Le QCD révèle les réactions chimiques ultra-rapides
Avec le premier photodétecteur à cascade quantique (QCD) du marché, Hamamatsu Photonics affirme rendre possible la mesure sur des intervalles de temps de quelques picosecondes seulement.
Dans le cas de l’étude de réactions chimiques se déroulant sur des intervalles de temps de quelques picosecondes seulement, comme des combustions ou des explosions, les chercheurs sont confrontés à l’absence d’instruments de mesure dotés de telles exigences.
En introduisant sur le marché le premier photodétecteur à cascade quantique (Quantum Cascade Photodetector ou QCD), le groupe japonais Hamamatsu Photonics affirme rendre possible la mesure sur des intervalles de temps aussi petits. Outre les instruments analytiques, les autres applications possibles identifiées par le fabricant sont les communications spatiales à haute vitesse et haute capacité, ainsi que les lidars à longue portée.
Le nouveau photodétecteur, référencé P16309-01, se caractérise par une photosensibilité typique de 1 mA/W en infrarouge moyen – le pic de sensibilité est atteint à la longueur d’onde de 4,65 µm. Parmi les autres spécifications marquantes, citons une fréquence de coupure de 20 GHz, soit le temps de réponse le plus élevé de tous les photodétecteurs à infrarouge moyen fonctionnant à température ambiante disponibles actuellement sur le marché.
Cette fréquence de coupure élevée est en fait acquise en utilisant l’effet quantique obtenu à partir de la stratification de films à semi-conducteurs ultra-minces de niveau nanométrique. Pour pallier la faible sensibilité par rapport aux autres photodétecteurs à infrarouge moyen, Hamamatsu Photonics a repensé la structure quantique en tirant parti de la structure quantique pour la couche photosensible, issue du développement de ses lasers à cascade quantique (QCL), ainsi qu’en appliquant des technologies avancées de croissance cristalline et de traitement des semi-conducteurs.
Ce faisant, le Japonais est parvenu à augmenter la quantité de signal électrique pour améliorer la sensibilité du QCD et supprimer le courant d’obscurité. Au lieu de connecter la puce de photodétecteur aux électrodes du boîtier par un câblage métallique – c’est ce qui est généralement fait en fabrication de semi-conducteurs optiques classiques, le fabricant a choisi d’utiliser un câblage de pont aérien, qui établit des connexions par placage, de sorte que l’inductance et la capacité sont considérablement réduites.
Enfin, en plus de ne nécessiter aucun grand système de « cryorefroidissement », le modèle P16309-01 fonctionne également sans appliquer de tension, d’où l’absence d’alimentation externe. Cela a permis d’intégrer le photodétecteur à cascade quantique, doté d’une lentille de mise au point facilitant les réglages optiques, dans un boîtier d’un volume de seulement 8 cm3. Son montage dans divers types d’équipements expérimentaux et d’instruments d’analyse en est ainsi grandement facilité.
