Notions sur les semi-conducteurs et les interactions rayonnement

Caméras CCD
&
Imagerie numérique
Master 1 Information, Signal, Image, Instrumentation

PLAN DU COURS
I – Notions sur les semi-conducteurs et interactions rayonnement-matière
1 – Bandes d’énergie, semi-conducteurs & paire électron-trou
2 – Notion de dopage
3 – Jonction PN
4 – Interaction rayonnement - matière
II Les caméras à transfert de charges (Charge Coupled Device)
1 – Historique
2 – Domaines d’applications
3 – Principe de fonctionnement
4 – Conversion photons – charges
5 – Bruit thermique – courant d’obscurité
III – Lecture des CCDs
1 – Principe
2 – Phases
3 – Notion d’horloges & chronogramme
4 – Types de CCDs
5 – Notion de binning
IV – Efficacité quantique à différentes énergies
1 - Définition
2 - Paramètres limitant l’efficacité quantique
3 -Techniques pour augmenter l’efficacité quantique
V – La chaîne de lecture des CCDs
1 – Etage d’amplification de charge (convertion charges - tension)
2 – Chaîne anologique
3 – Convertisseur anlogique/numérique
VI – Abberations & Effets sur l’imagerie
VII – Capteurs CMOS
VIII – Capteurs couleur

I – Notions sur les semi-conducteurs
1a – Bandes d’énergie
Considérons un réseau de N atomes identiques placés de façon régulière dans
l'espace avec une distance de séparation d.
• Si d est "grande“, chaque atome peut être considéré
comme isolé des autres.
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• D'après le principe d'exclusion de Pauli, chaque niveau
d'énergie permis est occupé par deux électrons de spin
opposé et il ne peut accueillir d'autres électrons.
fonction potentielle
éloignée

• Si d est "petite“ i.e. de l'ordre de l’extension spatiale de la
fonction d’onde électronique associée à un atome, les
fonctions potentielles se chevauchent.
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• Les électrons ne sont alors plus identifiables avec un atome
donné, mais appartiennent au cristal.
• Les électrons d'un atome sont influencés par la présence
des autres atomes, il y a une modification des niveaux
d'énergie permis.
• Pour respecter le principe d'exclusion, chaque niveau permis
va devoir se scinder en N niveaux discrets pour que chaque
électron de la chaîne possède son énergie propre.
• Si N est très grand, les niveaux d'énergie sont très proches
les uns des autres et à la limite ils forment une bande
d'énergie.
fonction potentielle
rapprochée

Bandes d’énergie permise et interdite
Cas du Sodium
3d