En vision infrarouge comme en microélectronique, la miniaturisation guide l'innovation. Les pixels de 7,5 microns sont moins coûteux, moins énergivores, plus légers et plus performants que leurs prédécesseurs de 15 microns. Les ingénieurs chercheurs du CEA-Leti ont su relever des défis techniques inédits, qui ont rendu possible un transfert vers l'industrie.
Des images à haute netteté, même à 130 K
Atout principal de cette technologie : la netteté des images. Sur un détecteur infrarouges, les photons absorbés par le matériau semi-conducteur génèrent une charge électrique qui se diffuse ensuite dans ce matériau pendant quelques microsecondes.
Ce phénomène est acceptable tant que cette diffusion reste limitée à une distance inférieure à la taille du pixel. Mais quand ce dernier ne mesure que 7,5 µm alors que les charges parcourent jusqu'à 20 µm, l'information se mélange entre les pixels. Résultat : l'image est moins nette.
De plus, LYNRED veut pour ces détecteurs une température de fonctionnement élevée (130 K et plus, contre 110 K actuellement), afin de réduire l'encombrement et le coût du système de refroidissement cryogénique. Or, plus la température augmente, plus les charges se déplacent loin.
55% de FTM*, bien au-delà des attentes
Les ingénieurs-chercheurs du CEA-Leti ont trouvé des solutions innovantes. Leurs pixels de 7,5µm sont conçus de telle sorte que les charges électriques n'atteignent jamais le pixel voisin. L'innovation ne réside pas dans le matériau (alliage de mercure – cadmium – tellure, courant en vision infrarouge) mais dans l'architecture même du pixel.
La performance en netteté de ces détecteurs est remarquable. Elle se mesure en pourcentage de la « fonction de transfert de la modulation », ou FTM. Alors qu'un détecteur théoriquement constitué de pixels parfaits ne peut dépasser 64% de FTM, celui du CEA-Leti atteint les 55%.
Une méthode innovante pour mesurer la FTM
« De plus, nous avons imaginé une nouvelle méthode pour mesurer cette netteté, complète Olivier Gravrand, directeur de recherche au CEA-Leti. Au lieu d'injecter localement des photons afin d'exciter ces pixels, nous injectons des électrons à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Ce « pinceau électronique » est beaucoup plus fin que le faisceau optique classique et permet ainsi une mesure beaucoup plus précise de cette FTM. »
Ces détecteurs infrarouge haute performance sont destinés en priorité à la défense : ils permettent de mieux voir à plus longue distance, grâce à leur résolution élevée et à leur netteté record : aucune autre technologie à 55% de FTM ou plus n'a été publiée à ce jour.
Ils sont exploitables aussi sur des satellites météo, pour scruter avec plus de précision la température, l'humidité et la teneur en CO2 de l'atmosphère. Ils intéressent enfin les astrophysiciens, pour l'observation d'étoiles très éloignées.
*FTM : Fonction de Transfert de Modulation