CCD = Charge Coupled Devices
DES = Dispositifs Etat Solide
L’invention des CCD
Lors d’une brève réunion de réflexion le 18 octobre 1969, Willard Boyle et George Smith ont réalisé la première esquisse d’un CCD.
Boyle et Smith publient en avril 1970 dans le BSTJ (Bell System Technical Journal – Vol 49, p.587-93) un article intitulé “Charge coupled semiconductor devices”.
A ce sujet ils expliquent en 1982 la naissance de leur invention : “En 1969, le secteur des dispositifs des Laboratoires Bell était fortement orienté vers l’innovation et le développement exploratoire de nouveaux dispositifs tels que la diode IMPATT, les lasers à semi-conducteurs, l’optique non linéaire, les lasers à l’état solide, l’holographie, les bulles magnétiques et le tube de caméra à diodes de silicium. Les travaux sur les bulles magnétiques étaient particulièrement intéressants, car ils représentaient une nouvelle façon de manipuler l’information en déplaçant un domaine magnétique d’un endroit à l’autre dans un matériau solide. En plus de La caméra à réseau de diodes au silicium a également joué un rôle dans la conception du CCD. L’un d’entre nous (GES) a participé au projet de développement de ces dispositifs qui consistaient en un grand réseau de diodes fabriquées dans une seule tranche de silicium. La lumière tombant sur l’une de ces diodes la chargeait et son état de charge était lu à l’aide d’un faisceau d’électrons à balayage. Cela a permis de mettre au point le concept d’un grand dispositif fonctionnel unique dans lequel l’information est stockée sous forme de charge. Il restait à se poser la question suivante : “Pourquoi ne pas essayer de déplacer cette charge (l’information) dans le semi-conducteur ? et à trouver un moyen de le faire ? “L’invention proprement dite a eu lieu au cours d’une discussion d’environ une heure dans l’après-midi. La structure de base a été conçue et des idées préliminaires concernant les applications ont été développées. Après y avoir réfléchi et en avoir discuté avec des collègues pendant quelques semaines, nous avons décidé de fabriquer la structure. Cela a été fait avec succès en une semaine environ et a donné lieu au présent document sur le concept et à un document d’accompagnement sur la vérification expérimentale.“
Ils reçoivent en 2009 le prix Nobel pour l’invention des CCD.
Table ronde sur l’histoire des CCD à Saint-Egrève, le 19 juin 2024
A l’invitation de Loïc Bommersbach, responsable de la communication de Teledyne-E2V, un groupe “d’anciens des CCD” s’est réuni sur le site de Saint-Egrève pour évoquer ensemble les souvenirs et anecdotes de l’épopée de ces dispositifs à transfert de charge. Étaient présents lors de cette rencontre, parmi les anciens des CCD : Catherine Arques-Tassin, Louis Brissot, Gilles Boucharlat, Jean-Luc Berger, Jacques Chautemps, Jean Chabbal, Bruno Commere, Jacques Leconte, Paulette Poletto et Daniel Romand. Parmi les actifs de Teledyne : Loïc Bommesrbach, Jean-Philippe Lamarcq, Vincent Hecht, Jocelyne Pioch, Martine Woolf, Eric Savasta et Joël Vaillant.
Sur la table furent disposés des circuits historiques, les plus anciens d’un côté aux plus récents de l’autre, pour pouvoir échanger à leur sujet.
Voici les enregistrements des témoignages partagés lors de cette journée avec les illustrations associées.
Introduction de la journée d’échanges par Loïc Bommersbach
Rappel des débuts aux laboratoires Bell – Jean-Luc Berger
Le début des CCD au Groupe Tubes Electroniques (GTE) de Saint-Egrève :
Les Vidicons Mosaïque Silicium, ancêtres immédiats des CCD – Louis Brissot
Septembre 1971 : Henri Rougeot transmet l’article de Boyle et Smith à Jean-Luc Berger, qui vient d’arriver au Laboratoire recherche image (LRI) de GTE – St Egrève, en lui proposant d’étudier ces dispositifs pour son DEA d’électronique.
Débuts des études sur les CCD à Saint-Egrève, premiers circuits – Jean-Luc Berger
1972 : Étude bibliographique et mise en place d’une technologie grille alu à partir de la techno des Vidicons Mosaïque Silicium, sur laquelle travaillaient Daniel Woehrn et Michel Bourrat.
1972 – Premiers registres BBD (Bucket Brigade Device) grille Alu de 22 points
1973 : réalisation d’une première ligne à retard 64 points en BBD
La première matrice BBD – Jean-Luc Berger
Début 1974 – Réalisation d’une première matrice de 30×40 pixels en BBD
1974 : début de la technologie double grille “grille Silicium – grille Alu”
Réalisation d’un ligne de 64 points puis d’une matrice 64×128 points THX 1103
Fin 74 : Publications dans la Revue Technique TH-CSF et dans l’Onde Electrique.
Commentaires sur la qualité des premières images
1975 : première matrice à transfert de trame.
Début du transfert en volume. Epsilon passe de 10-3 à qq 10-5
1975 – 1976 Migration vers le bâtiment H. Quelques photos de la techno
Commentaires sur le premier photorépéteur
Le début des lignes à retard et des filtres téléphoniques
Les filtres transverses téléphoniques
La croissance du Département Etat Solide (DES) à partir de 1978
Les premières barrettes spot et pour la télécopie – Jean Chabbal
Les différentes sources de financement – Jean Chabbal
De nombreux fabriquants de semi-conducteurs se lancent dans les CCD – Jean Chabbal
La matrice à transfert de trame TH7852 – Jacques Chautemps
De l’artisanat vers une technologie industrielle…
L’ambiance aux DES et le travail d’équipe…
Interview de Paulette Poletto réalisé dans le studio de Teledyne le jour de la table ronde sur l’histoire des CCD
Des process à mettre au point avec de nouvelles machines…
Évolution du service commercial
La recherche de rentabilité au début des années 1980 – Jean Chabbal
Reportage sur l’ensemble des activité de Dispositifs Etat Solide (DES) en 1985
Cette vidéo a été réalisée avec la collaboration de Gilbert Cavallini (responsable de la fab DES à l’époque) qui fait les commentaires.
Le CCD en images
Des technologies spécifiques
Cameras 1000×1000 pour l’astronomie – Jacques Chautemps
Des cameras vendues en kit – Jacques Chautemps
Les matrices amincies pour éclairage face arrière – Catherine Arques – Tassin
Interview de Catherine Arques réalisée dans le studio de Teledyne le 19/06/24
Extrait d’une publication sur les matrices amincies éclairées face arrière :
La caméra numérique couleur monochip avec capteur à transfert de ligne
Pour la couleur, du transfert de ligne à l’interligne en passant par la camera RVB avec 3 capteurs transfert de trame, un marché grand public inaccessible
Présentation par Jean-Luc Berger, Louis Brissot et Daniel Romand, filmée dans le studio Teledyne le 19/06/24
Depuis la première matrice 30×40 pixels (1974) jusqu’à la matrice à transfert de ligne 576 x 462 pixels (1982-1984)
Vidéo sur la technologie des CCD en 1990 : la barrette de télécopie TH7803
Années 1990 à 2010
Dialogue entre Martine Woolf et Jean-Philippe Lamarcq au sujet d’un kit avec matrice à transfert de trame envoyé par E2V à Jean Velay
Echange au sujet de capteurs pour le spatial (dont la mission Rosetta) puis pour le dentaire
Echange d’anecdotes sur différents produits
Les matrices raboutables, SPOT5, le passage de tranches 100mm à 150mm, des puces de la taille de la plaque, la double grille polysilicium avec 2 niveaux d’interconnexions aluminium, les barrettes et caméras rapides, les barrettes pour le tri industriel, le contrôle des rails de chemin de fer (!) et le contrôle du verre chez St Gobain
Echange sur différentes crises techniques
Plus de problèmes sur les matrices que sur les barrettes, les filtres colorés dont le bleu vieilli mal, silicium amorphe / silicium polycristallin, problème de transfert de charge à cause de présence de pièges dans le silicium…
Capteurs CMOS pour la téléphonie mobile
Evocation de la barrette Moyen Infra Rouge (MIR)
Un thème à compléter lors de futurs échanges…