Fonctionnement de la prothèse
La caméra fixée aux lunettes capte les images vidéo puis transmet les données de stimulation électrique à l’implant via une liaison télémétrique depuis l’antenne. L’unité de traitement vidéo ARGUS II est alimentée par une batterie et est reliée aux lunettes via un câble.
De plus, la lumière réfléchit par la porte rentre dans l’œil, traverse la cornée, l’iris, le cristallin en suivant l’axe optique et parvient à l’implant placé devant la rétine. Cette lumière arrive donc dans la première couche.
Dans les parties en matériau photovoltaïque de cette première, le silicium est activé par les données lumineuses, c’est-à-dire qu’il est soumis à un rayonnement de photons : des charges positives sont alors générées. Ces charges seront amplifiées par le boitier, c’est-à-dire que les signaux électriques générés seront plus important que ceux produit par le silicium seul. Cela va permettre au patient de mieux distinguer les contrastes noir et blanc par exemple si les images sont en basse lumière.
Ces charges photogénérées positives
vont alors créer un courant électrique mais elles possèdent un fort pouvoir
oxydant et sont susceptibles de dégrader les neurones au contact. C’est
pourquoi la rétine a besoin d’une deuxième couche. Au niveau de l’interface
entre les parties en matériau conducteur de la deuxième couche et les parties
en matériau photovoltaïque de la première couche, l’interface silicium/or joue
le rôle d’une barrière de Schottky et empêche le transfert des charges
positives aux neurones en contact avec la rétine artificielle. La barrière
Schottky apparait lorsqu’un métal est mis au contact d’un semi-conducteur, les
électrons passent soit du métal au semi-conducteur ou l’inverse mais cela crée
une différence de potentiel qui empêche plus d’électrons de passer. La deuxième
couche de la rétine artificielle permet donc d’éviter la dégradation des
neurones par les charges positives.
L’ensemble des sous-ensembles substrat - partie en matériau photovoltaïque - partie en matériau conducteur activés par les données lumineuses permet de transmettre vers chaque neurone lié ou chaque petit groupe de neurones rétiniens sollicités les charges électriques suffisantes pour stimuler les cellules restantes de la rétine et transmettre les informations électriques le long du nerf optique au cerveau. L’image partielle de la porte apparait dans le cerveau du patient.
L’ensemble des sous-ensembles substrat - partie en matériau photovoltaïque - partie en matériau conducteur activés par les données lumineuses permet de transmettre vers chaque neurone lié ou chaque petit groupe de neurones rétiniens sollicités les charges électriques suffisantes pour stimuler les cellules restantes de la rétine et transmettre les informations électriques le long du nerf optique au cerveau. L’image partielle de la porte apparait dans le cerveau du patient.
La théorie des bandes de valence et de
conduction
La théorie des bandes est un modèle quantique en physique qui modélise les valeurs d’énergie que peuvent subir les électrons dans un cristal. On distingue la bande interdite appelée le « gap » qui est constituée de niveaux d’énergie interdites et les bandes permises qui correspondent aux niveaux d’énergie autorisés.
La théorie des bandes est un modèle quantique en physique qui modélise les valeurs d’énergie que peuvent subir les électrons dans un cristal. On distingue la bande interdite appelée le « gap » qui est constituée de niveaux d’énergie interdites et les bandes permises qui correspondent aux niveaux d’énergie autorisés.
Parmi ces bandes
permises, on distingue deux bandes : la bande de valence et de conduction.
Dans la bande de valence, les électrons contribuent à la cohésion du cristal
grâce à des liaisons de valence alors que, dans la bande de conduction, les
électrons, reliées par des liaisons métalliques, sont libres et assurent la
conduction du courant. La répartition des bandes détermine la conductivité du
matériau. L’intervalle séparant les deux bandes se mesure en électronvolts
(eV).
Dans les isolants, la bande de valence et de conduction sont séparées par une bande interdite de 6 eV. Dans les conducteurs, les deux bandes se chevauchent, ce qui explique que, quel que soit le champ électrique extérieur appliqué, les électrons vont circuler.
Dans les isolants, la bande de valence et de conduction sont séparées par une bande interdite de 6 eV. Dans les conducteurs, les deux bandes se chevauchent, ce qui explique que, quel que soit le champ électrique extérieur appliqué, les électrons vont circuler.
Les semi-conducteurs
intrinsèques
Cependant pour certain cristal, leur conductivité dépend des conditions physiques externes. Par exemple, lorsqu’on augmente la température d’un cristal, certains électrons de valence ont une énergie suffisante qui leur permet de passer dans la bande de conduction. L’augmentation de la température fait que certains électrons quittent leur liaison et deviennent des électrons libres. En quittant leur liaison, ils créent un trou qui doit être rebouché par un autre électron libre, surtout quand on applique un champ électrique. Les électrons libres et les trous vont se déplacer en sens inverse, causant un courant électrique et certaines des paires électron-trou formées vont se recombiner, tandis que d’autres non. Ces métaux sont appelés les semi-conducteurs intrinsèques qui se situent entre les isolants et les conducteurs.
Cependant pour certain cristal, leur conductivité dépend des conditions physiques externes. Par exemple, lorsqu’on augmente la température d’un cristal, certains électrons de valence ont une énergie suffisante qui leur permet de passer dans la bande de conduction. L’augmentation de la température fait que certains électrons quittent leur liaison et deviennent des électrons libres. En quittant leur liaison, ils créent un trou qui doit être rebouché par un autre électron libre, surtout quand on applique un champ électrique. Les électrons libres et les trous vont se déplacer en sens inverse, causant un courant électrique et certaines des paires électron-trou formées vont se recombiner, tandis que d’autres non. Ces métaux sont appelés les semi-conducteurs intrinsèques qui se situent entre les isolants et les conducteurs.
Un semi-conducteur intrinsèque est constitué d’un réseau
cristallin très pur. On utilise soit des éléments du tableau périodique qui
possèdent soit des atomes avec 4 électrons de valence, soit des combinaisons
d’atomes qui possèdent 3 et 5 électrons de valence. Les atomes sont liés entre
eux par des liaisons covalentes solides mais l’énergie nécessaire pour accéder
de la bande de valence à la bande de conduction séparée par la bande interdite,
comprise entre 0,5 à 3,5 eV, est moins importante que pour les isolants. Le
silicium () qui est utilisé comme le semi-conducteur dans la partie
photovoltaïque, nécessite une énergie de 1,12 eV pour accéder à la bande de
valence.
La résistivité des semi-conducteurs diminue quand la température augmente : en effet, plus la température est élevée, plus le nombre de trous et d’électrons libres augmente et plus le courant produit est intense.
La conductivité du cristal peut être améliorée en dopant les semi-conducteurs intrinsèques. Ce dopage a pour but d’ajouter des impuretés, appelées dopants, dans le cristal pour fournir des charges excédentaires mais contrôlées. Le dopant a un numéro atomique proche de celui du semi-conducteur utilisé. Ce dopage permet également de déplacer le spectre d’absorption du semi-conducteur et de la rétine artificielle vers l’une ou l’autre des parties du spectre. Cela sert, par exemple, pour avoir une meilleure capacité de réception à la lumière visible. Néanmoins, l’absorption du semi-conducteur dans le visible n’est pas obligatoire car une absorption dans l’infrarouge est possible et est moins nocive car il a un niveau énergétique faible.
La résistivité des semi-conducteurs diminue quand la température augmente : en effet, plus la température est élevée, plus le nombre de trous et d’électrons libres augmente et plus le courant produit est intense.
La conductivité du cristal peut être améliorée en dopant les semi-conducteurs intrinsèques. Ce dopage a pour but d’ajouter des impuretés, appelées dopants, dans le cristal pour fournir des charges excédentaires mais contrôlées. Le dopant a un numéro atomique proche de celui du semi-conducteur utilisé. Ce dopage permet également de déplacer le spectre d’absorption du semi-conducteur et de la rétine artificielle vers l’une ou l’autre des parties du spectre. Cela sert, par exemple, pour avoir une meilleure capacité de réception à la lumière visible. Néanmoins, l’absorption du semi-conducteur dans le visible n’est pas obligatoire car une absorption dans l’infrarouge est possible et est moins nocive car il a un niveau énergétique faible.
Le semi-conducteur de
type P
Le dopage P est l’introduction d’atomes trivalents, c’est à dire d’atome possédant un nombre inférieur d’électrons de valence, ce qui fournit des charges positives en accès. Il va se créer des trous qui sont des porteurs minoritaires. Le dopage P du silicium peut-être réalisé avec du bore (3 électrons sur sa couche externe).
Le dopage P est l’introduction d’atomes trivalents, c’est à dire d’atome possédant un nombre inférieur d’électrons de valence, ce qui fournit des charges positives en accès. Il va se créer des trous qui sont des porteurs minoritaires. Le dopage P du silicium peut-être réalisé avec du bore (3 électrons sur sa couche externe).
Le semi-conducteur de
type N
Le dopage N est l’introduction des atomes pentavalent, c’est-à dire des atomes ayant un électron de valence en plus, ce qui fournit des charges négatives en excès : des électrons libre qui sont des porteurs majoritaires et vont circuler librement dans le cristal. Comme le semi-conducteur possède un électron de plus, celui-ci va circuler librement dans le cristal. En effet, les électrons libres seront pratiquement aussi mobiles qu’avec le cas des conducteurs et des liaisons métalliques.
Le dopage N du silicium peut-être réalisé avec du phosphore ou de l’arsenic (5 électrons sur la couche externe)
Le dopage N est l’introduction des atomes pentavalent, c’est-à dire des atomes ayant un électron de valence en plus, ce qui fournit des charges négatives en excès : des électrons libre qui sont des porteurs majoritaires et vont circuler librement dans le cristal. Comme le semi-conducteur possède un électron de plus, celui-ci va circuler librement dans le cristal. En effet, les électrons libres seront pratiquement aussi mobiles qu’avec le cas des conducteurs et des liaisons métalliques.
Le dopage N du silicium peut-être réalisé avec du phosphore ou de l’arsenic (5 électrons sur la couche externe)
Le fonctionnement de la
jonction PN
Quand on rassemble les deux cristaux dopés P et N, les électrons libres de la bande de valence, ne participant pas aux liaisons covalente, migrent vers la région P pour se compléter les trous présents dans la bande de conduction. Ils passent donc de la bande de valence à la bande de conduction grâce à l’apport d’énergie nécessaire. Il se forme alors zone de déplétion, appelée aussi une zone de charge d’espace (ZCE), sans porteurs majoritaires. Selon le sens conventionnel du courant, du côté P, elle est négative et du côté N, elle est positive. Il y a donc un engendrement d’un courant plus important qu’un semi-conducteur intrinsèque.
Quand on rassemble les deux cristaux dopés P et N, les électrons libres de la bande de valence, ne participant pas aux liaisons covalente, migrent vers la région P pour se compléter les trous présents dans la bande de conduction. Ils passent donc de la bande de valence à la bande de conduction grâce à l’apport d’énergie nécessaire. Il se forme alors zone de déplétion, appelée aussi une zone de charge d’espace (ZCE), sans porteurs majoritaires. Selon le sens conventionnel du courant, du côté P, elle est négative et du côté N, elle est positive. Il y a donc un engendrement d’un courant plus important qu’un semi-conducteur intrinsèque.