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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

UNIVERSITÉ D'ORAN FACULTÉ DES SCIENCES

DEPARTEMENT DE PHYSIQUE

MEMOIRE

Présenté par Mademoiselle

Mezaâche Mouna

Pour obtenir

LE DIPLOME DE MAGISTER

Spécialité .'PHYSIQUE Option : MICRO-OPTO-ÉLECTRONIQUE

Intitulé '■ Etude d’un détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée de Hg1-xcdxTe / CdTe pour imagerie infrarouge

Soutenu le 13/06/ 2010 devant le jury composé de MM. :

M.BELHADJ Professeur, Université d'Oran, Président

A. KADRI, Professeur, Université d’Oran Rapporteur A.ZANOUN Professeur, E.N.S.E.T D’ORAN Examinateur

H.ROZALE M.C.A, U.J. Liabès Sidi Bel Abbés,Examinateur

K. ZITOUNI, Professeure, Université d'Oran, Examinatrice

http://www.pdfcomplete.com/cms/hppl/tabid/108/Default.aspx?r=q8b3uige22

Remerciements

Premièrement je n'oublie jamais de remercier mon DIEU de m'avoir aidé à faire ce

mémoire de Magister.

Je tiens aussi à remercier Madame La Professeure K. ZITOUNI & Monsieur le

Professeur A. KADRI pour m'avoir accueilli au sein du Laboratoire d'Etude des

Matériaux, Optoélectronique & Polymères (LEMOP) et la post-graduation de Micro-

Optoélectronique.

Je remercie Monsieur Le Professeur M. BELHADJI de l’Université d’Oran Es-Senia

d’avoir bien voulu présider le Jury de mon Magister.

Je remercie en particulier Monsieur Le Professeur A.KADRI de l’Université d’Oran

Es-Senia, l’encadreur de ma mémoire de Magister, qui m'a beaucoup conseillé et aidé

tout au long de mon travail.

Je remercie Monsieur Le Professeur A. ZANOUN de l’Université de E.N.S.E.T.

d’Oran, d’avoir accepté d’examiner ce mémoire et de participer à ce Jury.

Je tiens aussi à remercier Monsieur H. ROZALE Maitre de Conférence (A) de

l’Université Djilali Liabes de Sidi Bel Abbès d’avoir accepté de participer à ce Jury.

Je remercie Madame La Professeure K. ZITOUNI de l’Université d’Oran Es-Senia,

pour son aide dans l’élaboration de ce travail et je la remercie aussi pour avoir accepté

de siéger dans le Jury.

Mes vifs remerciements à ma mère et mon père pour m'avoir donnés le courage à faire

ce mémoire de Magister.

Je dédie ce mémoire à toutes les personnes qui m'ont aidé, en particulier ma chère sœur

Nedjoua.

A mes deux frères Okba et sa femme Soumia et sa petite fille Djinane, Adel et sa femme

Farida et ses deux garçons Imade et Chakibe.

Et bien sur sans oublier mon cher petit frère Ilyess, et mon fiancé Abdelhamid.

Je tiens à remercier mes proches amis: B.Farah, B.Amel, B.H.Nassima, D.Abdellah,

B.Mustafa, en particulier à mon amie et ma soeur B.Soumia.

Je remercie aussi mes collègues du laboratoire d’étude des matériaux,

Optoélectronique, et polymères: A.Maha, M.Fatima, B.Amel, T.Nassima,

K.Noureddine, et Z.Mohamed.

Enfin à tous ceux qui m’ont aidé de près ou de loin pour réaliser ce travail.

A Tous encore Merci.

Introduction -1-

Mezâache Mouna Etude d’un détecteur pyroélectrique á matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe Magister en MicroOptoélectronique, 2010 Département de physique, Université d’Oran (Es-Sénia)

Introduction ___

Dans ce travail, on étudie la faisabilité d’un détecteur pyroélectrique à matrice

nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe pour imagerie Infrarouge (IR).

Les détecteurs pyroélectriques infrarouges présentent un grand intérêt en raison de leur

large réponse spectrale, leur bonne sensibilité et la non nécessité de les refroidir [1].

Ces détecteurs sont basés sur l’effet pyroélectrique qui consiste simplement en la

sensibilité de certains matériaux à une variation de température qu’ils transforment en

un signal électrique.

Il existe plusieurs types de détecteurs pyroélectriques classifiés en deux grandes

familles :

Les détecteurs pyroélectriques purement thermiques ;

les détecteurs pyroélectriques qui sont sensibles à l’IR qui accompagne une

variation de température.

Dans ce travail, on s’intéresse à un détecteur qui associe des matériaux pouvant remplir

les deux fonctions :

Un matériau purement pyroélectrique sensible à la variation de chaleur par effet

thermique ;

Combiné avec un matériau HgCdTe sensible à l’Infra-Rouge émis par la source

thermique.

En combinant les deux types de matériaux, notre objectif est d’améliorer la sensibilité,

la détectivité, et donc la résolution d’image.

Introduction -2-

Mezâache Mouna Etude d’un détecteur pyroélectrique á matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe Magister en MicroOptoélectronique, 2010 Département de physique, Université d’Oran (Es-Sénia)

De plus, nous envisageons l’utilisation de HgCdTe sous forme de nanostructures

organisées en matrice de pixels. Ceci afin d’atteindre un niveau de détectivité inégalé

par les autres types de structures de détecteurs pyroélectriques.

Nous avons choisi HgCdTe parce que :

C’est un matériau très bien connu ;

Très largement utilisé dans la détection IR;

Il est très bien adapté pour la fabrication de structures nanométriques quantifiées

et rassemblées sous forme de matrice ;

Il présente toute une série de propriétés intrinsèques extrêmement intéressantes

pour la détection IR. En particulier, Eg varie sur une large gamme de longueurs

d’ondes (1μm-30μm) [2], allant de l’IR lointain au proche IR (-0.3eV pour HgTe

à 1.6eV pour CdTe),

Ce travail est présenté comme suit :

Au chapitre I, nous introduisons les phénomènes de la pyroélectricité, les différents

matériaux et détecteurs pyroélectriques.

Les propriétés des matériaux HgTe, CdTe et HgCdTe sont ensuite présentées au

chapitre II.

L’étude proprement dite de détecteur pyroélectrique à base de nanostructures Hg1-

xCdxTe /CdTe est présenté au chapitre III.

Nous présentons les différentes applications des détecteurs pyroélectriques au chapitre

IV.

[1] R.W. Whatmore, Sch & Manuf, Uncooled pyroelectric detector arrays using

ferroelectric ceramics and thin films, MEMS sensor Technologies, 27.06.(2005).

[2] A. Rogalski, Infrared Detectors of the Future, Institute of Applied Physics, Military

University of Technology, ACTA Physica Polonica A, vole 116, (2009).

Chapitre I Introduction à la pyroélectricité

Mezâache Mouna Etude d’un détecteur pyroélectrique á matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe

Magister en MicroOptoélectronique, Département de Physique, Université d’Oran (Es-Sénia) 2010

- 3 -

Chapitre I

Introduction à la pyroélectricité

1. Introduction

2. Définition de la pyroélectricité

2.1. Description du phénomène de pyroélectricité

2.2. Relation avec la symétrie cristalline :

- Tenseurs de Piézoélectricité

- Tenseurs de Pyroélectricité

2.3. Principe de fonctionnement de la pyroélectricité

3. Différents matériaux pyroélectriques

4. Différents types de détecteurs pyroélectriques

5. Caractéristiques des détecteurs pyroélectriques

5.1. Le bruit

5.2. La puissance équivalente au bruit (NEP)

5.3. La détectivité

5.4. Différence de température équivalente au bruit (NETD)

5.5. Figure de mérite


7. Conclusion




- 4 -

1. Introduction

Le phénomène de Pyroélectricité est connu depuis l’antiquité, notamment chez les

grecs antiques qui l’attribuèrent à un effet magique de certains matériaux tels la

pierre Lyngourion [1].

Au 18ème

siècle, les expériences menées sur la tourmaline par des savants comme

F.U.T. Aepinus, J.K.W.B. Wilson, J. Priestley, J. Canton et T. Bergman [1], dans le

domaine des champs électrostatiques furent les prémices de la compréhension du

phénomène (figure I.1). Aepinus avec l’expérience présentée à la (figure I.1)

démontre l’existence de charges électrostatiques à la surface du cristal de tourmaline.

Il constate que le signe de la charge surfacique dépend de la température du matériau.

Ce n’est qu’à la fin du 19ème

siècle et au début du 20ème

siècle que la description

actuelle de la pyroélectricité fut élaborée grâce au développement d’appareils de

mesures comme l’électromètre de A. Becquerel, ou le premier appareil de mesure de

charges pyroélectriques de J.M.Gaugain [1].

La pyroélectricité doit son nom à D. Brewster en 1824, pour ses travaux sur le sel de

Rochelle. Les théories majeures sur la pyroélectricité furent énoncées en 1878 par

Lord Kelvin. Jacques et Pierre Curie au cours de leurs travaux sur le cristal de quartz

Figure I.1 : a Typographie issue de la correspondance entre Aepinus et le Duc de Noya (1762) ;

Fig. I.1.b chauffage d’une pierre de tourmaline sur un barreau métallique ; Fig. I.1.c la

pierre repousse les poussières ; Fig. I.1.d après un certain temps les poussières sont

attirées. [1]

Figure I.1.b

Figure I.1.c Figure I.1.d

Figure I.1.a




- 5 -

émirent l’hypothèse que l’effet électrique était lié à un chauffage non uniforme du

matériau.

Cette hypothèse les conduisit à la découverte de la piézoélectricité en 1880. Ils sont

également les premiers à avoir fait le rapprochement entre l’effet électrique et

l’arrangement atomique du matériau.

Les sciences appliquées connurent un essor lors de la première guerre mondiale

(Remplacement de la cavalerie par les chars d’assaut, développement de la

radiographie, des radars), néanmoins les premières applications sur les capteurs

infrarouges (IR) furent menées au cours de la seconde guerre mondiale.

A l’heure actuelle, de nombreux appareils sont équipés de ce type de détecteur :

lunette à visée nocturne, missiles… "

Dans ce chapitre nous nous intéressons à l’étude de la pyroélectricité. Nous

commençons par la description des phénomènes pyroélectriques et leurs principes de

fonctionnement, ensuite nous décrivons la relation entre la pyroélectricité et la

symétrie cristalline et, nous présentons enfin les différents matériaux pyroélectriques

et leurs propriétés ainsi que les différentes détecteurs pyroélectriques et leurs

caractéristiques.

2. Définition de la pyroélectricité

La pyroélectricité est la capacité de certains matériaux de produire un potentiel

électrique (polarisation électrique) quand on change leur température (gradient

thermique) et vice-versa.

La pyroélectricité résulte de la polarisation spontanée qui apparaît dans certains

matériaux sans application d’un champ électrique extérieur. Elle varie avec la

température.

La polarisation spontanée PS est définie comme le moment dipolaire par unité de

volume ou la valeur de la charge électrique par unité de surface d’un plan

perpendiculaire à l’axe support de la polarisation spontanée [2].

Cette polarisation est dirigée selon un axe de haute symétrie du cristal. Elle est liée à

l’apparition d’un moment dipolaire non nul du au fait que le centre de charges




- 6 -

négatives au niveau de la maille cristalline n’est pas confondu avec celui des charges

positives.

2.1. Description du phénomène de pyroélectricité

En général, la mesure de la polarisation spontanée à partir des charges de surface

d’un cristal ne peut être pas réalisée, car le champ de dépolarisation résultant de la

distribution surfacique des charges est compensé par un flux de charges libres à

l’intérieur du cristal. Comme la polarisation spontanée dépend de la température, elle

peut être détectée en observant le flux de charges à et vers la surface en fonction des

variations de température. La première condition de la pyroélectricité est une

polarisation spontanée non nulle et de préférence dirigée perpendiculairement à la

surface des électrodes (afin d’optimiser la mesure de l’effet pyroélectrique).

On caractérise les propriétés pyroélectrique d’un matériau par le schéma suivant :

Sur la (figure I.2.a), nous présentons un cristal pyroélectrique avec son moment

dipolaire intrinsèque non nul qui se traduit par une polarisation spontanée PS

perpendiculaire à la surface du cristal.

Ceci engendre l’apparition de charges surfaciques sur les faces de l'échantillon

pyroélectrique. Le principe de la mesure consiste à fixer deux électrodes conductrices

sur chacune des deux faces de l’échantillon et de les relier à un ampèremètre (ou

galvanomètre). Sur la (figure I.2b &1.2c), nous présentons le principe de mesure.

+

+

+

Dipôles

Ions

+++

+ + + + + +

+ +

PS

Charges de surface

+ + + + + + +

+ + + +

P

S + + + + + +

- + Electrodes

0t

dT

- +

+ + + +

+ + + +

P

S

e- Courant

0 t

dT

+

+

Figure I .2: Principes de mesure des courants pyroélectriques :

a. Distribution des charges dans un matériau pyroélectrique

b. Mesure de la polarisation spontanée à température constante

c, Mesure de la polarisation lors d’une augmentation de T°.

b c a




- 7 -

A température constante, aucun courant ne circule (voir figure I.4b). Lorsque la

température varie (existence d’un gradient de température) tel que présenté sur la

(Figure 1.2c), on observe une décroissance de la polarisation spontané et par voie de

conséquence, une diminution de la quantité des charges en surface. Ceci provoque

une redistribution des charges libres pour compenser le changement des charges en

surface et, par conséquent, un courant s’écoule dans le circuit : ce courant est appelé

"courant pyroélectrique ". Ce courant pyroélectrique tend ensuite à s’annuler quand

la température du matériau devient homogène.

Il faut noter que l'effet pyroélectrique n’est observable qu’en présence d’un gradient

de température.

En circuit ouvert, les charges libres demeurent sur les électrodes et une tension peut

être mesurée. Le courant pyroélectrique peut s’écrire ([3, 4]) :

dt

dTSP

dt

dDSI Z

P (I.1)

S : La surface de l’électrode

DZ : Le déplacement électrique (l’indice Z indique la direction perpendiculaire

à la surface des électrodes)

P : Coefficient pyroélectrique

T : Température

t : Temps

Où le déplacement électrique est écrit sous la forme :

D(E) = 0 E + p(E) (I.2a)

p : est la polarisation électrique qui s’écrit dans le domaine linaire :

p(E) = 0 r E (I.2b)

Cette pyroélectricité peut être utilisée pour détecter des variations de température .par

exemple dans des applications de vision nocturne.




- 8 -

2.2. Relation avec la symétrie cristalline

Dans la nature il existe 32 classes cristallines parmi lesquelles 21 classes sont non

centro-symétrique (absence de centre de symétrie). Parmi ces 21 classes, 20 classes

sont piézoélectriques. Celles-ci sont elles-mêmes subdivisées en deux familles de

classes : 10 classes non-pyroélectriques et 10 classes pyroélectriques (1) Triclinique,

(m, 2, 2mm) Orthorhombique, (3, 3m) Trigonal, (4, 4 mm) Tetragonal, (6, 6mm) Hexagonal

[5, 6], qui sont des matériaux de symétrie polaire, présentant une polarisation

spontanée en l’absence d’un champ extérieur. Les matériaux composites dont les

structures appartiennent à la symétrie du groupe de Curie ( , m) sont aussi des

matériaux pyroélectriques [5]. Dans cette dernière famille de classes pyroélectriques

vient se ranger le groupe des cristaux ferroélectriques pour lesquels l’axe polaire,

support d’un dipôle permanent, est mobile dans le réseau cristallin sous l’influence

d’un champ électrique extérieur.

La pyroélectricité est en réalité liée à une autre propriété plus générale des cristaux

solides : La ferroélectricité (Figure I.3).

Figure I.3 : Classification cristallines




- 9 -

Les cristaux ferroélectriques possèdent un moment dipolaire électrique même en

l’absence de tout champ électrique extérieur appliqué. L’état ferroélectrique est un

état ordonné des moments dipolaires électriques existant dans le matériau. Ces

moments dipolaires électriques résultent dans ces matériaux de leurs propriétés de

symétrie et, en particulier, la propriété de noncentrosymétrie qui indique que le

centre de gravité des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges

négatives.

La ferroélectricité apparaît à basse température, par le phénomène de ‘’gel

thermique’’ des moments dipolaires électriques qui se traduit par une disparition de

leur vibration suite à l’agitation thermique et leur alignement selon une direction

privilégiée. L’état ferroélectrique est donc un état ordonné de moments dipolaires

électriques.

La ferroélectricité disparaît au-dessus d’une certaine température critique TC appelée

Température de transition ou Température de Curie. Au-dessus de cette température

T >TC, le matériau est alors dans un ‘’état paraélectrique’’ ou état désordonné de

moments dipolaires électriques. Ceci implique une décroissance rapide de la

permittivité diélectrique quand la température augmente et sa polarisation spontanée

tend vers zéro (figure I.4).

PS

F Figure I.4 : (a) : La variation de la permittivité en fonction de la température ;

(b) : la variation de la Polarisation spontanée en fonction de la température. [7]

Pola

risa

tion s

ponta

née

Phase ferroélectrique

TC Température

Poin

t d

e cu

rie

(a) (b)

T

C

Phas

e fe

rroél

ectr

ique

1/

Température

Per

mit

tiv

ité

Phas

e par

aéle

ctri

que




- 10 -

Un matériau ferroélectrique soumis à un champ électrique alternatif E, permet de

décrire un cycle d’hystérésis (variation de la polarisation en fonction du champ

électrique P(E)) ; (Figure I.5).

Le point PS correspond à la saturation de tous les dipôles électriques qui sont orientés

dans le même sens, PS exprime la polarisation spontanée. Au point E = 0 la

polarisation ne s’annule pas directement mais elle décroît lentement, cette

polarisation dite "polarisation rémanente" (P = Pr). Pour annuler le champ rémanent

en applique un champ électrique négatif E = -Ec "champ cœrcitif " au point P = 0.

La polarisation spontanée d'un matériau ferroélectrique peut être inversée par

application d'un champ électrique. Ce cycle d’hystérésis ne se manifeste clairement

que sur des matériaux qui possèdent certaines propriétés particulières : les

monocristaux ou échantillons polycristallins frittés caractérisés par une grande

rigidité diélectrique, par de faibles pertes diélectriques et par une bonne stabilité

chimique [8].

P

Pr

0 E

Ps

Ps

-Ec

Figure I.5 : Cycle d’hystérésis d’un matériau ferroélectrique




- 11 -

La piézoélectricité est définie comme l’apparition d’une polarisation électrique dans

certain matériaux cristallins lorsqu’ils sont soumis à une contrainte mécanique qui les

déforme (modification de la symétrie de la maille cristalline).

Un moment dipolaire est créé par la séparation du barycentre des charges positives

de celui des charges négatives au niveau de chaque maille du réseau cristallin.

Pour être piézoélectrique, la structure cristalline doit être non centro-symétrique. Ce

phénomène est réversible, en lui appliquant un champ électrique externe, on

provoque une déformation mécanique (effet piézoélectrique inverse).

Tenseurs piézoélectriques

La piézoélectricité est un phénomène qui combine l’énergie mécanique et l’énergie

électrique, qui sont totalement indépendante. La résolution des équations relatives à

la piézoélectricité fait intervenir quatre grandeurs : champ électrique E, induction

électrique D pour définir l’état d’un solide piézoélectrique, déformation S qui définit

l’état mécanique du solide et la contraint .

Les équations qui introduisent les termes relatifs à la polarisation, l’induction et la

déformation sont présentées par la loi de Hooke : [9]

Avec : i j k l m = 1 à 3

Où jk : Tenseur d’ordre 2 de contrainte

Sjk : Tenseur d’ordre 2 de déformation

Di : Vecteur induction électrique

Ei : Vecteur champ électrique

εij : Tenseur d’ordre 2 de permittivité

eijk : Tenseur d’ordre 3 de la constant piézoélectrique

Cjklm : Tenseur d’ordre 4 d’élasticité

(I.1)

iijklmjklmjk

jkijkjiji

EeSC

SeED

(I.4)




- 12 -

La valeur de la polarisation piézoélectrique peut être quantifiée à partir de la valeur de la

contrainte appliquée. La polarisation peut être présentée sous la forme suivante [9,10] :

jkijk

pz

i dp

Où pz

ip : Polarisation piézoélectrique dans la direction (i)

jk : Tenseur d’ordre 2 représentant la contrainte

ijkd : Tenseur d’ordre 3 représentant les coefficients piézoélectriques propres au

matériau.

Tenseurs pyroélectriques

La variation de la polarisation ΔPi dans les matériaux pyroélectriques est

proportionnelle au changement de température ΔT. [10, 11]

TpP ii

Où ΔPi : Vecteur de polarisation

pi : coefficient pyroélectrique

Il existe deux types de pyroélectricités : [8]

- La pyroélectricité primaire, qui est mesurée lorsque les dimensions de la de

l’échantillon sont fixes ;

- La pyroélectricité secondaire, qui contient la contribution additionnelle aux

effets de polarisation de dilatation thermique.

Le coefficient pyroélectrique peut être présenté sous forme tensorielle : [5]

lmjklmijkT

ii Cdpp

Où ip : Coefficient pyroélectrique totale

ip : Coefficient pyroélectrique primaire

(I.5)

(I.7)

(I.6)




- 13 -

ijkTd : Coefficient piézoélectrique

jklmC : Tenseur de rigidité élastique

lm : Coefficient de dilatation thermique

Le produit ijkTd jklmC lm : Coefficient pyroélectrique secondaire

2. Différents matériaux pyroélectriques

Les matériaux pyroélectriques sont des matériaux polaires dont la polarisation spontanée

varie avec la température. On distingue plusieurs types de matériaux pyroélectriques,

parmi lesquels on peut citer d’abord :

Les oxydes ferroélectriques tels que le Titanate de Bariyum (BaTiO3), le Niobate de

Lithium (LiNbO3), le Titanozirconate de Plomb (Pb(ZrTi)O3), sont utilisés en électronique

pour leur propriétés exceptionnelles : [12]

Forte constante diélectrique ;

Utilisables pour fabriquer des condensateurs ;

Existence d’un cycle ferroélectrique (hystérésis) pouvant être utilisé pour son

effet de mémoire ;

Forte polarisation diélectrique rémanente dont la variation avec la température

entraîne un effet pyroélectrique très important en détection IR ;

Fort coefficient piézoélectrique mis a profit dans les sonars et les moteurs

piézoélectriques.

Ces matériaux présentent un exemple de matériaux intelligents ou commandables. Les

matériaux pyroélectriques sont employés dans une très large gamme

d’applications thermiques, en imagerie et en détection. Ils peuvent être employés pour

fabriquer des détecteurs IR FPA (Focal Plane Arrays) matrice à plan focal (Kruse1981)

pouvant travailler à la température ambiante [13].




- 14 -

3.1. Classification des Matériaux pyroélectriques pour la détection

Nous citons dans ce paragraphe les différents matériaux pyroélectriques (voir Tableau I.1)

qui sont utilisés dans la conception des détecteurs pyroélectriques :

a. Famille des Titanates-Zirconates de plomb Pb (Ti, Zr)O3 (PZT) : [7]

PZT (Titanate Zirconate de plomb) p = 8101.1 C.cm-2

.K-1

TC = 230 à 480 °C

PBZ (PZT dopé Bismuth) p = 8101.3 C.cm-2

.K-1

TC = 250 °C

PLZT (PZT dopé Lanthane) p = 81017 C.cm-2

.K-1

TC = 120 °C

Mod-PZ (PZT et Niobate de Fe et Pb) p = 8101.4 C.cm-2

.K-1

TC = 220 °C

Ces polycristaux sont obtenus à partir d’un mélange de PbTiO3 (TC = 480 °C) avec

PbZrO3 (TC = 230 °C).

La température du point de Curie est fonction de la proportion du mélange.

Le matériau aminci peut être utilisé en technologie hybride (couplage au circuit de lecture

silicium par billes de soudure).

PZT : Titanate Zirconate de Plomb, les céramique basée sur PZT sont probablement les

matériaux les plus répandus facile a fabriquer, tous les deux chimiquement et

mécaniquement sont robuste [14].

b. Polymères ferroélectriques

Chaînes (CH2-CF2) x-(CHF-CF2)1-x

PVDF-TRFE [Poly (Difluorure de Vinylidène-Trifluorure d’éthylène)]

Peut être déposé en couche mince (10 à 100 nm)

PVDF : Polymère de Fluorure de Polyvinylidène et ses copolymères ont de faibles

coefficients pyroélectriques. Leur faible conductivité thermique et constante diélectrique

les rendent utiles pour les secteurs des détecteurs matriciels [14].

p = 8104.0 C.cm-2

.K-1

;

TC = 70 °C




- 15 -

c. Famille des triglycines (NH2CH2COOH)-

TGS (Sulfate de Triglycine) p = 8106 C.cm-2

.K-1

TC =49 °C [12]

DTGS (Sulfate de Triglycine Deutéré) p = 8104.5 C.cm-2

.K-1

TC =61 °C

TBFB (Fluorobéryllate de Triglycine) p = 8107 C.cm-2

.K-1

TC =73 °C

TGS : Sulfat de Triglycine (NH2CHCOOH)3 H2SO4 son isomorphe; sous forme

monocristalline, matériau très utilisé en pyroélectricité, est utilisé en couche de faible

épaisseur (30 m) dans les tubes Pyricon[7]. Même après amincissement mécanique, le

matériau reste difficile à associer aux circuits de lecture. TGS a des propriétés très

favorables, y compris le haute coefficient pyroélectrique (6 x 10-8

) et la constant

diélectrique relativement basse ; malgré de leur nature hygroscopique (a tendance à

absorbé l’humidité) ces matériaux ont un favori pour des applications de haut sensibilité

[14].

d. Oxydes mono ou polycristallins (céramiques) :

LiNbO3 (Niobate de Lithium) p = 8104.0 C.cm-2

.K-1

TC =120 °C

LiTaO3 (Tantalate de Lithium) p = 8103.2 C.cm-2

.K-1

TC =618°C

Pb5Ge3O11 (Germanate de Plomb) p = 8101.1 C.cm-2

.K-1

TC =178°C

(Ba, Sr)Ni2O5 (Niobate de Baryum-Strontium) p = 8105.6 C.cm-2

.K-1

TC =121°C

LiTaO3 : Tantalate de Lithium est très stable a cause de sa température de Curie Tc qui est

très élevée, et l’insensibilité à l’humidité et au vide il est souvent employée, pour des

application spatiale [14].

Les monocristaux ou polycristaux sont difficiles à obtenir en couche mince pour être

utilisés avec les technologies actuelles.




- 16 -

Tableau I.1 : Matériaux pyroélectriques et leurs propriétés

a : Joseph Caniou, centre d’électronique de l’armement (CELAR) Bruz 35170, DGA, 27

Septembre(2007).

b : R.W. Whatmore, Reports on Progress in Physics, 49, 1335 (1986).

c : Sidney B. Lang, Physics Today ,Pyroelectricity: From Ancient Curiosity to Modern Imaging Tool,

August (2005).

d : M.H. Lee, R. Guo & A.S. Bhalla, Pyroelectric Sens ors,Journal of Electroceramics 2:4, 229-242,

(1998).

3.2. Croissance des matériaux pyroélectriques

La fabrication de couches minces pyroélectriques est basée sur les techniques de

dépôt telles que: [13, 15]

Méthode sol-gel ;

Méthode hydrothermique ;

Pulvérisation cathodique ;

Sputtering ;

Dépôt Chimique en phase Vapeur d’Organo-Metalliques (MOCVD).

Dépôt par Laser Pulsé (Pulsed Laser Deposition)

Matériaux Pyroélectrique

Coefficient

Pyroélectrique

P (C.cm2.K

-1)

Température de Curie

Tc (°C)

TGS (Sulfate de Triglycine)

(NH2CH2COOH)3 H2SO4

6 x 10-8 [a, c]

49 [a, b, d]

DTGS (Sulfate de triglycine deutéré)

(ND2CH2COOD)3 · D2SO4

5.4 x 10-8 [a]

61 [a, b, d]

TGFB (Fluorobéryllate de

Triglycine) (NH2CH2COOH)3

7 x 10-8 [a]

73 [a, b, d]

PZT (Titanate Zirconate de plomb)

Pb (Ti, Zr)O3

1.1 x 10-8 [a]

230 à 480 [a]

PBZ (Titanate Zirconate de plomb

dopé Bismuth)

3.1 x 10-8 [a]

250 [a]

PLZT (Titanate Zirconate de plomb

dopé Lanthane) (Pb, La) (Zr, Ti)O3

17 x 10-8 [a]

120 [a]

LiTaO3 (Tantalate de Lithium)

2.3 x 10-8 [a]

618 [a]

LiNbO3 (Niobate de Lithium)

0.4 x 10-8

[a]

120 [a]

PVDF (PolyVinyliDene Fluoride)

(C2H2F2)n

0.4 x 10-8 [a]

70 [a]




- 17 -

Il existe trois sortes de techniques principales de fabrication des matériaux

pyroélectriques. Ce sont :

- la technique sol-gel,

- le dépôt physique en phase vapeur (PVD) et

- le dépôt chimique en phase vapeur (CVD).

Dans la technique sol-gel qui est méthode humide, on utilise de fines poudres dans un

gel formant un liquide qui est une mixture d’oxydes métalliques et de sels organiques

afin de croître des films de céramiques transparents. C'est un processus faible

énergie/basse température qui permet un meilleur contrôle chimique par le mélange

de précurseurs à l'état liquide au niveau moléculaire. La plupart des céramiques et

polymères électro-actifs sont favorables à cette technique. Cette technique Sol-gel

présente de nombreux avantages : économique, facile à mettre en œuvre, utilise une

chimie douce peu toxique.

Le dépôt physique en phase vapeur par contre exige une infrastructure et des

équipements sophistiqués où on doit contrôler le vide. Dans ces techniques, on classe

le sputtering soit le ‘’DC sputtering’’ ou le ‘’ Rf magnétron sputtering’’.

Le dépôt par laser pulsé permet d’obtenir une très bonne qualité, uniformité et

stabilité des cristaux; mais il est limité par le taux de dépôt des matériaux.

Le dépôt chimique en phase vapeur MOCVD utilise des précurseurs chimiques

volatils, qui sont vaporisés sur des substrats chauffés. Cette technique est très adaptée

pour le dépôt de couches epitaxiales avec une très bonne qualité structurale et

cristalline avec un grand taux de dépôt.

Dans le tableau I.2, nous regroupons les avantages et inconvénients des différentes

techniques de dépôt de films pyroélectriques.




- 18 -

Tableau I.2 : avantages et inconvénients des différentes techniques de dépôt de films pyroélectriques [15]

3. Détecteurs pyroélectriques

Les détecteurs pyroélectriques on été principalement construits en tant que système

simples d’éléments faits à partir de petits monocristaux en bloc de matériaux

pyroélectriques.

Ces détecteurs thermiques détectent indirectement la radiation IR en mesurant les

variations de la température ΔT associées à l’absorption des rayonnements IR par une

couche "pyroélectrique" s’accompagnant d’une variation de charge ΔQ telle que :

[16]

ΔQ : La charge pyroélectrique.

ΔT : Gradient de température de l’élément pyroélectrique.

P : Le coefficient pyroélectrique.

A : La surface du l’électrode montant (surface irradiée).

Techniques de dépôt Avantages Inconvénients

Sol-gel

- Cristallisation à basse température

- Faible coût ;

- Meilleur contrôle des précurseurs

- Réalisation rapide de nouveaux

Matériaux.

Faible contrôle de :

- La phase,

- La composition,

- La morphologie, et

- La reproductibilité.

Dépôt physique en phase Vapeur :

DC sputtering

Dépôt par Laser Pulsé (PLD)

Epitaxie par Jet Moléculaire(MBE)

- Compatibilité avec le processus IC

- Bonne uniformité et échelle ;

- Haute qualité et échantillonnage

rapide de matériaux ;

- Réalisation rapide de nouveaux

matériaux (meilleur contrôle de

la composition)

- Equipement coûteux pour des

vitesses de croissance faibles

- Importante concentration en

défauts ponctuels ;

- Faible uniformité ;

- Déformations résiduelles

importantes ;

Dépôt chimique en phase Vapeur

MOCVD

- Importante vitesse de dépôt ;

- Bon contrôle de la stœchiométrie ;

- Faible concentration en défauts

ponctuels ;

- Faible stabilité des

précurseurs ;

- Très coûteux.

ΔQ = p.A. ΔT (I.7)




- 19 -

L’étude détaillée des détecteurs pyroélectriques matriciels et leurs principes de

fonctionnement est au chapitre III.

La figure I.6 ci-dessous représente un diagramme des dates approximatives qui ont

marquées le développement des détecteurs IR à base des matériaux pendant

l’intervalle d’années 1940-2010. Nous constatons que les origines de la technologie

du détecteur IR moderne est apparue pendant la deuxième guerre mondiale. L’intérêt

s’est focalisé principalement aux longueurs d'onde des deux fenêtres atmosphériques

[3 –5] m et [8 –14] m. Cependant, ces dernières années l'intérêt s’est d’orienté vers

les grandes longueurs d'onde stimulées par les applications spatiales.

Figure I.6 : diagramme représentatif des dates approximatives qui ont marquées le développement des

détecteurs à base des matériaux pendant l’intervalle d’années 1940-2010. [17] (CCD: Charge-Coupled

Devices, QWIP: Quantum Well IR Phodetectors, FPAs: Focal Plane Arrays, MEMS: Micro- Electro-Mechanical

Systems)




- 20 -

2/12 )4( TVt

GkTRV

4. Caractéristiques des détecteurs pyroélectriques

5.1. Le Bruit

La détection d’un détecteur pyroelectrique est limitée par le bruit. On distingue trois

sources principales de bruit :

Bruit thermique ;

Bruit diélectrique (bruit de Johnson);

Bruit d'amplification (bruit : input -voltage, input courent, bruit de shunt-

résistance).

Le bruit thermique Vt est la principale source de bruit : [12, 6]

Où

GT : Conductance thermique ;

η : Fraction de lumière absorbé ;

RV : La réponse en différence potentielle.

Pour limiter sa puissance Pthn, la valeur de la conductance calorifique G doit être la

plus faible possible, les couches sont donc amincies : [16]

GBkTPthn24 (I.9)

Où G : Conductance calorifique

B : Bande passante

La puissance de bruit thermique Pthn est proportionnelle à la racine carrée de la

conductance calorifique, cette puissance est très petite pour les dispositifs optimiser

avec des couche mince. [16]

(I.8)




- 21 -

tan1

CRg P

)1(

)tan4(22

2

E

d

CRkTV

Le bruit de Johnson (diélectrique) Vd est habituellement dominant au-dessus des

fréquences de 20 Hertz. Le bruit environnemental peut apparaître en raison des

fluctuations de la température ambiantes, de la vibration mécanique, et des

fluctuations électromagnétiques [14]. Le boîtier et l’électronique associée du

détecteur (système d’amplification transistors JFET) restreignent

considérablement les sources de bruit extérieures.

Où C : Capacité ;

R : Résistance;

τE : Constant du temps

ω : Fréquence

tanδ : Tangente de l’angle de perte du matériau du détecteur

Les sources de bruit de contribution sont : la résistance parallèle RP et la perte

diélectrique, le courant de bruit pour une bande passante B peut s’écrire sous la

forme : [16]

kTgBJ n 4 (I.11)

Avec g est la partie réelle de l’admittance : [9]

(I.12)

Bruit d’amplification: bruit tension d’entrée Ve, bruit courant d’entrée Vi, bruit

résistance-shunt Vr sont données par les expressions suivantes [12, 6] :

(I.10)

2/1

22

222

1

1

E

EAe

CReV (I.13)

2/122 )1( E

ARiVi (I.14)

2/1

22 )1(

)4(

E

RTkVr (I.15)




- 22 -

Où iA : Courant de bruit d’amplification

eA : générateur de tension de bruit d’amplification

La tension de bruit total VN est donné par l’équation suivante : [12, 6]

5.2. La puissance équivalente au bruit (NEP)

Un rapport signal sur bruit est donné par la puissance équivalente au bruit, (en

abréviation NEP ”Noise Equivalent Power”).

Il correspond à la puissance minimale de bruit détectable. Il est défini comme le

rapport de la puissance du courant de bruit Jn sur la réponse en courant (la réponse

spécifique) Rj : [16]

j

n

R

JNEP

(I.17)

Les différentes contributions de bruit en fonction de la fréquence en puissance

équivalente au bruit sont présentées à la (figure I.7).

5.3. La détectivité

222222

riedtN VVVVVV (I.16)

Figure I.7 : Calcul de NEP de différentes sources de bruit pour un élément de 1 mm2 PZT [12]




- 23 -

La détectivité D* est utilisée comme mesure des performances pour comparer les

différents détecteurs IR pyroélectrique. Elle est employée pour caractériser la

sensibilité d’un détecteur indépendamment de la taille et de la détection de la bande

passante de longueur d’onde détectable.

La détectivité est définie comme l’inverse de la puissance équivalente au bruit NEP

qui est à son tour proportionnelle à la racine carrée de la surface du détecteur A1/2

et à

la racine carrée de la bande passante B1/2

. La détectivité spécifique (ou normalisée)

s’écrit : [16]

NEP

BAD

2/12/1

(I.18)

D’après l’équation (I.12), la détectivité est inversement proportionnelle à la

puissance équivalente au bruit NEP, plus on diminue la NEP plus on augmente la

détectivité D*.

La détectivité D* ne décrit pas correctement les détecteurs pyroélectriques dans les

applications en imagerie thermique. D* seule ne caractérise pas suffisamment le

dispositif, car il contient également une partie optique. C’est pour cela qu’il est

nécessaire de déterminer le NETD "Noise Equivalent Temperature Difference" pour

l’étude d’un détecteur pyroélectrique.

5.4. Différence de température équivalente au bruit

Le bruit équivalent à la différence de température NETD "Noise Equivalent

Temperature Difference" d'un détecteur représente la plus petite différence de

température que le détecteur peut mesurer [16] :

n

S

VV

TNETD (I.19)

Où VN : Tension de bruit ;

VS : Tension de signal.




- 24 -

5.5. La figure de mérite

La figure de mérite décrit les propriétés du matériau utilisé et l’efficacité du détecteur

pyroélectrique. Les figures de mérite peuvent être calculées à partir des

caractéristiques thermiques, électriques et optiques des matériaux [5].

La figure de mérite de la réponse en tension VF pour les composants en couche

mince est définie comme le rapport entre le coefficient pyroélectrique p et le produit

des permittivités relative du matériau r et du vide 0 [16] :

0r

V

pF

Pour les matériaux massifs la figure de mérite de la réponse en tension contient la

capacité calorifique spécifique Cp du détecteur pyroélectrique : [13]

0rp

VC

pF

(I.21)

La figure de mérite de la détectivité est : [13]

(I.22)

La Figure de mérite suivante est utile pour les détecteurs de grande surface. Pour les

systèmes IR de l’imagerie, où les conceptions des matrices sont souhaitables: [5]

(I.23)

Cp : Capacité calorifique ;

: Densité ;

0 : Constante diélectrique du vide

: Diffusivité thermique réciproque

p : coefficient pyroélectrique.

0p

vc

pF

21

0 tanrp

D

C

pF

(I.20)




- 25 -

L’équation (I.18) évalue les caractéristiques du matériau pour les détecteurs de point [5]

La figure de mérite (I.19) est suffisante pour choisir les matériaux appropriés pour

les détecteurs rapides d'impulsion de laser de puissance élevée. [5]

La figure de mérite suivante inclut l’aspect de diffusivité thermique [5] :


Il existe plusieurs types de détecteurs pyroélectriques classifiés en deux grandes

familles :

Les détecteurs pyroélectriques purement thermiques ;

Les détecteurs pyroélectriques qui sont sensibles à l’IR optique qui

accompagne une variation de température.

On peut les différentier selon :

La nature des matériaux utilisés (voir Tableau 1 du paragraphe précédent) ;

La structure et la conception du détecteur (matériau massif polycristallin, film,

couche mince…) ;

La fonctionnalité du détecteur :

- massifs macroscopiques, généralement fixes

- miniaturisés portatifs généralement embarqués

La fonction à remplir :

- Détecteur d’incendie, y compris embarqué sur satellite

tan0kc

pF

p

D(I.24)

p

ic

pF (I.25)

kC

pF

p

D

0

(I. 26)




- 26 -

- Détecteur de flamme, y compris de missiles ou de tuyères de réacteur d’avion

incendie,

- Détecteur de mouvement, d’intrusion,

- Détecteur pour imagerie infra-rouge médicale (diagnostic et d’aide au

traitement…)

- Métrologie thermique applications industrielles, thermographie,

tomographie…

- Détecteur pour imagerie infra-rouge militaire (vision nocturne…)

7. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons décrit la pyroélectricité et les phénomènes physiques

associés. Nous avons développé leur principe de fonctionnement, ensuite, nous avons

énuméré les différents matériaux pyroélectriques caractérisés par leur propre

coefficient pyroélectrique et leur propre température de Curie.

Nous décrivons brièvement les détecteurs pyroélectriques, sachant que l’étude

détaillée est exposée au chapitre III les avantages des détecteurs pyroélectriques.

Nous avons choisi d’étudier un détecteur pyroélectrique particulier : un détecteur

hybride formé par une partie purement opto-électronique IR constituée d’une matrice

de Hg1-xCdxTe/CdTe et par une partie purement thermique formée par une céramique

pyroélectrique.

L’association des deux se traduit par une amélioration très importante de l’ensemble

des propriétés du détecteur pyroélectrique comme nous le verrons dans la suite de ce

travail.

Avant d’entamer l’étude proprement dite du détecteur pyroélectrique qui est reportée

au Chapitre III, nous allons d’abord étudier dans le détail au Chapitre II ci-dessous,

les propriétés des matériaux semiconducteurs constitutifs de ce type de détecteur

pyroélectrique, à savoir : HgTe, CdTe et HgCdTe.




- 27 -

Références

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London, page 584, (1974).

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edition, page (789-790), (2007).

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10, page (122), (2000).

[12] Christian Janot et Bernhard Ilschner, Matériaux émergents, ISBN. 2-88074-455-5,

Presses polytechniques et Université romandes, CH-1015 Lausanne, page 113, (2001).

[13] Junhao Chu. Arden Sher, Physics and Properties of Narrow Gap Semiconductors, Spriger,

p 23, (2008).

[14] Sidney B. Lang, Physics Today , Pyroelectricity: From Ancient Curiosity to Modern

Imaging Tool, August (2005).

[15] Dongqing Li, Encyclopedia of Microfluidics and Nanofluidics, Springer US, pages,

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[17] Rogalski, Antoszewski, and Faraone, Third-generation infrared

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https://commerce.metapress.com/content/x12262/?p=eaea5250047845f48913b08cf451e2ed&pi=0

Chapitre II Propriétés des systèmes HgTe, CdTe, Hg1-xCdxTe - 28 -



Chapitre II

Propriétés des systèmes HgTe, CdTe, Hg1-xCdxTe

1. Introduction

2. Propriétés des composés binaires HgTe, CdTe

3. Propriétés de l’alliage ternaire massif, Hg1-xCdxTe

3.1. Propriétés structurales

3.2. Propriétés optiques

4. Propriétés des hétérostructures Hg1-xCdxTe/CdTe

5. Croissance cristalline du système Hg1-xCdxTe/CdTe

6. Conclusion




1. Introduction

Hg1 − xCdxTe est un semiconducteur très intéressant. Le choix s’est porté sur ce

matériau, car il présente la spécificité unique d’avoir un gap direct continûment

ajustable par la composition x depuis le semiconducteur CdTe (1.6eV) jusqu’au

semimetal HgTe (-0.3eV) et ce, pour un paramètre de maille qui reste quasiment

constant (Fig.1). Ceci a permis la réalisation de détecteurs adaptés et optimisés pour

chaque domaine spectral à partir des longueurs d’ondes du proche infra-rougea (IR)

(NIR : λ μm) et jusqu’au IR lointain (FIR : λ 10-20μm) et au-delà vers IR extrême

(EIR : λ 100μm).

Si on Compare notre matériau Hg1−xCdxTe aux semiconducteurs III-V : Arséniures,

Antimoniures et Phosphures, on remarque que ces derniers ne couvrent que la gamme

de longueurs d’onde du proche IR (λ<2μm) et une partie seulement du moyen IR (ils

sont limités à λ<3μm) et pas du tout les autres gammes IR (FIR, EIR). Ensuite, leurs

Figure II.1 : Variation de l’énergie du gap (eV) et la longueur d’onde en fonction du

paramètre de maille (Ǻ) [1]




paramètres de maille sont très différents, rendant très difficile la croissance

d’hétérostructures dans une large gamme de compositions.

2. Propriétés des composés binaires HgTe, CdTe

Les composés binaires II-VI sont caractérisés par leur transition directe (gap direct) en

centre de zone de Brillouin. Ces matériaux sont intéressants pour les applications opto-

électroniques. En particulier le Tellurure de Cadmium (CdTe) et le Tellurure de

Mercure (HgTe) sont des semiconducteurs à petit gap avec des paramètres de maille

très proches. Ils cristallisent tous les deux dans la structure Zinc de Blende (figure II.2)

les atomes de (Cadmium Cd ou de mercure Hg) et les atomes de Tellure Te forment

deux sous réseaux cubiques à faces centrées, décalés l’un par rapport à l’autre d’un

quart de la diagonale du cube.

a. Structures cristallines du HgTe

Le Tellurure de Mercure HgTe est un composé binaire du mercure (Hg, II) et du

Tellurure (Te, VI). C’est un Semi-métal de la famille II - VI des semi-conducteurs

d’un gap négatif, avec un paramètre de maille a=6.455 Å [2]

Te

Cd ou Hg

Figure II-2 : Structure cristalline cubique Zinc blende




Structures de bande du HgTe

Figure II-3.1 : Structure électronique de HgTe calculé par la méthode EPM (lignes continue), et

par l’approximation FBZ kp (lignes pointillé), les lignes bleu et rouge correspond à et W

respectivement, lignes ver représentes la région interpolaire entre et W. [3]

EPM : Empirical Pseudopotential Method. FBZ : Full-Brillouin-Zone

Figure II.3.2 : Structure de bande du HgTe au point

LH

HH

HgTe

7

6

6

8

6

Eg= -0.3eV

1.0eV =




Sur la figure II.3.1, nous présentons la structure de bande électronique du binaire

HgTe calculée par le groupe Penna & al. [3] par la méthode empirique des pseudo-

potentiels.

HgTe possède la symétrie cubique de la Zinc-Blende, avec le sommet de la bande de

valence et le minimum de la bande de conduction situés au même point de l’espace

des K de la zone de Brillouin. Donc HgTe est un matériau à gap direct.

Cependant ce gap est très particulier comme on peut le voir à partir de la structure de

bande du binaire HgTe autour du point qui est agrandie sur la figure II.3.2 ci-dessus.

On peut y voir ainsi que les bandes 6C (bande de conduction) et 8

VLH (bande de

valence) sont inversées : 6C est située en dessous de 8

VLH à une énergie de l’ordre

de -0.3eV [3]. De plus 6C qui est une bande d’électron, elle présente une dispersion

négative (caractéristique de trous) impliquant une masse de signe opposée de celle des

électrons. De même, 8VLH

qui est la bande de trous légers, elle présente

paradoxalement une dispersion d’électrons (concavité vers le haut). Ce qui implique

là-aussi que ces trous possèdent une masse de signe opposé à celle qui doit être la leur

normalement. Enfin, la bande Γ7V

qui est la bande splittée par l’interaction spin-

orbitale est située à environ 1.0 eV au-dessous de la bande de trous lourds 8VHH

. Cette

énergie est bien entendu l’énergie de ΔSo =1.0eV [4]. On remarque que la bande de

conduction 6C est noyée dans la bande valence, entre les différentes bandes de

valence, à -0.3eV sous 8VLH

et 8VHH

et à 0.7eV au-dessus de Γ7V. Il en résulte une

très forte interaction entre toutes ces bandes qui se traduit par de nombreux effets : un

très fort mélange et couplage des états de trous et d’électrons, une très forte non

parabolicité c.a.d. m*=f(E), une très forte non sphéricité m*=f(k) et anisotropie

prononcée m*=f(h,k,l). Il en résulte des propriétés très intéressantes comme on le verra

plus loin, y compris dans l’alliage HgCdTe.

b. Structures cristallines de CdTe

CdTe est un composé cristallin du Cadmium et du Tellure. C’est un semi-conducteur

appartenant au groupe des II-VI avec un gap direct et de numéro atomique moyen




élevé (Z=48/52) qui rend ce matériau un efficace amortisseur de rayonnement

d’énergie élevé, et efficace pour durcissement de rayonnement. La liaison Cd-Te est

fortement ionique ce qui implique le défaut d'empilement (l'énergie de défaut

d'empilement est liée à l’ionicité).

Le Tellure de Cadmium est un semi-conducteur intéressant du fait de sa largeur de

bande interdite 1,6 eV [3] à la température ambiante et d'une forte absorption. Ce qui

permet d'atteindre un rendement très élevé (transparent 1-40µm). Comme pour HgTe,

la structure cristalline de CdTe est cubique Zinc blende (ZB) avec un paramètre de

maille a=6.488 Å [2] très proche de celui de HgTe impliquant une contrainte faible dans les

hétérostructures HgTe/CdTe. CdTe est dur mécaniquement et stable thermiquement jusqu’à

150°C.

Structures de bande du CdTe

Sur la figure II.4.1, nous présentons la structure de bande électronique du binaire CdTe

calculée également par le groupe Penna & al [3] par la méthode empirique des

Figure II-4.1 : Structure électronique de CdTe calculé

par la méthode EPM (lignes continue), et par ab- nitio

le gap corrigé par DFT et LDA (lignes pointillé) [3] DFT: Density Functional Theory. LDA : Local Density Approximation.

K/107 cm

-1

Figure II-4.2 : Structure de bande

du CdTe au point [5]

LH

HH

CdTe

Eg =1.6eV

6

8

7 So =0.90eV




pseudo-potentiels. CdTe qui est de symétrie cubique, est également un semiconducteur

à gap direct en , avec un gap positif Eg=1.6eV, d’où l’aspect semi-conducteur.

La figure II.4.2 ci-dessous présente la structure de bande de CdTe au point . 6C

qui

est la bande de conduction est séparée de 8V

qui est la bande de valence par une

différence d’énergie de l’ordre de 1.6eV qui est la valeur du gap Eg. Γ7V

qui est la

bande spin-orbite, se trouve à 0.90eV en-dessous de la bande 8V

qui l’énergie de

l’interaction spin-orbite ΔSo =0.90eV [3, 6].

Nous reportons sur le Tableau II.1 les principaux paramètres de CdTe et HgTe :

Où Eg : énergie du gap, eχ: affinité électronique, m*e : masse effective des électrons,

m*h : masse effective des trous, Δso : énergie spin orbite, ε : constante diélectrique.

Les binaires CdTe HgTe

a [Å] 6.488 (1, 10,12)

6.455(1)

Eg [eV] 1.6 (2, 3,4, 6, 10,11, 13)

-0.3 (3,4, 6, 10, 11, 13)

eχ [eV] 4.7 (7)

a calculé

m*

e/m0 0.102 (16)

0. 29x10-1

(15)

m*

lh/m0 0.103 (5)

-0.26x10-1

(5)

m*

h/m0

m*

hh/m0

0.66 (15)

1.380 (5)

0.35-0.7 (15)

1.120 (5)

Δso [eV] 0.90 (3, 8, 9)

1.0(9)

εs

ε

10.6 (16)

6.2 (16)

20.0 (16)

14.4 (16)

µe [ cm2/Vs ]

µh [ cm2/Vs ]

4x104 (15)

3.8x104 (15)

/

/

Coefficient de dilatation thermique [K-1

] 4.9 (15)

4.0 (15)

Détectivité thermique [W/cm.K] 0.075(15)

0.057(15)

Tableau II.1 : propriétés des binaires CdTe et HgTe




(1) J.D. Benson, M. Martinka, Modeling of the Structural Properties of Hg1– xCdxTe, Journal of Electronic

Materials, 10.1007/s11664-008-0468-6, (8 April, 2008). (2) - J.G.A. Wehner, C.A. Musca, R.H. Sewell, J.M. Dell, L. Faraone, Responsivity and lifetime of

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(8) R. Legros, R. Triboulet, Photoluminescence of Cd - rich Hg1-XCdxTe alloys, Journal of Crystal

Growth 72 264—269, (1985). (9) N.F.Johnson, P.M.Hui & H.Ehreneich, Vale,ce Ba,de offset co,troversy in HgTe/CdTe Superlattices, vol.61,

N°17 (1988).

(10) Junhao Chu. Arden Sher, P hysics and Properties of Narrow Gap Semiconductors, Springer, p 23,

(2008).

(11) A.J. Ekpunobi,reformulated tight binding calculation for band discontinuity at CdTe/HgxCd1−xTe

heterointerfaces and their type I – type III transitions, Materials Science and Engineering.B 117 1–4,

(2005).

(12) M.A. Hannan et al, Preparation and physical properties of CdxHg1−xTe thin films fabricated by close

spaced sublimation technique, Materials Letters 62, 1400–1402, (2008).

(13) C. Palermo et al, Electron transport properties of bulk mercury–Cadmium–Telluride at 77 K

Solid-State Electronics 53 70–78, (2009).

(14) Osamu Oda, Compund Semiconductor Bulk Materials and Characterizations, page (378),

(2007).

(15) A. Rogalski, K. Adamiec, and J. Rutkowski, Narrow-Gap Semiconductor Photodiodes. Bellingham, WA:

SPIE–The International Society for Optical Engineering, page (22-31), (2000).

(16) Rogalski, Antoszewski, and Faraone, Third-generation infrared photodetector arrays, J. Appl. Phys. 105,

091101 (2009).




3. Propriétés de l’alliage ternaire Hg1-xCdxTe

L'alliage ternaire Hg1-xCdxTe est composé des deux binaires, du semi-métal HgTe et

du semi-conducteur CdTe. Ce matériau est le plus adapté à la détection dans

l’infrarouge lointain avec des propriétés exceptionnelles.

L'intérêt majeur d'utiliser Hg1-xCdxTe comme matériau de base pour la réalisation de

détecteurs infrarouges est [7]:

- Sa largeur de bande interdite qui peut être ajustée afin de couvrir toute la

gamme de longueurs d’onde infrarouge (1-30) µm [22] ;

- Ce matériau est caractérisé par un grand coefficient de photo-absorption qui

permet d’obtenir un rendement quantique interne pouvant atteindre les 100%

et cela dans un dispositif qui a une épaisseur de seulement 10μm-15μm ;

- Son importante mobilité des porteurs de charge (électrons et trous) ;

- Le mécanisme intrinsèque qui permet de générer une grande durée de vie des

porteurs est un taux de génération thermique assez basse, ce qui rend le

dispositif capable de fonctionner à hautes températures ;

- Il y a un bon accord de maille entre CdTe et HgTe, ce qui rend possible

d’obtenir des hétérostructures epitaxiées de très bonne qualité sur de larges

substrats de CdTe ;

- Présente une longueur d’onde de coupure qui est en fonction de la composition

de l’alliage ;

- Sensible à IR thermique [8-14μm]. N’a pas été employé au-delà de (25 m) ;

- Hg1-xCdxTe est transparent dans l’IR;

- Il a un grand indice de réfraction ;

- La concentration des impuretés résiduelles qui n’est pas très importante

d’environ 1014

cm–3

;

- Il peut être facilement dope de type n ou de type-p ;

- Sa surface peut aussi être assez facilement passivée.




Cependant Hg1-xCdxTe présente également des inconvénients, tels que : [7]

- La liaison Hg-Cd est une liaison faible. A la température de croissance des

lacunes de Hg peuvent apparaître si cette croissance n’est pas bien contrôlée ;

- La lacune de Hg est un accepteur, mais il induit une dégradation de la durée

de vie des porteurs, ce qui le rend donc un dopant non désiré ;

- Sur un site Te, As est un accepteur, mais sur un site Hg, As est un donneur,

ceci requièrt un contrôle rigoureux des étapes de croissance.

- La précipitation ou l’évaporation de Te présente aussi un sérieux problème.

Structures de bande du Hg1-xCdxTe

Sur la figure II.5.1, nous présentons la structure de bande d’énergie de Hg1-x CdxTe

calculé par le groupe Penna & al par la méthode empirique des pseudo-potentiels.

Figure II.5.1 : Structure électronique du ternaire Hg0.3Cd0.7Te pour x=0.7, calculé par la méthode EPM VCA (lignes continue), et par l’approximation FBZ kp (lignes

pointillé), les lignes bleu et rouge correspond à et W respectivement, lignes ver

représentes la région interpolaire entre et W. [3]




Sur la figure II.5.2, nous montrons la dépendance de la structure de bande de

Hg1-xCdxTe en fonction de la composition x au point Γ.

En effet, dans l’approximation du cristal virtuel VCA, la bande interdite de la

structure négative de HgTe augmente linéairement avec la composition x, jusqu’à ce

qu’elle atteigne la structure de CdTe.

- Hg1-xCdxTe présente un gap nul quand E (Γ8)-E (Γ6)= 0 pour x=x0≈16%.

- Pour x0<x, l’alliage a la même structure semi-métallique que HgTe.

- Pour x0>x, l’état Γ6C est au dessus de l’état Γ8

V, et au même moment la bande Γ6

C

et Γ8V changent de signe au fur et à mesure que le gap s’ouvre.

Pour étudier les propriétés du ternaire Hg1-xCdxTe, nous considérons la variation

linéaire par la loi de Végard - VCA (Approximation du cristal virtuel). La méthode

(VCA) emploie un potentiel moyen virtuel pour remplacer le potentiel cristallin réel V

induit par les atomes de Hg et de Cd [5]

HgCd VxVxV ).1(. (II.1)

Figure II.5.2 : Variation de la structure de bande du ternaire Hg1-xCdxTe en fonction de la

composition x de l’alliage au point .

1.6eV

Hg1-x0Cdx0Te Hg1-xCdxTe HgTe CdTe

6

6

8

6

8 8

6

7 7 7 7

6

8

Eg=-0.3eV

1.0eV So = 0.90eV So =

Eg =




3.1. Propriétés structurales

3.1.1 Paramètre de maille

3.1.1.a. Variation du Paramètre de maille dans l’alliage HgCdTe

Sur la figure II.6.a nous reportons la variation du paramètre de maille de l’alliage

Hg1−xCdxTe, conformément à la loi de Végard, cette variation est linéaire croissante

avec la composition d’alliage x en Cadmium. A x=0, le paramètre de maille prend la

valeur de HgTe (6.455Å) et il augmente jusqu’à la valeur du paramètre de maille de

CdTe (6.488 Å) à x = 1.

3.1.1.b. Désaccord de maille HgTe/CdTe et contrainte dans HgCdTe/CdTe

Les paramètres de maille de HgTe et CdTe sont très proches. La différence relative de

ces paramètres calculée à partir des équations II.20 reste très faible Δa/a≤0.5% dans

toute la gamme de composition d’alliage tel que nous le reportons sur la figure II.6.b.

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

6,450

6,455

6,460

6,465

6,470

6,475

6,480

6,485

6,490

Hg1-x

CdxTe

CdTeHgTe

a

Pa

ram

etr

e d

e m

aill

e (

Å)

Composition X %

Figure II-6.a : Variation du paramètre de maille de l’alliage Hg1−xCdxTe en fonction de la

composition de l’alliage x

(II.2.a)

(II.2.b) 455.6)1(488.6

).1(.

1

1

xxa

axaxa

TexCdxHg

HgTeCdTeTexCdxHg




Lorsque ce désaccord de maille est important, il génère en général une contrainte à

l’interface des hétérostructures fabriquées à partir de deux matériaux différents.

Dans le cas qui nous intéresse de l’hétérostructure Hg1−xCdxTe/CdTe, on pourrait

conclure que la contrainte serait faible et donc négligeable.

Cependant il n’en est pas ainsi, à cause principalement du fait que Hg1−xCdxTe est un

matériau à très faible largeur de bande interdite. La proximité des différentes bandes et

leur très forte interaction entraine une sensibilité extrême à toute perturbation. En

particulier, les perturbations dues à la contrainte de désaccord de maille, aussi faible

soit-elle, se traduisent par des effets appréciables et même fondamentaux comme on le

verra plus loin. Là aussi, c’est un effet du à la particularité de la structure de bandes de

Hg1−xCdxTe notamment pour des faibles compositions en Cd qui nous intéressent pour

notre détecteur IR.

puits

puitsbarière

a

aa

a

a

TeCdHg

TeCdHgCdTe

xx

xx

a

aa

a

a

1

1

(II.20.a)

(II.20.b)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,000

0,001

0,002

0,003

0,004

0,0050.0051

CdTeHgTe

a/a

Dé

sa

cco

rd d

e m

aille

a

/a

Composition x %

Figure II-6.b : Variation dua

a de l’alliage Hg1−xCdxTe en fonction de la composition de l’alliage x




3.1.2 L’énergie de gap Eg

La variation du gap de Hg1-xCdxTe en fonction de la composition d’alliage x en

Cadmium est reportée sur la figure II.6 et ce, conformément aux relations suivantes :

Eg (eV) = -0.303(1- x) + 1.606x -0.132x (1 - x)

L’équation II.4 [8], donne la variation non linéaire du gap avec un paramètre de

courbure b= 0.132 ou bowing.

Comme on peut le voir sur la figure II-7, cette variation du gap de Hg1-xCdxTe est

croissante en concentration de Cadmium "Cd" à la température ambiante et va de

d’une valeur négative -0.3eV [10, 11] dans HgTe) à +1.6eV [3, 10, 11] dans CdTe.

xo=0.16 est la valeur critique de la concentration pour la quelle se produit la transition

semi-métal – semiconducteur avec Eg = 0.

)3.0)(1(6.1

)1(

1

1

xxE

ExxEE

TexCdxHg

HgTeCdTexx

g

gg

TCdHg

g

(II.3.b)

(II.3.a)

(II.4)

Figure II-7 : Variation du gap de l’alliage Hg1−xCdxTe en fonction de la composition x en Cd:

gap linéaire (ligne noir), gap avec bowing (ligne rouge), gap expérimentale (carré) Ref [9]

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Hg1-x

CdxTe

CdTeHgTe

En

erg

ie d

u g

ap

(e

V)

Composition X %

Eg VCA

Eg + Bowing

Eg expérimentale Ref [9]

0.16




Cette variation du gap de Hg1-xCdxTe est en très bon accord avec les résultats

expérimentaux [9], reportés sous forme de points sur la figure II.6.

L’équation II.4 montre un bowing très faible, de l’ordre de 0.132 [8].

3.1.3 La comparaison entre l’énergie spin orbite et l’énergie de gap L'énergie du spin-orbite ΔSo de l'alliage Hg1−xCdxTe est donnée selon la loi de Végard

par les équations (II.5.a), (II.5.b) où : ΔSo (HgTe)

= 1.0eV [4] et ΔSo (CdTe)

= 0.90eV [3,6].

Sur la figure II.8, nous présentons la variation de l'énergie du spin-orbite ΔSo=f(x) dans

Hg1−xCdxTe et à titre de comparaison, nous reportons également Eg=f(x). L’énergie du

spin-orbit ΔSo décroît linéairement avec x, mais varie très faiblement entre la valeur

1.0 eV dans HgTe et 0.91eV dans CdTe. Il est important de remarquer qu’à x=0.63,

nous obtenons une résonance Eg=ΔSO= 0.93eV. Cette résonance joue un rôle important

dans les composants opto-électroniques, généralement néfaste. Il s’agit de l’Effet

Auger et du bruit de fond par multiplication des porteurs de charges qui sont tous les

CdTeHgTeHgCdTe SOxSOxSO )1(

90.00.1)1( xxSOHgCdTe(II.5.b)

(II.5.a)

Figure II-8 : Variation de ΔSo et de Eg dans Hg1−xCdxTe

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0-0,4

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

CdTeHgTe

So

Eg

Eg

et

So

(e

V)

Composition X %

0.63

0.93

0.16




deux amplifiés à mesure que Eg →ΔSO et sont maximum à la résonance. Donc, on doit

absolument éviter cette gamme x≈0.63 : 0.6 ≤ x ≤ 0.7, est hachurée sur la figure II.9.

Dans notre étude, on élimine également la gamme 0 ≤ x ≤ 0.15, pour lesquelles Eg ≤0.

Il en résulte que la gamme la plus intéressante pour le fonctionnement de notre

détecteur pyroélectrique Infra-Rouge est 0.16 ≤ x ≤ 0.6 où 0eV ≤ Eg ≤ 0.84eV.

3.2. Propriétés optiques

3.2.1 La constante diélectrique ε

Sur la figure II-12, nous présentons la variation de la constante diélectrique

statique s et de la constante diélectrique haut fréquence ε∞, en fonction de la

composition de l’alliage x . Nous utilisons pour cela les équations suivantes : [5, 12]

εS et ε∞ diminuent lorsque x augmente dans Hg1-XCdXTe, mais leur rapport εS/ε∞ reste

quasiment constant et εS >ε∞ dans toute la gamme de compositions.

(II.6.b)

(II.6.a) 22.86.152.15 xx

27.56.155.20 xxs

Figure II-9 : Variation du constant diélectrique de l’alliage Hg1−xCdxTe en fonction de la composition de

l’alliage x

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

10

15

20

25

0

Consta

nte

dié

lectr

ique

Composition X %

S




3.2.2 Les masses effectives

Nous calculons les variations des masses effectives via les équations suivantes (VCA)

Où m*hh est la masse de trous lourd ; m*lh est la masse de trous légers et m*e est la

masse des électrons des composés binaires CdTe et HgTe.

Sur la figure II-10, il est facile de remarquer que les masses effectives d’électrons et

des trous légers sont beaucoup plus faibles que celles des trous lourds et elles restent

très faibles et presque identiques dans toute la gamme de composition d’alliage. Ceci

est une caractéristique de HgCdTe qui est un matériau à faible gap.

(II.7.a)

0029.0)1(096.0

)..1(.

xxm

mxmxm

HgCdTee

HgTeeCdTeeHgCdTee

(II.7.b)

)026.0)(1(103.0

)..1(.

xxm

mxmxm

HgCdTelh

HgTelhCdTelhHgCdTelh

(II.9.b)

(II.9.a)

12.1)1(138.0

)..1(.

xxm

mxmxm

HgCdTehh

HgTehhCdTehhHgCdTehh

(II.8.b)

(II.8.a)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

mlh

mhh

me

Masses e

ffectives (

1/m

0)

Composition X

Figure II-10 : La variation des masses effectives de l’alliage Hg1−xCdxTe pour différentes compositions

d'alliage de cadmium




3.2.3 Mobilité des porteurs

Grâce à leurs faibles masses effectives, les mobilités des électrons et des trous légers

sont très élevées dans Hg1-xCdxTe, alors que celle des trous lourd µhh est très faible

(deux ordres de grandeur plus bas) [12]. Différents mécanismes de diffusion dominent

la mobilité des électrons. Les propriétés de transport des trous sont moins étudiées que

celles des électrons car la contribution des trous à la conduction électrique est petite à

cause de leur faible mobilité. A moins que la densité des électrons soit suffisamment

basse, généralement, dans les mesures de transport, la contribution des électrons

prédomine même dans un matériau de type-p [12]. La mobilité des électrons dans Hg1-

xCdxTe est valide pour la composition d’alliage 0.2 x 0.6, et la température

supérieur a 50°K, peut être approchés par la formule de Scott’s Hall [13, 14] :

reT

s2

810.9

5.72.0

xs

6.02.0

xr

(II.10) où

0,18 0,20 0,22 0,24 0,26 0,28 0,30 0,3210

3

104

105

106

Hg1-x

CdxTe

Expérimental 77K Ref.[15]

modèle empirique 77K Expérimental 300K Ref.[15]

modèle empirique 300K

Mobili

té d

es é

lectr

ons c

m2(V

s)-1

Composition X %

Figure II-11 : La variation de la mobilité d’électrons de l’alliage Hg1−xCdxTe pour différentes

compositions x en cadmium, à 77K et 300K comparé avec des résultats expérimental [15]




Sur la figure II-11, la mobilité des électrons à 77°K est beaucoup plus grande qu’à

300°K. Ceci est du au fait qu’à basse température, la diffusion par les phonons est

moins forte; alors que celle due aux centres d’impuretés ionisés n’est pas encore

effective. Ces résultats expérimentaux (points) sont bien décrits par la théorie (ligne

continue).

Higgins et al [16], donnent une formule empirique pour la mobilité des électrons est

valide pour 0.18 x 0.25 et à température 300K

e = 104 (8.754x – 1.044)

-1 [cm

2 (Vs)

-1] (II.11)

3.2.4 Coefficient d’absorption du Hg1-xCdxTe

Le coefficient d’absorption optique α de Hg1-xCdxTe est un paramètre très important.

Sa connaissance précise est critique pour la conception du détecteur IR, le design, le

criblage de couche, l'analyse du dispositif et sa réalisation [17].

0,18 0,19 0,20 0,21 0,22 0,23 0,24 0,25

8000

10000

12000

14000

16000

18000

20000

Hg1-x

CdxTe

Composition X

Mo

bilité

de

s é

lectr

on

s c

m2(V

s)-1

e

Figure II-12 : La variation de la mobilité d’électrons de l’alliage Hg1−xCdxTe pour différentes

compositions x en cadmium Cd.




Sur la figure II.13, nous reportons la variation de ce coefficient d’absorption α dans

l’alliage ternaire Hg1-xCdxTe défini par l’expression suivante : [7, 17]

Où k : Coefficient de dilatation

Ce coefficient d’absorption commence à augmenter très rapidement dans Hg1-xCdxTe

dès que Eg >0 et atteint des valeurs très importantes dans la gamme de compositions

intéressantes pour notre détecteur IR : 0.16 ≤ x ≤ 0.6 où soit 0eV ≤ Eg ≤ 0.84eV.

3.2.5 Longueur d’onde

Pour décrire la variation de la longueur d’onde λ=f(x) dans Hg1-xCdxTe, nous partons

de la relation II.13 bien connue, qui relie λ [µm] d’un photon à son énergie E=Eg[eV] :

)(

24.1

xEg

(II.13) [µm]

k4(II.12)

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

0

10

20

30

40

50

60

70

Hg1-x

CdxTe

coefficient d'absorption HgCdTe

co

eff

icie

nt

d'a

bsorp

tio

n

composition x %

Figure II-13 : Variation du coefficient d’absorption optique α dans l’alliage Hg1−xCdxTe.




Dans ce travail, nous nous intéressons à la gamme spectrale des longueurs d’ondes

thermiques λ =8-14µm qui correspond à la gamme de compositions 0.204<x<0.239

(voir Fig.II.15). Il s’agit du domaine où l’émission du corps noir est maximale et

permet de détecter la chaleur qui se dégage d’un corps vivant.

Figure II-14 : Variation de la longueur d’onde λ= f(x) dans l’alliage Hg1−xCdxTe.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0

0

100

200

300

Composition X %

(Longueure d'onde) (x)

Eg

(eV

)

(m

)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

Hg1-x

CdxTe

[8-14] m

Figure II-15 : Variation de la longueur d’onde en fonction de la composition d’alliage Hg1−xCdxTe

dans la gamme 0.20 ≤ x ≤ 0.25

0,20 0,22 0,24

0

5

10

15

20

Composition X %

(Longueure d'onde) (x)

Eg(e

V)

(m

)

0,20

0,22

0,24

0,26

0,28Hg1-x

CdxTe

0.204 0.239

14.01

8.01

Longueur d’onde thermique




4. Propriétés des hétérostructures Hg1-xCdxTe/CdTe

4.1 Calcul des Band-offsets de conduction et de valence dans HgCdTe/CdTe

Les variations de band-offsets ΔEC et ΔEV dans Hg1−xCdxTe, qui sont reportées sur la

figure II-16, ont été déterminées à partir des équations (II.14-16) ci-dessous :

Comme on peut le constater, ces band-offset de valence et de conduction diminuent

lorsque x augmente dans Hg1−xCdxTe. A x=0.2, nous obtenons des valeurs ΔEC=

1.01eV et ΔEV = 0.51eV qui permettent un très bon confinement des électrons dans la

bande de conduction et des trous dans la bande de valence. Ceci est important pour le

bon fonctionnement de notre détecteur Infra-rouge.

4.2 L’affinité électronique du HgCdTe/CdTe

Les variations d’affinités électroniques eχ dans Hg1−xCdxTe, qui sont reportées sur la

figure II-17, ont été déterminées à partir des équations (II.17) ci-dessous :

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

-0,2

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

Hg1-x

CdxTe

CdTeHgTe

Ec

Ev

Eg

band-o

ffset

(eV

)

Composition X %

Figure II-16 : La variation du band-offset de l’alliage Hg1-xCdxTe pour différentes compositions.

gc EE3

2(II.15)

gv EE3

1(II.16)

HgCdTe

g

CdTe

gg EEE (II.14)




Les équations II.17 sont une approximation que nous avons adoptée, compte tenu de

l’absence de résultats dans HgTe. Comme on peut le voir sur la figure II.17, ces

équations donnent de bonnes variations de l’affinité électronique avec la composition

d’alliage dans Hg1−xCdxTe. En effet, eχ diminue lorsque x augmente, conformément à

la variation habituellement observée dans les alliages lorsque Eg augmente avec x. On

en déduit une valeur de l’affinité électronique eχHgTe

≈5. 97eV dans HgTe.

Selon la gamme de composition d’alliage du ternaire Hg1−xCdxTe, on distingue deux

types d’hetérostructures (voir Figs. II.18 et II.19), que l’on peut construire à partir des

équations suivantes :

HgCdTeHgCdTeCdTeCdTev EgeEgeE (II.19)

puitbarièrec eeE

HgCdTeCdTec eeE

(II.18.b)

(II.18.a)

Ecee CdTeHgCdTe (II.17.a)

(II.17.b) eVe CdTe 7.4 [6]

0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

4,6

4,8

5,0

5,2

5,4

5,6

5,8

6,0

Hg1-x

CdxTe

5.97

CdTeHgTeComposition X %

e (

eV

) e

Figure II-17 : La variation de l’affinité électronique de l’alliage Hg1-xCdxTe.




Dans la gamme 0.16 ≤ x ≤ 1 où Hg1−xCdxTe présente un caractère semiconducteur:

Eg >0, l’hétérostructure Hg1−xCdxTe/CdTe est de type I (voir Fig.II.18 ci-dessous).

Dans cette hétérostructure de type I, les électrons et les trous sont confinés dans le

même matériau Hg1−xCdxTe qui forme le puits pour ces 2 types de porteurs, alors que

CdTe forme la barrière de potentiel. Dans ce cas, les transitions: bande de conduction

(BC) - bande de valence (BV) sont des transitions directes.

Dans l’intervalle 0 ≤ x ≤ 0.15 où Hg1−xCdxTe est semi-métallique (chevauchement

de BV et BC et Eg≤0), Hg1−xCdxTe/CdTe est une hétérostructure de type III.

Figure II-18: hétérostructure Hg1−xCdxTe /CdTe de type I pour x= 0.25

Type I 0.16 < x ≤ 1

Eg1=1.6eV

NV

eχ1= 4.7eV eχ2=5.65eV

CdTe Hg0.75 Cd0.25Te

CdTe

Eg2= 0.17eV

ΔEc= 0.95eV

ΔEv= 0.47eV

Figure II-19 : Structure de band d’une hétérostructure HgCdTe/CdTe pour x= 0.1

ΔEv= 0.57eV

ΔEc = -1.14eV

Eg2= -0.11eV Eg1=1.6 eV

eχ1= 4.7eV eχ2=5.84eV

CdTe

NV

Hg0.9 Cd0.1Te CdTe

Type III 0 ≤ x ≤ 0.16




Cette hétérostructure (HS) de type III est présentée sur la Figure II.19. Elle ressemble à

l’HS de type I précédente: les électrons et les trous sont confinés dans le même

matériau Hg1−xCdxTe qui forme le puits et CdTe forme la barrière de potentiel.

Cependant, contrairement au cas précédent d’HS de type I, dans l’HS de type III ; les

états d’électrons de BC et les états de trous de la BV se chevauchent dans le puits de

Hg1−xCdxTe. Le bas du puits quantique en BV est située à une énergie supérieure à

celle du bas du puits quantique en BC. Ceci est une conséquence du caractère semi-

métallique de Hg1−xCdxTe qui forme le puits dans cette gamme de composition

d’alliage. Sachant que les états de trous et d’électrons se chevauchent et sont donc

dégénérés, il en résulte un Effet Tunnel Quantique Résonant sans aucune énergie

préalable : les électrons passent facilement de BC vers BV et les trous de BV vers BC.

5. Croissance cristalline du système Hg1-xCdxTe /CdTe

Des matériaux semiconducteurs de haute qualité sont essentiels pour la réalisation de

détecteurs IR très performants. Ils doivent présenter certaines qualités : [19, 20]

La plus faible densité de défaut possible ;

Des substrats de larges dimensions ; et/ou

L’uniformité et la reproductibilité des propriétés intrinsèques et extrinsèques.

Afin d’assurer ces objectifs, la préparation de Hg1-xCdxTe a évoluée de la simple

croissance de cristaux massifs à hautes températures autour de la température de fusion,

jusqu’à l’épitaxie en phase vapeur (VPE) et liquide (LPE) à relativement basses

températures.

On distingue3 principales méthodes de croissance cristalline de HgCdTe :

Croissance en cristal massif (en bloc) ;

Epitaxie en Phase Liquide (LPE) ;

Epitaxie en Phase Vapeur (VPE) ;

Dépôt chimique en phase Vapeur de Métallo organiques (MOCVD) ;

Epitaxie par jet moléculaire (MBE).




5.1 Cristaux massifs

En dépit du progrès rapide qui a pris place durant les deux dernières décennies dans les

diverses techniques épitaxiales pour la réalisation de systèmes d’alliage ternaire

HgCdTe, les méthodes de croissance du massif jouent toujours un rôle important dans

la préparation du matériau destiné aux dispositifs ainsi que les substrats utiles à ces

techniques épitaxiales.

Il existe 2 types de techniques de croissance du massif : croissance en bain fondue et la

croissance par vapeur. La majeure partie du développement de la croissance des

cristaux massifs HgCdTe a été faite en industrie [21, 22]. Les détails de ces techniques

de croissance restent par conséquent largement tenus en secret. Plusieurs comptes

rendus historiques du développement du massif HgCdTe ont été publiées [21, 22].

Trois principales techniques ont été utilisées :

La recristallisation à l’état solide (SSR) ;

Bridgman ;

La méthode de bain fondue (travelling heater method, THM).

La recristallisation à l’état solide (SSR) est la croissance d’un cristal à partir d’une

phase solide à des températures proches du point de fusion. Cependant, la méthode

SSR présente aussi certains inconvénients : [20]

Aucune ségrégation ne peut se produire, ce qui induit que toutes les impuretés

présentent dans la charge sont figées dans le cristal, d’où la nécessité d’éléments

initiaux de haute pureté.

Le diamètre maximal du lingot est limité à 1.5 cm, ceci est du à la faible vitesse de

refroidissement des charges présentant de grands diamètres, nécessaires à la

suppression de la ségrégation.

Dans le processus Bridgman, les éléments : Cadmium Cd, Mercure Hg et le Tellure

Te sont contenus dans une ampoule de silicium propre, homogénéisée par fusion/gel.

Cette ampoule est donc refroidie doucement à partir d’une extrémité dans un système

vertical afin d’obtenir un monocristallin, ou plus souvent un lingot à large grains [5].




Un cristal de large dimension couplé avec une vitesse de croissance relativement

importante (1-2mm/h) [18] rend cette technique relativement à faible coût et versatile.

Cependant, seulement une partie limitée du cristal peut être utilisée pour la fabrication

de détecteurs de longueurs d’ondes précises. En plus, une pression partielle importante

de Hg peut induire la rupture de l’ampoule.

La croissance par la méthode de bain fondue ou THM (Traveling heater method)

combine l’avantage de la croissance à partir de solution à faible température avec des

conditions de l’état solide, et ceci dans la zone de fusion. Cette technique a été utilisée

principalement pour les alliages ternaires à base de Te. Un alliage homogène peut être

utilisé comme lingot initial ou bien des segments de binaires. Cette technique est aussi

caractérisée par une très faible vitesse de croissance (0.1 mm/h), mais des diamètres

supérieurs à 40 mm ont pue être obtenues [18].

A l’heure actuelle, la croissance de cristaux massifs à partir de la phase liquide est la

plus utilisée dans la fabrication de matériaux destinés aux dispositifs avec des lingots

de diamètres d’environ 1.5 cm [22]. Elles sont pour la plupart utilisées pour les

photoconducteurs de type-n à un seul élément, les revêtements, et les détecteurs

"Signal Processing In The Element" (SPRITE) pour les systèmes de recherches et

d’imagerie de première génération. Ou pour d’autres applications sophistiquées, tels

que les détecteurs destinés à l’espace et qui sont inclues dans les instruments de la

NASA, ainsi que les divers systèmes commerciaux tels que les spectromètres

infrarouges [18].

Une bonne uniformité, une excellente pureté électrique (< 1x1014

cm-3

), une grande

mobilité et des durées de vie des porteurs de charge minoritaires sont les

caractéristiques standard des matériaux librement commercialisés. La croissance de

massifs de HgCdTe n’a pas eu de grands succès à cause de la haut pression de

l’évaporation de Mercure [23], et d’autre par à cause des défauts du matériau et les

densités de dislocation importantes [18].




Remarque

Dans l’épitaxie, la croissance se fait à basses températures, ce qui permet la réduction

de la densité de défauts natifs. Grâce aux faibles pressions partielles de Hg, il n’est pas

nécessaire d’avoir des ampoules avec des parois épaisses et la croissance peut se faire

dans des systèmes de croissance simples.

Les couches épitaxiées peuvent aussi être recuites in-situ à basses températures [18].

Parmi ces techniques d’épitaxie, l’épitaxie en phase liquide (LPE) est la méthode la

plus développée.

5.2. a Croissance LPE

La LPE est un processus de croissance de monocristaux qui se fait par refroidissement

d’une solution sur un substrat.

La LPE est une bonne technique qui permet d’obtenir des couches de HgCdTe très

pures pour la réalisation de photodiodes IR à homojonction refroidie de HgCdTe très

sensibles.

Cependant, la LPE ne permet pas un bon contrôle des dimensions de la jonction, qui

est importante pour les nouveaux dispositifs à hétérostructures HgCdTe [18, 23].

5.2. b Croissance MOCVD et MBE

La croissance par épitaxie en phase vapeur (VPE) de HgCdTe est particulièrement

faite par des méthodes hors équilibres : telles que les méthodes de dépôt chimique en

phase vapeur d’organo-métalliques (MOCVD) et l’épitaxie par jet moléculaire (MBE).

L’avantage le plus important de la MOCVD et la MBE par rapport aux autres

méthodes est l’habilité à modifier les conditions de croissance de manière dynamique

durant la croissance afin d’adapter les gaps, d’ajouter et de supprimer des dopants, de

préparer les surfaces et les interfaces, d’ajouter des passivations, le recuit, et de faire

croître sur des régions spécifiées du substrat [22].




Le contrôle de la croissance est fait avec une grande précision afin d’assurer

l’obtention de propriétés du matériau comparables à ceux obtenus par croissance à

l’équilibre.

La température de croissance est inférieure à 200°C pour la MBE [22], mais elle est

aux alentours de 350°C pour La MOCVD [22].

Par ailleurs, il est très difficile de contrôler le dopage de type-p dans la MOCVD due à

la formation de lacunes de Hg (dopants de type-p dans HgCdTe), et ceci à de grandes

températures de croissance.

La technologie MBE de HgCdTe permet une croissance à basses températures au

dessous de l’environnement d’ultravide, un dopage de type-n in-situ et potentiellement

de type-p, le contrôle de la composition, du dopage et du profile à l’interface.

Actuellement MBE est la méthode préféré de croissance pour HgCdTe.

Figure II.24 : Évolution de la croissance de HgCdTe technologie des cristaux à partir de (1958-2010) [22]




5.3 Couches épitaxiées

L’épitaxie de HgCdTe a présentée un intérêt croissant ces deux dernières décennies.

En effet, ces techniques d’épitaxie offrent, en comparaison avec les techniques de

croissance du massif, la possibilité d’obtenir : [19, 22]

des couches avec de larges surfaces (~ 30 cm2) ;

des structures sophistiquées déposées avec une bonne homogénéité latérale,

abrupte, une composition complexe et des profils de dopage qui peuvent être contrôlés

pour améliorer les performances des photodétecteurs.

Choix du substrat pour l’épitaxie

La croissance épitaxiale des couches minces de HgCdTe pour la fabrication des

détecteurs IR matriciel exige un substrat approprié.

Le substrat CdTe permet la croissance épitaxiale du HgCdTe d’une qualité

raisonnable [24]. CdTe à des propriétés physiques intéressantes comme substrat

pour les détecteurs IR : [22, 23]. Tout d'abord il est transparent au-delà de 30μm,

de sorte que les dispositifs avec le flux de photon infrarouge incident par

l’arrière sont facilement réalisés sans avoir à enlever le substrat. CdTe n'est pas

un dopant potentiel des couches épitaxiale. CdTe est plus robuste que les

cristaux HgCdTe, bien que beaucoup plus fragile que le silicium ou le

germanium. Le principal inconvénient de CdTe comme substrat épitaxiale avec

le HgCdTe, c'est qu'il a un faible pourcentage de désaccord de maille à partir

des longueurs d’ondes du Moyen- infrarouge (MWIR) jusqu’au IR lointain

(LWIR). Mais il a été démontré que si on ajoute quelques % de ZnTe au CdTe,

typiquement 4% ceci peut créer un substrat approprié [22].




Le substrat CdZnTe est le mieux adapté pour la croissance par épitaxie du

HgCdTe [22, 23], puisqu’il présente un bon accord de maille (a(CdZnTe)

=

6.1037Å) [24] ; induisant des densités de défauts inférieures à 104 cm

-2 [18].

Mais il existe d’autres recherches sur des substrats alternatifs, et ceci afin

d’augmenter la taille des plaquettes et de diminuer le coût.

Le candidat potentiel est le CdTe sur du silicium Si mais les densités de défauts

restent toujours aux environs de 106 cm

-2 [18].

Dans le tableau suivant (II.2), nous présentons une comparaison entre les différentes

techniques de croissance :

Techniques de

croissance Avantages Inconvénients

Recristallisation à l’état

solide

- Haute pureté

- Faible densité de dislocation

(localisée)

- Processus de production

- Petits Lingots

- Temps de cycle de croissance long

- Impossibilité de multicouches

Bridgman

- Haute pureté

- Equipement à faible coût

- Processus de production

- Importante non uniformité axiale et

radiale

- Faible vitesse de croissance


Méthode de bain fondu

(THM)

- Haute pureté

- Possibilité de croissance de

monocristallins

- Lingots de larges diamètres

- Temps de cycle de croissance long

- Importante non uniformité axiale


Epitaxie en phase liquide

(LPE)

- Haute pureté

- Technique approuvée

- Finesse d’interface pauvre (app.2-

3µm)

- Multicouches difficiles

Dépôt chimique en phase

Vapeur de Métallo

organiques (MOCVD)

- Bonne Morphologie de surface

- Fines interfaces (<1 μm)

- Propriétés électriques insignifiantes

- Bonne préparation du substrat

indispensable

Epitaxie par jet moléculaire

MBE

- Fines interfaces, superlattices

- Basse température de croissance

- Bonne Morphologie de surface

- Analyse in-situ

- Equipement coûteux

- Faible vitesse de croissance

- Bonne préparation du substrat

indispensable

Tableau II-2 : Comparaison entre les différentes techniques de croissances cristallines. [18]




6. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons étudié les propriétés structurales et optiques des

matériaux binaires HgTe, CdTe et du ternaire Hg1−xCdxTe, Nous avons opté pour

HgCdTe aux propriétés structurales et optiques exceptionnelles très importants

pour le fonctionnement de notre détecteur pyroélectrique à base de Hg1−xCdxTe

/CdTe :

- gap direct ajustable par sa composition d’alliage pour toutes les bandes de

détection IR, de longueurs d’ondes allant de l’IR lointain au proche IR (-0.3eV

pour HgTe à 1.6eV pour CdTe) ;

- paramètre de maille constant ;

- très faible contraint Δa/a ≤ 0.5% ;

- très bon confinement des porteurs ;

- coefficient d’absorption très élevé ;

- faibles masses effectives ;

- mobilités des porteurs élevés ;

- peut être élaboré en couche mince monocristallin de très bonne qualité.

Nous avons déduits que la gamme la plus intéressante pour notre détecteur IR est

0.16 ≤ x ≤ 0.6 où 0eV ≤ Eg ≤ 0.84eV




Référence : [1] A .Rogalski, Infrared Physics & Technology, 50 240–252, (2007).

[2] J.D. Benson, M. Martinka, Modeling of the Structural Properties of Hg1– xCdxTe, Journal

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Materials, Empirical Pseudopotential and Full-Brillouin-Zone kp Electronic Structure of

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[11] C. Palermo et al, Electron transport properties of bulk mercury– Cadmium–

Telluride at 77 K Solid-State Electronics 53 70–78, (2009).

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[13] W. Scott, J. Appl. Phys. 43, 1055 (1972).

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[24] Osamu Oda, Compund Semiconductor Bulk Materials and Characterizations, page

(378), (2007).

Chapitre III Etude du détecteur pyroélectrique à base de nanostructures Hg1-xCdxTe/ CdTe - 62 -



Chapitre III

Etude du détecteur pyroélectrique à base de nanostructures

Hg1- xCdxTe /CdTe

1. Introduction

2. Détecteur pyroélectrique à Matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe /CdTe

2.1 . Détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée

2.1.1. Matrice nanostructurée

2.1.2. Exemples de détecteurs pyroélectriques :

2.2. Détecteur Hg1-xCdxTe /CdTe à Matrice nanostructurée

2.2.1. Détecteur Hg1-xCdxTe /CdTe nanostructuré discret

2.2.2. Détecteur Hg1-xCdxTe /CdTe nanostructuré intégré

3. Propriétés et fonctionnement du détecteur pyroélectrique

4. Technologie de fabrication du détecteur pyroélectrique

5. Les avantages des détecteurs pyroélectriques

6. Conclusion




1. Introduction

Dans ce chapitre nous étudions la faisabilité du détecteur pyroélectrique pour l’imagerie

infrarouge (IR). Ce détecteur présente la particularité de combiner une matrice nano-

structurée de Hg1-xCdxTe/CdTe destinée à la détection de l’IR optique émis par la source

thermique avec une composante à céramique PZT chargée de la détection thermique

proprement dite. Cette combinaison a pour objectif d’améliorer considérablement les

performances du détecteur comme nous le montrons dans ce chapitre.

Dans une première partie, nous allons d’abord considérer des exemples généraux de

détecteurs pyroélectriques IR à matrices nano-structurées. Nous étudions en effet, l’apport

de la matrice de pixels dans ces détecteurs ainsi que les différentes technologies et

conceptions.

Dans une deuxième partie, nous étudions en détails le détecteur pyroélectrique qui nous

intéresse dans ce travail, à savoir le détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée de

Hg1-xCdxTe/CdTe. Nous considérons deux conceptions différentes de ce détecteur : la

version ‘’discrète’’ avec un seul composant à matrice de pixels, ainsi que la version

‘’intégrée’’ avec plusieurs composants intégrés sur le même support avec toujours une

matrice de pixels.

Dans la suite de notre étude, nous retenons la version intégrée du détecteur pyroélectrique et

nous étudions en détails les différents aspects de ce détecteur qui combine une composante

nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe avec une composante purement thermique en

céramique PZT. Nous considérons d’abord la conception et le fonctionnement du détecteur

pyroélectrique et nous étudions ensuite la technologie de fabrication de ce détecteur. Nous

passons en revue les avantages de ce détecteur pyroélectrique : leur fonctionnement qui est à

la température ambiante (ne nécessite pas le refroidissement), leur large réponse spectrale,

et leur réponse rapide en comparaison avec les détecteurs IR à semi-conducteur.

En conclusion, nous montrons l’intérêt des détecteurs à base de Hg1-xCdxTe pour l’imagerie

IR, car ils sont parmi les détecteurs IR les mieux adaptés grâce à leurs excellentes propriétés

optoélectroniques. En effet, ces détecteurs est en train d’atteindre une maturité

technologique qui permet d’envisager leur production industrielle.




2. Détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée de HgCdTe /CdTe

2.1. Détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée

2.1.1. Matrice nanostructurée :

La matrice nanostructurée est destinée à obtenir des points de N×N Pixels qui correspondent

aux N×N objets nanométriques qui peuvent être des : transistors MOSFET, MESFET,

photodiodes à jonction p-n ou à Puits quantiques (QW) ou à boîtes quantiques (QD). Nous

les détaillerons ces Pixels (N x N) dans la partie fabrication.

La matrice nanostructurée est destinée à obtenir des points de pixels. Ces pixels sont

constitués d’un empilement de plusieurs couches (Figure III.1.a) :

- Circuit de lecture ROIC ;

- Miroir : qui permet la réflexion de l’irradiation IR qui n’est pas absorbé en première

incidence ;

- Réflecteur : qui empêche le rayonnement d’être absorbé par le circuit de lecture ;

- Céramique pyroélectrique ;

- Couche absorbant (dans notre étude nous avons proposé un photodétecteur

Hg1-xCdxTe/CdTe)

Figure III.1.a : Pixels d’une matrice de détecteur pyroélectrique [1]




Ces pixels sont connectés entre eux par la technologie Si-CMOS et ROIC, formant une

matrice comme il est démontre sur la figure III.1.b. Pour améliorer la sensibilité des

détecteurs d’imagerie IR, en particulier la résolution d’image, il faut jouer sur la diminution

de la taille des pixels, et augmenter le nombre de pixels par matrice.

L’utilisation des matrices permet :

D’amplifier les signaux, et les rendre plus purs ;

Modifier la dimension (aller à 0D Boite Quantique) ;

Amélioration du rendement qui se traduit par une amélioration des performances des

détecteurs thermiques (pyroélectriques).

Améliorer la détectivité et la sélectivité du détecteur.

Le développement de la matrice à plan focal pyroélectrique (Focal Plane Arrayes) a

commencé dans les années 80s [3]. Les détecteurs pyroélectriques matriciels comportent un

matériau pyroélectrique structuré sous forme de pixels (matrice) est connecté à un circuit

intégré spécifique pour l’amplification des signaux et la lecture de sortie.

2.1.2. Exemples de détecteurs pyroélectriques :

Les détecteurs pyroélectriques sont constitués généralement des parties suivantes : [4]

- Un substrat approprié ;

- Un élément pyroélectrique couvert par deux électrodes en métal ;

- En général, une couche absorbante de rayonnements qui est déposée sur le dispositif;

Figure III.1.b : Vue partiel d’une Matrice de 320 x 240

Pixel, du système Raytheon [2]




- Une couche mince noircie pour augmenter l’absorption de la lumière [5] ; et

- Un isolant thermique doté de propriétés thermiques et électriques spéciales.

A. Exemple de Détecteur Pyroélectrique à un seul élément (Discret):

Sur la figure III.2, nous reportons le schéma d’un détecteur pyroélectrique à un seul

élément. Ce détecteur qui est relativement simple est constitué de plusieurs parties :

- Fenêtre (Window) : La fenêtre limite la lumière entrante à une longueur d'onde

choisie, elle protège les éléments du détecteur et les circuits électriques internes, des

dommages physiques et / ou chimiques et de l'humidité.

La fenêtre convenablement choisie peut avoir une fonction d’un filtre optique des

longueurs d'onde non désirées, et ainsi elle peut servir à les bloquer et à laisser passer

les longueurs d'onde souhaitées.

- Elément sensible : L'élément de détection d'un détecteur pyroélectrique est une

couche mince d’un seul cristal ou céramique.

- Le matériau : avec un point de Curie élevée (Tc), haute figures de mérite FV, FI, FD,

et de bonnes propriétés thermiques et mécaniques.

Figure III.2: Structure type d’un détecteur pyroélectrique à un

seul élément IR [6]




B. Exemple de Détecteurs Pyroélectriques à Matrice nanstructurée :

On a comme exemple la structure du détecteur pyriélectrique IR à base de la couche mince

Pb1-xCaxTiO3 pour une composition x = 0.3 [7].

2.2. Détecteur HgCdTe/CdTe à Matrice nanostructurée

2.2.1. Détecteur discret et nanostructuré à base de Hg1-xCdxTe/CdTe

Les détecteurs HgCdTe matriciels intégrés monolithiquement avec du Silicium ROIC (Read

Out Integrated Circuit) constitue la technologie de pointe pour un rendement élevé et un

grand FPA Infrarouge. Un tel système fournit les avantages suivants : [3]

Elimination de la complexité et la faiblesse du processus d'hybridation du rendement;

Elimination des problèmes reliés au désaccord thermique, ce qui mène à des matrices

"FPA" avec une stabilité thermique, et la possibilité de les fabriquer en de très grands

formats;

Création de systèmes compacts avec moins de charges;

Réduction des coûts en augmentant le rendement.

Figure III.4 : Matrice 2D 8 x 8 du détecteur

Pyroélectrique IR PbCaTiO3 [7] Figure III.3 : Structure d’un détecteur pyroélectrique

IR à base de PbCaTiO3 [7]




a. Détecteur discret et nanostructuré Discret à un seul élément

Rd : résistance du détecteur

Cd : capacité du détecteur

b. Détecteur discret et nanostructuré à Matrice de Pixels

Figure III.5 : Schéma représentatif d’un détecteur discret d’un seul élément

Substrat

Céramique pyroélectrique

HgCdTe/CdTe -

+

IR

ΔT

Cd

Rd

Figure III.6 : Schéma présentatif d’un détecteur discret à plusieurs éléments sous forme de Matrice de pixel

-

+

IR

ΔT

Cd

Rd

Pixel

HgCdTe/CdTe


Substrat




2.2.2. Détecteur pyroélectrique de HgCdTe/CdTe nanostructuré intégré

Rd : résistance du détecteur

Cd : capacité du détecteur

Rf: résistance de feedback (rétroaction)

Cf : capacité de feedback (rétroaction)

Substrat

HgCdTe/CdTe

ROIC


Figure III. 7: Schéma présentatif d’un détecteur pyroélectrique de HgCdTe/CdTe intégré de N x N objets

Rd Cd

Rf

Cf

~

-

+

Filtrage +

échantillonner

et "hold"

Unité de multiplexage ou

conversion de l’analogie

à la digitale

Figure III.8 : Schéma de circuit équivalent du détecteur pyroélectrique intégré, Ce modèle de

circuit est pris de littérature [1]




Sur la figure III.8., nous représentons le schéma du circuit équivalent du détecteur

pyroélectrique de HgCdTe/CdTe matriciel intégré.

Le circuit intégré du lecteur de sortie ou d’affichage pour l’imagerie des matrices est équipé

d’un : un Amplificateur à "feedback " contre-réaction (qui prend une partie du signal de

sortie et le réinjecte en entrée), un filtre, une unité de multiplexage, et un convertisseur

Analogique/Digital,

Nous représentons sur la figure III.9, un système qui combine un photodétecteur nano-

structuré à Hg1-xCdxTe/CdTe qui détecte le rayonnement IR optique et un système

thermique construit par la céramique PZT pyroélectrique qui mesure la variation de la

température ΔT associée à l’absorption des rayonnements IR par le photodétecteur

Hg1-xCdxTe/CdTe. Le but de ce tandem est d’améliorer la détectivité, la sélectivité, le

rendement et les performances du détecteur.

L’architecture des composants de détection matriciels est hybride, elle est constituée de

plusieurs parties, comme suit :

Partie I : partie détection par le Hg1-xCdxTe/CdTe montré sur la Figure III.10. Elle est

constituée d’une jonction p-n réalisée par la technologie planar en implantation ionique

[11] , dans des couches minces de Hg1-xCdxTe/CdTe sur des substrats orientés de CdZnTe.

Figure III. 9: Schéma présentatif des substrats du détecteur pyroélectrique à matrice nanostructuré

de HgCdTe/CdTe

IR

Partie II

Partie I


ROIC

Isolation thermique

CdZnTe Substrat

HgCdTe/CdTe (Couche absorbante)

Couche de Passivation

JFET




Ces substrats sont transparents dans l’IR et permettent donc d’éclairer le dispositif matriciel

par la face arrière à travers ce substrat [11]. La matrice de détection réalisée dans le

l’hétérostructure Hg1-xCdxTe/CdTe et le circuit de lecture JEFET (Junction-field-Effect-

Transistor) sont interconnectés par des microbilles d’Indium. Il y autant de billes d’Indium

que de points élémentaires de détection.

D’autre part :

Partie II : Empilement de trois couches (électrode supérieure, une mince céramique

pyroélectrique, électrode inférieure) représenté sur la figure III.11. Nous avons choisi la

céramique pour augmenter la sensibilité du détecteur [8], car les dispositifs des couches

minces présentent une faible capacité calorifique [10].

Figure III.10 : Schéma présentatif du détaille la (parti I)

Jonction p-n

HgCdTe/CdTe

JFET

Substrat CdZnTe

Contact métallique

Passivatio

n

Microbille d’Indium

Figure III. 11: Schéma présentatif du détail la (parti II)


Membrane

Électrode Semi-transparente

Électrode transparente

Si3N4/SiO2

SiO2 SiO2




Dans notre système, l’empilement (électrode/céramique pyroélectrique/électrode) est déposé

sur une couche de membrane (Si3N4/SiO2) de quelques micromètres (μm) ou nanomètres

(nm).

Le choix de cette couche membrane est aux propriétés suivantes :

Support des couches pyroélectrique ;

Masque de gravure ;

Bon isolant thermique grâce à sa basse conductivité thermique, et sa capacité

calorifique qui est 5 fois plus grande que celle du Si [1];

la membrane double la capacité calorifique de l’élément pyroélectrique [1];

en effet des résultats obtenues par le groupe (Jong Soo Ko & al. microelectronics

center, S.E.E.E, Nanyang Technological University, Singapore) [8], prouve que le

courant pyroélectrique et la réponse de tension du détecteur IR fabriqué sur une

membrane à deux ordres de grandeurs plus importante que le substrat fabriqué en

bulk-silicone [8].

La couche de la membrane est en générale déposée par pulvérisation. La couche supérieure

est considérée comme support de la céramique pyroélectrique, et elle sert comme masque de

gravure pour la couche de silicone SiO2, par la gravure humide (back-Sid etching) en KOH

ou dans une base équivalente [1].

La couche de la membrane inférieure est un isolant thermique de la face arrière du système

du milieu extérieur (voir figure III.11).

Une couche membrane épaisse de (0.9μm) avec une conductivité spécifique de (2W.m-1

.K-1

)

donne une isolation thermique assez bonne ; laquelle a donné des réponses à haute tension

(1 Hz pour 800V/W) dans l’air [9].




3. Propriétés et fonctionnement du détecteur pyroélectrique

Le fonctionnement du détecteur pyroélectrique est basé sur l’échauffement de l'élément

pyroélectrique par l'absorption de la lumière (rayonnement IR) modulée par l’intensité. Ceci

cause une augmentation de la température du film pyroélectrique, qui est détectée comme

tension ou comme courant de signal [4].

Un faible bruit, une grande impédance et un amplificateur sont nécessaires pour détecter la

plus petite quantité de charge produite par le gradient de température ΔT.

Radiation provenant d’une source thermique ΔT+IR :

- ΔT est détecté par le matériau purement pyroélectrique c'est-à-dire la céramique,

- IR est détecté par le photodétcetur Hg1-xCdxTe/CdTe

On a un tandem entre 2 composantes qui fonctionnent en parallèle :

- Photodétcetur Hg1-xCdxTe/CdTe IR :

Dans notre système qui est basé sur un photodétecteur Hg1-xCdxTe/CdTe (figure III.10),

qui est un composant opto-électronique destiné à détecter et absorber l’irradiation IR et

le transforme en un signal électrique.

Quand un flux de rayonnements IR incidents est absorbé par le photodétecteur, où

l’énergie du photon incident ayant une énergie supérieure à l’énergie du gap, ils excitent

des électrons de la bande de valence BV vers la bande de conduction BC, et augmentant

ainsi la conductivité du matériau et donc génèrent une paire électron-trous qui se traduit

par un courant électrique

Ev

Ec

IR (hν)

Ev

Ec




L’excitation des électrons provoquée par l’absorption de l’irradiation IR induit aussi une

vibration des phonons qui provoquent un échauffement du matériau Hg1-xCdxTe/CdTe. Ce

gradient de température ΔT est détecté par l’élément pyroélectrique. La petite puissance est

par la suite convertie en un signal électrique.

Céramique pyroélectrique :

Dans cette partie, nous détaillons le principe de fonctionnement du détecteur pyroélectrique

en couche mince pyroélectrique. C’est un empilement de trois couches (électrode supérieur,

une mince céramique pyroélectrique typiquement de (tp<1mm) [1] ou (tp≈1nm) [10], e)

représenté sur la figure III.12.

La charge pyroélectrique ΔQ produite par un changement de température ΔT de l’élément

pyroélectrique avec des montants de la surface A de l’électrode est telle que [1]:

ΔQ : La charge pyroélectrique ;

ΔT : Gradient de température de l’élément pyroélectrique ;

p : Le coefficient pyroélectrique ;

A : La surface du l’électrode montant (surface irradiée).

ΔQ = p.A. ΔT (III.1)

Figure III.12 : Schéma d’élément pyroélectrique qui représente le pixel dans une matrice d’imagerie IR.

Dépend de design de fabrication. L’épaisseur du céramique (tp <1mm) [1] ou (tp ≈1nm) [10]

tp

IR (ΔT)




ΔT est le résultat de la puissance de rayonnement absorbée pendant un certain intervalle de

temps. Les propriétés thermiques du dispositif doivent être convenablement optimisées par

le choix de conception des matériaux pour obtenir un ΔT maximum à la fréquence de

réponse requise.

Le changement de températures est obtenu par l’équilibre des flux calorifiques (figure

III.13). Une certaine fraction η du rayonnement IR (de puissance w) tombant sur l’élément

pyroélectrique est absorbée c'est-à-dire transformée en chaleur.

Le changement de températures à une chaleur d’entrée donnée (η.w.ΔT) dépend de la

conduction calorifique G environnante, la chaleur de réservoir (milieu extérieur) à la

température T0 , et de la capacité calorifique C de l’élément pyroélectrique.

On note : θ = T-T0, la température augmentant proportionnellement avec T0, et qui est la

température du milieu extérieur (définit comme source de chaleur). L’augmentation de

l’énergie interne de l’élément par G.Δθ est égale à la chaleur d’entrée (η.w.ΔT) réduite par

la quantité de chaleur coulante du milieu extérieur de G.θ.ΔT [10]. Le rapport entre ces

paramètres est représenté par l’équation suivante [1]:

Figure III.13 : Schéma thermique et électrique d’un élément pyroélectrique

Rp

C

V

Résistance

paralléle

Capacité

Chaleur stockée

CΔT

puissance d’entrée

ηw

perte thermique G(T-T0)

Milieu extérieur , T=T0

tCGW (III.2)




Considérant les solutions stationnaires dans le domaine des fréquences pour une puissance

IR de W = Wω· eiωt

, la modulation de la température est facilement obtenue par [2]:

Où (τth = C/G) est la constante de temps thermique qui est définit comme le rapport de la

capacité calorifique du détecteur C et de la conductance thermique G.

Il y a donc deux fréquences qui se dominent, séparées par l’inverse de la constante de temps

thermique.

Le courant pyroélectrique en fonction de la fréquence est donné par [1] :

La responsivité du courant (équation III.5 [2]), c'est-à-dire la réponse en courant (Watt) de

la puissance du rayonnement captée par le détecteur. Ce courant est au fait, définit par le

rapport des modules de courant pyroélectrique et de l’énergie du rayonnement incident à la

surface du détecteur.

Fonctionnement du détecteur pyroélectrique à Matrice nanostructurée de Hg1xCdxTe/CdTe :

On a vue précédemment le principe de fonctionnement de notre détecteur concernant la

partie du photodétecteur et la céramique pyroélectrique pour chaque pixel. D’où, chaque

point élémentaire du circuit de détection convertit le flux lumineux en charges électriques

qui sont stockées dans un site d’intégration propre à chaque pixel.

La conversion charge-tension est ensuite réalisée dans le pixel de manière à sortir un signal

de type (vidéo).

221

.,

.

thG

WT

CiG

WT (III.3)

22.1

...

th

j

G

Ap

W

JR (III.5)

.. ApJ (III.4)




4. Technologie de fabrication du détecteur pyroélectrique

Suivant les exemples donnés dans la littérature [1], nous décrivons un exemple de processus

des techniques de fabrications "Raytheon" d’un pixel pyroélectrique utilisé pour l’imagerie

IR. Ce procédé pourrait parfaitement être adapté à notre système qui est basé sur le

HgCdTe.

Dans une première étape, l’intégration du lecteur de sortie ROIC (Read-Out-Integrated

Circuits) du pixel est fabriqué en ligne standard de Si-CMOS. Une couche réflectrice en

métal est déposée par pulvérisation.

Le pixel pyroélectrique est séparé du ROIC d’un (1/4) de la longueur d'onde (2µm), par une

couche sacrificielle, qui est en conjonction avec le réflecteur, représentée sur la figure

III.12.a et b, et qui fait partie d'une cavité optique d'interférence qui absorbe efficacement

l'énergie dans de 7,5μ à 14μ.

(a): Substrat CMOS avec réflecteur

Figure III.12 : Processus de détection pyroélectrique [1]

(d): pyroélectrique (patterned &

etched).

(e): Dépôt d’électrode supérieur

patterned & etched

(f): Interconnexion.

(g): Completed device

with filled via.

(b): Dépôt et gravure de la

couche réflectrice et sacrificielle

Substrat avec circuit de

lecture CMOS

(c): Dépôt d’ électrode inférieur

semi-transparent




Le réflecteur empêche le rayonnement d'être absorbé par le ROIC. La réponse du dispositif

est proportionnelle à l'efficacité de l’absorption.

La résistance des électrodes semi-transparentes est séparée par le film d'absorption

pyroélectrique comme ceci est montré sur la figure III.12(c-e) pris dans la combinaison

parallèle, environ (350../carré), est choisie pour l'efficacité élevée.

Le e (la figure III.12.c) doit être compatible avec le "budget" thermique du dispositif

d'environ (550 °C), en prenant en exemple les oxydes conducteurs comme le (La,Sr)CoO3.

La couche pyroélectrique peut être déposée par n'importe quelle méthode qui donne des

propriétés thermiques raisonnables (figure III.12.d).

Le (budget peut être remplacée par l’apport)"budget" thermique est largement déterminé par

la compatibilité avec le ROIC et la couche sacrificielle. Des techniques de croissance

comme CSD (Chemical Solution Deposition) sont bien adaptées pour étudier l'espace

compositionnel du matériau pyroélectrique, alors que la MOCVD et le dépôt par

pulvérisation sont plus appropriés pour la production.

Sur la figure III.12.e, l'électrode supérieure et le bras métallique, sont choisis pour leur

résistance "sheet" et leur basse conductivité thermique. Les métaux comme le NiCr sont

appropriés pour cette application, alors que le Pt (Platine) est très réfléchissant aux

épaisseurs pratiques afin d’accorder la cavité pour l’absorption du rayonnement

efficacement.

Le métal de l'électrode supérieure peut également servir pour métalliser le bras, et relie

l'électrode supérieure au ROIC.

Le corps et les bras de Pixel, sont réalisés par gravure humide (wet etching). La limite de la

conductibilité thermique est définie par le bras de Pixel et sa métallisation, représentées sur

les 3 schémas à droite (figure III.12).




Le Pixel relié au ROIC (figure III.12.f), est métallisé par une couche mince (Al) (figure

III.12.g).

La métallisation ne limite pas la conduction thermique. Après enlèvement de la couche

sacrificielle, la plaque pyroélectrique est polarisée à 150 °C par application d’une différence

de potentiel via les électrodes, l’un positif et l’autre négatif.

Le procédé ‘’Laser assisted chemical etching" produit des matrices avec un grand nombre

de pixels [5].

L’hybridation des matrices de détection de circuit de lecture est faite collectivement ce qui

permet la réduction du coût des composants [11].

5. Les avantages des détecteurs pyroélectriques IR

Les détecteurs pyroélectriques IR présentent des avantages majeurs en plus d’être

compatibles avec la technologie Si [5]:

Sensivité dans une large gamme spectrale, tout le long du spectre électromagnétique,

ceci est dû aux caractéristiques d’absorption des matériaux pyroélectriques et leurs

électrodes ;

Sensibilité pour une large gamme de températures de quelques °K à 100K, qui

dépend des caractéristiques des détecteurs pyroélectriques ;

Les dispositifs fonctionnent à de faibles puissances juste assez pour que les

transistors à effet de champ puissent amplifier le signal ;

Leur temps de réponse est rapide de l’ordre de la picoseconde (10-12

) ;

Leur prix de revient est faible, dû au fait que les matériaux pyroélectriques sont

disponibles dans la nature ;

Le principal inconvénient est le bruit thermique associé aux échanges de chaleur avec le

milieu ambiant.

Les avantages des détecteurs pyroélectriques matriciels [6]:

Un meilleur enregistrement d’image ;

Un prix réduit ;




Une amélioration de la fiabilité des dispositifs ;

Un support quasi-libre pour améliorer la réponse.

6. Conclusion

Dans ce chapitre nous avons étudié la faisabilité d’un détecteur pyroélectrique pour

l’imagerie infrarouge (IR) en particulier.

Ce détecteur combine une matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe destinée à la

détection IR optique émis par la source thermique avec une composante à base de

céramique PZT pour la détection purement thermique de la radiation thermique émise

par la source.

Cette combinaison permet d’améliorer sensiblement les performances du détecteur en

termes de détectivité, sensibilité, bruit de fond, …etc.

Ce choix est motivé également par plusieurs autres avantages : un prix réduit, un

meilleur enregistrement d’images, une plus grande fiabilité des dispositifs, un support

quasi-libre pour améliorer la réponse. Ils sont sensibles au changement de flux IR.

Ceci explique leur particularité dans les applications de l’imagerie IR.




Références

[1] Rainer Waser, Nanoelectronics and Information Technology, Wiley-VCH

Verlag GmbH, P (833-849), (2003)

[2] P. Muralt, Electroceramic-Based MEMS: Fabrication-Technology and Applications,

Ceramics Laboratory, Swiss Federal Institute of Technology EPFL, Lausanne, Switzerland,

page (82-109)

[3] S.Velicu & al. Monolithically Integrated HgCdTe Focal Plane Arrays, Journal of

Electronic Materials, Vol. 34, No6, (2005).

[4] S. Bauer-Gogonea, and B. Ploss, The Physics of Pyroelectric Infrared Devices, Appl.

Phys. B 54, 544-551 (1992)

[5] Sidney B. Lang, Physics Today, Pyroelectricity: From Ancient Curiosity to Modern

Imaging Tool, August (2005)

[6] M.H. Lee, R. Guo & A.S. Bhalla, Pyroelectric Sensors, Journal of Electroceramics 2:4,

22-242, July 28, (1998)

[7] C. C. Chang, K. P. Chu, Y. C. Lai, The Characterization and Fabrication of Pyroelectric

Infrared Sensor, Tamkang Journal of Science and Engineering, Vol. 8, No3, pp. 203_206

(2005)

[8] Christian Janot, Bernhard Ilschner, Matériaux émergents, ISBN. 2-88074-455-5,

Presses polytechniques et Université romandes, CH-1015 Lausanne, page 113, (2001).

[9] P. Muralt & al, Ferroelectric thin films for Microsystems, ECASIA, Montreux

(Switzerland), John Wiley & Sons, (1995).

[10] Jong Soo Ko & al. Substrate effects on the properties of the pyroelectric thin film IR

detectors, Sensors and Actuators. A. 93, 117-122, (2001)

[11] G. Destefanis, Les nouvelles générations de détecteurs infrarouge à base de HgCdTe ,

C. R. Physique 4 1109–1120, (2003)

Chapitre IV Applications - 82 -


Magister en MicroOptoélectronique, 2010 Département de physique, Université d’Oran (Es-Sénia)

Chapitre IV

Applications

1. Introduction

2. Applications civiles

3. Applications médicales

4. Applications militaires

5. Applications spatiales

6. Conclusion




1. Introduction

Comme on l’a vu dans les chapitres précédents, les détecteurs pyroélectriques possèdent

toute une série de propriétés très particulières :

- très grande sensibilité,

- très grande détectivité,

- peu affectés par le bruit de fond,

- compacts,

- faciles à transporter,

- faciles à implanter dans des installations fixes ou embarquées,

- fiables,

- rentables ;

- relativement peu coûteux

L’ensemble de ces propriétés en font des détecteurs extrêmement compétitifs par rapport à

d’autres types de détecteurs optiques, optoélectroniques, ou photoniques et ce, pour toute

une série d’applications.

Ils sont capables de détecter une source IR thermique aussi petite et faiblement rayonnante

soit-elle et de mesurer toute une série de paramètres :

- la température de l’objet,

- le volume et la forme de l’objet,

- la direction de son déplacement,

- Sa vitesse de déplacement,

- son émissivité, et

- la longueur d’onde.

En raison de ces caractéristiques, les détecteurs pyroélectriques ont trouvé un champ

d’applications très vaste en tant qu’éléments simples ou en tant que structures plus

complexes ou structures matricielles [2, 3, 4].

Différentes détecteurs pyroélectriques [1]




2. Applications civiles :

Les applications civiles des détecteurs pyroélectriques sont très variées. On peut

citer quelques exemples les plus importants:

Imagerie Thermique (particulièrement [3-5] m et [8-14] m [2]

Caméras de surveillance;

Détection d’incendie;

Détection à travers la fumée les zones chaudes et les blessés;

Systèmes d’alarme;

Spectrométrie IR;

Détection de gaz;

Détection de Laser CO2;

Energie mètre ;

Enregistreur thermique;

Microphone;

Calorimètres;

Modulateurs (télétransmission) ;

Analyseur thermique ;

Convertisseur d’énergie ;

Monitorage d’environnement ;

Barrières et rideaux IR.

Détecteur de gaze (CO2, gaz de ville) [5]




Les caméras Infrarouge

On peut réaliser un imageur infrarouge (IR) en disposant des condensateurs

ferroélectriques (pyroélectriques) sous forme d’une matrice dans un plan. Cet imageur

Infrarouge permet de transformer une image IR en une image électronique à ‘’points

de pixels’’ qui peut être traitée numériquement (pour traitement d’image), stockée

(mémorisée sur DVD) et affichée sur un moniteur d’une caméra IR [6].

Les détecteurs pyroélectriques peuvent être intégrés dans des caméras qui servent à

piloter (contrôler) une climatisation "Intelligente" qui tien compte des températures des

murs, des portes, des fenêtres, du nombre de personnes et de leur mouvements [6].

Détecteur de mouvements

Un détecteur de mouvement est un ‘’dispositif de comptage’’ et de ‘’détermination du

sens de passage’’ (5) d’êtres vivants. Ce dispositif comprend :

- Une 1ère

cellule (1) adaptée à délivrer un signal électrique primaire représentatif du

passage de l’être vivant devant cette 1ère

cellule (1);

- Une 2ème

cellule pyroélectrique (2)

qui comprend 2 fenêtres: une 1ère

fenêtre de détection (3) et une 2ème

fenêtre de détection (4), adaptée à

délivrer un signal électrique

secondaire représentatif du sens de

passage de l’être vivant devant

ladite 2ème

cellule pyroélectrique (2);

- Une unité de traitement adaptée pour déterminer, d’une part, le nombre d’êtres

vivants passant devant ledit dispositif (5) et ce, par analyse du signal électrique

primaire et, d’autre part, le sens du passage des êtres vivants passant devant ledit

dispositif (5) et ce, par analyse du signal électrique primaire et du signal électrique

secondaire [7]. Le dispositif agit comme un ‘’comparateur’’.




Détecteur de flammes (détecteur d’incendie)

Les détecteurs pyroélectriques de flammes permettent la détection d’une flamme et sa

composition. Nous présentons un exemple de détecteur pyroélectrique de flamme : PIA-

903[1] qui est constitué d’une matrice 3x3 et d’une optique intégrée et qui peut fournir

des informations spatiales additionnelles pour observer l’endroit approximatif de l’angle

solide de la flamme].

La matrice de ce détecteur est basée sur la technologie de films minces PZT (matériau

pyroélectrique), a été retenue pour la construction des éléments actifs de cette matrice.

Ainsi un faisceau de 1 mm de diamètre illumine entièrement les 9 (3x3) éléments du

détecteur, lesquels sont adressables

individuellement. Des composants optiques

intégrés permettent ainsi de réaliser une

interpolation entre les signaux de chacun des

pixels, résultant en une résolution angulaire

remarquable de 10°.

Les 9 amplificateurs transimpédances

(opération en mode courant) intégrés au boîtier

permettent d’obtenir une réponse élevée de 750

V/W à 10 Hz. Bien que les pixels soient de 300

x 300 µm, une détectivité de D* >1.5 108

cmHz½/W [1].

Figure IV.1 : Système de détection de flamme [1]

Figure IV.2.a. : Schéma optique du détecteur

pyroélectrique de flamme PIA-903 [1]

Figure IV.2.b. : Matrice 3x3 du détecteur

pyroélectrique de flamme PIA-903 [1]




Pyromètre Infra-Rouge

Un problème lancinant est l'incapacité de mesurer et de contrôler la température réelle

d’échantillon pendant la croissance épitaxiale. Pyro 400 a été développé par LayTec une

nouvelle solution qui fournit une mesure précise de la température de surface réel en

utilisant la pyrométrie à 400 nm [8]. Ils sons utilisé GaN comme wafer dans leur

développements. Pyro 400 est la première véritable solution de mesure exacte de la

température de la surface des couches du GaN. La longueur d'onde émet par la lumière de

GaN permet de mesurer sa température par l’effet pyroélectrique. Pyro 400 fournit

excellent aperçu de la corrélation entre l'arc de l’échantillon et la température réelle de

surface de l’échantillon. Pyro 400 contrôle le profil de température du wafer pendant une

pleine révolution du suscepteur, qui lui fait un outil idéal dans les techniques de croissance,

fournit à une nouvelle qualité de mesure de la température et une exactitude incomparable et

sera d'avantage énorme

Alarme d’intrusion (Système d’alarme)

C’est une application idéale pour les détecteurs pyroélectriques [2]. En l’absence d’un intrus

la température de l’endroit étudié est en moyenne constante. Si un intrus entre dans le

secteur surveillé par le détecteur, il fournit un flux variable de rayonnement IR qui peut être

détecté et employé pour déclencher une alarme.

La plupart de ces détecteurs utilisent une série de miroirs facettés conçus pour concentrer le

rayonnement et pour améliorer l’efficacité de détection, Comme représenté sur la figure

IV.5. ci-dessous

Figure IV.4 : Pyromètre IR, mesure la

température de (-100-3000) °C [1] Figure IV.3 : Pyro 400 installé sur le système planétaire d'Aixtron de MOCVD [8]




Des signaux sont produits par les mouvements d’intrus dans et hors des domaines couverts

par les miroirs. Ces signaux sont habituellement dans la gamme de 0,1-10 hertz, où les

détecteurs fonctionnent très bien [3]. Les alarmes fonctionnent habituellement dans la

gamme de longueurs d'onde (8 à 14) µm, le maximum d’émission est autour de10 P.m. pour

des corps à 300 K.

Il est nécessaire d’utiliser un filtre qui bloque toutes les radiations avec des longueurs

d'ondes plus courtes que (6 ou 7) µm [3]. Ceci rend le détecteur peu sensible aux radiations

indésirables et empêche les faux signaux. En général, il est d’usage d’employer des

détecteurs compensés dans cette application pour rejeter les faux signaux d'alarme dus aux

changements normaux de température de l’environnement.

Le marché du système d’alarmes est le plus grand consommateur de détecteurs à l’heure

actuelle.

Dans une autre variante de détecteurs d'intrus, on développe des systèmes de gestion

d'énergie qui emploient maintenant ce type de dispositif pour détecter la présence ou

l'absence de personnes dans des endroits fermés, par exemple, un bloc de bureau et pour

commander l'éclairage en conséquence.

Les détecteurs Pyroélectriques sont également exploités dans des systèmes de détection

d'intrus pour les applications militaires et paramilitaires.

Figure IV.5: Système de miroir d’un détecteur pyroélectrique [3]




Détecteur de surveillance

Le détecteur illustré sur la figure IV.6.a est employé dans le système de surveillance

représenté sur la figure IV.6.b. Le détecteur qui est placé au foyer d’une lentille de

germanium Ge, fournit deux champs visuels sensibles qui peuvent être employés pour

détecter non seulement la présence de cibles mais également leur direction et leur vitesse de

mouvement. Le système est petit, discret et à faible puissance. Il peut détecter des

différences de température aussi faibles que 5 x lO-3

°C. [3]

Détecteur de gaz (pollutions)

Les concentrations de gaz dans l'atmosphère peuvent être mesurées à partir de l’intensité des

raies de leur spectre d’absorption. Par exemple, CO2 a une absorption forte à 4,3µm [3].

Les systèmes d'analyse utilisent généralement une large bande de source IR modulée,

illuminant deux détecteurs pyroelectriques équipés par des filtres à une longueur d'onde

choisie est intégré dans le chapeau du détecteur. Une fraction du rayonnement IR émie par la

source, dans le chemin optique est absorbée par le gaz actuel pendant l’analyse, puis reçue

par le premier détecteur.

Figure IV.6.b. : Principe du détecteur pyroélectrique de surveillance [3] Figure IV.6.a.: Détecteur pyroélectrique [3]




Alors que l’autre partie tombe sur deuxième détecteur considéré comme cellule de

référence. En prenant le rapport des sorties des détecteurs, donc la concentration du polluant

peut être mesurée.

Il est également possible de détecter la présence de gaz réactifs en leur permettant de

combiner sur un catalyseur déposé sur la surface d'un élément pyroelectrique, de ce fait

libérant la chaleur. La détection de la réaction de l'hydrogène H et de l'oxygène O sur un

catalyseur noir de platine a été démontrée par Hall et a1 (1984) [3].

En principe, ceci a pu être prolongé à la détection d'autres gaz inflammables tels que des

hydrocarbures ou le Co par l'utilisation des catalyseurs alternatifs appropriés et/ou de tenir

l'élément à une température élevée.

Figure IV.7 : Principe de fonctionnement d’un détecteur de gaz [1]

Source IR

Gaz

entrant

Gaz

sortant

Détecteur pyroélectrique

intégré par un filtre NBP

Longueur d’onde (µm)

Tra

nsm

itta

nce

Figure IV.8 : raies d’absorption des différents gaz polluants [1]




Radiomètres pyroélectriques

Un détecteur pyroelectrique peut être employé pour la radiométrie en l’équipant par une

lentille pour définir le champ visuel, et un découpeur pour moduler la radiation.

L'importance du signal pyroelectrique peut être employée pour mesurer la température d'une

cible. Pour cela, la température du découpeur doit être connue et la phase du signal être

mesurée pour évaluer si l'objet est plus chaud ou plus froid que le découpeur [3]. Il est

également nécessaire de connaître l'émissivité de l'objet de cible. Alternativement,

l'émission de l'objet dans deux bandes ondulatoires ou plus peut être mesuré et sa

température peut être calculée à partir de leurs grandeurs relatives. Récemment Yokoo

(1986) a démontré un radiomètre original qui utilise un découpeur piézoélectrique déclenché

contenu dans le même paquet que l'élément pyroelectrique. Ceci a été appliqué à la mesure

des températures de nourriture en fours à micro-ondes [3].

Sur la figure IV.9, nous présentons un détecteur radiométrique à base de capteur

pyroélectrique et photodiode Si ou Ge. Il permet la mesure de flux lumineux de l’ordre du

Picowatt au Watt, avec des bandes passantes en continu à 10 MHz, et couvrant le spectre de

l’UV à l’IR [9].

Figure IV.9 : Radiomètre pyroélectrique [9]




Transducteurs pyroélectriques

Les transducteurs pyroélectriques sont construits à partir d’une gaufrette cristalline d’un

matériau pyroélectrique. Il s’agit d’un isolant (matériau diélectrique) dont les propriétés

thermiques et électriques sont très particulières [10].

Les substances pyroélectriques maintiennent une polarisation qui dépend très fort de la

température régnant lorsque le champ extérieur est supprimé. Des lors, en prenant en

sandwich un cristal pyroélectrique entre deux électrodes, dont une est transparente au

rayonnement infrarouge, on obtient un condensateur dont la capacité varie avec la

température. En conséquence, un changement de température résultant d’une irradiation

infrarouge modifiera la distribution des charges à travers le cristal ; celle-ci sera à

l’origine d’un courant parcourant un circuit électrique extérieur entre les armatures du

condensateur.

La valeur de ce courant est proportionnelle à l’aire de la surface du cristal et au taux de

variation de la polarisation avec la température.

Les cristaux pyroélectriques perdent leur polarisation résiduelle lorsqu’on les porte à

une température au moins égale à la température de Curie [10].

La réponse des transducteurs pyroélectriques est suffisamment rapide pour permettre de

suivre les variations du signal d’un interféromètre dans le domaine temporel. C’est

pourquoi la plupart des spectromètres infrarouges à transformée de Fourier utilisent ce

type de transducteur [10].

photomètres IR à filtre

Les transducteurs pyroélectriques utilisés dans des photomètres IR à filtre, qui permettre

l’analyse quantitative de différente molécules organiques dans l’atmosphère. Telles que

l’acrylonitrile, les hydrocarbures chlorés, le monoxyde de carbone, le phosgène et le

cyanure d’hydrogène est de quelques dixièmes de parties par million [10].




Spectromètres photoacoustiques

Dans les spectromètres photoacoustiques à simple et double faisceau, le transducteur

pyroélectrique est également apparié.

Le spectromètre photoacoustique évite essentiellement les problèmes liés à la dérive

globale de l’appareillage. Ce spectromètre est équipé de deux cellules appariées, l’une

contenant l’échantillon et l’autre un matériau de référence. Environ 8% du rayonnement à

la sortie du monochromateur est dirigé vers un transducteur pyroélectrique. La fraction

restante traverse l’échantillon avant d’atteindre le transducteur correspondant [10].

La comparaison des signaux de sortie des 2 transducteurs fournit un spectre corrigé pour les

variations du rayonnement de la source en fonction de la longueur d’onde et du temps [10].

Détecteurs de laser

Les détecteurs pyroélectriques de laser, fournissent une excellente stabilité dans le temps et

la température et conviennent à une large gamme spectrale (Rayon- X, UV, Visible, IR, sub-

millimètre) [11]. Ils sont robustes et résistent à haute énergie. La stabilité inhérente des

détecteurs pyroélectriques rend le choix pour tous les types de contrôle, monitorage,

calibrage, focalisation, et positionnement du faisceau Lasers.

Les détecteurs Laser sont utilisés dans les domaines suivants : industriel, médical,

production des Lasers scientifiques et dans les laboratoires universitaires [11].




Les détecteurs pyroélectriques peuvent détecter et mesurer un grand nombre de paramètres

environnementaux: Le spectre solaire des rayons UV à l'infrarouge lointain, la température

des nuages et ciel, rétrodiffusion (backscattering), concentrations de gaz CO2 et d’autres,

pollution, et la détection à distance des feux des forêts. La détection de température sans

contact permet d'optimiser l'isolation des bâtiments et d'accroître l'efficacité de la

conservation de l'énergie.

3. Applications médicales

Dans le domaine médical, les détecteurs pyroélectriques apportent également une réelle

avancée dans l’imagerie médicale : [3]

Diagnostic médical (cancer du sein, circulation sanguine);

Diagnostic vétérinaire;

Chirurgie à cœur ouvert;

Problèmes neurologiques, vasculaires ;

Détection des virus (Observation des sites tels que les aéroports);

Trauma;

Douleur chronique.

Nous détaillons ci-dessous quelques exemples d’applications médicales :




Micro capteurs thermiques pour l’étude de la thermodynamique de l’influx

nerveux

Micro capteurs pyroélectriques pour l’analyse des échanges de chaleur dans les membranes

cellulaires, dans ce projet de thèse de doctorat dans l’institut d’Electronique du Sud (IES)

(CNRS UMR 5214), par le groupe du Dr.Benoît Charlot. Ils sons proposé de développées

un microsystème intégrant un réseau de microélectrodes pour l’excitation et la mesure des

potentiels extracellulaire avec un réseau de capteur thermique (pyroélectrique) permettant

de mesure les transferts de chaleurs entre les membranes lipidiques des neurones et le milieu

culture.

Le microsystème considéré est illustré sur la figure IV.10 ci-dessous. Ce microsystème est

composé d’un réseau d’électrodes métalliques interdigittées qui sont déposées sur un

substrat transparent en saphir. Le dispositif comporte également un ensemble de capteurs

pyroélectriques en ligne avec les électrodes. Ces capteurs permettent de mesurer avec

précision les transferts de chaleur à partir des variations de températures. Le capteur

pyroélectrique qui est ici le coeur du système de mesure est composé d’un alliage LiTa03.

Ce capteur pyroélectrique est extrêmement sensible. Il permet de mesurer une très faible

variation de température. [12]

Figure IV.10 : Schéma du système de mesure de l’activité électrophysiologique et thermique de

neurones en culture et détail des capteurs pyroélectriques [12]




Détecteur pyroélectrique pour la surveillance médicale

Capteur et système d’information permettent une surveillance médicale des patients à leur

domicile. Les deux chercheurs Norbert Noury et Vincent Rialle (TIMC, CNRS), ont

conçu un Habitat Intelligent pour la Santé. Adapté des capteurs de détection IR

pyroélectriques et des contacts magnétiques de porte. Son utilisation aide à détecter les

artéfacts.

À l'aide de capteurs disséminés dans la maison ou embarqués sur la personne suivie, relever

un ensemble de données, qui sont traitées et analysées localement par un système

d'informations. Ces données sont ensuite relayées par un centre de télésurveillance, grâce à

Internet par exemple où elles sont redistribuées aux personnes ressources (médecine) [13].

Les informations collectées s’agissent d'informations physiologiques, comme le poids, les

fréquences cardiaque et respiratoire, le taux d'oxygène dans le sang ou encore la glycémie.

Leur détection permet de repérer une bonne alternance des cycles veille/sommeil. Enfin,

l'environnement est également surveillé avec des mesures de températures, d'hygrométrie,

de niveau sonore, de taux de CO2 [13].

Thermographie IR

Les détecteurs pyroélectriques, peut être un moyen de diagnostic "thermographie IR".

Equiper les aéroports, les frontières, les postes de douanes, tous lieux d’entrés ou de sortie

des territoires. Ces caméras pyroélectriques IR permettent de détecter rapidement des

températures anormalement élevées sur certains points de visage (figure IV.11) ci-dessous.

Pour canaliser la propagation des virus (la grippe aviaire), et évité une pandémie mondiale.

Figure IV.11 : Image obtenu par un thermographe IR [14]




4. Applications militaires

Vision nocturne;

Détection de mine;

Guidage de missile ;

Amélioration de la vision du pilote ;

Détection de flammes de missiles ou de réacteurs d’avions.

5. Applications spatiales

Parmi les applications les plus intéressantes des détecteurs pyroélectriques, il y a les

applications dans les missions spatiales. L’application spatiale la plus ancienne a été le

radiomètre de température vertical, lancé en orbite terrestre en 1972 [15].

Le Pionnier Orbiteur Venus lancée en 1978, a été utilisé pour cartographier (mapping) la

température des nuages sur Vénus [15].

La sonde de mesure de cette mission a été abandonnée dans l'atmosphère de la planète

pour mesurer le flux thermique net. La mission Galileo, lancé en 1989 comprenait une

photopolarimètre-radiomètre pour déterminer le rayonnement thermique sur Jupiter et ses

lunes [15].

Les données de flux thermiques collectées par le réseau "Radiometer flux-net de Galileo"

libérés vers la surface de Jupiter ont aidé les chercheurs pour analyser la composition

chimique et la structure de l'atmosphère de la planète [15].




La mission (Mars Exploration Rover), lancée en 2003 a réalisé un spectromètre d’émission

thermique miniature d'identifier les minéraux par leur spectre IR et de recueillir des données

sur la température [15].

Les matériaux utilisés dans les détecteurs pyroélectriques d’émissions spatiales sont

généralement soit des détecteurs TGS, soit des détceturs au LiTaO3 [15].

6. Conclusion

En conclusion de ce chapitre, nous avons décrit les différents types de détecteurs

pyroélectriques ainsi que leurs champs d’applications très variés et très vastes, ceci va des

applications civiles usuelles aux applications de pointe dans domaines très sensibles tels que

la santé et surtout, la sécurité et le militaire.

En règle générale grâce aux efforts de recherche récents durant les 2 dernières décennies, les

détecteurs pyroélectriques ont gagné en maturation et en technicité, ce qui les a rendu très

performants et très compétitifs par rapport à d’autres types de capteurs et de détecteurs. Ceci

est d’autant plus vrai pour certaines applications qui conviennent particulièrement à leur

conception et à leur principe de fonctionnement: détection d’objet rayonnant thermiquement

ou cartographie thermique.

Parmi les différents types de détecteurs pyroélectriques, nous avons également vu que les

détecteurs complexes tels que les détecteurs nanostructurés sont encore plus sensibles et

plus performants. Ils sont utilisés dans des applications de pointe, telles que les technologies

avancées, la santé, l’espace et le militaire.

Ces technologies sophistiquées sont cependant appelées à se généraliser dans d’autres

domaines tel que le civil, avec les applications de surveillance vidéo IR, les caméras et les

ordinateurs et téléphones portables.

Ceci ouvrira le champ à un marché considérable qui, en retour va pousser la recherche

appliquée et fondamentale sur ce genre de détecteur pyroélectrique nanostructuré.




Référence

[1] WWW.LASERCOMPONET.COM

[2] M.H. Lee, R. Guo & A.S. Bhalla, Pyroelectric Sensors, Journal of Electroceramics

2:4, 22-242, July 28, (1998).

[3] R.W. Whatmore, Pyroelectric devices and materials, Reports on Progress in Physics,

49, 1335, (1986).

[4] R.W. Whatmore, Ferroelectrics, 118, 241-259 (1991).

[5] www.usinenouvelle.com/expo/detecteur-infra-rouge

[6] Christian Janot et Bernhard Ilschner, Matériaux émergents, ISBN. 2-88074-455-5,

Presses polytechniques et Université romandes, CH-1015 Lausanne, page(120-145),

(2001).

[7] Bulletin officiel de la propriété industrielle (INPI), N° 07/39, 28 septembre (2007).

[8] LAYTEC in-situ sensors, Newsletter CS – N° 66, Berlin, November (2009).

[9] www.optoprim.com

[10] Skoog. Holler. Nieman, Principes d’Analyse Instrumentale, 1

ère édition, page 392,

(2003)

[11] www.silverlight.ch

[12] Alain Giani, Benoît CHARLOT, IES Institut d'Electronique du Sud / groupe MITEA,

CNRS UMR 5214 / Université Montpellier II, septembre (2009).

[13] Norbert Noury, Vincent Rialle, laboratorie Techniques de l'imagerie, de la

modélisation et de la cognition (TIMC) CNRS THEMA N°5, Université Joseph

Fourier de Grenoble-INP Grenoble (2004).

[14] Sidney B. Lang, Physics Today , Pyroelectricity: From Ancient Curiosity to

Modern Imaging Tool, August (2005).

[15] Lumière, Optique, Electronique et Ingénierie Logicielle en IIe de France, février-

mars (2006)

Conclusion - 99 -

Mezâache Mouna Etude d’un détecteur pyroélectrique á matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe Magister en MicroOptoélectronique, Département de physique, Université d’Oran (Es-Sénia) 2010

Conclusion

Dans ce travail, nous avons étudié la faisabilité d’un détecteur pyroélectrique à matrice

nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe pour imagerie Infrarouge (IR).

Dans un premier temps, on a décrit la pyroélectricité et les phénomènes physiques associés.

Nous avons développé leur principe de fonctionnement, ensuite, nous avons énuméré les

différents matériaux pyroélectriques caractérisés par leur propre coefficient pyroélectrique et

leur propre température de Curie.

Ensuite, on a étudié les propriétés structurales et optiques des matériaux binaires HgTe,

CdTe et du ternaire Hg1−xCdxTe, Le choix s’est porté sur Hg1−xCdxTe car il présente la

spécificité unique d’avoir un gap direct continûment ajustable par la composition x depuis le

semiconducteur CdTe (1.6eV) jusqu’au semimetal HgTe (-0.3eV) et ce, pour un paramètre

de maille qui reste quasiment constant (Figure II.1). Ceci a permis la réalisation de

détecteurs adaptés et optimisés pour chaque domaine spectral à partir des longueurs d’ondes

du proche infrarouge (IR) (NIR : λ μm) et jusqu’au IR lointain (FIR : λ 10-20μm) et au-

delà vers IR extrême (EIR : λ 100μm).Cette spécificité exceptionnelles est très importants

pour le fonctionnement de notre détecteur pyroélectrique à base de Hg1−xCdxTe /CdTe.

Dans le chapitre II, on a étudié également les propriétés d’hétérostructure Hg1−xCdxTe

/CdTe. Selon la gamme de composition d’alliage du ternaire Hg1−xCdxTe, on distingue deux

types d’hetérostructures :

Dans l’intervalle 0≤ x ≤ 0.15 où Hg1−xCdxTe est semi-métallique (chevauchement de

BV et BC et Eg≤0), Hg1−xCdxTe/CdTe est une hétérostructure de type III.

Dans la gamme 0.16 ≤ x ≤ 1 où Hg1−xCdxTe présente un caractère semiconducteur:

Eg >0, l’hétérostructure Hg1−xCdxTe/CdTe est de type I.

Conclusion - 100 -

Mezâache Mouna Etude d’un détecteur pyroélectrique á matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe Magister en MicroOptoélectronique, Département de physique, Université d’Oran (Es-Sénia) 2010

On a passé en revue la croissance cristalline du système Hg1-xCdxTe /CdTe. La technologie

MBE de Hg1-xCdxTe permet une croissance à basses températures au dessous de

l’environnement d’ultravide, un dopage de type-n in-situ et potentiellement de type-p, le

contrôle de la composition, du dopage et du profile à l’interface. Actuellement MBE est la

méthode préféré de croissance pour Hg1-xCdxTe . Le substrat CdZnTe est le mieux adapté

pour la croissance par épitaxie du Hg1-xCdxTe

L’hétérostructure Hg1−xCdxTe /CdTe présente les propriétés suivantes :

- très faible contraint Δa/a ≤ 0.5% ;

- très bon confinement des porteurs ;

- coefficient d’absorption très élevé ;

- faibles masses effectives ;

- mobilités des porteurs élevés ;

- peut être élaboré en couche mince monocristallin de très bonne qualité.

Nous avons choisi d’étudier un détecteur pyroélectrique particulier : un détecteur hybride

formé par une partie purement opto-électronique IR constituée d’une matrice de Hg1-

xCdxTe/CdTe et par une partie purement thermique formée par une céramique

pyroélectrique.

L’association des deux se traduit par une amélioration très importante de l’ensemble des

propriétés du détecteur pyroélectrique.

Cette combinaison permet d’améliorer sensiblement les performances du détecteur en

termes de détectivité, sensibilité, bruit de fond, …Ce choix est motivé également par

plusieurs autres avantages : un prix réduit, un meilleur enregistrement d’images, une plus

grande fiabilité des dispositifs, support quasi-libre pour améliorer la réponse. Ils sont

sensibles au changement de flux IR. Ceci signifie leur particularité dans les applications

de l’imagerie IR (Caméra de surveillance, détecteur de mouvement, détecteur d’incendie,

diagnostique médicale, vision nocturne; détection de mine; guidage de missile ; amélioration

de la vision du pilote.

Mezaâche Mouna

Magister de Physique option : MICRO-OPTO-ELECTRONIQUE Juin 2010

Intitulé : Etude d’un détecteur pyroélectrique à matrice nanostructurée de

Hg1-xcdxTe / CdTe pour imagerie infrarouge

Résumé :

L’objectif de notre travail est d’étudier la faisabilité d’un détecteur pyroélectrique pour

imagerie infra-rouge (IR), combinant une matrice nanostructurée de Hg1-xCdxTe/CdTe

destinée à la détection IR optique avec un détecteur pyroélectrique thermique. Cette

combinaison permet d’améliorer sensiblement les performances du détecteur en termes

de détectivité, sensibilité, bruit de fond, …Ce choix est motivé également par plusieurs

autres avantages : un prix réduit, un meilleur enregistrement d’images, une plus grande

fiabilité des dispositifs, support quasi-libre pour améliorer la réponse. Ils sont sensibles

au changement de flux IR. Ceci signifie leur particularité dans les applications de

l’imagerie IR (Caméra de surveillance, détecteur de mouvement, Détecteur d’incendie,

Diagnostique…). Nous avons opté pour HgCdTe aux propriétés exceptionnelles. Ce

Semiconducteur qui peut être élaboré en couche minces monocristallines de très bonne

qualité. Présente un gap direct ajustable par sa composition d’alliage pour toutes les

bandes de détection IR, avec un paramètre de maille constant. Nous avons étudié la

faisabilité d’un système qui combine les propriétés pyroélectriques et les propriétés

optiques de HgCdTe.

Dans le chapitre I nous introduisons la description du phénomène pyroélectrique et

leur principe de fonctionnement et les différents matériaux pyroélectriques et quelque

propriété, nous présentons ainsi les avantages des détecteurs pyroélectriques.

Dans le chapitre II nous étudiant les propriétés structurales et optiques des matériaux

HgTe, CdTe et HgCdTe, et nous interprétons leurs croissances cristallines.

Dans le chapitre III nous présentons l’étude proprement dite de détecteur

pyroélectrique à base de nanostructures Hg1- xCdxTe /CdTe.

Dans le chapitre IV Nous passons en revues les différentes applications des détecteurs

pyroélectriques, médicale, civile et militaire.

Mots clés : Détecteur, pyroélectrique, matrice nanostructure, Hg1-xCdxTe, CdTe, FPA,

imagerie Infra- Rouge.

Post-graduation de Micro-Opto-Electronique,

Laboratoire d’Etude des Matériaux, Optoélectronique et Polymères, L E M O P

Département de Physique Faculté des Sciences Université d’Oran

république algérienne démocratique et populaire …theses.univ-oran1.dz/document/th3144.pdf ·...

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