Un prix Nobel 2009 pour la physique quantique : BOYLE & SMITH

(note de Michel Royer)

Le prix Nobel de physique 2009 a été attribué, mardi 6 octobre à Stockholm,à trois «maîtres de la lumière» : d'un côté le pionnier de la fibre optique, Charles Kao, de l'autre le duo George Smith et Willard Boyle, qui ont mis au point, en 1970, le premier dispositif de lecture optique entièrement « solid state » constitué d’un simple circuit intégré en silicium appelé CCD pour « charged-coupled device » et à l’origine de tous les appareils à photos et caméras numériques.

L’article publié dans le Bell Syst.Tech de 1970 décrit l’invention du CCD qui était au départ une simple mémoire numérique. Basé sur la technologie MOS Métal-oxyde-semiconducteur qui constitue une capacité qui stocke les charges électriques crées dans le silicium lors de l’absorption intrinsèque d’un photon de lumière visible. Elles sont ensuite « lues «  par un circuit d’adressage constitué d’une matrice X-Y d’électrodes semi-transparentes de polarisation.

L’ensemble entièrement réalisé avec les technologies des circuits intégrés a bénéficié des procédés de miniaturisation des « puces » silicium et aujourd’hui ces capteurs ont des millions de « pixels », chacun ne faisant que quelques microns de surface sensible en longueur et en largeur.

L’industrialisation de masse facilitée par la technologie silicium a profité au capteur CCD qui est devenu un produit grand public tout comme l’ordinateur individuel avec son processeur. De plus cette technologie supporte bien l’hybridation, procédé qui consiste à mettre en face à face 2 semiconducteurs reliés par des plots de contact électrique pour chaque pixel. L’un est le circuit de lecture en silicium l’autre est un autre semiconducteur (alliage binaire ou ternaire Insb, GaAs ou HgCdTe) qui capte la lumière à une autre longueur d’onde, infrarouge notamment. Ces produits sont montés dans les caméras infrarouge couramment mises en œuvre dans les applications civiles de météorologie (par satellite), de détection (départ de feux de forêts) ou militaires de vision et guidage nocturnes (pour les fantassins et aéronefs militaires).

On notera, à titre philosophique, la rapidité de diffusion de la science et des inventions qui en découlent auprès du grand public, pour ce produit qui est de 30 ans environ. Cela a été rendu possible grâce à l’utilisation combinée d’autres technologies, aussi à production de masse, comme le circuit intégré silicium, la mémoire de masse aussi en CI Si et à la généralisation des autres techniques numériques de communications, dont la fibre optique dont l’inventeur est associé au prix Noble 2009.