Une matrice d'imagerie infrarouge de résolution thermique voisine du millième de kelvin

Le CEA-Leti vient de mettre au point une matrice d'imagerie infrarouge particulièrement sensible, proche du millième de kelvin, détectant dans la bande de longueur d'ondes de 8 à 10 µm. Cette haute sensibilité a été atteinte grâce au couplage d'une matrice de détection et d'un circuit de lecture spécifique, et à la conversion numérique des données obtenues.

Les recherches menées dans le cadre du laboratoire commun DEFIR (CEA, Sofradir, DGA, Onera) ont permis la mise au point d'une matrice à imagerie infrarouge innovante par sa haute sensibilité, de 1 à 2 mK, soit un gain d'un facteur 10 à 20 par rapport à ce qui est habituellement accessible pour des conditions d'observation identiques avec des composants conventionnels. La caméra infrarouge devient alors beaucoup plus sensible aux écarts de température entre deux points ce qui permet d'obtenir une meilleure résolution et ainsi une meilleure qualité d'image.

Ces recherches ont consisté à coupler une matrice de détecteurs infrarouge réalisée en HgCdTe (1) de 320x256 pixels tous les 25 µm à un circuit de lecture spécifique, réalisé en filière CMOS (2) 0,18 µm. Ce circuit, conçu par le CEA-Leti, comporte une conversion numérique au niveau de chaque pixel de détection, soit tous les 25 µm. On peut ainsi atteindre une charge stockée de 3 Giga électrons. Cette matrice est refroidie à 77 K (3) afin de réduire de manière significative les bruits dus à son fonctionnement. L'assemblage de ces deux technologies a permis de restituer une image avec une résolution thermique encore jamais atteinte à ce jour, de 1 à 2 mK pour une image observée à température ambiante et à une cadence classique de 25-50 Hz.

Ces résultats, qui se situent au meilleur niveau international, ont été présentés par le CEA-Leti à la conférence Internationale Defense, Security and Sensing qui s'est tenue à Orlando du 5 au 9 avril 2010, puis dans le cadre d'une communication invitée, lors de la conférence Internationale SPIE Security and Defense à Toulouse du 20 au 23 septembre dernier.

La technologie de détecteurs infrarouge à base de HgCdTe développée par le CEA-Leti est en production industrielle chez SOFRADIR, sous licence exclusive du CEA.


Notes:

(1) Mercure, cadmium et tellure.
(2) Complementary Metal Oxide Semiconductor.
(3) -196°C (température de l'azote liquide).