[Détecteurs à multipuits quantiques et caméras infrarouge]
15 ans après la première démonstration de laboratoire de l'absorption infrarouge dans une structure à multipuits quantiques (QWIP) par B. Levine, ce type de détecteur est désormais intégré dans des systèmes opérationnels. Durant la dernière décennie, THALES Research & Technology a concentré ses efforts dans l'optimisation des performances de détecteurs élémentaires, en particulier pour des températures d'exploitation autour de celle de l'azote liquide. Le développement d'un modèle auto consistant tenant compte de l'ensemble des paramètres physiques et électrooptiques d'un détecteur élémentaire, nous a permis de fabriquer des QWIPs couvrant l'intégralité de la bande spectrale 4–18 μm et dont les performances représentent l'état de l'art. Après une première collaboration en 1997 avec Sofradir pour la réalisation d'un démonstrateur au format modeste de 144×192, nous développons et produisons aujourd'hui des plans focaux QWIPs aux formats 384×288 et 640×512. Dans cet article nous présentons les premiers résultats obtenus avec une matrice 640×512 hybridée sur le circuit ISC9803 d'Indigosystem. Les sensibilités accessibles avec notre structure QWIP classique obtenues à 75 K sont suffisantes pour un grand nombre de besoins opérationnels. Nous introduisons ici notre nouveau concept d'ébasage intégré dans le pixel qui permettra de relacher cette contrainte de température de fonctionnement des détecteurs QWIPs.
Standard GaAs/AlGaAs QWIPs (Quantum Well Infrared Photodetector) are now well established for long wave infrared (LWIR) detection. The main advantage of this technology is the duality with the technology of commercial GaAs devices. The realization of large FPAs (up to 640×480) drawing on the standard III–V technological process has already been demonstrated. The second advantage widely claimed for QWIPs is the so-called band-gap engineering, allowing the custom design of the quantum structure to fulfill the requirements of specific applications such as multispectral detection. QWIP technology has been growing up over the last ten years and now reaches an undeniable level of maturity. As with all quantum detectors, the thermal current, particularly in the LWIR range, limits the operating temperature of QWIPs. It is very crucial to achieve an operating temperature as high as possible and at least above 77 K in order to reduce volume and power consumption and to improve the reliability of the detection module. This thermal current offset has three detrimental effects: noise increase, storage capacitor saturation and high sensitivity of FPAs to fluctuations in operating temperature. For LWIR FPAs, large cryocoolers are required, which means volume and power consumption unsuitable for handheld systems. The understanding of detection mechanisms has led us to design and realize high performance ‘standard’ QWIPs working near 77 K. Furthermore, a new in situ skimmed architecture accommodating this offset has already been demonstrated. In this paper we summarize the contribution of THALES Research & Technology to this progress. We present the current status of QWIPs in France, including the latest performances achieved with both standard and skimmed architectures. We illustrate the potential of our QWIPs through features of Thales Optronique's products for third thermal imager generation.
Mot clés : Détecteurs matriciels, Détecteurs multipuits quantiques, Ébasage, Infrarouge lointain
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Eric Costard; P. Bois; Alfredo De Rossi; A. Nedelcu; Olivier Cocle; François-Hugues Gauthier; Francis Audier. QWIP detectors and thermal imagers. Comptes Rendus. Physique, Volume 4 (2003) no. 10, pp. 1089-1102. doi : 10.1016/j.crhy.2003.10.024. https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2003.10.024/
[1] J. Appl. Phys., 74 (1993), p. R1-R81
[2] M. Vuillermet, et al., SPIE, San Diego, 1998
[3] Electromagnetic Theory of Gratings, Topics Current Phys., vol. 22, Springer, Berlin, 1980
[4] J. Comp. Phys., 114 (1994), p. 185
[5] et al. Proc. SPIE, vol. 4130, 2000, pp. 463-472
[6] et al. Proc. SPIE, vol. 3061, 1997, pp. 764-771
Cité par Sources :
Commentaires - Politique
Infrared technologies characterization in CELAR
Pierre Burgaud; Christian Moreau; Daniel Ruelloux
C. R. Phys (2003)