L’HISTOIRE DES DÉTECTEURS INFRAROUGES

En général, les détecteurs infrarouges sont utilisés pour détecter, représenter et mesurer le rayonnement thermique émis par tous les objets.

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Le développement des thermocouples et des bolomètres a commencé au XIXe siècle. Ces premiers dispositifs étaient constitués d’éléments de détection simples qui reposaient sur un changement de la température du détecteur. La technologie a évolué, mais le principe du bolomètre et du thermocouple est toujours d’actualité.

Les détecteurs thermiques sont généralement sensibles à toutes les longueurs d’onde infrarouges et fonctionnent à température ambiante. Dans ces conditions, ils ont une sensibilité relativement faible et une réponse lente.

Matrices de détecteurs de première génération
Des détecteurs de photons ont été développés pour améliorer la sensibilité et le temps de réponse. Ces détecteurs ont été largement développés depuis les années 1940. Le sulfure de plomb (PbS) a été le premier détecteur IR pratique. Il est sensible aux longueurs d’ondes infrarouges jusqu’à ~3 µm.

À la fin des années 1940 et au début des années 1950, une grande variété de nouveaux matériaux ont été développés pour la détection IR. Le séléniure de plomb (PbSe), le tellurure de plomb (PbTe) et l’antimoniure d’indium (InSb) ont étendu la plage spectrale au-delà de celle du PbS, offrant une sensibilité dans la fenêtre atmosphérique à longueur d’onde moyenne (MWIR) de 3-5 µm.

La fin des années 1950 a vu l’introduction des premiers alliages semi-conducteurs, dans les groupes de tables chimiques III-V, IV-VI, et II-VI des systèmes de matériaux. Ces alliages ont permis d’adapter la bande passante du semi-conducteur, et donc sa réponse spectrale, à des applications spécifiques. MCT (HgCdTe), un matériau du groupe II-VI, est devenu aujourd’hui le plus largement utilisé parmi les matériaux de bande passante accordable.

Lorsque la photolithographie est devenue disponible au début des annéocristallin InSb.

A la fin des années 1960 et au début des années 1970, des réseaux linéaires “de première génération” de détecteurs photoconducteurs MCT intrinsèques ont été développés. Cela a permis aux systèmes d’imagerie par radiomètre LWIR (FLIR) de fonctionner à 80K avec un moteur cryogénique à un étage, ce qui les rend beaucoup plus compacts, plus légers et beaucoup moins gourmands en énergie.

Dans les années 1970, les applications IR se sont multipliées et la production à grande échelle de systèmes de capteurs de première génération utilisant des réseaux linéaires a commencé.

Dans le même temps, d’autres développements importants dans le domaine de la technologie des détecteurs ont eu lieu. La technologie du silicium a donné naissance à de nouveaux dispositifs de détection au siliciure de platine (PtSi) qui sont devenus des produits commerciaux standard pour une variété d’applications à haute résolution MWIR.

Matrices de détecteurs de deuxième génération
L’invention des dispositifs à couplage de charge (CCD) à la fin des années 1960 a permis d’envisager des réseaux de détecteurs de “deuxième génération” couplés à des affichages de signaux analogiques électroniques dans un plan focal qui pouvaient multiplexer le signal d’un très grand nombre de détecteurs. Une première évaluation de ce concept a montré que les détecteurs photovoltaïques tels que les détecteurs InSb, PtSi et MCT ou les photoconducteurs à haute impédance tels que PbSe, PbS et les détecteurs au silicium extrinsèque étaient des candidats prometteurs car ils avaient des impédances appropriées pour l’interface avec l’entrée FET des multiplexeurs. PC MCT ne convenait pas en raison de sa faible impédance. Par conséquent, de la fin des années 1970 jusqu’aux années 1980, les efforts de la technologie MCT se sont concentrés presque exclusivement sur le développement de dispositifs PV en raison du besoin de faible puissance et de haute impédance pour l’interfaçage des circuits d’entrée de lecture dans les grands réseaux. Cet effort a porté ses fruits dans les années 1990 avec la naissance de la deuxième génération de détecteurs IR qui fournissent de grands réseaux 2D dans les deux formats linéaires. Ces détecteurs utilisent le TDI pour les systèmes de balayage ; dans les systèmes de visée, ils se présentent sous forme carrée ou rectangulaire.

Les détecteurs monolithiques au silicium extrinsèque ont été démontrés pour la première fois au milieu des années 1970. L’approche monolithique au silicium extrinsèque a par la suite été mise de côté parce que le processus de fabrication des circuits intégrés a dégradé la qualité du détecteur. Les détecteurs PtSi monolithiques, dans lesquels le détecteur peut être formé après traitement de la lecture, sont maintenant largement disponibles.