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Un nouveau type de détecteur infrarouge

Industrie et Technologies
Mis au point par des chercheurs du CNRS et de Thales, il est constitué de couches semi-conductrices d'épaisseur nanométrique dans lesquelles le mouvement des électrons est parfaitement contrôlé.

Le dispositif mis au point par les chercheurs du Laboratoire matériaux et phénomènes quantiques (CNRS/Université Paris VII) et du groupe Thales est constitué de couches semi-conductrices d'épaisseur nanométrique, dans lesquelles le mouvement des électrons est parfaitement contrôlé.

Il permettra peut-être de produire des caméras thermiques de meilleures performances, pour voir la nuit, dans le brouillard, et même dans le corps avec une plus grande résolution.

Les physiciens du Laboratoire matériaux et phénomènes quantiques (CNRS/Université Paris VII) et du groupe Thaleviennent de démontrer le fonctionnement d'un nouveau type de détecteur infrarouge.

Ce détecteur comporte plusieurs centaines de couches semi-conductrices épaisses de quelques nanomètres  seulement, dans lesquelles le parcours des électrons est imposé.

La migration des électrons, de couche en couche ne peut en effet se produire que  si des photons infrarouges leur donnent régulièrement l'énergie nécessaire pour effectuer des sauts énergétiques. Ainsi, un courant électrique ne circule qu'en présence de lumière infrarouge : ce dispositif est donc un détecteur infrarouge.

 Le détecteur comporte 40 « périodes » constituées d'une alternance de 7 puits de potentiels (en arséniure de gallium) et de 7 barrières de potentiels (en arséniure de gallium et d'aluminium).

L'énergie cédée par un photon infrarouge incident autorise un électron, présent dans le dernier puits de potentiel d'une période, à franchir la première barrière de potentiel de la période suivante. A partir de là, il va migrer vers les puits de potentiel successifs, participant ainsi au courant électrique.

Le succès de ce dispositif repose sur le contrôle de chaque transfert électronique d'un puits à un autre, dans une sorte de «cascade quantique». Ce contrôle est issu de la connaissance des interactions entre les électrons et les vibrations du cristal multicouche qui les héberge.

 Ces détecteurs combinent deux avantages : ils fonctionnent sans alimentation, donc sans le bruit de fond qui y est d'habitude associé, puisque le courant est généré sous l'action de la lumière comme dans un matériau photovoltaïque. De plus, ils sont en arséniure de gallium, l'un des matériaux les mieux maîtrisés en optoélectronique.

Jusqu'à présent, les matériaux utilisés pour les capteurs autonomes étaient affectés d'hétérogénéités qui diminuaient leurs performances.

Franck Barnu
(Source CNRS)


 

 

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