WO2023126423A1 - Detecteur photosensible matriciel et procede de realisation du detecteur photosensible - Google Patents

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WO2023126423A1
WO2023126423A1 PCT/EP2022/087924 EP2022087924W WO2023126423A1 WO 2023126423 A1 WO2023126423 A1 WO 2023126423A1 EP 2022087924 W EP2022087924 W EP 2022087924W WO 2023126423 A1 WO2023126423 A1 WO 2023126423A1
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WO
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pixels
detector
substrate
microcircuits
flat substrate
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/087924
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Inventor
Bruno Commere
Simon MARECAUX
Thibaut Wirth
Mohamed ZEKHNINI
Thierry Ducourant
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Trixell
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Publication date
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    • H01L27/144—Devices controlled by radiation
    • H01L27/146—Imager structures
    • H01L27/14601—Structural or functional details thereof
    • H01L27/14636—Interconnect structures
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    • H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
    • H01L27/14658—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers
    • H01L27/14661—X-ray, gamma-ray or corpuscular radiation imagers of the hybrid type

Definitions

  • the invention relates to a photosensitive detector and its method of production.
  • the invention finds a particular utility for the realization of a photosensitive detector used to produce visible images.
  • the invention is not limited to the production of this type of detector.
  • the invention can be implemented to produce a detector making it possible to produce pressure or temperature maps or even two-dimensional representations of chemical or electrical potentials. These maps or representations form images of physical magnitudes.
  • the invention applies in particular to the production of active matrix detectors used for example for detection purposes in imaging devices by ionizing radiation, for example by X or gamma rays.
  • a pixel represents the elementary sensitive element of the detector.
  • Each pixel converts a physical phenomenon to which it is subjected into an electrical signal.
  • the electrical signals from the different pixels are collected during a matrix reading phase and then digitized so that they can be processed and stored to form an image.
  • the pixels are formed of a zone sensitive to the physical phenomenon and deliver, for example, a current of electric charges.
  • the physical phenomenon may be electromagnetic radiation conveying a flux of photons and subsequently, the invention will be explained by means of this type of radiation and the charging current is a function of the flux of photons received by the sensitive zone.
  • the generalization to any type of matrix detector will be easy.
  • a matrix image detector comprises row conductors, each connecting the pixels of the same row, and column conductors, each connecting the pixels of the same column.
  • the column conductors are connected to conversion circuits generally arranged on an edge of the matrix which can be called the "column foot". It is understood that the names “rows” and “columns” are purely conventional and can be reversed.
  • Each pixel generally comprises a photosensitive component, or photodetector, which can for example be a photodiode, a photoresistor or a phototransistor.
  • photosensitive component or photodetector
  • There are large photosensitive matrices which can have several million pixels organized in rows and columns.
  • Each pixel further comprises an electronic circuit comprising at least one actuator.
  • the electronic circuit may further comprise other switches, capacitors, resistors, downstream of which the actuator is placed.
  • the assembly constituted by the photosensitive component and the electronic circuit makes it possible to generate electrical signals and to collect them.
  • the electronic circuit generally allows the reinitialization of the signal collected in each pixel after a transfer for the reading of the pixel.
  • the role of the actuator is to transfer or copy, in a column conductor, the signals collected by the electronic circuit according to the information received from the photosensitive component. This transfer is carried out when the actuator receives the instruction from a line driver.
  • the output of the actuator corresponds to the output of the pixel.
  • X-ray detectors are subject to a size constraint. Indeed, there is no simple way to deflect this type of radiation.
  • the detector must therefore have the dimensions of the image to be produced. For example in medical radiology, a detector can exceed 400 mm on a side. The production of detectors having such dimensions is not easy.
  • the first family uses materials such as silicon in the amorphous, polycrystalline or microcrystalline state. These materials are deposited in thin layers on substrates such as, for example, glass or polyimide.
  • a second family uses monocrystalline materials. The second family achieves much better performance than the first family. On the other hand, the second family is limited in size due to the silicon substrates used. To produce large detectors, in the second family, it is necessary to butt together several substrates on which parts of the detector are produced.
  • the scrap rate can be high during the manufacture of the detector. Indeed, the more the number of pixels is important the more the risk that at least one pixel is defective increases, it is possible to accept that some isolated pixels are defective by means of image correction but this remains an imperfect palliative.
  • the invention aims to overcome all or part of the problems mentioned above by proposing a matrix photosensitive detector in which the electronic circuits providing at least the control functions and the reading of each of the pixels are produced separately each on its own substrate. , which makes it possible to use substrates of different technologies for the electronic circuits and for the detector itself.
  • the invention also allows individual testing of each electronic circuit before its transfer to the substrate of the detector. This allows an improvement in the reliability of the detectors.
  • the subject of the invention is a matrix photosensitive detector organized in pixels comprising:
  • microcircuits configured to control and read each of the pixels, the microcircuits being arranged opposite each of the pixels or between adjacent pixels perpendicular to the substrate, each microcircuit being carried on a micro-substrate independent of the flat substrate of the photosensitive detector, the microcircuits being individually connected to the flat substrate at one of its interconnection levels.
  • the flat substrate has a second outer face and connection pads arranged on the second outer face and connected to the interconnection levels, the microcircuits being arranged on the second external face and are connected to the connection pads.
  • the flat substrate has connection pads arranged on the first external face and connected to the interconnection levels, the connection pads of the first external face each forming an individual electrode of one of the pixels.
  • the photodetector may have the form of a continuous layer arranged on the connection pads of the first external face.
  • the photodetector is formed from discrete photo-detection components each forming one of the pixels.
  • the photo-detection components can be embedded in the flat substrate.
  • the microcircuits can be arranged in the flat substrate.
  • microcircuits may be common to several adjacent pixels.
  • the invention also relates to a method for producing a photosensitive detector, consisting of:
  • the method consists in testing the microcircuits before transferring them to the flat substrate of the photosensitive detector.
  • Figure 1 schematically shows several levels of interconnection of a substrate of a photosensitive detector according to the invention
  • Figures 2a and 2b show a first variant of a first embodiment of a photosensitive detector according to the invention
  • Figures 3a and 3b show a second variant of the first embodiment
  • Figures 4a and 4b show two variants of a second embodiment of a photosensitive detector according to the invention.
  • Figures 5a and 5b show a variant in which a microcircuit is common to several contiguous pixels of the detector
  • Figures 6a and 6b show a variant in which a microcircuit is integrated into a substrate of a photosensitive detector according to the invention.
  • the invention relates to a photosensitive matrix detector capable of detecting light radiation reaching a detection zone.
  • the photosensitive detector comprises a matrix of photosensitive elements or detection pixels distributed over the detection zone.
  • FIG. 1 schematically represents a substrate 10 of a photosensitive detector according to the invention.
  • the substrate 10 is in the form of a plate having at least the surface of the detection zone.
  • the photosensitive elements will be described later.
  • the substrate fulfills two main functions: the mechanical support and the connection of the photosensitive elements.
  • the substrate 10 is for example made from a plate of glass, organic material, any other material used to make printed circuits, etc. Any other type of material can be used. work within the scope of the invention.
  • the material selected may for example allow flexibility of the detector.
  • the photosensitive elements generally require at least two types of connection, one for driving and the other for reading the photosensitive elements. Other types of connection can also be implemented, such as for example power supplies.
  • the photosensitive elements are thus connected through the substrate to drive modules and read circuits that can be located outside the detection zone.
  • the driver modules can be located on one side of the rectangular shape and the read circuits on an adjacent side.
  • the substrate can then comprise line conductors allowing the connection of the piloting modules to the photosensitive elements and column conductors allowing the connection of the read circuits to the photosensitive elements. It is understood that the designations “rows” and “columns” are purely conventional and can be reversed.
  • the substrate 10 In the substrate 10, the row conductors and the column conductors must intersect without being in contact.
  • the substrate 10 comprises two interconnection levels, one comprising the row conductors 12 and the other the column conductors 14.
  • the photosensitive elements are arranged on one of the faces of the substrate 10 and vias crossing 16 provide the connections between the conductors 12 and/or 14 and the photosensitive elements.
  • the substrate 10 can comprise more than two interconnection levels, depending on the connection requirements of the various photosensitive elements.
  • the interconnection levels can be internal or arranged on the external faces of the substrate 10.
  • the substrate 10 shown in Figure 1 comprises only one row conductor and one column conductor associated with each photosensitive element, it is of course possible to provide, associated with each photosensitive element several row conductors and /or more column conductors.
  • Figures 2a and 2b illustrate, in partial section, in a plane perpendicular to the plane of the substrate, a first variant of a first embodiment of a photosensitive detector 20.
  • Figure 2a shows three components of the detector remotely 20, a substrate 22 as illustrated in FIG. 1, a photodetector 24 and a microcircuit 26 carried by a micro-substrate 27 independent of the substrate 22.
  • independent is meant the fact of being able to be manufactured separately.
  • the photodetector 24 is arranged opposite a first face 22a of the substrate 22 and the microcircuit 26 is arranged opposite a second face 22b of the substrate 22.
  • the second face 22b is opposite the first face 22a.
  • the three components of detector 20 can be made separately and then assembled to form photosensitive detector 20 as shown in FIG.
  • the substrate 22 comprises on its face 22a conductive pads 30 and on its face 22b conductive pads 32.
  • the conductive pads 30 and 32 are connected to the different interconnect levels, not shown in Figures 2a and 2b. only a few vias 16 are shown by way of example.
  • the interconnection levels can be arranged on the internal layers or on the external faces 22a and 22b of the substrate 22.
  • the microcircuit 26 is for example connected to the interconnection levels of the substrate 22 through pads 28 present on the micro-substrate 27 and coming into contact with studs 32 of substrate 22.
  • a single microcircuit 26 is shown. It is here common to two adjacent photosensitive elements and therefore connected to two pads 30. Alternatively, a microcircuit 26 can be associated with only one photosensitive element or with more than two photosensitive elements, four as illustrated below at help of Figures 5a and 5b.
  • the number of microcircuits is proportional to the number of photosensitive elements.
  • the microcircuits include semiconductors and are configured to ensure at least the driving and reading of each of the photosensitive elements. As indicated in the introduction, the operation of a photosensitive element generally requires at least one electronic switch allowing the reading of the photosensitive element by transferring, when it is closed, the signal accumulated for example in a photodiode in the form of a charge, towards a column conductor.
  • the control of the switch is done by means of a line conductor.
  • the switch and the photodiode are produced by microelectronic techniques directly on the substrate.
  • Some photosensitive elements implement more complex circuits, for example with three transistors. There is a transistor fulfilling the read switch function and there is added a follower transistor arranged between the photodiode and the read transistor as well as a reset transistor making it possible to apply a fixed potential to the photodiode. Control of the reset transistor requires its connection to a particular line conductor. In the prior art where the transistors are made directly on the substrate of the detector, it is hardly possible to make more complex control circuits because the need to associate a circuit with each photodiode presents a risk of reliability for a detector.
  • CMOS complementary Metal Oxide Semiconductor
  • IGZO Indium Gallium Zinc Oxide
  • the invention proposes to dissociate the photosensitive element itself, for example formed by a photodiode, a photoconductor, etc., and the circuit associated therewith and separately realizing the circuit on its own substrate independent of the substrate of the detector.
  • This circuit being of small size, for example of the order of a few pm, it is called a microcircuit.
  • the size of the microcircuits should be viewed in relation to that of the detector itself.
  • the substrate 22 of the detector can have, for its part, a surface close to that of the complete detector. In an X-ray radiology application, a conventional detector format is 430mm ⁇ 430mm.
  • the microcircuits 26, being made separately from the main substrate of the detector, can be individually tested before being transferred to the substrate 22.
  • microcircuits that have successfully passed the individual test step are transferred to the detector substrate. .
  • the improved reliability of the microcircuits makes it possible to envisage much more complex circuits than those mentioned above with one or three transistors. It is in particular possible to implement circuits integrating complex functions of counting, digitization, etc.
  • Another advantage of producing the substrate of the detector and the microcircuits separately is to allow the use of different manufacturing methods. It is for example possible to produce the microcircuits using high-performance semiconductor materials, the temperatures at which they are obtained are very markedly higher, typically in the range of 500 to 1000°C.
  • the substrate 22 comprises on its face 22a conductive pads 30 whose surface each forms the surface of a photosensitive element. More precisely, the pads 30 form an individual electrode of each of the photosensitive elements.
  • the detector comprises as many photosensitive elements as pads 30.
  • the photosensitive detector 20 is a matrix detector organized into pixels. In this example, the surface of each pad 30 forms the photosensitive surface of a pixel.
  • the photodetector 24 groups the pixels of the photosensitive detector.
  • microcircuits 26 are arranged opposite each of the pixels perpendicular to the substrate 22, and therefore these external faces 22a and 22b.
  • substrate 22 may be flexible and have a slight curvature.
  • the perpendicularity is then defined locally at the level of each pixel with respect to a plane tangent to the curvature of the substrate 22.
  • microcircuits 26 By arranging the microcircuits 26 opposite each of the pixels, it is possible to minimize the length of the connections between the microcircuits 26 and the pixels. This minimization makes it possible to reduce the electromagnetic sensitivity to disturbances coming from the environment.
  • vias 16 are advantageously used perpendicular to the plane in which the substrate 22 mainly extends.
  • the connections between the microcircuits 26 and the pixels are then all identical for all the pixels of the photodetector 24. Thus, if electromagnetic disturbances disturb the connections, these disturbances will be substantially identical for all the pixels of the photodetector 24.
  • the photosensitive elements each have, for example, a square surface of the order of 50 to 200 ⁇ m on a side depending on the applications envisaged.
  • the studs 30 therefore have this square shape and are spaced 5 to 10 ⁇ m apart. It is advantageous to minimize the distance separating the photosensitive elements in order to maximize the surface occupied by the photosensitive elements. This makes it possible to maximize the sensitivity of the detector 20.
  • the photodetector 24 comprises a layer ensuring the direct conversion of the incident radiation that is to be detected.
  • materials based on selenium, cadmium telluride (CdTe), materials from the perovskite family, etc. can be deposited in the form of a layer 34 covering the face 22a.
  • Layer 34 can be either continuous, if the lateral diffusion is low enough, or delimited in pixels. The deposition of a continuous layer 34 has the advantage of avoiding worrying about the lateral positioning of the layer facing each of the pads 30.
  • the layer 34 can be produced directly on the substrate 22 if the process for depositing the layer 34 is compatible with substrate 22, in particular in terms of temperature. Alternatively, it is possible to produce layer 34 on a dedicated substrate 36 forming a second electrode for photodetector 24. The assembly formed by substrate 36 and layer 34 forming the photodetector is then transferred onto substrate 22.
  • a photodetector with a discontinuous layer that is to say delimited in pixels or in groups of pixels
  • the positioning tolerance is all the wider as the studs 30 are small.
  • the detection is said to be “direct”.
  • the incident radiation to be detected by the detector is directly converted into an electric signal in the photodetector 24.
  • a second variant, called “indirect” detection and illustrated in FIGS. 3a and 3b represents a photosensitive detector 40. finds the substrate 22 and the microcircuits 26 arranged opposite a second face 22b of the substrate 22.
  • the photodetector 24 of the first variant is replaced by a photodetector 44 formed of a scintillator 46 and a photo-detection component, such as for example a photodiode 48.
  • FIG. 3a represents the substrate 22, a microcircuit 26 and a photodetector 44 remote from each other.
  • Figure 3b shows these same elements assembled.
  • the incident radiation passes through the scintillator 46 by converting its photons into other photons in a wavelength band adapted to the photodiode 48.
  • This second variant is well suited to the detection of X-radiation where the scintillator converts the X photons to visible photons.
  • Different materials can be used to make the scintillator, such as cesium iodide doped with thallium, gadolinium oxysulphide known by the abbreviations GOS or GADDOX, etc.
  • the photo-detection component here is a photodiode 48.
  • a photodiode comprises two electrodes separated by a photodetector layer capable of transforming the photons it receives into an electrical signal.
  • one of the electrodes can be formed by a pad 30 belonging to the substrate 22.
  • the photodiode 48 also comprises an electrode 50 and a photodetector layer 52.
  • the electrode 50 is here transparent to the photons emitted by the scintillator 46.
  • the electrode 50 is for example made of tin oxide, indium-tin oxide, etc. This type of electrode can have a high resistivity, it is possible to add a metal mesh 54 in order to reduce the impedance of the electrode surface 50.
  • Figure 3a shows an electrode 50 and a photodetector layer 52 continuous.
  • the electrode 50 and the photodetector layer 52 discontinuously, that is to say delimited in pixels or in groups of pixels.
  • electrode 30 can be made directly on photodetector layer 52.
  • the assembly formed by scintillator 46 and photodiode 48 comprising these two electrodes 30 and 50 is attached to pads on the face 22a of the substrate 22.
  • Figure 3b shows the substrate 22, a microcircuit 26 and a photodetector
  • the microcircuit 26 can comprise a light-emitting diode 56 making it possible to emit a light flash in the direction of the photodiode 48 in order to saturate it. This type of illumination can occur after the reading of the photodiode 48 in order to avoid any afterglow.
  • a light-emitting diode 56 is implemented, the electrode 30 and the substrate 22 are at least partly transparent to the light radiation emitted by the light-emitting diode 56.
  • Other components such as, for example, thermal or mechanical sensors can also be reported in addition to or in place of the light-emitting diode 56.
  • the detector 40 may comprise a second scintillator 58 covering the microcircuits 26 over the entire detection surface of the detector 40.
  • the scintillator 58 makes it possible to recover X photons that have not been converted in the scintillator 46 to return the energy in the form of visible photons to the photodiode 48, thus improving the sensitivity of the detector or making it possible to produce images in double energy mode.
  • FIGs 4a and 4b illustrate two variants of a second embodiment of a photosensitive detector according to the invention.
  • the microcircuits are arranged in the substrate. More specifically, the microcircuits, each produced on its independent substrate, are transferred to the substrate of the detector.
  • Figure 4a shows in section the detector 60 comprising a substrate 62, a photodetector 64 and several microcircuits 66, one of which appears in Figure 4a.
  • the substrate 62 comprises, for example, two interconnection levels 68 and 70 connected by vias 72, one of which appears in FIG. 4a.
  • the interconnection levels 68 and 70 are embedded in a dielectric material which is partially perforated to reveal a pad 74 in the interconnection level 68.
  • the pad 72 performs the same function as the pad 30 appearing in FIGS. 2a and 2b.
  • Photodetector 64 is in contact with pad 74.
  • the surface of each pad 74 forms the photosensitive surface of a pixel.
  • Microcircuits 66 are arranged between two adjacent pixels.
  • FIG. 4b shows a section of a detector 80 in which we find the substrate 62 and its two interconnection levels 68 and 70 connected by vias 72. We find the pad 74 in the interconnection level 68 and forming the detection surface of a pixel of detector 80.
  • microcircuit 66 is located on one side of interconnect level 68 and in detector 80, shown in Figure 4b, microcircuit 66 is located on an opposite face of the interconnection level 68.
  • the microcircuits 66 are also arranged between two adjacent pixels. The arrangement of the detector 80 makes it possible, if necessary, to arrange the microcircuits 66 partly opposite the pads 74 and therefore opposite the pixels of the detector 80.
  • a pad 82 on the face 32b of the substrate 62.
  • the pad 82 is connected to the interconnection level 70 through a via 84.
  • the pad 82 performs the same function as the pad 32 and makes it possible to connect another microcircuit to it if the detector need.
  • the detectors 60 and 80 can be equipped with scintillators 46 and a photo-detection component such as a photodiode 48 instead of the photodetector 64.
  • the detectors 60 and 80 can include one or more microcircuits arranged inside the substrate 62 of the detector and/or on one of its external faces.
  • FIGS 5a and 5b show in front view for Figure 5a and in section for Figure 5b, a variant of a detector 90 according to the invention comprising a substrate 92 as illustrated in Figure 1, a microcircuit 26, a light-emitting diode 56, which is here produced separately from the microcircuit 26, as well as a photodetector produced in two parts: a scintillator 46 and a matrix of photo-detection components such as for example a photodiode matrix 94.
  • the matrix of photo-detection components can be made on a separate substrate 96 then attached to the interconnection substrate 92 or can be part of the interconnection substrate.
  • each photodiode 94 comprises two electrodes 96 and 98 each connected to one of the interconnection levels by means of vias.
  • the photodiodes 94 can for example be made of amorphous silicon or with an organic semiconductor material.
  • the microcircuit 26 is, in the example shown, common to four photodiodes 94.
  • the microcircuit 26 is arranged partially opposite the four photodiodes 94 so that the vias connecting the microcircuit 26 to the different photodiodes 94 extend mainly perpendicular to the plane of the interconnect substrate 92.
  • thermal or mechanical sensors can also be added in addition to or instead of the light-emitting diode 56.
  • These other components can be associated individually with each pixel or with each group of pixels, for example with four pixels like the microcircuits 26.
  • Figures 6a and 6b show in front view for Figure 6a and in section for Figure 6b, a variant of a detector 100 according to the invention comprising a substrate 102 as illustrated in Figure 1, several microcircuits 26, one of which is visible, a matrix of photodiodes 104 and a scintillator 46. Unlike the detector 90, in the detector 100, the photodiodes 104, or more generally the photo-detection components, are integrated into the substrate 102.
  • the microcircuit 26 is only associated with a single photodiode 104. It is also possible to pool the microcircuit 26 by associating it with several adjacent photodiodes 104.
  • the matrix of photo-detection components is made discontinuously in the detector 90 represented in FIGS. 5a, 5b and in the detector 100 represented in FIGS. 6a, 6b.
  • Several methods of manufacturing photo-detection components can be implemented.
  • photolithography processes usually used for matrices of photo-detection components in amorphous silicon on a glass-based substrate can be cited. It is also possible to implement techniques for printing conductive inks and organic semiconductor materials.

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Abstract

L'invention concerne un détecteur photosensible (20) matriciel organisé en pixels (30) et un procédé de réalisation du détecteur, le détecteur comprenant : un substrat plat (22) ayant plusieurs niveaux d'interconnexion reliés entre eux par des vias traversants; un photodétecteur (24) regroupant les pixels (30) du détecteur photosensible, disposé sur une première face externe du substrat plat (22) et configuré pour assurer une conversion d'un rayonnement auquel le détecteur est sensible en signal électrique par chacun des pixels (30); des microcircuits (26) à semi-conducteurs configurés pour assurer le pilotage et la lecture de chacun des pixels, les microcircuits (26) étant disposés en regard de chacun des pixels (30) ou entre des pixels adjacents perpendiculairement au substrat (22), chaque microcircuits (26) étant porté sur un micro-substrat (27) indépendant du substrat plat (22) du détecteur photosensible, les microcircuits (26) étant raccordés individuellement au substrat plat (22) à l'un de ses niveaux d'interconnexion.

Description

DESCRIPTION
Titre de l’invention : Détecteur photosensible matriciel et procédé de réalisation du détecteur photosensible
[0001 ] L'invention concerne un détecteur photosensible et son procédé de réalisation. L'invention trouve une utilité particulière pour la réalisation d'un détecteur photosensible utilisé pour élaborer des images visibles. L'invention n'est pas limitée à la réalisation de ce type de détecteur. L'invention peut être mise en oeuvre pour réaliser un détecteur permettant d'élaborer des cartographies de pression ou de température ou encore des représentations en deux dimensions de potentiels chimiques ou électriques. Ces cartographies ou représentations forment des images de grandeurs physiques.
[0002] L'invention s'applique notamment à la réalisation de détecteurs à matrices actives utilisés par exemple à des fins de détection dans des dispositifs d'imagerie par rayonnements ionisants, par exemple par rayons X ou gamma.
[0003] Dans un détecteur matriciel, un pixel représente l'élément sensible élémentaire du détecteur. Chaque pixel convertit un phénomène physique auquel il est soumis en un signal électrique. Les signaux électriques issus des différents pixels sont collectés lors d'une phase de lecture de la matrice puis numérisés de manière à pouvoir être traités et stockés pour former une image. Les pixels sont formés d'une zone sensible au phénomène physique et délivrent par exemple un courant de charges électriques. Le phénomène physique peut être un rayonnement électromagnétique véhiculant un flux de photons et par la suite, l'invention sera expliquée au moyen de ce type de rayonnement et le courant de charge est fonction du flux de photons reçu par la zone sensible. La généralisation à tout type de détecteur matriciel sera aisée.
[0004] Un détecteur d'images matriciel comprend des conducteurs de ligne, chacun reliant les pixels d'une même ligne, et des conducteurs de colonnes, chacun reliant les pixels d'une même colonne. Les conducteurs de colonnes sont connectés à des circuits de conversion généralement disposés sur un bord de la matrice que l'on peut appeler " pied de colonne ". Il est bien entendu que les appellations " lignes " et " colonnes " sont purement conventionnelles et peuvent être inversées. [0005] Chaque pixel comprend généralement un composant photosensible, ou photodétecteur, qui peut par exemple être une photodiode, une photorésistance ou un phototransistor. On trouve des matrices photosensibles de grandes dimensions qui peuvent posséder plusieurs millions de pixels organisés en lignes et en colonnes. Chaque pixel comprend en outre un circuit électronique comprenant au moins un actionneur. Le circuit électronique peut comprendre en outre d'autres interrupteurs, des capacités, des résistances, en aval desquels est placé l'actionneur. L'ensemble constitué par le composant photosensible et le circuit électronique permet de générer des signaux électriques et de les collecter. Le circuit électronique permet généralement la réinitialisation du signal collecté dans chaque pixel après un transfert pour la lecture du pixel. Le rôle de l'actionneur est de transférer ou de recopier, dans un conducteur de colonne, les signaux collectés par le circuit électronique en fonction des informations reçues du composant photosensible. Ce transfert est réalisé lorsque l'actionneur en reçoit l'instruction d'un conducteur de ligne. La sortie de l'actionneur correspond à la sortie du pixel.
[0006] Les détecteurs de rayonnement X sont soumis à une contrainte de dimension. En effet, on ne dispose pas de moyen simple pour dévier ce type de rayonnement. Le détecteur doit donc posséder les dimensions de l'image à réaliser. Par exemple en radiologie médicale, un détecteur peut dépasser les 400 mm de côté. La réalisation de détecteurs possédant de telles dimensions n'est pas aisée.
[0007] A ce jour, il existe deux grandes familles de détecteurs matriciels de rayonnement X. La première famille met en oeuvre des matériaux comme le silicium à l’état amorphe, polycristallin ou microcristallin. Ces matériaux sont déposés en couches minces sur des substrats comme par exemple en verre ou en polyimide. Une deuxième famille met en oeuvre des matériaux monocristallins. La seconde famille permet d’atteindre des performances bien meilleures que la première famille. En revanche, la seconde famille est limitée en dimension du fait des substrats silicium utilisés. Pour réaliser des détecteurs de grande dimension, dans la seconde famille, il est nécessaire de rabouter plusieurs substrats sur lesquels sont réalisées des parties du détecteur.
[0008] Par ailleurs, dans les deux familles de détecteurs, le taux de rebut peut être important lors de la fabrication du détecteur. En effet, plus le nombre de pixels est important plus le risque qu’au moins un pixel soit défectueux augmente, il est possible d’accepter que quelques pixels isolés soient défectueux au moyen de correction de l’image mais cela reste un palliatif imparfait.
[0009] Un des paramètres important conduisant à un taux de rebut élevé réside dans la complexité des circuits électroniques associés à chaque pixel. En pratique, plus la complexité des circuits électroniques augmente plus le taux de rebut augmente.
[0010] L’invention vise à pallier tout ou partie des problèmes cités plus haut en proposant un détecteur photosensible matriciel dans lequel les circuits électroniques assurant au moins les fonctions de pilotage et la lecture de chacun des pixels sont réalisés séparément chacun sur son propre substrat, ce qui rend possible la mise en oeuvre de substrats de technologies différentes pour les circuits électroniques et pour le détecteur lui-même. L’invention permet également le test individuel de chaque circuit électronique avant son report sur le substrat du détecteur. Ceci permet une amélioration de la fiabilité des détecteurs.
[001 1 ] A cet effet, l’invention a pour objet un détecteur photosensible matriciel organisé en pixels comprenant :
- un substrat plat ayant plusieurs niveaux d'interconnexion reliés entre eux par des vias traversants,
- un photodétecteur regroupant les pixels du détecteur photosensible, disposé sur une première face externe du substrat plat et configuré pour assurer une conversion d'un rayonnement auquel le détecteur est sensible en signal électrique par chacun des pixels,
- des microcircuits à semi-conducteurs configurés pour assurer le pilotage et la lecture de chacun des pixels, les microcircuits étant disposés en regard de chacun des pixels ou entre des pixels adjacents perpendiculairement au substrat, chaque microcircuits étant porté sur un micro-substrat indépendant du substrat plat du détecteur photosensible, les microcircuits étant raccordés individuellement au substrat plat à l'un de ses niveaux d'interconnexion.
[0012] Avantageusement, le substrat plat possède une seconde face externe et des plots de raccordement disposés sur la seconde face externe et raccordés aux niveaux d'interconnexion, les microcircuits étant disposés sur la seconde face externe et sont raccordés aux plots de raccordement.
[0013] Avantageusement, le substrat plat possède des plots de raccordement disposés sur la première face externe et raccordés aux niveaux d'interconnexion, les plots de raccordement de la première face externe formant chacun une électrode individuelle d'un des pixels.
[0014] Le photodétecteur peut avoir la forme d'une couche continue disposée sur les plots de raccordement de la première face externe. Alternativement, le photodétecteur est formé de composants de photo-détection discrets formant chacun un des pixels.
[0015] Les composants de photo-détection peuvent être noyés dans le substrat plat.
[0016] Les microcircuits peuvent être disposés dans le substrat plat.
[0017] Les microcircuits peuvent être communs à plusieurs pixels adjacents.
[0018] L’invention a également pour objet un procédé de réalisation d'un détecteur photosensible, consistant à :
- réaliser un substrat plat ayant plusieurs niveaux d'interconnexion reliés entre eux par des vias traversants,
- réaliser des microcircuits à semi-conducteurs configurés pour assurer le pilotage et la lecture de chacun des pixels, chacun sur un micro-substrat indépendant du substrat plat du détecteur photosensible,
- reporter chaque microcircuit sur le substrat plat en le raccordant individuellement à l'un des niveaux d'interconnexion.
[0019] Avantageusement, le procédé consiste à tester les microcircuits avant de les reporter sur le substrat plat du détecteur photosensible.
[0020] L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée d’un mode de réalisation donné à titre d’exemple, description illustrée par le dessin joint dans lequel :
[0021 ] la figure 1 représente schématiquement plusieurs niveaux d’interconnexion d’un substrat d’un détecteur photosensible conforme à l’invention ;
[0022] les figures 2a et 2b représentent une première variante d’un premier mode de réalisation d’un détecteur photosensible conforme à l’invention ; [0023] les figures 3a et 3b représentent une seconde variante du premier mode de réalisation ;
[0024] les figures 4a et 4b représentent deux variantes d’un second mode de réalisation d’un détecteur photosensible conforme à l’invention ;
[0025] les figures 5a et 5b représentent une variante dans laquelle un microcircuit est commun à plusieurs pixels contigus du détecteur ;
[0026] les figures 6a et 6b représentent une variante dans laquelle un microcircuit est intégré dans un substrat d’un détecteur photosensible conforme à l’invention.
[0027] Par souci de clarté, les mêmes éléments porteront les mêmes repères dans les différentes figures.
[0028] L’invention concerne un détecteur matriciel photosensible apte à détecter un rayonnement lumineux atteignant une zone de détection. Le détecteur photosensible comprend une matrice d’éléments photosensibles ou pixels de détection répartis sur la zone de détection. La figure 1 représente schématiquement un substrat 10 d’un détecteur photosensible conforme à l’invention. Le substrat 10 est en forme de plaque ayant au moins la surface de la zone de détection. Les éléments photosensibles seront décrits ultérieurement. Le substrat remplit deux fonctions principales : le support mécanique et le raccordement des éléments photosensibles. Pour assurer la fonction de support mécanique, le substrat 10 est par exemple réalisé à partir d’une plaque de verre, de matériau organique, de tout autre matériau utilisé pour réaliser des circuits imprimés... Tout autre type de matériau peut être mis en oeuvre dans le cadre de l’invention. Le matériau retenu pourra par exemple permettre une flexibilité du détecteur. Les éléments photosensibles nécessitent généralement au moins deux types de raccordement, l’un pour le pilotage et l’autre pour la lecture des éléments photosensibles. D’autres types de raccordement peuvent également être mis en oeuvre, comme par exemple des alimentations. Les éléments photosensibles sont ainsi raccordés au travers du substrat à des modules de pilotage et des circuits de lecture pouvant être situés en dehors de la zone de détection. Par exemple lorsque la zone de détection est de forme rectangulaire, les modules de pilotage peuvent être situés sur un côté de la forme rectangulaire et les circuits de lecture sur un côté adjacent. Pour assurer la fonction de raccordement des éléments photosensibles, le substrat peut alors comporter des conducteurs de ligne permettant le raccordement des modules de pilotage aux éléments photosensibles et des conducteurs de colonne permettant le raccordement des circuits de lecture aux éléments photosensibles. Il est bien entendu que les appellations « lignes » et « colonnes » sont purement conventionnelles et peuvent être inversées. Dans le substrat 10, les conducteurs de ligne et les conducteurs de colonne doivent se croiser sans être au contact. A cet effet, le substrat 10 comprend deux niveaux d’interconnexion, l’un comprenant les conducteurs de ligne 12 et l’autre les conducteurs de colonne 14. les éléments photosensibles sont disposés sur l’une des faces du substrat 10 et des vias traversant 16 assurent les connexions entre les conducteurs 12 et/ou 14 et les éléments photosensibles. En pratique le substrat 10 peut comprendre plus de deux niveaux d’interconnexion, en fonction des besoins de raccordement des différents éléments photosensibles. Les niveaux d’interconnexion peuvent être internes ou disposés sur des faces externes du substrat 10.
[0029] Le substrat 10 représenté sur la figure 1 ne comprend qu’un seul conducteur de ligne et un seul conducteur de colonne associé à chaque élément photosensible, il est bien entendu possible de prévoir, associé à chaque élément photosensible plusieurs conducteurs de ligne et/ou plusieurs conducteurs de colonne.
[0030] Les figures 2a et 2b illustrent, en coupe partielle, dans un plan perpendiculaire au plan du substrat, une première variante d’un premier mode de réalisation d’un détecteur photosensible 20. La figure 2a représente à distance trois composants du détecteur 20, un substrat 22 tel qu’illustré sur la figure 1 , un photodétecteur 24 et un microcircuit 26 porté par un micro-substrat 27 indépendant du substrat 22. On entend par indépendant, le fait de pouvoir être fabriqué séparément. Le photodétecteur 24 est disposé en regard d’une première face 22a du substrat 22 et le microcircuit 26 est disposé en regard d’une seconde face 22b du substrat 22. La seconde face 22b est opposée à la première face 22a. Les trois composants du détecteur 20 peuvent être réalisés séparément et assemblés ensuite pour former le détecteur photosensible 20 tel que représenté sur la figure 2b où le photodétecteur 24 est disposé sur la face 22a et où le microcircuit 26 est disposé sur la face 22b. [0031] Le substrat 22 comprend sur sa face 22a des plots conducteurs 30 et sur sa face 22b des plots conducteurs 32. Les plots conducteurs 30 et 32 sont raccordés aux différents niveaux d’interconnexion, non représentés sur les figures 2a et 2b. seuls quelques vias 16 sont représentés à titre d’exemple. Les niveaux d’interconnexion peuvent être disposés sur des couches internes ou sur les faces externes 22a et 22b du substrat 22. Le microcircuit 26 est per exemple raccordé aux niveaux d’interconnexion du substrat 22 au travers de plots 28 présents sur le micro-substrat 27 et venant au contact des plots 32 du substrat 22.
[0032] Sur les figures 2a et 2b, un seul microcircuit 26 est représenté. Il est ici commun à deux éléments photosensibles adjacents et donc raccordé à deux plots 30. Alternativement, un microcircuit 26 peut n’être associé qu’à un seul élément photosensible ou à plus de deux éléments photosensibles, quatre comme illustré plus loin à l’aide des figures 5a et 5b. Le nombre de microcircuits est proportionnel au nombre d’éléments photosensibles. Les microcircuits comprennent des semi-conducteurs et sont configurés pour assurer au moins le pilotage et la lecture de chacun des éléments photosensibles. Comme indiqué en introduction, le fonctionnement d’un élément photosensible nécessite généralement au moins un interrupteur électronique permettant la lecture de l’élément photosensible en transférant, lorsqu’il est fermé, le signal accumulé par exemple dans une photodiode sous forme de charge, vers un conducteur de colonne. La commande de l’interrupteur se fait au moyen d’un conducteur de ligne. Dans l’art antérieur l’interrupteur et la photodiode sont réalisés par des techniques de microélectronique directement sur le substrat. Certains éléments photosensibles mettent en oeuvre des circuits plus complexes, par exemple avec trois transistors. On retrouve un transistor remplissant la fonction d’interrupteur de lecture et on y ajoute un transistor suiveur disposé entre la photodiode et le transistor de lecture ainsi qu’un transistor de remise à zéro permettant d’appliquer à la photodiode à un potentiel fixe. La commande du transistor de remise à zéro nécessite son raccordement à un conducteur de ligne particulier. Dans l’art antérieur où les transistors sont directement réalisés sur le substrat du détecteur, il n’est guère possible de réaliser des circuits de commande plus complexes car la nécessité d’associer un circuit à chaque photodiode présente un risque de fiabilité pour un détecteur possédant plusieurs millions de pixels. La réalisation de circuits complexes a notamment été envisagée dans des détecteurs réalisés en technologie dite CMOS ou IGZO. La technologie CMOS sur silicium met en oeuvre des transistors à effet de champ du type métal / oxyde / semi-conducteur en associant des composants complémentaires de type n et p. Cette technologie est connue par son acronyme anglo-saxon CMOS pour : « Complementary Metal Oxide Semiconductor ». La technologie IGZO met en oeuvre des semi- conducteurs à bas d’oxyde d’Indium-Gallium-Zinc et est connue par son acronyme anglo-saxon IGZO pour : « Indium Gallium Zinc Oxide >>.
[0033] L’invention propose de dissocier l’élément photosensible lui-même, par exemple formé par une photodiode, un photoconducteur... et le circuit qui lui est associé et réalisant à part le circuit sur son propre substrat indépendant du substrat du détecteur. Ce circuit étant de petite dimension, par exemple de l’ordre de quelques pm, il est appelé microcircuit. La dimension des microcircuits est à regarder en rapport à celle du détecteur lui-même. Le substrat 22 du détecteur peut avoir, quant à lui, une surface voisine de celle du détecteur complet. Dans une application en radiologie X, un format classique de détecteur est de 430mm x 430mm. Les microcircuits 26, étant réalisés séparément du substrat principal du détecteur, peuvent être testés individuellement avant d’être reportés sur le substrat 22. Ainsi, ne sont reportés sur le substrat du détecteur que les microcircuits ayant passé avec succès l’étape de test individuel. La fiabilité améliorée des microcircuits permet d’envisager des circuits beaucoup plus complexes que ceux évoqués plus haut à un ou trois transistors. Il est notamment possible de mettre en oeuvre des circuits intégrant des fonctions complexes de comptage, de numérisation... Un autre avantage à réaliser séparément le substrat du détecteur et les microcircuits est de permettre l’emploi de procédés de fabrication différents. Il est par exemple possible de réaliser les microcircuits mettant en oeuvre des matériaux semi-conducteurs performants dont les températures d'obtention sont très nettement supérieures, typiquement dans la gamme des 500 à 1000 °C. A titre d’exemple, les technologies CMOS, déjà évoquées plus haut, permettent de réaliser des circuits complexes et performants mais nécessitent des températures de réalisation supérieures aux limites supportables par les substrats à base de verre ou de matériaux organiques. [0034] Dans l’exemple représenté sur les figures 2a et 2b, le substrat 22 comprend sur sa face 22a des plots conducteurs 30 dont la surface de chacun forme la surface d’un élément photosensible. Plus précisément, les plots 30 forment une électrode individuelle de chacun des éléments photosensibles. Autrement dit, le détecteur comprend autant d’éléments photosensibles que de plots 30. Le détecteur photosensible 20 est un détecteur matriciel organisé en pixels. Dans cet exemple, la surface de chaque plot 30 forme la surface photosensible d’un pixel. Le photodétecteur 24 regroupe les pixels du détecteur photosensible. Les microcircuits 26 sont disposés en regard de chacun des pixels perpendiculairement au substrat 22, et donc de ces faces externes 22a et 22b. Dans la pratique, le substrat 22 peut être souple et posséder une légère courbure. La perpendicularité est alors définie localement au niveau de chaque pixel par rapport à un plan tangent à la courbure du substrat 22.
[0035] En disposant les microcircuits 26 en regard de chacun des pixels il est possible de minimiser la longueur des connexions entre les microcircuits 26 et les pixels. Cette minimisation permet de réduire la sensibilité électromagnétique aux perturbations provenant de l’environnement. De plus, on utilise avantageusement uniquement des vias 16 perpendiculaires au plan dans lequel s’étend principalement le substrat 22. Les connexions entre les microcircuits 26 et les pixels sont alors toutes identiques pour l’ensemble des pixels du photodétecteur 24. Ainsi, si des perturbations électromagnétiques perturbent les connexions, ces perturbations seront sensiblement identiques pour tous les pixels du photodétecteur 24.
[0036] En pratique pour un détecteur utilisé en radiologie X, les éléments photosensibles ont par exemple chacun une surface carrée de l’ordre de 50 à 200pm de côté selon les applications envisagées. Les plots 30 ont donc cette forme carrée et sont espacés de 5 à 10pm. Il est avantageux de réduire au maximum la distance séparant les éléments photosensibles afin de maximiser la surface occupée par les éléments photosensibles. Ceci permet de maximiser la sensibilité du détecteur 20. Dans ce mode de réalisation, il est avantageux de ne pas utiliser la face externe 22a pour y faire cheminer des conducteurs de ligne ou de colonne entre les plots 30. Les conducteurs de lignes et de colonne cheminent alors sur la face 22b et dans des couches internes au substrat 22. [0037] Dans l’exemple représenté sur les figures 2a et 2b, le photodétecteur 24 comprend une couche assurant la conversion directe du rayonnement incident que l’on souhaite détecter. En radiologie X, il est possible de mettre en oeuvre des matériaux à base de sélénium, de tellurure de cadmium (CdTe), des matériaux de la famille des pérovskites... pour assurer la conversion directe des photons X en charges électriques se diffusant sur les électrodes formées par les plots 30. Ces matériaux peuvent être déposés sous forme d’une couche 34 recouvrant la face 22a. La couche 34 peut être soit continue, si la diffusion latérale est suffisamment faible, soit délimitée en pixels. Le dépôt d’une couche 34 continue présente l’avantage d’éviter de se préoccuper du positionnement latéral de la couche en regard de chacun des plots 30. La couche 34 peut être réalisée directement sur le substrat 22 si le procédé de dépôt de la couche 34 est compatible avec le substrat 22, notamment en termes de température. Alternativement, il est possible de réaliser la couche 34 sur un substrat dédié 36 formant une seconde électrode pour le photodétecteur 24. L’ensemble formé par le substrat 36 et la couche 34 formant le photodétecteur est ensuite reporté sur le substrat 22.
[0038] Pour faciliter le positionnement, sur le substrat 22, d’un photodétecteur à couche discontinue, c’est-à-dire délimitée en pixels ou en groupe de pixels, il est possible réaliser sur le substrat 36 la couche discontinue et des électrodes formant la surface de détection de chacun des pixels. Ces électrodes sont ensuite mises en contact avec des plots 30 de plus petite surface que celle des électrodes du photodétecteur. La tolérance de positionnement est d’autant plus large que les plots 30 sont petits.
[0039] Dans la première variante, la détection est dite « directe ». Autrement dit, le rayonnement incident devant être détecté par le détecteur est directement converti en un signal électrique dans le photodétecteur 24. Une seconde variante, dite à détection « indirecte » et illustrée sur les figures 3a et 3b représente un détecteur photosensible 40. On y retrouve le substrat 22 et les microcircuits 26 disposés en regard d’une seconde face 22b du substrat 22. Le photodétecteur 24 de la première variante est remplacé par un photodétecteur 44 formé d’un scintillateur 46 et d’un composant de photo-détection, comme par exemple une photodiode 48. Comme pour la première variante, la figure 3a représente le substrat 22, un microcircuit 26 et un photodétecteur 44 à distance les uns des autres. La figure 3b, représente ces mêmes éléments assemblés.
[0040] Le rayonnement incident traverse le scintillateur 46 en convertissant ses photons en d’autres photons dans une bande de longueur d’onde adaptée à la photodiode 48. Cette seconde variante est bien adaptée à la détection de rayonnement X où le scintillateur convertit les photons X en photons visibles. Différents matériaux peuvent être mis en oeuvre pour réaliser le scintillateur, comme par exemple l’iodure de césium dopé au thallium, l'oxysulfure de gadolinium connu sous les abréviations GOS ou GADDOX ...
[0041 ] Le composant de photo-détection est ici une photodiode 48. Alternativement, il est possible de mettre en oeuvre tout type de composant apte à convertir des photons émis par le scintillateur en un signal électrique. De façon générale, une photodiode comprend deux électrodes séparées par une couche photodétectrice apte à transformer les photons qu’elle reçoit en signal électrique. Comme précédemment, une des électrodes peut être formée par un plot 30 appartenant au substrat 22. La photodiode 48 comprend également une électrode 50 et une couche photodétectrice 52. L’électrode 50 est ici transparente aux photons émis par le scintillateur 46. L’électrode 50 est par exemple réalisée en oxyde d’étain, en oxyde d'indium-étain... Ce type d’électrode pouvant avoir une résistivité importante, il est possible d’ajouter un maillage métallique 54 afin de réduire l’impédance de la surface de l’électrode 50.
[0042] La figure 3a représente une électrode 50 et une couche photodétectrice 52 continues. Comme pour la première variante, il est possible de réaliser l’électrode 50 et la couche photodétectrice 52 de façon discontinue, c’est-à-dire délimitée en pixels ou en groupe de pixels. Comme précédemment, en cas de couches discontinues, l’électrode 30 peut être réalisée directement sur la couche photodétectrice 52. L’ensemble formé par le scintillateur 46 et la photodiode 48 comprenant ces deux électrodes 30 et 50 est rapporté sur des plots de la face 22a du substrat 22.
[0043] La figure 3b représente le substrat 22, un microcircuit 26 et un photodétecteur
44 assemblés. En complément des circuits permettant le pilotage et la lecture du pixel qui lui est associé, de façon optionnelle, le microcircuit 26 peut comprendre une diode électroluminescente 56 permettant d’émettre un flash lumineux en direction de la photodiode 48 afin de la saturer. Ce type d’éclairement peut intervenir après la lecture de la photodiode 48 afin d’éviter toute rémanence. Lorsqu’une diode électroluminescente 56 est mise en oeuvre, l’électrode 30 et le substrat 22 sont au moins en partie transparente au rayonnement lumineux émis par la diode électroluminescente 56. D’autres composants tels que par exemple des capteurs thermiques ou mécaniques peuvent également être reportés en complément ou à la place de la diode électroluminescente 56.
[0044] Toujours de façon optionnelle, le détecteur 40 peut comprendre un second scintillateur 58 recouvrant les microcircuits 26 sur toute la surface de détection du détecteur 40. Le scintillateur 58 permet de récupérer des photons X n’ayant pas été convertis dans le scintillateur 46 pour en renvoyer l’énergie sous forme de photons visibles vers la photodiode 48, améliorant ainsi la sensibilité du détecteur ou permettant de réaliser des images en mode double énergie.
[0045] Les figures 4a et 4b illustrent deux variantes d’un second mode de réalisation d’un détecteur photosensible selon l’invention. Dans ces deux variantes, les microcircuits sont disposés dans le substrat. Plus précisément, les microcircuits, chacun réalisés sur son substrat indépendant, sont reportés dans le substrat du détecteur.
[0046] La figure 4a représente en coupe le détecteur 60 comprenant un substrat 62, un photodétecteur 64 et plusieurs microcircuits 66 dont un apparait sur la figure 4a. Le substrat 62 comprend par exemple deux niveaux d’interconnexion 68 et 70 connectés par des vias 72 dont un apparait sur la figure 4a. Les niveaux d’interconnexion 68 et 70 sont noyés dans un matériau diélectrique ajouré en partie pour laisser apparaitre un plot 74 dans le niveau d’interconnexion 68. Le plot 72 remplit la même fonction que le plot 30 apparaissant sur les figures 2a et 2b. Le photodétecteur 64 est en contact avec le plot 74. La surface de chaque plot 74 forme la surface photosensible d’un pixel. Les microcircuits 66 sont disposés entre deux pixels adjacents.
[0047] La figure 4b représente en coupe un détecteur 80 dans lequel on retrouve le substrat 62 et ses deux niveaux d’interconnexion 68 et 70 connectés par des vias 72. On retrouve le plot 74 dans le niveau d’interconnexion 68 et formant la surface de détection d’un pixel du détecteur 80. Dans le détecteur 60 illustré sur la figure 4a, le microcircuit 66 est situé sur une face du niveau d’interconnexion 68 et dans le détecteur 80, illustré sur la figure 4b, le microcircuit 66 est situé sur une face opposée du niveau d’interconnexion 68. Sur la figure 4b, Les microcircuits 66 sont également disposés entre deux pixels adjacents. La disposition du détecteur 80 permet, en cas de besoin de disposer les microcircuits 66 en partie en regard des plots 74 et donc en regard des pixels du détecteur 80. En complément, en cas de besoin, il est possible de disposer un plot 82 sur la face 32b du substrat 62. Le plot 82 est connecté au niveau d’interconnexion 70 au travers d’un via 84. Le plot 82 remplit la même fonction que le plot 32 et permet d’y raccorder un autre microcircuit si le détecteur le nécessite.
[0048] Plus généralement, les détecteurs 60 et 80 peuvent être équipés de scintillateurs 46 et d’un composant de photo-détection comme par exemple une photodiode 48 à la place du photodétecteur 64. Associés à chaque pixel, les détecteurs 60 et 80 peuvent comprendre un ou plusieurs microcircuits disposés à l’intérieur du substrat 62 du détecteur et/ou sur l’une de ses faces externes.
[0049] Les figures 5a et 5b représentent en vue de face pour la figure 5a et en coupe pour la figure 5b, une variante d’un détecteur 90 selon l’invention comprenant un substrat 92 tel qu’illustré sur la figure 1 , un microcircuit 26, une diode électroluminescente 56, qui est ici réalisée à part du microcircuit 26, ainsi qu’un photodétecteur réalisé en deux parties : un scintillateur 46 et une matrice de composants de photo-détection comme par exemple une matrice de photodiode 94. La matrice de composants de photo-détection peut être réalisée sur un substrat distinct 96 puis rapportée sur le substrat d’interconnexion 92 ou peut faire partie du substrat d’interconnexion. Comme précédemment, chaque photodiode 94 comprend deux électrodes 96 et 98 raccordées chacune à un des niveaux d’interconnexion au moyen de vias. Les photodiodes 94 peuvent par exemple être réalisées en silicium amorphe ou avec un matériau semi-conducteur organique.
[0050] Le microcircuit 26 est, dans l’exemple représenté, commun à quatre photodiodes 94. Le microcircuit 26 est disposé partiellement en regard des quatre photodiodes 94 de façon à ce que les vias reliant le microcircuit 26 aux différentes photodiodes 94 s’étendent principalement perpendiculairement au plan du substrat d’interconnexion 92.
[0051] D’autres composants, tels que par exemple des capteurs thermiques ou mécaniques peuvent également être reportés en complément ou à la place de la diode électroluminescente 56. Ces autres composants peuvent être associés individuellement à chaque pixel ou à chaque groupe de pixels, par exemple à quatre pixels comme les microcircuits 26.
[0052] La mise en commun d’un microcircuit 26 commun à plusieurs pixels contigus peut bien entendu s’appliquer à tous les modes de réalisation de l’invention.
[0053] Les figures 6a et 6b représentent en vue de face pour la figure 6a et en coupe pour la figure 6b, une variante d’un détecteur 100 selon l’invention comprenant un substrat 102 tel qu’illustré sur la figure 1 , plusieurs microcircuits 26 dont un est visible, une matrice de photodiodes 104 et un scintillateur 46. A la différence du détecteur 90, dans le détecteur 100, les photodiodes 104, ou plus généralement les composants de photo-détection, sont intégrées dans le substrat 102.
[0054] Dans le détecteur 100 représenté sur les figures 6a, 6b le microcircuit 26 n’est associé qu’à une seule photodiode 104. Il est également possible de mutualiser le microcircuit 26 en l’associant à plusieurs photodiodes 104 adjacentes.
[0055] La matrice de composants de photo-détection est réalisée de façon discontinue dans le détecteur 90 représenté sur les figures 5a, 5b et dans le détecteur 100 représenté sur les figures 6a, 6b. Plusieurs procédés de fabrication des composants de photo-détection peuvent être mis en oeuvre. A titre d’exemple on peut citer des procédés de photolithographie habituellement utilisés pour les matrices de composants de photo-détection en silicium amorphe sur substrat à base de verre. Il est également possible de mettre en oeuvre des techniques d'impression d’encres conductrices et de matériaux semi-conducteurs organiques.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Détecteur photosensible matriciel organisé en pixels (30, 74 ; 94 ; 104) comprenant :
- un substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102) ayant plusieurs niveaux d’interconnexion (12, 14) reliés entre eux par des vias traversants (16 ; 72 ;
84),
- un photodétecteur (24 ; 44 ; 64 ; 94 ; 104) regroupant les pixels (30, 74 ; 94 ; 104) du détecteur photosensible, disposé sur une première face externe (22a) du substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102) et configuré pour assurer une conversion d’un rayonnement auquel le détecteur est sensible en signal électrique par chacun des pixels (30, 74 ; 94 ; 104),
- des microcircuits (26 ; 66) à semi-conducteurs configurés pour assurer le pilotage et la lecture de chacun des pixels, les microcircuits (26 ; 66) étant disposés en regard de chacun des pixels (30, 94 ; 104) ou entre des pixels (74) adjacents perpendiculairement au substrat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102), chaque microcircuits (26 ; 66) étant porté sur un micro-substrat (27) indépendant du substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92) du détecteur photosensible, les microcircuits (26 ; 66) étant raccordés individuellement au substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92) à l’un de ses niveaux d’interconnexion.
2. Détecteur photosensible selon la revendication 1 , dans lequel le substrat plat (10 ; 22 ; 92) possède une seconde face externe (22b) et des plots de raccordement (32) disposés sur la seconde face externe (22b) et raccordés aux niveaux d’interconnexion (12, 14), et dans lequel, les microcircuits (26) sont disposés sur la seconde face externe (22b) et sont raccordés aux plots de raccordement (32).
3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel le substrat plat (10 ; 22 ; 92 ; 102) possède des plots de raccordement (30 ; 74) disposés sur la première face externe (22a) et raccordés aux niveaux d’interconnexion (12, 14), les plots de raccordement (30 ; 74) de la première face externe (22a) formant chacun une électrode individuelle d’un des pixels.
4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le photodétecteur (24 ; 44 ; 64) a la forme d’une couche continue disposée sur les plots de raccordement (30 ; 74) de la première face externe (22a).
5. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le photodétecteur est formé de composants de photo-détection (94 ; 104) discrets formant chacun un des pixels.
6. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les composants de photodétection (104) sont noyés dans le substrat plat (102).
7. Détecteur photosensible selon la revendication 1 , dans lequel les microcircuits (66) sont disposés dans le substrat plat (62).
8. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les microcircuits (26 ; 66) sont communs à plusieurs pixels adjacents.
9. Dispositif selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les microcircuits (26 ; 66) sont raccordés aux pixels (30, 74 ; 94 ; 104) du détecteur photosensible uniquement au moyen de vias (16) perpendiculaires à un plan dans lequel s’étend principalement le substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102).
10. Procédé de réalisation d’un détecteur photosensible selon l’une des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes :
- réalisation d’un substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92) ayant plusieurs niveaux d’interconnexion (12, 14) reliés entre eux par des vias traversants (16 ; 72 ; 84),
- réalisation de microcircuits (26 ; 66) à semi-conducteurs configurés pour assurer le pilotage et la lecture de chacun des pixels, chacun sur un microsubstrat indépendant du substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102) du détecteur photosensible,
- report de chaque microcircuit (26 ; 66) sur le substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102) en le raccordant individuellement à l’un des niveaux d’interconnexion (12, 14).
11 . Procédé selon la revendication 10, comprenant en outre une étape de test des microcircuits (26 ; 66) avant de les reporter sur le substrat plat (10 ; 22 ; 62 ; 92 ; 102) du détecteur photosensible.
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