Un petit transistor améliore la netteté des caméras thermiques à bas coût sans refroidissement extrême.

Grâce à un petit transistor, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Fengnian Xia a mis au point un moyen d'améliorer considérablement la précision d'une technologie d'imagerie thermique. Leurs résultats sont publiés dans la revue Nature Sensors .

Les robots, drones, véhicules autonomes et autres engins autonomes utilisent la détection et l'imagerie thermiques pour se déplacer dans les espaces où ils évoluent. Cette technologie est également employée dans de nombreuses autres applications, comme la vision nocturne, les thermomètres à distance et les opérations de sauvetage.

Le problème

Les appareils d'imagerie thermique détectent la chaleur émise par les objets et créent ensuite une carte thermique visuelle. Il existe deux types courants de technologies d'imagerie thermique, chacune présentant des inconvénients. L'une utilise la détection de photons : très précise, elle nécessite cependant des températures extrêmement basses. De plus, elle est très coûteuse et généralement réservée aux applications militaires et à d'autres domaines spécialisés.

La forme la plus courante de technologie d'imagerie thermique utilise des dispositifs appelés microbolomètres, qui convertissent la chaleur en un signal électrique détectable. Portables et peu coûteux, ils sont utilisés dans plusieurs secteurs, notamment la lutte contre les incendies et la surveillance. Cependant, leurs performances sont nettement inférieures à celles des détecteurs de photons refroidis. Cela est principalement dû aux limitations des matériaux généralement utilisés pour cette technologie : l'oxyde de vanadium et le silicium amorphe. Ces deux matériaux présentent un faible coefficient de température de résistance (CTR), c'est-à-dire une faible variation de leur résistance électrique en fonction des variations de température.

Comment ils ont résolu le problème

Les chercheurs ont utilisé un transistor NPN à deux bornes, un composant qui amplifie un circuit. Jiazhen Chen, doctorant et auteur principal de l'étude, explique qu'au lieu de modifier les matériaux utilisés, l'équipe de recherche a utilisé le transistor pour améliorer le matériau existant. Concrètement, le transistor crée une boucle de rétroaction des porteurs afin d'accroître sa sensibilité à la température et de la rendre programmable. Ceci augmente le coefficient de température de résistance (CTR) du matériau d'environ 10 % à 150 % par kelvin, permettant ainsi aux dispositifs de mieux détecter la chaleur émise par les objets environnants.

Un transistor NPN est commandé (ou activé) par un courant positif polarisé à la base pour contrôler le flux de courant du collecteur à l'émetteur. Les transistors de type PNP sont commandés par un courant négatif polarisé à la base pour contrôler le flux de l'émetteur au collecteur.

Chen a ensuite indiqué que les chercheurs construiraient des dispositifs concrets utilisant cette technologie, notamment des dispositifs dotés de composants supplémentaires capables de détecter la chaleur infrarouge moyenne. Ils implémenteraient également cette technologie sur une plateforme en silicium, un matériau largement utilisé dans la fabrication des puces informatiques.

https://engineering.yale.edu/news-and-events/news/better-thermal-imaging-thanks-small-device