Qu’est-ce que l’InGaAs?
Qu’est-ce que l’InGaAs?
L’InGaAs à paramètres de mailles identiques est déposé en couches très fines (plusieurs couches atomiques), les unes après les autres, sur un substrat InP. On parle de paramètres de mailles identiques car avec 53 % d’InAs et 47 % de GaAs (à savoir In.53Ga.47As), il a le même espacement atomique que InP, le matériau de substrat qui est déposé dessus. Cette composition a une bande interdite de 0,75eV, ce qui permet de détecter la lumière jusqu’à 1,68 µm à 20 °C. Des longueurs d’onde de lumière plus grandes peuvent être capturées avec les alliages InGaAs mais il faut plus de InAs dans le mélange. Lorsque cela se produit, il n’y a plus de paramètres de mailles identiques. Si le matériau n’est pas à paramètres de mailles identiques, cela signifie que les atomes ne s’alignent plus et que des défauts apparaissent alors dans le matériau. Ces défauts génèrent un bruit important, ce qui fait qu’il est plus difficile de détecter la lumière. PIRT travaille avec nos partenaires sur de nouvelles structures de matériaux pour minimiser la source de bruit, connue sous le nom de courant d’obscurité dans l’industrie (à savoir le bruit produit lorsque le matériau est biaisé dans l’obscurité). Lorsque le courant d’obscurité est plus faible, les appareils sont plus sensibles car il y a moins de bruit, il est ainsi possible de détecter de plus faibles quantités de signal.
Substrats 4”
Princeton Infrared Technologies utilise des substrats InP 4”, ce qui permet d’avoir plus de puces sur la tranche avec une meilleure uniformité. Ce sont les plus grands substrats disponibles dans le commerce. En combinaison avec un partenaire de fabrication III-V sophistiqué, cela permet à PIRT de produire des imageurs InGaAs avec une qualité supérieure et un prix réduit par rapport à la concurrence. L’usine de fabrication ultra-moderne utilise le traitement cassette sur cassette, ce qui minimise l’intervention humaine sur les tranches et accroît ainsi le rendement. Outre la technologie moderne, notre partenaire traite plus de 1 000 tranches par mois de matériau, ce qui permet de déployer un contrôle de processus statistique. Le contrôle de processus statistique permet un traitement uniforme des tranches d’un cycle à l’autre, ce qui accroît le rendement et la qualité. De nombreuses usines infrarouges ne traitent pas autant de tranches InGaAS dans une année, encore moins en un mois, ce qui limite leur contrôle de processus statistique et leur capacité à avoir un rendement élevé, ce qui est l’une des raisons pour lesquelles les matrices de détecteurs InGaAS sont aussi coûteuses. PIRT a également l’avantage de ne pas avoir sa propre usine, les frais généraux répercutés sur le client sont ainsi réduits.
Structure d’un détecteur sophistiqué
PIRT a une structure de détecteur InGaAs unique, qui permet un faible bruit et la possibilité de traiter des images entre 0,4 et 1,7 µm avec une efficacité quantique élevée. L’efficacité quantique désigne comment le matériau convertit efficacement les photons détectés en électrons qui peuvent être mesurés. Cette structure de détecteur a montré de très faibles courants d’obscurité qui sont compétitifs avec les autres détecteurs de l’industrie qui sont fabriqués depuis des années. Cette structure de détecteur unique permet un facteur de remplissage de 100 % dans nos détecteurs, sans espace mort. Le détecteur a été fabriqué pour minimiser le nombre d’étapes de traitement, notamment à des températures élevées, pour maintenir la qualité des matériaux.
Tous les circuits intégrés de lecture numériques
Les matrices de détecteurs InGaAs sont une combinaison de matériaux de détecteurs, laquelle détecte la lumière et transforme les photons en paires électron-trou. Le nombre de paires électron-trou est mesuré à l’aide d’un circuit intégré de lecture (ROIC). Le ROIC est généralement composé de Si CMOS, ce qui en fait un circuit complet avec le matériau de détecteur permettant au courant du détecteur d’être converti en tension et stocké. La combinaison du ROIC et du matériau de détecteur donne une matrice à plan focal. Il existe deux types de matrices à plan focal (FPA) : à deux dimensions et à une dimension. Les matrices à deux dimensions sont similaires aux imageurs dans la caméra de votre téléphone tandis que les matrices à une dimension sont similaires aux détecteurs dans un télécopieur, si quelque chose est scanné au-dessous, ils peuvent produire une image à deux dimensions. Les matrices à une dimension sont utilisées dans la vision industrielle sur les lignes de production et en spectroscopie où chaque pixel détecte une longueur d’onde de lumière spécifique. Le matériau de détecteur transforme la lumière en courant qui peut être mesuré mais le ROIC est l’élément intelligent qui se cache derrière le détecteur et autorise diverses applications. Différents ROIC permettent différentes fonctionnalités.
Princeton Infrared Technologies déploie des ROIC numériques ultra-modernes. Ces ROIC ont des sorties 13 à 14 bits offrant des circuits à grande vitesse et à faible bruit ainsi que des débits rapides dotés d’une grande sensibilité. PIRT utilise les ROIC qui ont été conçus avec nos spécifications par des entreprises de conception externes, spécialisées dans la conception de ROIC CMOS sophistiqués. PIRT essaie de profiter au maximum des avancées et avantages présents dans le monde de l’imagerie visible pour les appliquer dans nos moteurs d’imagerie infrarouges. Princeton Infrared Technologies utilise également des circuits ROIC commerciaux pour répondre à des applications spécifiques. Nous travaillons avec nos clients pour répondre à leurs besoins d’application, cela peut inclure la conception d’un nouveau circuit ou l’achat d’un circuit en vente libre et son intégration dans nos détecteurs.
Hybridisation avancée
Pour former une matrice à plan focal, chaque détecteur doit être fixé sur son circuit associé sur le ROIC. Dans une matrice 1280x1024, il y a plus de 1,3 millions de connexions ! Pour que cela soit agréable pour les yeux, > 99,5 % de ces connexions doivent être entièrement opérationnelles. Dans les matrices linéaires, la connexion entre le ROIC et le détecteur InGaAs a généralement lieu avec des câblages filaires. Il s’agit d’un fil doré très fin qui est fixé au détecteur et au ROIC. Dans les matrices à deux dimensions, la connexion a lieu avec des bosses d’indium. Ce sont des colonnes d’indium qui sont placées sur le détecteur et le ROIC. Dans ce processus, chaque détecteur et puce ROIC sont alors alignés dans x, y et z, puis basculés et pressés individuellement avec de la chaleur et de la pression. On utilise l’indium car de nombreux matériaux infrarouges sont refroidis et l’indium autorise les différences d’expansion thermique des deux matériaux.
PIRT pense que de nouveaux processus à circuit intégré 3D plus sophistiqués sont nécessaires pour réduire les coûts et accroître le rendement dans les imageurs SWIR. PIRT travaille sur l’hybridisation tranche sur tranche 3D de ses détecteurs sur ROIC. Cela a de nombreux avantages en termes de traitement, nous pouvons post-traiter tous les appareils simultanément pour réduire le coût et accroître le rendement et l’uniformité. Cette technique permet également des appareils avec un pas plus petit et diminue le coût pour une résolution donnée.
Emballage et électronique
Princeton Infrared Technologies, Inc. travaille avec nos clients pour concevoir et fabriquer l’emballage et l’électronique nécessaires pour l’application spécifique. PIRT se concentre sur des emballages à faible coût. Nous étudions l’utilisation de vitres en verre versus le saphir et la céramique, et les emballages en plastique versus le kovar et les emballages en métal haut de gamme. PIRT vend les détecteurs avec les emballages intégrés avec refroidisseurs thermoélectriques (TEC) et puce nue. Nous travaillons avec nos clients pour répondre à leurs besoins et pas pour accroître les ventes.
PIRT travaille avec plusieurs entreprises électroniques pour fournir l’électronique nécessaire pour faire fonctionner les matrices. IRcameras fournit l’électronique commerciale qui fonctionne avec nos matrices à plan focal à deux dimensions. Nous vendons le système de caméra complet et la matrice à plan focal seule.