche thermochrome 122 du détecteur sur la face supérieure de la couche d'isolation thermique 140.

La formation de la couche 122 comprend par exemple une étape initiale de dépôt d'une couche d'oxyde de vanadium amorphe de type V2O5, par exemple par pulvérisation d'une cible de V2O5. A titre de variante, la couche d'oxyde de vanadium amorphe peut être dopée au tungstène ou au magnésium. Le dépôt de la couche d'oxyde de vanadium amorphe est de préférence réalisé à une température relativement basse, par exemple inférieure à 150°C, par exemple à température ambiante, pour ne pas endommager la couche pyroélectrique 109.

La couche d'oxyde de vanadium amorphe est ensuite recuite pour obtenir une couche cristalline, par exemple de type VOq, présentant les propriétés thermochromes recherchées. En pratique, la transformation d'une couche d'oxyde de vanadium amorphe de type V2O5 en une couche cristalline thermochrome de type VOq nécessite un recuit de la couche à une température relativement élevée, par exemple à une température comprise entre 300 et 400°C.

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Pour éviter d'endommager la couche pyroélectrique 109, notamment dans le cas où la couche 109 est en un matériau polymère, par exemple à base de PVDF, on prévoit ici de mettre en oeuvre un recuit flash ultraviolet, c'est-à-dire un recuit par irradiation de la face supérieure de la couche 122 par un rayonnement ultraviolet pulsé. Lors de cette étape, la couche 122 est soumise, par sa face supérieure, à une succession de flashs ou impulsions d'un rayonnement ultraviolet. La durée des impulsions est par exemple comprise entre 500 ps et 2 ms. L'énergie surfacique du flux ultraviolet appliqué est par exemple comprise entre 15 et 25 J/cm^. Le rayonnement appliqué lors de cette étape de recuit est par exemple compris dans la gamme de longueurs d'ondes allant de 200 à 380 nm. Le nombre de flashs successifs appliqués peut être choisi en fonction de l'épaisseur de la couche 122. Cette méthode de recuit permet de chauffer superficiellement le détecteur sur une faible épaisseur, par exemple de l'ordre d'une dizaine à quelques centaines de nanomètres d'épaisseur, à une température suffisamment élevée pour obtenir la cristallisation de la couche 122, tout en maintenant une température relativement basse dans les couches inférieures et en particulier dans la couche pyroélectrique 109. On notera que la cristallisation de la couche d'oxyde de vanadium 122 peut n'être que partielle, c'est-à-dire que le recuit peut être réalisé de façon que seule une partie supérieure de la couche 122 soit cristallisée. A titre de variante, d'autres méthodes de recuit superficiel peuvent être utilisées pour obtenir la cristallisation de la couche d'oxyde de vanadium 122, par exemple un recuit laser. On notera que lors du recuit de la couche 122, la couche d'isolation thermique 140 permet de limiter la propagation de la chaleur vers la couche pyroélectrique 109, protégeant la couche 109 contre un échauffement excessif. Dans le cas où la couche pyroélectrique 109 peut supporter sans dommage le recuit de cristallisation de la couche 122, la couche 140 peut toutefois être omise.

La couche 122 est par exemple, en vue de dessus, une couche continue s'étendant sur sensiblement toute la surface du

B15520 - DD17362 détecteur. A titre de variante, la couche 122 peut être gravée localement, par exemple pour délimiter plusieurs portions disjointes de la couche 122 commandables individuellement à l'état fermé et à l'état ouvert. Dans le cas d'une couche 122 en un oxyde de vanadium cristallisé, la gravure de la couche 122 peut être réalisée avant ou après le recuit de cristallisation.

La figure 3G illustre une étape de dépôt des électrodes 124 et 126 sur et en contact avec la face supérieure de la couche 122. A titre d'exemple, lors de cette étape, une couche métallique est d'abord déposée sur sensiblement toute la surface du détecteur, puis cette couche est retirée localement, par exemple par photolithographie et gravure, pour définir les électrodes 124 et 126.

A titre de variante, au lieu des électrodes 124 et 126, on peut prévoir lors de cette étape de former une résistance chauffante 224 sur la face supérieure de la couche 122 pour obtenir un détecteur du type décrit en relation avec les figures 2A et 2B.

Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on a décrit en relation avec les figures IA, IB et 2A, 2B, deux exemples de moyens de chauffage de la couche thermochrome 122 pour commander sa transition à l'état ouvert ou à l'état fermé (injection de courant électrique directement dans la couche 122, ou chauffage au moyen d'une résistance chauffante). Plus généralement, d'autres moyens de chauffage commandables électriquement peuvent être prévus pour commander les transitions de la couche 122 entre les états fermé et ouvert, par exemple un chauffage inductif.

Par ailleurs, on a décrit ci-dessus des exemples de réalisation d'un détecteur pyroélectrique comportant un unique pixel. L'homme de l'art saura adapter les exemples décrits pour réaliser des détecteurs pyroélectriques comportant plusieurs pixels formés sur ou dans et sur un même substrat de support. Dans ce cas, le détecteur peut comprendre un hacheur optique 120 ou

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220 par pixel, ou un hacheur optique 120 ou 220 commun à tous les pixels du détecteur. Alternativement, les pixels peuvent être répartis en plusieurs sous-ensembles de plusieurs pixels adjacents, et le détecteur peut comprendre un hacheur optique 120 ou 220 par sous-ensemble de pixels. Dans le cas où le détecteur comprend plusieurs hacheurs optiques, chaque hacheur optique est par exemple commandable individuellement pour obturer ou non le ou les pixels en vis-à-vis duquel il est disposé. A titre d'exemple, le détecteur comprend une pluralité de pixels agencés matriciellement selon des lignes et des colonnes, et comprend en outre un hacheur optique 120 ou 220 par ligne de pixels, commandable individuellement pour obturer ou non l'ensemble des pixels de la ligne.

On notera par ailleurs que dans le cas où la couche pyroélectrique 109 est réalisée à base de PVDF, par exemple en P(VDF-TrFe), la fabrication du détecteur peut comporter une étape de polarisation électrique de la couche 109, afin d'améliorer ses propriétés pyroélectriques. Cette polarisation peut être réalisée en appliquant une tension continue entre les électrodes 107 et 111 du détecteur, par exemple une tension supérieure à 100 volts, par exemple une tension de l'ordre de 120 volts. Cette étape de polarisation peut être mise en oeuvre à température ambiante, ou à une température plus élevée, par exemple à une température comprise entre 50 et 100°C. Cette polarisation continue peut être appliquée pendant une durée de 1 à 5 minutes.

Par ailleurs, on a décrit des exemples de réalisation dans lesquels la couche d'isolation thermique inférieure 103 du détecteur est une couche solide. A titre de variante, la couche 103 peut être une couche d'air ou de vide. Pour cela, on peut prévoir, à l'étape de la figure 3A, de déposer à la place de la couche 103 une couche sacrificielle en un matériau gravable sélectivement par rapport au reste de l'assemblage, et de former des piliers de support, par exemple des piliers métalliques, dans des vias traversants formés dans la couche sacrificielle. Une fois les éléments supérieurs de l'assemblage réalisés, on peut ensuite

B15520 - DD17362 prévoir de retirer la couche sacrificielle de façon à la remplacer par la couche d'air ou de vide.

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Claims

REVENDICATIONS

1. Détecteur de rayonnement électromagnétique, comportant :

un ou plusieurs pixels (100) comportant chacun un élément de conversion pyroélectrique (105) ; et un hacheur optique statique (120 ; 220) comportant une couche thermochrome (122) en vis-à-vis du ou des pixels (100) du capteur, le hacheur (120 ; 220) étant commandable électriquement pour faire varier le coefficient de transmission de la couche thermochrome pour le rayonnement à détecter.
2. Détecteur selon la revendication 1, dans lequel le hacheur (120 ; 220) est commandable alternativement dans un état ouvert dans lequel la couche thermochrome (122) est transparente pour le rayonnement à détecter, et dans un état fermé dans lequel la couche thermochrome (122) est réfléchissante pour le rayonnement à détecter.
3. Détecteur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la couche thermochrome (122) est en un matériau à changement de phase.
4. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la couche thermochrome (122) est une couche d'oxyde métallique cristallisé.
5. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la couche thermochrome (122) est une couche d'oxyde de vanadium cristallisé.
6. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le hacheur (120) comprend deux électrodes (124, 126) en contact avec une même face de la couche thermochrome (122), permettant de faire circuler un courant latéral dans la couche thermochrome (122).
7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le hacheur (220) comprend une résistance chauffante (224) couplée thermiquement à la couche thermochrome (122) .

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8. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l'élément de conversion pyroélectrique (105) comprend une couche (109) en un matériau pyroélectrique à base de PVDF.
9. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, comportant une couche d'isolation thermique (140) faisant interface entre la couche thermochrome (122) et l'élément de conversion pyroélectrique (105) .
10. Procédé de fabrication d'un détecteur pyroélectrique selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comprenant les étapes successives suivantes :

former l'élément de conversion pyroélectrique (105) sur la face supérieure d'un substrat de support (101) ; et former la couche thermochrome (122) sur la face supérieure de l'élément de conversion pyroélectrique (105).
11. Procédé selon la revendication 10, dans lequel la réalisation de la couche thermochrome (122) comprend une étape de dépôt d'un oxyde métallique sous forme amorphe sur la face supérieure de l'élément de conversion pyroélectrique (105), suivie d'une étape de recuit superficiel pour cristalliser l'oxyde métallique sans dégrader l'élément de conversion pyroélectrique (105).
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel le recuit est réalisé par irradiation de la face supérieure de la couche d'oxyde métallique au moyen d'un faisceau pulsé.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel le faisceau pulsé irradie dans une gamme de longueurs d'onde comprise entre 200 à 380 nm.

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