Photodetecteurs
7.2 Test et selection des photodiodes
Nous avons tout d'abord prospecte le marche commercial et repertorie toutes les pho-todiodes InGaAs disponibles a notre connaissance a ce moment la (sept phopho-todiodes). La premiere etape a ete de faire subir a ces dierentes photodiodes les \tests de validite VIRGO" pour, dans le cas ou aucune ne repondrait aux criteres, pouvoir entreprendre un developpement special. Les paragraphes suivants decrivent les tests eectues sur les photodiodes et donnent les resultats qui ont permis de selectionner une candidate.
7.2.1 Caract eristiques des photodiodes
Prealablement a tous autres tests, nous avons mesure la caracteristique courant-tension et determine la tension de claquage (a 10 A) ainsi que le courant d'obscurite (a 10 V) pour toutes les candidates. Ces caracteristiques traduisent le bon etat de la photodiode.
La qualication de \claquage mou" est expliquee par les deux schemas (7.2.5) repre-sentant la caracteristique courant-tension d'une photodiode dans les deux cas de gure. Dans le cas d'un photodetecteur n'ayant pas de \claquage mou" (a), on peut appliquer une tension inverse de plusieurs volts sans que le courant dans la photodiode n'augmente. En revanche, pour le cas d'un photodetecteur presentant un \claquage mou" (b), des que la tension inverse augmente, le courant augmente aussi provoquant une montee en temperature de la diode pouvant aboutir a faire fondre la jonction. Le phenomene de \claquage mou" est generalement d^u a des defauts dans la structure cristalline ou a des impuretes dans la jonction.
Partie 7.2: Test et selection des photodiodes mou claquage tension de claquage V I b d d a V I d d
Figure 7.2.5: Schema explicatif d'un \claquage mou" d'une photodiode.
La capacite des photodiodes a egalement ete mesuree sans tension exterieure appliquee. Le tableau (7.1) repertorie les dierentes photodiodes de diametre 1mm selectionnees et rassemble leurs caracteristiques.
Tension Courant Reference Capacite de claquage d'obscurite
(pF) (a 10 A) (a 10 V) Telcom (U.S.A) 35PD1M 38 75 V 2.5 nA Fermionics (U.S.A) FD1000-WX 25.3 \mou" -E.G.G (Canada) C30641 18.2 60 V 2 nA Epitaxx (U.S.A) ETX-1000T - -
-E.O.S (U.S.A) IGA010 - -
-E.O.M (Grande Bretagne) InGaAs-1mm 26.5 \mou" 150 A Hamamatsu (Japon) G3476-10 25 70 V 2 nA
Tableau 7.1: Caracteristiques des dierentes photodiodes selectionnees de diametre 1 mm.
7.2.2 Uniformit e de la r eponse
Le premier test sur les photodiodes a ete eectue pour verier l'uniformite de leur reponse sur la surface de detection.
Un faisceau laser de taille 350 m et de puissance 0,44 mW est focalise au niveau de la surface de la photodiode. Un diaphragme de diametre 500m place devant la photodiode permet de ltrer le faisceau de ses imperfections spatiales. La surface de la photodiode est balayee par pas de 4040 m2 sur une surface de 40004000 m2. A chaque position (X,Y) de la photodiode, la reponse de celle-ci est determinee en prenant la moyenne de vingt mesures. An de s'aranchir des uctuations du laser, toutes ces valeurs ont ete
Chapitre 7: Photodetecteurs
renormalisees par une mesure simultanee de la puissance laser. La gure (7.2.6) donne, par exemple, la reponse de la photodiode \Hamamatsu" balayee sur sa surface (en X et Y) par le faisceau laser.
x 4000 4500 50005500 60006500 7000 7500 15500 16000 16500 17000 17500 18000 18500 19000 19500 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 y
Courant diode (u.a)
Figure 7.2.6: Reponse de la photodiode Hamamatsu a un faisceau laser incident. La gure (7.2.6) donne, par exemple, la reponse de la photodiode \Hamamatsu" ba-layee sur sa surface (en X et Y) par le faisceau laser. Cette gure montre une courbe reguliere sur toute la surface balayee. La photodiode presente une uniformite compatible avec la convolution d'un faisceau gaussien et d'un diaphragme.
Le m^eme test a ete eectue sur les autres photodiodes et les resultats obtenus sont similaires a celui presente sur la gure (7.2.6). Les reponses des photodiodes ne presentent pas d'irregularites pouvant perturber la detection du signal. Toutes les photodiodes ont donc une uniformite satisfaisante.
De ces courbes de reponse nous pouvons deduire une valeur de la reponse maximum de la diode (maximum moyenne sur une surface determinee autour du pic). Ces maxima, representant l'ecacite relative, sont reportes sur la gure (7.2.7).
Chaque photodiode a ete soumise a la m^eme puissance incidente (0,44 mW). L'elec-tronique d'acquisition du signal est identique d'une photodiode a une autre. Mais lorsque
Partie 7.2: Test et selection des photodiodes
Photodiodes
Reponse maximum moyennee (unites arb.)
1= Hamamatsu 2= Fermionics 3= E.G.G 4= E.O.S 5= Epitaxx 6= Telcom Simple 7= Telcom Double 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 1 2 3 4 5 6 7
Figure 7.2.7: Reponse maximale des dierentes photodiodes.
la surface de la photodiode est balayee, le faisceau laser est xe et la photodiode est mobile. L'orientation de cette photodiode par rapport au faisceau peut ainsi varier d'un exemplaire a l'autre pouvant introduire une dierence de re exion de la lumiere sur la fen^etre d'entree de la photodiode et pouvant par consequent introduire une dierence d'ecacite. En tenant compte de cette incertitude experimentale, les reponses des cinq premieres diodes peuvent ^etre considerees comme semblables.
En revanche, la reponse donnee par la diode \Telcom double" est tres inferieure aux autres reponses. Cette photodiode est constituee de deux couches sensibles, l'une en silicium et l'autre en InGaAs le but etant, dans ce cas, d'etendre la gamme des longueurs d'ondes sensibles. Mais ceci ne correspond pas a nos besoins.
La reponse maximum de la diode \Telcom simple" est de moitie inferieure aux autres diodes. Cette diode semble egalement moins interessante a la sortie de ce premier test. Nous n'avons poursuivi les tests que sur les premieres diodes.