WO2014131953A1 - Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique - Google Patents

Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique Download PDF

Info

Publication number
WO2014131953A1
WO2014131953A1 PCT/FR2014/000047 FR2014000047W WO2014131953A1 WO 2014131953 A1 WO2014131953 A1 WO 2014131953A1 FR 2014000047 W FR2014000047 W FR 2014000047W WO 2014131953 A1 WO2014131953 A1 WO 2014131953A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
circuit
photodetector
terminal
capacitor
resistor
Prior art date
Application number
PCT/FR2014/000047
Other languages
English (en)
Inventor
Eric Sanson
Original Assignee
Société Française De Détecteurs Infrarouges - Sofradir
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Société Française De Détecteurs Infrarouges - Sofradir filed Critical Société Française De Détecteurs Infrarouges - Sofradir
Priority to US14/770,688 priority Critical patent/US9784612B2/en
Priority to EP14711550.5A priority patent/EP2962077A1/fr
Publication of WO2014131953A1 publication Critical patent/WO2014131953A1/fr

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J1/46—Electric circuits using a capacitor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G01J2001/4466—Avalanche

Definitions

  • the invention relates to a device for detecting electromagnetic radiation.
  • Devices for detecting electromagnetic radiation can be used to observe a scene emitting very little light.
  • the management of a very weak light signal during a more or less short period imposes many technical constraints on the detection circuit.
  • the detection of a low luminous flux and its retranscription into an exploitable electric current are associated with the use of avalanche photodiodes.
  • the avalanche photodiodes are strongly polarized, that is to say beyond the avalanche voltage, which makes it possible to generate a large electric current when a first light photon is detected. Once the avalanche is completed, the polarization is reduced and it is necessary to wait for a certain time to defuse the avalanche.
  • a detection device with photodiodes Avalanche can not be used for the detection of photons emitted with a short interval. Indeed, during the detection of the first photon, there is triggering of the avalanche and production of an intense electric current. During the passage of the current, electric charges are trapped in the different layers of electrically insulating materials that form the photodiode which temporarily disrupts the operating characteristics of the photodiode for the detection of future photons.
  • detection devices using avalanche photodiodes are slow recovery devices. It is necessary to pass the trapped charges in order to have repeatable measurements.
  • the photodiode In order to limit the trapping of electrical charges in the photodiode, it is possible to operate the photodiode slightly below the avalanche threshold. Under these conditions, there is no initiation of the avalanche. In this configuration, the photodiode has a detection gain which is defined by the applied bias. The set of voltage applied makes it possible to define the conversion efficiency of the photodiode. In this case, there is also polarization of the photodiode with high voltages. Important constraints exist on the reading circuit to be able to increase the sensitivity of the circuit and to improve the detection threshold of the photons.
  • the photodetector is connected on the one hand to a read circuit which stores the charges emitted by the photodetector and on the other hand to a bias circuit via a resistor.
  • this resistor is a discrete resistor connected to the reading circuit which is not optimal. As indicated in document D1, this configuration does not make it possible to form a compact device and the integration of a possible integrated resistor is also indicated as incompatible with standard constraints of compactness.
  • Document FR 2857545 proposes to replace this discrete resistor with a diode-mounted MOS transistor.
  • a read circuit coupled to a first terminal of the photodetector, the read circuit being configured to transform a current signal emitted by the photodetector into a voltage signal
  • a capacitor having a first terminal electrically coupled to the first terminal of the photodetector and a second terminal electrically coupled to the read circuit
  • a bias circuit configured to bias the photodetector during a first period of time by means of a first bias condition, the bias circuit being configured to leave the first terminal of the photodetector at a floating potential in a second period of time, the first polarization condition being configured to operate the photodetector in a linear avalanche regime during the second period of time,
  • a resistor having a first terminal electrically coupled to the bias circuit and a second terminal electrically coupled to the first terminal of the photodetector.
  • FIG. 1 schematically represents a detection circuit according to the prior art
  • FIG. 2 schematically represents an embodiment of a detection circuit according to the invention
  • FIG. 3 schematically represents a particular embodiment of a detection circuit according to the invention.
  • the detection device comprises a photodetector 1 schematized in the form of a current source, capable of converting the received light signal into an electrical signal.
  • the photodetector 1 is configured to detect electromagnetic radiation in a specific range of wavelengths.
  • the photodetector 1 may be formed by any suitable device, for example by a photodiode or by a quantum well or multi-quantum well device.
  • the photodetector is a polarized device with a first voltage range for delivering information representative of the observed scene.
  • the photodetector is advantageously configured to detect infrared radiation, preferably a particular range of infrared radiation, for example ranges, LWIR, MWIR or SWIR.
  • the photodetector 1 has a first terminal electrically coupled to a read circuit 2.
  • the read circuit 2 is configured to transform a current signal that arrives at an input terminal into a voltage signal Vs at its output terminal.
  • a capacitor 3 is connected between the first terminal of the photodetector 1 and the input terminal of the reading circuit 2.
  • the reading circuit 2 imposes a read voltage on the capacitor 3.
  • the capacitor 3 prevents the potential present on the photodetector 1 to reach directly the reading circuit 2. The same applies to the potential applied by the reading circuit 2.
  • the detection device also comprises a polarization circuit 4 configured to bias the photodetector 1.
  • the polarization circuit 4 is configured so that the photodetector 1 acts as a current source whose current intensity is a function of the electromagnetic radiation received.
  • the detection device is configured to detect a signal of very low intensity.
  • the bias circuit 4 is configured to bias the photodetector 1 into its desired operating mode. Since the bias circuit 4 is electrically coupled to the photodetector 1, it is configured not to completely absorb the emitted electrical signal, advantageously to periodically absorb the emitted signal.
  • the bias circuit 4 and the reading circuit 2 are connected to or coupled to the photodetector 1 so as to define two distinct paths for the flow of the current emitted by the photodetector 1.
  • the polarization conditions are configured to place the photodetector 1 above the avalanche threshold or slightly below the avalanche threshold (in absolute value) to have a linear avalanche detector.
  • each received photon generates a predefined quantity of electrons.
  • This quantity of electrons is defined by the polarization conditions of the photodetector. In this way, the detection of a photon generates a value fixed electron and the detection of two photons generates a value twice as large as the detection of a single photon.
  • the polarization conditions are chosen so as to have a gain of between 5 and 200 and more particularly between 10 and 150.
  • the bias circuit 4 is configured to impose a first potential difference across the photodetector 1 for a first period of time.
  • the polarization circuit 4 is advantageously electrically coupled to the terminals of the photodetector 1.
  • a first potential for example a substrate potential V S UB, is applied to the second terminal of the photodetector 1.
  • a second potential, for example a bias potential is applied to the first terminal of the photodetector 1 via a resistor R.
  • the resistor R allows the electrical coupling between the bias circuit 4 and the photodetector 1.
  • the photodetector is polarized.
  • the resistor used is not intended to maintain the polarization in case of detection of photons.
  • the resistor is configured to protect the detection device in the case where the photodetector is short-circuited by avoiding the injection of an excess current into the substrate. In case of detection, part of the signal is absorbed by the bias circuit 4.
  • the resistor R has a first terminal electrically coupled to the first terminal of the photodetector 1 and the capacitor 3.
  • the resistor R has a second terminal electrically coupled to a voltage source 5 so that electric charges can flow between the bias circuit 4 and the photodetector via the resistor R.
  • the voltage source 5 delivers a fixed potential.
  • the bias circuit 4 is electrically coupled to the second terminal of the resistor R.
  • the bias circuit 4 is configured to bias the photodetector 1 for a first period of time via the resistor R. In a mode of In a particular embodiment illustrated in FIG. 3, the bias voltage V RE F is applied by a voltage source 5 during the first period.
  • the bias voltage V RE F OR a voltage that arises is applied to the first terminal of the photodetector 1 through the resistor R.
  • the voltage applied to the second terminal is used to set the polarization conditions.
  • the voltage applied to the second terminal is for example a substrate voltage Vsub.
  • the bias voltage V RE F is no longer applied to the photodetector 1.
  • the first terminal of photodetector 1 is left at floating potential.
  • the polarization of the photodetector is maintained by means of the electrical capacitances and in particular by means of the parasitic capacitance of the photodetector 1. This embodiment is particularly easy to achieve with a photodiode as a photodetector.
  • the detected photons are transformed into electric charges which are integrated in the capacitor 3.
  • the bias circuit 4 comprises a switch 6 connected between the source of voltage
  • the photodetector 1 is biased by the voltage source 5 when the switch 6 is in the closed state.
  • the switch 6 is controlled by BIAS signal generator.
  • the BIAS signal makes it possible to control the opening and closing of the switch and therefore the application of the bias voltage or not. In the first period, the switch
  • the switch 6 is closed. During the second period, the switch 6 is open. During the second period, the voltage source 5 does not intervene in the polarization of the photodetector 1.
  • the switch 6 is a transistor and preferably a field effect transistor.
  • the current does not flow in the resistor R, it is integrated in the capacitor 3.
  • the capacitor 3 transmits current information relative to the signal generated by the photodetector 1.
  • the reading circuit 2 thus receives a current signal representative of the scene observed.
  • the current emitted by the photodetector 1 flows through the capacitor 3.
  • a first voltage range may be present on one side of the capacitor 3, for example in the portion containing the photodetector.
  • a second voltage range may be present on the other side of the capacitor 3, for example in the part containing the reading circuit 2. It is advantageous to apply a first polarization across the photodetector which is uncorrelated to a second polarization applied to the terminals of the reading circuit 2.
  • the value of the first polarization is set independently of the value of the second polarization.
  • This type of circuit makes it possible to apply high voltages across the photodetector 1 while having lower voltages at the terminals of the reading circuit 2. It is then possible to combine a highly polarized photodetector to be very sensitive to the incident radiation and a reading circuit less strongly polarized so as to be very sensitive to the electrical signal arriving at the input and to present a low electronic noise.
  • the reading circuit 2 is an integrating reading circuit which comprises an integration capacitor C in t.
  • the integration capacitor C in t is arranged to store the electrical charges emitted by the photodetector 1.
  • the integration capacitor C im is mounted in feedback of an amplifier 7.
  • a reset circuit 11 may be used to initialize the integration capacitor Cj nt by shorting its electrodes.
  • the short circuit signal res and and the signal 3 ⁇ 4IAS are linked.
  • the two signals are configured to reset the read circuit integration capacitor when the bias circuit 4 biases the photodetector 1.
  • the two signals are synchronized, in phase or in phase opposition.
  • the capacitance of the capacitor 3 is greater than the capacitance of the integration capacitor of the reading circuit 2.
  • the capacitance of the capacitor 3 is at least twice as large as the capacitance of the integration capacitor of the reading circuit 2.
  • the capacitance of the capacitor 3 is equal to 100 fF and the capacitance of the integration capacitor dm is equal to 30 fF.
  • the capacitance of the capacitor 3 is preferably greater than the electrical capacitance of the parasitic capacitor of the photodetector and even more preferably at least twice the electrical capacitance of the parasitic capacitor of the photodetector.
  • the reading circuit 2 is a transimpedance amplifier circuit which comprises an amplifier 7 with an integration capacitor Cmt connected in feedback as shown in FIG. 2.
  • the reading circuit 2 is formed on a first monoblock substrate of semiconductor material which makes it easy to produce a compact and efficient circuit.
  • the substrate may be a solid semiconductor substrate or the active layer of a semiconductor on insulator substrate. It is advantageously the same for the bias circuit 4 which can be made on the same substrate as the read circuit.
  • the bias circuit and / or the read circuit comprise a plurality of transistors which are formed in the semiconductor material substrate. These transistors are electrically insulated from one another by means of insulating patterns which sink into the semiconductor substrate.
  • the insulation patterns are made of an electrically insulating material. The thickness of these insulation units is advantageously greater than 50 nm advantageously to 100 nm.
  • the transistors of the read circuit 2 and / or the bias circuit 4 are formed on the one-piece substrate made of semiconductor material and the resistor R is produced outside this substrate.
  • the resistor R is separated from the substrate by an electrically insulating layer.
  • the electrically insulating layer is advantageously the layer used to form the insulation patterns.
  • the resistor R is produced by means of a polysilicon pattern.
  • the read circuit 2 is formed on a one-piece substrate of semiconductor material which makes it easy to produce a compact and efficient circuit.
  • the substrate may be a solid semiconductor substrate or the active layer of a semiconductor-on-insulator substrate.
  • the transistors of the reading circuit 2 are formed on the one-piece substrate made of semiconductor material and the capacitor 3 is made out of this substrate.
  • the capacitor 3 is separated from the substrate by an electrically insulating layer.
  • the capacitor 3 is made by means of two electrodes which are each formed by a semiconductor or metal material which are separated from the substrate by an electrically insulating film.
  • This particular configuration makes it possible to compact a capacitor 3 which is electrically decoupled from the substrate, which enables it to withstand high voltages without risking a parasitic transit of charge carriers inside the substrate.
  • the electrode of the capacitor 3 in contact with the photodetector 1 is separated from the substrate by an electrically insulating film.
  • the other electrode of the capacitor is formed in the substrate and possibly by a source / drain electrode or gate of one of the transistors forming the input terminal of the read circuit.
  • the use of passive elements made outside the semiconductor substrate makes it possible to increase the reliability of the separation between the high voltage zone applied on one side of the capacitor 3 and the low voltage zone applied on the other side of the capacitor 3. , here in the semiconductor substrate. It is then possible to have in the same circuit, part of the components subjected to high voltages and another part of the components subjected to a lower voltage while avoiding parasitic transfer of the charge carriers via the substrate.
  • the dielectric material present between the two electrodes of the capacitor 3 makes it possible to avoid large leaks of current.
  • the resistor R is arranged to form a parasitic capacitor Cmti connected to the reading circuit 2. This arrangement makes it possible to increase the conversion gain of the integrating reading circuit 2 while reducing the noise. More specifically, the resistor R may be arranged so as to form an electrical capacitance C in t provided with an electrical connection connecting the input of the amplifier 7 with the output of the amplifier 7 to form a capacitor. integration of the reading circuit 2 through the capacitor 3.
  • the parasitic capacitor Cmti is connected by feedback of the amplifier 7 of the reading circuit 2.
  • the second input of the amplifier can be connected to a voltage source which applies a reference voltage V RE F2- The reference voltage is then applied to one electrode of the capacitor 3 and the bias voltage is applied to the other electrode.
  • the reference voltage VREF2 contributes to the initialization of the polarization of the capacitor 3 during the first period when the switch 6 is in the closed state.
  • the capacitor 3 is arranged to form a parasitic capacitor Cj nt 2 connected to the reading circuit 2.
  • This arrangement makes it possible to increase the gain of converting the readout circuit 2 integrator while reducing the noise.
  • the parasitic capacitor Cj n t2 is connected in feedback against the amplifier 7 of the read circuit 2.
  • a voltage blocking circuit 8 is connected to the second terminal of the resistor R.
  • the blocking circuit 8 is configured to block the voltage present on the second terminal of the resistor R to a threshold value.
  • the blocking circuit 8 is configured to deliver a feedback current which freezes the voltage of the second terminal of the resistor R to a threshold value.
  • the blocking circuit is particularly advantageous during the second period of time. If the photodetector is short-circuited, the blocking circuit 8 limits the current flowing which protects the read circuit.
  • the blocking circuit 8 comprises an additional voltage source 9 electrically coupled to the second terminal of the resistor R by means of an additional switch T1.
  • the blocking circuit 8 is configured so that the additional voltage source 9 delivers a feedback current when the additional switch T1 becomes on.
  • the additional switch T1 delivers a negative feedback current which makes it possible to freeze the voltage of the second terminal of the resistor R when the switch T1 becomes on.
  • the switching of the switch T1 to the closed state according to the voltage value present on the second terminal of the resistor R can be achieved in different ways.
  • the switch T1 is a transistor.
  • the control terminal of transistor T1 is connected to another voltage source 10 which applies the clamping voltage V c i am p.
  • V c i am p the clamping voltage
  • the transition of the transistor T i between the states blocked and switched on is conditioned by the voltage difference that exists between the voltage present on the second terminal of the resistor R and the blocking voltage V c i am p- It is the value of the blocking voltage V C iam P which sets the value of the threshold.
  • This advantageous configuration makes it possible to limit the amplitude of the voltage variations on the second terminal of the resistor R. This specificity makes it possible to protect the reading circuit and / or the bias circuit in the event of excessive voltage variation.
  • the transistor is configured to operate in linear mode and not in commutation.
  • a radiation detector which comprises a plurality of detection circuits as described above.
  • the method of manufacturing the photodetectors is such that there is always at least one defective photodetector in a large detector. Radiation detectors using a large number of photodetectors are very difficult to achieve because an electrical fault present on a photodetector will cause a failure of the entire array of photodetectors. The strong bias applied to the photodetector in short-circuit will be present on all the reading circuits that are not configured to handle such polarization levels. This type of problem is not treated in the architecture disclosed in the document FR2857545. Indeed, it is observed that the polarization voltage of the photodetector derives from the bias voltage of the read circuit and therefore the read circuit is configured to support the bias voltage applied to the photodetector.
  • the photodetectors are all highly polarized.
  • a substantial current is applied continuously or quasi-continuously to the bias circuit 4, which can distort the polarization conditions applied to the other photodetectors.
  • Use resistance between the photodetectors 1 and the readout circuits 2 makes it possible to reduce the current that can circulate and to retain the functionality of the other photodetectors.
  • the value of the resistance is greater than 100 kOhms, which makes it possible to withstand various operating conditions, for example between 100 kOhms and 1 MOhms.
  • the output terminal of the detection circuit is intended to be connected to an analysis circuit (not shown).
  • This type of detection circuit allows efficient and good quality measurement on light signals having a low flux.
  • This type of detection circuit is particularly well suited for linear sub-photonic detection, that is to say for counting photons.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Light Receiving Elements (AREA)
  • Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)

Abstract

Un circuit de détection de rayonnement électromagnétique comporte un photodétecteur (1) transformant le rayonnement électromagnétique reçu en un courant électrique. Un circuit de lecture (2) est couplé à une première borne du photodétecteur (1) et configuré pour transformer un signal en courant en un signal en tension (Vs). Un condensateur (3) a une première borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur (1) et une deuxième borne couplée électriquement au circuit de lecture (2). Une résistance (R) a une première borne couplée électriquement au condensateur (3) et à une première borne du photodétecteur (1). Un circuit de polarisation (4) est couplé électriquement à une seconde borne de la résistance (R) et configuré pour polariser le photodétecteur (1) pendant une première période de temps par l'intermédiaire de la résistance.

Description

Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique
Domaine technique de l'invention
L'invention est relative à un dispositif de détection de rayonnement électromagnétique.
État de la technique
Les dispositifs de détection d'un rayonnement électromagnétique peuvent être utilisés pour l'observation d'une scène émettant très peu de lumière.
La gestion d'un signal lumineux très faible durant une période plus ou moins courte impose de nombreuses contraintes techniques sur le circuit de détection. De manière classique, la détection d'un flux lumineux faible et sa retranscription en un courant électrique exploitable sont associées à l'utilisation de photodiodes à avalanche. Les photodiodes à avalanche sont fortement polarisées, c'est-à-dire au delà de la tension d'avalanche ce qui permet de générer un courant électrique important lorsqu'un premier photon lumineux est détecté. Une fois l'avalanche réalisée, la polarisation est diminuée et il est nécessaire d'attendre un certain temps pour désamorcer l'avalanche.
Il existe alors une contrainte importante sur le circuit de lecture associé qui doit être en mesure de supporter des tensions de polarisation élevées et des pics de courant à chaque détection de rayonnement lumineux. Dans de nombreuses configurations, un dispositif de détection avec des photodiodes à avalanche n'est pas utilisable pour la détection de photons émis avec un intervalle court. En effet, lors de la détection du premier photon, il y a déclenchement de l'avalanche et production d'un courant électrique intense. Lors du passage du courant, des charges électriques sont piégées dans les différentes couches de matériaux électriquement isolants qui forment la photodiode ce qui vient perturber temporairement les caractéristiques de fonctionnement de la photodiode pour la détection des photons à venir.
C'est pourquoi, les dispositifs de détection utilisant des photodiodes à avalanche sont des dispositifs à récupération lente. Il est nécessaire de passiver les charges piégées afin d'avoir des mesures répétables.
Afin de limiter le piégeage des charges électriques dans la photodiode, il est possible de faire fonctionner la photodiode légèrement en dessous du seuil d'avalanche. Dans ces conditions, il n'y a pas amorçage de l'avalanche. Dans cette configuration, la photodiode présente un gain de détection qui est défini par la polarisation appliquée. Le jeu de tension appliqué permet de définir le rendement de conversion de la photodiode. Dans ce cas de figure, il y a également polarisation de la photodiode avec des tensions élevées. Des contraintes importantes existent sur le circuit de lecture pour être en mesure d'augmenter la sensibilité du circuit et d'améliorer le seuil de détection des photons.
Dans cette configuration, il est également nécessaire de prévoir un circuit de lecture qui est en mesure de supporter des tensions de polarisation importantes et de gérer un flux de courant élevé. Or, de manière générale, la forte tension appliquée sur le photodétecteur pour gagner en sensibilité de détection se traduit par des choix technologiques et donc par la limite maximale de tension acceptable. Pour une technologie donnée de circuit de lecture, il y a un compromis à trouver entre la sensibilité du circuit électronique et la résistance à des tensions élevées et à des courants importants. En conséquence, un circuit de lecture configuré pour être sensible dans la détection des photons sera très perturbé par des courants électriques importants. Le document FR 2857545 décrit plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de détection. Le photodétecteur est connecté d'une part à un circuit de lecture qui stocke les charges émises par le photodétecteur et d'autre part à un circuit de polarisation par l'intermédiaire d'une résistance. Cependant, cette résistance est une résistance discrète connectée au circuit de lecture ce qui n'est pas optimal. Comme indiqué dans le document D1 , cette configuration ne permet pas de former un dispositif compact et l'intégration d'une éventuelle résistance intégrée est également indiquée comme incompatible avec des contraintes standard de compacité. Le document FR 2857545 propose de remplacer cette résistance discrète par un transistor MOS monté en diode.
Des essais ont montré que cette configuration est incompatible avec la détection de signaux de faible intensité. Pour la détection de signaux de faible intensité, une solution partielle est proposée dans le document WO2009/059015 qui prévoit de placer un fusible entre le photodétecteur et le circuit de lecture. Le circuit de lecture est standard et le fusible est configuré de sorte qu'il devienne bloquant lorsque le courant émis par le photodétecteur dépasse un seuil. On constate que cette solution empêche d'appliquer un courant trop élevé depuis le photodétecteur vers le circuit de lecture. Cependant, cette approche est chère et nécessite l'intégration d'étapes technologies supplémentaires.
Objet de l'invention On constate qu'il existe un besoin de prévoir un dispositif de détection qui est capable de mieux gérer un photodétecteur fortement polarisé connecté à un circuit de lecture. On tend à combler ce besoin au moyen d'un dispositif qui comporte :
- un photodétecteur transformant le rayonnement électromagnétique reçu en un courant électrique,
- un circuit de lecture couplé à une première borne du photodétecteur, le circuit de lecture étant configuré pour transformer un signal en courant émis par le photodétecteur en un signal en tension,
- un condensateur ayant une première borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur et une deuxième borne couplée électriquement au circuit de lecture,
- un circuit de polarisation configuré pour polariser le photodétecteur pendant une première période de temps au moyen d'une première condition de polarisation, le circuit de polarisation étant configuré pour laisser la première borne du photodétecteur à un potentiel flottant dans une deuxième période de temps, la première condition de polarisation étant configurée pour faire fonctionner le photodétecteur dans un régime linéaire à avalanche durant la deuxième période de temps,
- une résistance ayant une première borne couplée électriquement au circuit de polarisation et une deuxième borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente, de manière schématique, un circuit de détection selon l'art antérieur,
- la figure 2 représente, de manière schématique, un mode de réalisation d'un circuit de détection selon l'invention,
- la figure 3 représente, de manière schématique, un mode de réalisation particulier d'un circuit de détection selon l'invention.
Description de modes de réalisation préférentiels de l'invention
Comme cela est illustré à la figure 2, le dispositif de détection comporte un photodétecteur 1 schématisé sous la forme d'une source de courant, capable de convertir le signal lumineux reçu en un signal électrique. Le photodétecteur 1 est configuré pour détecter un rayonnement électromagnétique dans une gamme précise de longueur d'ondes.
Le photodétecteur 1 peut être formé par tout dispositif adapté, par exemple par une photodiode ou par un dispositif à puits quantique ou à multi-puits quantiques. Le photodétecteur est un dispositif polarisé avec une première gamme de tension pour délivrer une information représentative de la scène observée. Le photodétecteur est avantageusement configuré pour détecter un rayonnement infrarouge, de préférence, une gamme particulière du rayonnement infrarouge, par exemple les gammes, LWIR, MWIR ou SWIR.
Le photodétecteur 1 a une première borne couplée électriquement à un circuit de lecture 2. Le circuit de lecture 2 est configuré pour transformer un signal en courant qui arrive sur une borne d'entrée en un signal en tension Vs sur sa borne de sortie. Un condensateur 3 est connecté entre la première borne du photodétecteur 1 et la borne d'entrée du circuit de lecture 2. Le circuit de lecture 2 impose une tension de lecture sur le condensateur 3. Le condensateur 3 empêche le potentiel présent sur le photodétecteur 1 d'atteindre directement le circuit de lecture 2. Il en va de même pour le potentiel appliqué par le circuit de lecture 2.
Le dispositif de détection comporte également un circuit de polarisation 4 configuré pour polariser le photodétecteur 1. Le circuit de polarisation 4 est configuré de manière à ce que le photodétecteur 1 agisse comme une source de courant dont l'intensité du courant est fonction du rayonnement électromagnétique reçu. Le dispositif de détection est configuré pour détecter un signal de très faible intensité. Le circuit de polarisation 4 est configuré pour polariser le photodétecteur 1 dans son mode de fonctionnement recherché. Comme le circuit de polarisation 4 est couplé électriquement au photodétecteur 1 , il est configuré pour ne pas complètement absorber le signal électrique émis, avantageusement pour absorber périodiquement le signal émis. Le circuit de polarisation 4 et le circuit de lecture 2 sont connectés ou couplés au photodétecteur 1 de manière à définir deux chemins distincts de circulation du courant émis par le photodétecteur 1.
Dans un mode de réalisation particulier, les conditions de polarisation sont configurées pour placer le photodétecteur 1 au-dessus du seuil d'avalanche ou légèrement en dessous du seuil d'avalanche (en valeur absolue) pour avoir un détecteur linéaire à avalanche. Dans ce domaine de fonctionnement, chaque photon reçu génère une quantité prédéfinie d'électrons. Cette quantité d'électrons est définie par les conditions de polarisation du photodétecteur. De cette manière, la détection d'un photon génère une valeur fixe d'électrons et la détection de deux photons génère une valeur deux fois plus importante que la détection d'un seul photon.
A titre d'exemple, pour une photodiode réalisée en HgCdTe configurée pour la détection d'un rayonnement dans la gamme SWIR, il est possible de polariser la diode en inverse entre 8 et 20V pour obtenir un gain évoluant entre 5 et 100. Pour une photodiode réalisée en HgCdTe configurée pour la détection d'un rayonnement dans la gamme MWIR, il est possible de polariser la diode en inverse entre 3 et 10V pour obtenir un gain évoluant entre 5 et 100. Selon les conditions d'alimentation, la détection d'un photon peut donner de manière répétable entre 5 et 100 électrons ce qui permet de définir le gain du photodétecteur. La valeur du gain évolue en fonction de la température du détecteur. Pour un détecteur à base de HgCdTe, la valeur du gain augmente quand la température diminue. De manière avantageuse, les conditions de polarisation sont choisies de manière à avoir un gain compris entre 5 et 200 et plus particulièrement entre 10 et 150.
On remarque qu'il est possible de polariser le photodétecteur dans une gamme de polarisation qui est bien supérieure à ce que peut supporter le circuit de lecture, c'est-à-dire bien supérieur à la tension de claquage à au moins un transistor formant le circuit de lecture.
Il est important de ne pas atteindre le seuil d'avalanche car le dispositif devient incapable d'associer la quantité de photons détectés avec un signal représentatif en courant ou en tension.
Le circuit de polarisation 4 est configuré pour imposer une première différence de potentiel aux bornes du photodétecteur 1 pendant une première période de temps. Le circuit de polarisation 4 est avantageusement couplé électriquement aux bornes du photodétecteur 1. Un premier potentiel, par exemple un potentiel de substrat VSUB, est appliqué sur la deuxième borne du photodétecteur 1 . Un deuxième potentiel, par exemple un potentiel de polarisation est appliqué sur la première borne du photodétecteur 1 par l'intermédiaire d'une résistance R. La résistance R permet le couplage électrique entre le circuit de polarisation 4 et le photodétecteur 1 .
Durant la première période de temps, le photodétecteur est polarisé. La résistance utilisée n'est pas destinée à maintenir la polarisation en cas de détection de photons. La résistance est configurée de manière à protéger le dispositif de détection dans le cas où le photodétecteur est en court-circuit en évitant l'injection d'un excès de courant dans le substrat. En cas de détection, une partie du signal est absorbée par le circuit de polarisation 4.
La résistance R a une première borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur 1 et au condensateur 3. La résistance R a une deuxième borne couplée électriquement à une source de tension 5 de sorte que des charges électriques puissent circuler entre le circuit de polarisation 4 et le photodétecteur par l'intermédiaire de la résistance R. Avantageusement, la source de tension 5 délivre un potentiel fixe. Ainsi, le circuit de polarisation 4 est couplé électriquement à la seconde borne de la résistance R. Le circuit de polarisation 4 est configuré pour polariser le photodétecteur 1 pendant une première période de temps par l'intermédiaire de la résistance R. Dans un mode de réalisation particulier illustrée à la figure 3, la tension de polarisation VREF est appliquée par une source de tension 5 pendant la première période. La tension de polarisation VREF OU une tension qui en découle est appliquée sur la première borne du photodétecteur 1 à travers la résistance R. La tension appliquée sur la deuxième borne permet de fixer les conditions de polarisation. La tension appliquée sur la deuxième borne est par exemple une tension de substrat Vsub. Dans une deuxième période de temps, la tension de polarisation VREF n'est plus appliquée sur le photodétecteur 1 . La première borne du photodétecteur 1 est laissée à potentiel flottant. La polarisation du photodétecteur est maintenue au moyen des capacités électriques et notamment au moyen de la capacité parasite du photodétecteur 1 . Ce mode de réalisation est particulièrement facile à réaliser avec une photodiode en tant que photodétecteur. Dans ce cas de figure, les photons détectés sont transformés en des charges électriques qui sont intégrées dans le condensateur 3. Comme la tension de polarisation n'est plus appliquée sur le photodétecteur 1 , on peut considérer qu'une résistance infinie est placée en série de la résistance R ce qui permet la détection de signaux très faibles sans introduire de bruit par le circuit de polarisation 4. Dans une variante de réalisation également illustrée à la figure 3, le circuit de polarisation 4 comporte un interrupteur 6 connecté entre la source de tension
5 et la résistance R. Le photodétecteur 1 est polarisé par la source de tension 5 lorsque l'interrupteur 6 est à l'état fermé. L'interrupteur 6 est commandé par générateur de signal BIAS- Le signal BIAS permet de commander l'ouverture et la fermeture de l'interrupteur et donc l'application de la tension de polarisation ou non. Dans la première période, l'interrupteur
6 est fermé. Durant la deuxième période, l'interrupteur 6 est ouvert. Durant la deuxième période, la source de tension 5 n'intervient pas dans la polarisation du photodétecteur 1 .
Avantageusement, l'interrupteur 6 est un transistor et préférentiellement un transistor à effet de champ.
Dans cette configuration, durant la deuxième période, le courant ne circule pas dans la résistance R, il est intégré dans le condensateur 3. Le condensateur 3 transmet une information en courant relative au signal généré par le photodétecteur 1. Le circuit de lecture 2 reçoit donc un signal en courant représentatif de la scène observée. Le courant émis par le photodétecteur 1 s'écoule à travers le condensateur 3. Dans cette configuration, une première gamme de tension peut être présente d'un côté du condensateur 3, par exemple dans la partie contenant le photodétecteur. Une deuxième gamme de tension peut être présente de l'autre côté du condensateur 3, par exemple dans la partie contenant le circuit de lecture 2. Il est avantageux d'appliquer une première polarisation aux bornes du photodétecteur qui est non corrélée à une deuxième polarisation appliquée aux bornes du circuit de lecture 2. La valeur de la première polarisation est fixée indépendamment de la valeur de la deuxième polarisation. Ce type de circuit permet d'appliquer des tensions élevées aux bornes du photodétecteur 1 tout en ayant des tensions plus faibles aux bornes du circuit de lecture 2. Il est alors possible de combiner un photodétecteur fortement polarisé pour être très sensible au rayonnement incident et un circuit de lecture moins fortement polarisé de manière à être très sensible au signal électrique arrivant en entrée et à présenter un faible bruit électronique.
Dans un mode de réalisation avantageux, le circuit de lecture 2 est un circuit de lecture intégrateur qui comporte un condensateur d'intégration Cint. Le condensateur d'intégration Cint est agencé de manière à stocker les charges électriques émises par le photodétecteur 1. Avantageusement, le condensateur d'intégration Cim est monté en contre-réaction d'un amplificateur 7.
Un circuit de remise à zéro 11 peut être utilisé pour initialiser le condensateur d'intégration Cjnt en court-circuitant ses électrodes. De manière avantageuse, le signal de court-circuit reSet et le signal <¾IAS sont liés. Avantageusement, les deux signaux sont configurés pour avoir la remise à zéro du condensateur d'intégration du circuit de lecture lorsque le circuit de polarisation 4 polarise le photodétecteur 1. Par exemple, les deux signaux sont synchronisés, en phase ou en opposition de phase.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la capacité électrique du condensateur 3 est plus importante que la capacité électrique du condensateur d'intégration du circuit de lecture 2. De manière avantageuse, la capacité électrique du condensateur 3 est au moins deux fois plus importante que la capacité électrique du condensateur d'intégration du circuit de lecture 2. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la capacité électrique du condensateur 3 est égale à 100fF et la capacité électrique du condensateur d'intégration dm est égale à 30fF. La capacité électrique du condensateur 3 est préférentiellement supérieure à la capacité électrique du condensateur parasite du photodétecteur et encore plus préférentiellement au moins deux fois supérieure à la capacité électrique du condensateur parasite du photodétecteur.
Dans un mode de réalisation particulier, le circuit de lecture 2 est un circuit amplificateur transimpédance qui comporte un amplificateur 7 avec un condensateur d'intégration Cmt connecté en contre-réaction comme cela est représenté sur la figure 2.
Dans un autre mode de réalisation particulier qui peut être combiné avec les modes de réalisation précédents, le circuit de lecture 2 est réalisé sur un premier substrat monobloc en matériau semi-conducteur ce qui permet de réaliser facilement un circuit compact et performant. Le substrat peut être un substrat semi-conducteur massif ou la couche active d'un substrat semiconducteur sur isolant. Il en est avantageusement de même pour le circuit de polarisation 4 qui peut être réalisé sur le même substrat que le circuit de lecture. Le circuit de polarisation et/ou le circuit de lecture comportent une pluralité de transistors qui sont formés dans le substrat en matériau semiconducteur. Ces transistors sont isolés électriquement les uns des autres au moyen de motifs d'isolation qui s'enfonce dans le substrat semi-conducteur. Les motifs d'isolation sont réalisés dans un matériau électriquement isolant. L'épaisseur de ces motifs d'isolation est avantageusement supérieure à 50nm avantageusement à 100nm.
Les transistors du circuit de lecture 2 et/ou du circuit de polarisation 4 sont réalisés sur le substrat monobloc en matériau semi-conducteur et la résistance R est réalisée hors de ce substrat. Avantageusement, la résistance R est séparée du substrat par une couche électriquement isolante. La couche électriquement isolante est avantageusement la couche utilisée pour formée les motifs d'isolation. Par exemple, la résistance R est réalisée au moyen d'un motif en polysilicium. Cette configuration particulière permet de réaliser de manière compacte une résistance R qui est découplée électriquement du substrat ce qui lui permet de supporter des tensions élevées sans risquer un transit parasite de porteurs de charge à l'intérieur du substrat. La configuration est compacte car la résistance est réalisée sur le même substrat que les autres composants. En comparaison des modes de réalisation décrits dans le document FR 2857545, il est important de noter que le découplage électrique entre la résistance et le substrat formant le circuit de polarisation et/ou le circuit de lecture permet de bien séparer les hautes tensions appliquées sur le photodétecteur linéaire à avalanche et les plus basses tensions liées au circuit de lecture 2.
Dans une variante de réalisation qui peut être combinée aux modes de réalisation précédents, le circuit de lecture 2 est réalisé sur un substrat monobloc en matériau semi-conducteur ce qui permet de réaliser facilement un circuit compact et performant. Le substrat peut être un substrat semi- conducteur massif ou la couche active d'un substrat semi-conducteur sur isolant. Les transistors du circuit de lecture 2 sont réalisés sur le substrat monobloc en matériau semi-conducteur et le condensateur 3 est réalisé hors de ce substrat. Avantageusement, le condensateur 3 est séparé du substrat par une couche électriquement isolante. Par exemple, le condensateur 3 est réalisé au moyen de deux électrodes qui sont chacune formées par un matériau semi-conducteur ou métallique qui sont séparées du substrat par un film électriquement isolant. Cette configuration particulière permet de réaliser de manière compacte un condensateur 3 qui est découplé électriquement du substrat ce qui lui permet de supporter des tensions élevées sans risquer un transit parasite de porteurs de charge à l'intérieur du substrat. L'électrode du condensateur 3 en contact avec le photodétecteur 1 est séparée du substrat par un film électriquement isolant. Dans un mode de réalisation avantageux, l'autre électrode du condensateur est formée dans le substrat et éventuellement par une électrode de source/drain ou grille d'un des transistors formant la borne d'entrée du circuit de lecture.
L'utilisation d'éléments passifs réalisés hors du substrat semi-conducteur permet d'accroître la fiabilité de la séparation entre la zone haute tension appliquée d'un côté du condensateur 3 et la zone basse tension appliquée de l'autre côté du condensateur 3, ici dans le substrat semi-conducteur. Il est alors possible d'avoir dans un même circuit, une partie des composants soumis à des tensions élevées et une autre partie des composants soumis à une tension plus faible tout en évitant un transfert parasite des porteurs de charge via le substrat. Le matériau diélectrique présent entre les deux électrodes du condensateur 3 permet d'éviter les fuites importantes de courant.
Cette configuration permet d'accroître la vitesse de fonctionnement du circuit de lecture 2 et/ou sa sensibilité en décalant son jeu de tensions par rapport au jeu de tensions appliqué pour faire fonctionner le photodétecteur 1. Un tel circuit de détection peut être réalisé en technologie CMOS, éventuellement à l'exception du photodétecteur, ce qui permet de réaliser de manière simple et compacte la partie électronique du circuit. Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux, la résistance R est agencée de manière à former un condensateur parasite Cmti connecté au circuit de lecture 2. Cet agencement permet d'augmenter le gain de conversion du circuit de lecture 2 intégrateur tout en réduisant le bruit. De manière plus précise, la résistance R peut être agencée de manière à former une capacité électrique Cint munie d'une connexion électrique reliant l'entrée de l'amplificateur 7 avec la sortie de l'amplificateur 7 pour former un condensateur d'intégration du circuit de lecture 2 à travers le condensateur 3.
Dans un mode de réalisation particulier, le condensateur parasite Cmti est connecté en contre-réaction de l'amplificateur 7 du circuit de lecture 2. La deuxième entrée de l'amplificateur peut être connectée à une source de tension qui applique une tension de référence VREF2- La tension de référence est alors appliquée sur une électrode du condensateur 3 et la tension de polarisation est appliquée sur l'autre électrode. De cette manière, la tension de référence VREF2 contribue à l'initialisation de la polarisation du condensateur 3 lors de la première période où l'interrupteur 6 est à l'état fermé.
Dans un autre mode de réalisation particulièrement avantageux qui peut être combiné avec les modes de réalisation précédents, le condensateur 3 est agencé de manière à former un condensateur parasite Cjnt2 connecté au circuit de lecture 2. Cet agencement permet d'augmenter le gain de conversion du circuit de lecture 2 intégrateur tout en réduisant le bruit. Dans un mode de réalisation particulier, le condensateur parasite Cjnt2 est connecté en contre-réaction de l'amplificateur 7 du circuit de lecture 2. Dans un autre mode de réalisation particulier qui peut être combiné avec les modes de réalisation précédents, un circuit de blocage 8 de tension est connecté à la deuxième borne de la résistance R. Le circuit de blocage 8 est configuré pour bloquer la tension présente sur la deuxième borne de la résistance R à une valeur seuil. Dans un mode de réalisation encore plus particulier, le circuit de blocage 8 est configuré pour délivrer un courant de contre-réaction qui fige la tension de la deuxième borne de la résistance R à une valeur seuil.
Le circuit de blocage est particulièrement avantageux lors de la deuxième période de temps. Si le photodétecteur est en court-circuit, le circuit de blocage 8 permet de limiter le courant qui circule ce qui protège le circuit de lecture.
Dans un mode de réalisation particulier, le circuit de blocage 8 comporte une source de tension additionnelle 9 couplée électriquement à la deuxième borne de la résistance R au moyen d'un interrupteur additionnel T1. Le circuit de blocage 8 est configuré de manière à ce que la source de tension additionnelle 9 délivre un courant de contre-réaction lorsque l'interrupteur additionnel T1 devient passant. L'interrupteur additionnel T1 délivre un courant de contre-réaction qui permet de figer la tension de la deuxième borne de la résistance R lorsque l'interrupteur T1 devient passant. Le basculement de l'interrupteur T1 à l'état fermé en fonction de la valeur de tension présente sur la deuxième borne de la résistance R peut être réalisé dé différentes manières.
Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux car compact, l'interrupteur T1 est un transistor. La borne de commande du transistor T1 est connectée à une autre source de tension 10 qui applique la tension de blocage Vciamp. De cette manière, le passage du transistor Tî entre les états bloqué et passant est conditionné par la différence de tension qui existe entre la tension présente sur la deuxième borne de la résistance R et la tension de blocage Vciamp- C'est la valeur de la tension de blocage VCiamP qui fixe la valeur du seuil. Cette configuration avantageuse permet de limiter l'amplitude des variations de tension sur la deuxième borne de la résistance R. Cette spécificité permet de protéger le circuit de lecture et/ou le circuit de polarisation en cas de variation de tension trop importante. Avantageusement, le transistor est configuré pour fonctionner en mode linéaire et non en commutation.
Il est particulièrement intéressant de former un détecteur de rayonnement qui comporte une pluralité de circuits de détection tels que décrits précédemment. Cependant, le procédé de fabrication des photodétecteurs est tel qu'il existe toujours au moins un photodétecteur défaillant dans un détecteur de taille importante. Les détecteurs de rayonnement utilisant un grand nombre de photodétecteurs sont très difficiles à réaliser car un défaut électrique présent sur un photodétecteur va engendrer une défaillance de l'ensemble de la matrice de photodétecteurs. La forte polarisation appliquée sur le photodétecteur en court-circuit va se retrouver présente sur tous les circuits de lecture qui ne sont pas configurés pour gérer de tels niveaux de polarisation. Ce type de problème n'est pas traité dans l'architecture divulguée dans le document FR2857545. En effet, on observe que la tension de polarisation du photodétecteur dérive de la tension de polarisation du circuit de lecture et donc le circuit de lecture est configuré pour supporter la tension de polarisation appliquée au photodétecteur.
Dans le cas où le détecteur est configuré pour détecter des faibles flux, les photodétecteurs sont tous fortement polarisés. Lorsqu'un photodétecteur 1 présente un défaut, un courant conséquent est appliqué de manière continue ou quasi-continue au circuit de polarisation 4 ce qui peut fausser les conditions de polarisation appliquées aux autres photodétecteurs. L'utilisation d'une résistance entre les photodétecteurs 1 et les circuits de lecture 2 permet de réduire le courant pouvant circuler et de conserver la fonctionnalité des autres photodétecteurs. Dans cette configuration, il est possible de combiner des photodétecteurs fortement polarisés et des circuits de lecture sensibles aux aléas de polarisation en limitant les risques de détérioration du circuit de lecture, par exemple en cas de disfonctionnement du photodétecteur. Avantageusement, la valeur de la résistance est supérieure à lOOkOhms ce qui permet de résister à des conditions variées de fonctionnement par exemple entre 100 kOhms et I MOhms.
La borne de sortie du circuit de détection est destinée à être connectée à un circuit d'analyse (non représenté).
Ce type de circuit de détection permet une mesure efficace et de bonne qualité sur des signaux lumineux ayant un faible flux. Ce type de circuit de détection est particulièrement bien adapté pour de la détection sub- photonique linéaire, c'est-à-dire pour le comptage des photons.

Claims

Revendications
1. Circuit de détection de rayonnement électromagnétique comportant :
- un photodétecteur (1) transformant le rayonnement électromagnétique reçu en un courant électrique,
- un circuit de lecture (2) couplé à une première borne du photodétecteur (1 ), le circuit de lecture (2) étant configuré pour transformer un signal en courant émis par le photodétecteur (1 ) en un signal en tension (Vs),
- un condensateur (3) ayant une première borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur (1 ) et une deuxième borne couplée électriquement au circuit de lecture (2),
- un circuit de polarisation (4) configuré pour polariser le photodétecteur (1 ) pendant une première période de temps au moyen d'une première condition de polarisation,
circuit de détection caractérisé en ce que
- le circuit de polarisation (4) est configuré pour laisser la première borne du photodétecteur (1 ) à un potentiel flottant dans une deuxième période de temps, la première condition de polarisation étant configurée pour faire fonctionner le photodétecteur (1 ) dans un régime linéaire à avalanche durant la deuxième période de temps,
- et en ce qu'il comporte une résistance (R) ayant une première borne couplée électriquement au circuit de polarisation (4) et une deuxième borne couplée électriquement à la première borne du photodétecteur (1 ).
2. Circuit selon la revendication 1 , caractérisé en ce que le circuit de lecture (2) est formé dans un premier substrat monobloc en matériau semiconducteur et en ce que la borne du condensateur (3) couplée électriquement au photodétecteur (1 ) est formée dans un film semiconducteur séparé du premier substrat monobloc en matériau semiconducteur par un premier film électriquement isolant.
3. Circuit selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que circuit de polarisation (4) est formé dans un premier substrat monobloc en matériau semi-conducteur et en ce que la résistance (R) est formée dans un film semi- conducteur séparé du premier substrat monobloc en matériau semiconducteur par un deuxième film électriquement isolant.
4. Circuit selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de polarisation (4) comporte au moins deux transistors formés dans le premier substrat monobloc et isolés électriquement au moyen d'un motif d'isolation qui s'enfonce dans le deuxième substrat et en ce que la résistance (R) est formée sur ledit motif d'isolation.
5. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le circuit de polarisation (4) comporte un interrupteur (6) connecté entre une source de tension (5) et la résistance (R), le photodétecteur (1 ) étant polarisé par la source de tension (5) lorsque l'interrupteur (6) est à l'état fermé pendant la première période de temps et à l'état bloquant durant une deuxième période de temps.
6. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le circuit de lecture (2) comporte un condensateur d'intégration (Cint) et un circuit de remise à zéro (11 ) configuré pour court-circuiter les électrodes du condensateur d'intégration (Cint) et en ce que les électrodes du condensateur d'intégration (Cint) sont court-circuitées durant au moins une partie de la première période de temps.
7. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de blocage (8) configuré pour bloquer la tension présente sur la deuxième borne de la résistance (R) à une valeur seuil durant la deuxième période de temps.
8. Circuit selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de blocage (8) comporte une source de tension additionnelle (9) couplée électriquement à la deuxième borne de la résistance (R) par l'intermédiaire d'un interrupteur additionnel (T1 ) et configuré de manière à ce que la source de tension additionnelle (9) délivre un courant de contre-réaction lorsque l'interrupteur additionnel (T1 ) devient passant.
9. Circuit selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'interrupteur additionnel (T1 ) est un transistor ayant une électrode de commande connectée à une source de tension de blocage (Vciamp)-
10. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit de lecture (2) comporte un amplificateur (7) ayant une entrée couplée au condensateur (3) et un condensateur d'intégration (Cint) monté en contre-réaction, le condensateur d'intégration (Cint) étant au moins partiellement formé par une capacité parasite de la résistance (R).
11. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le circuit de lecture (2) comporte un amplificateur (7) ayant une entrée couplée au condensateur (3) et un condensateur d'intégration (Cint) monté en contre-réaction, le condensateur d'intégration (Cint) étant au moins partiellement formé par une capacité parasite du condensateur (3).
12.Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 1 1 , caractérisé en ce que le première condition de polarisation est configurée de manière à être supérieure à la tension de claquage d'au moins un transistor formant le circuit de lecture (2).
13. Dispositif de détection comportant une pluralité de circuits selon l'une quelconque des revendications 1 à 12 et organisés pour former un détecteur matriciel.
PCT/FR2014/000047 2013-02-26 2014-02-26 Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique WO2014131953A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US14/770,688 US9784612B2 (en) 2013-02-26 2014-02-26 Device for detecting electromagnetic radiation
EP14711550.5A EP2962077A1 (fr) 2013-02-26 2014-02-26 Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1300442A FR3002630B1 (fr) 2013-02-26 2013-02-26 Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique
FR1300442 2013-02-26

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014131953A1 true WO2014131953A1 (fr) 2014-09-04

Family

ID=48979789

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2014/000047 WO2014131953A1 (fr) 2013-02-26 2014-02-26 Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique

Country Status (4)

Country Link
US (1) US9784612B2 (fr)
EP (1) EP2962077A1 (fr)
FR (1) FR3002630B1 (fr)
WO (1) WO2014131953A1 (fr)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106338339A (zh) * 2016-10-17 2017-01-18 东南大学 应用于阵列型单光子雪崩二极管的紧凑型检测淬灭电路

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160060505A (ko) * 2014-11-20 2016-05-30 삼성전자주식회사 광계수 검출 장치 및 방법, 방사선 촬영 장치
US10002986B1 (en) 2016-12-19 2018-06-19 Waymo Llc Hybrid integration of photodetector array with digital front end
RU2673989C1 (ru) * 2018-01-31 2018-12-03 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) Фотодатчик импульсного излучения
US10511796B1 (en) * 2018-07-26 2019-12-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Image sensor system, associated readout circuit thereof and associated method
US11181419B2 (en) 2018-10-09 2021-11-23 Omnivision Technologies, Inc. Photon sensing with threshold detection using capacitor-based comparator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2857545A1 (fr) 2003-07-08 2005-01-14 Commissariat Energie Atomique Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique et de lecture d'un signal representatif du rayonnement detecte a dispositif de polarisation integre.
WO2009059015A2 (fr) 2007-10-30 2009-05-07 Raytheon Company Procédé de protection de circuits à l'aide d'éléments fusibles en réseau intégrés et procédé de fabrication
EP2458849A1 (fr) * 2010-11-29 2012-05-30 Société Française de Détecteurs Infrarouges - SOFRADIR Circuit de détection à double échantillonnage corrélé avec circuit d'anti-éblouissement amélioré

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5259132B2 (ja) * 2006-12-27 2013-08-07 三星ディスプレイ株式會社 周辺光感知回路及びこれを有する平板表示装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2857545A1 (fr) 2003-07-08 2005-01-14 Commissariat Energie Atomique Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique et de lecture d'un signal representatif du rayonnement detecte a dispositif de polarisation integre.
WO2009059015A2 (fr) 2007-10-30 2009-05-07 Raytheon Company Procédé de protection de circuits à l'aide d'éléments fusibles en réseau intégrés et procédé de fabrication
EP2458849A1 (fr) * 2010-11-29 2012-05-30 Société Française de Détecteurs Infrarouges - SOFRADIR Circuit de détection à double échantillonnage corrélé avec circuit d'anti-éblouissement amélioré

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106338339A (zh) * 2016-10-17 2017-01-18 东南大学 应用于阵列型单光子雪崩二极管的紧凑型检测淬灭电路

Also Published As

Publication number Publication date
US9784612B2 (en) 2017-10-10
FR3002630B1 (fr) 2015-05-29
EP2962077A1 (fr) 2016-01-06
US20160003674A1 (en) 2016-01-07
FR3002630A1 (fr) 2014-08-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2962077A1 (fr) Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique
EP0028960B1 (fr) Matrice de détection d&#39;un rayonnement électromagnétique et intensificateur d&#39;images radiologiques comportant une telle matrice
EP2600125B1 (fr) Dispositif de détection de rayonnement à étendue d&#39;illumination améliorée
EP2525406B1 (fr) Circuit de détection à faible flux et faible bruit
WO2017093179A1 (fr) Capteur de motif thermique
FR2968133A1 (fr) Circuit de détection a double échantillonnage corrélé avec circuit d&#39;anti-éblouissement amélioré
EP2788782B1 (fr) Dispositif de détection de rayonnement électromagnétique impulsionnel
EP3324610B1 (fr) Circuit de detection a faible flux et faible bruit
EP2037241B1 (fr) Dispositif de détection d&#39;un rayonnement électromagnétique à limitation de courant
WO2013079826A1 (fr) Matrice de détection compacte à conditions de polarisation améliorées
FR2722635A1 (fr) Circuit de suppression de courant d&#39;obscurite de photodetecteur
EP0958545B1 (fr) Circuit integrateur de charges photogenerees a linearite amelioree
EP1870716A1 (fr) Dispositif de detection hyperfrequence large bande
FR2705183A1 (fr) Structure améliorée d&#39;adressage à diodes pour adressage d&#39;un réseau de transducteurs.
EP2463632A1 (fr) Dispositif de détection comportant un circuit de test robuste
EP2783192B1 (fr) Circuit de détection avec un module de réduction du bruit
EP2455731B1 (fr) Circuit de détection avec module d&#39;anti-éblouissement
FR2460079A1 (fr) Mosaique de detecteurs de rayonnement lue par un dispositif semi-conducteur, et systeme de prise de vues comportant une telle mosaique
WO2021043456A1 (fr) Capteur infrarouge a capture instantanee
EP2309726B1 (fr) Circuit de détection avec dérivation d&#39;une partie du courant d&#39;un photodétecteur
WO2005006741A1 (fr) Dispositif de detection de rayonnement electromagnetique et de lecture d&#39;un signal representatif du rayonnement detecte a dispositif de polarisation integre.
EP2495764A1 (fr) matrice de détection à conditions de polarisation améliorées et procédé de fabrication
FR2961056A1 (fr) Dispositif electronique, en particulier de protection contre les decharges electrostatiques, et procede de protection d&#39;un composant contre des decharges electrostatiques

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14711550

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2014711550

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 14770688

Country of ref document: US