FR3071667A1 - Couche composite de dopage electrostatique d'une couche bidimensionnelle dopee, capteur hall, procede et dispositif pour la realisation d'une telle couche composite - Google Patents

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Abstract

Couche composite (102) pour le dopage électrostatique d'une couche dopée (104) bidimensionnelle, ayant une couche d'électret (400) reliée à la couche dopée (104) pour former la couche composite (102) ayant une densité définie de porteurs de charges et/ou une polarité définie. La couche d'électret (400) coopère par interaction électrostatique avec la couche dopée (104) pour régler la densité de porteurs de charges de la couche dopée (104) selon une valeur définie et/ou polariser la couche dopée (104) en fonction de la polarité définie.

Description

La présente invention a pour objet une couche composite de dopage électrostatique d’une couche bidimensionnelle, un capteur Hall, un procédé et un dispositif pour la réalisation d’une telle couche composite.
Etat de la technique
Les matériaux en deux dimensions (matériaux 2D) notamment les graphènes permettent grâce à leurs propriétés exceptionnelles, de nouvelles applications et de nouveaux produits mais également d’améliorer considérablement les produits et les applications existants.
Les graphènes ont pour propriétés entre autres d’avoir une mobilité de porteurs de charges exceptionnellement élevée qui, à la température ambiante, arrive jusqu’à 100.000 cm2/Vs. Les graphènes sont le matériau ayant la plus grande mobilité de porteurs de charges.
Cette propriété du matériau peut améliorer considérablement les caractéristiques des transistors haute fréquence ou des capteurs Hall magnétiques. Dans les transistors, on peut augmenter la fréquence limite supérieure à laquelle ils peuvent fonctionner. Dans le cas des capteurs Hall, on peut réduire la puissance de fonctionnement. Dans ces deux types de composants, il faut contrôler la concentration des porteurs de charges dans les graphènes ou y réaliser une concentration de porteurs de charges définie, constante.
Un dopage statique peut se traduire chimiquement par l’introduction d’atomes étrangers tels que des atomes d’azote ou de bore. Un problème lié à ce procédé est toutefois celui de réduire en même temps la mobilité des atomes de dopage car ils développent des centres supplémentaires de dispersion.
De plus, on peut doper électrostatiquement les graphènes comme les semi-conducteurs classiques. Ainsi, par un contact de porte comme indiqué ci-dessus, isolé électriquement du graphène par un diélectrique, on induit les porteurs de charges par attraction électrostatique dans la couche de graphène. Selon l’épaisseur du diélectrique, il faut toutefois des tensions comprises entre 1 et 100 V.
Le document DE 10 2015 203 040 Al décrit des graphènes comme des couches magnétosensibles utilisées dans un élément Hall et offrant une forte mobilité électronique.
But de l’invention
Tenant compte de cet état de la technique, la présente invention a pour but de développer une couche combinée pour le dopage électrostatique d’une couche bidimensionnelle, un capteur Hall, un procédé de fabrication d’une couche composite pour le dopage électrostatique d’une couche dopée bidimensionnelle ainsi qu’un dispositif appliquant ce procédé et un programme d’ordinateur le mettant en oeuvre.
Exposé et avantages de l’invention
A cet effet, l’invention a pour objet une couche composite pour le dopage électrostatique d’une couche dopée bidimensionnelle, ayant les caractéristiques suivantes :
une couche d’électret est reliée à la couche dopée pour former la couche composite ayant une densité définie de porteurs de charges et/ou une polarité définie, * la couche d’électret coopérant par interaction électrostatique avec la couche dopée pour régler la densité de porteurs de charges de la couche dopée en fonction de la densité de porteurs de charges, selon une valeur définie et/ou polariser la couche dopée en fonction de la polarité définie.
Une couche composite est une combinaison de deux ou plusieurs couches empilées. Une couche dopée bidirectionnelle est une couche en un matériau bidirectionnel, notamment un graphène. La couche dopée a par exemple l’épaisseur d’une ou plusieurs couches atomiques. La couche d’électret est une couche en un matériau isolant électrique qui contient des charges électriques emmagasinées de façon quasi permanente ou des dipôles électriques orientés de façon quasiment permanente et générant ainsi un champ électrique quasi permanent dans son environnement ou à l’intérieur de celui-ci. La couche d’électret peut soit être en contact direct avec la couche dopée, soit en être séparée par une couche de passivation supplémentaire. La densité de porteurs de charges représente un nombre défini de porteurs de charges par unité de surface. La densité des porteurs de charges peut également être appelée concentration de porteurs de charges. La polarité selon l’invention est une polarisation négative ou positive.
L’invention repose sur la considération qu’une couche d’un matériau bidimensionnel telle que par exemple une couche de graphène peut être dopée de manière électrostatique à l’aide d’un électret en appliquant une tension électrique. L’utilisation d’un électret avec une concentration de porteurs de charges définie et stable à long terme ou encore une polarisation électrique pour le dopage électrostatique de graphène évite l’utilisation de contacts de portes supplémentaires ou d’un dopage chimique qui pourrait détériorer les propriétés électriques du graphène. En outre, cela supprime la nécessité d’appliquer une tension élevée pour le dopage d’un graphène par une grille dans les circuits concernés. Cela réduit le coût de la fabrication des composants. En outre, l’utilisation d’un électret pour le dopage électrostatique permet de régler la concentration des porteurs de charges dans une plage étendue.
On peut ainsi arriver d’une manière relativement simple, à l’aide d’un électret, à la définition de la concentration des porteurs de charges nécessaires dans certains composants tels que les transistors ou les capteurs Hall magnétiques.
Un électret est un matériau isolant électrique qui peut stocker de manière permanente des charges électriques ou ayant une polarisation électrique permanente comme également les matières ferroélectriques telles que le titanate de baryum ou le zirconate-titanate de plomb. Le nombre défini de porteurs de charges immobiles ou de la polarisation électrique définie génère des charges antagonistes correspondantes dans le graphène de sorte que le graphène aura une concentration définie de porteurs de charges. Selon le paramètre de fabrication et la sélection des matériaux de l’électret, cela permet de régler de manière définie et ciblée par des paramètres de fabrication et la sélection des matériaux de l’électret, la concentration de charges stockées dans l’électret et ainsi en même temps de régler de manière ciblée la concentration des porteurs de charges dans le graphène et de les définir sans qu’il soit nécessaire d’appliquer une tension électrique supplémentaire pendant le fonctionnement. L’utilisation de matériaux ferroélectriques permet un réglage supplémentaire, le cas échéant unique, de la polarisation du matériau après sa fabrication.
En variante, on peut également réaliser une concentration constante des porteurs de charges dans le graphène par une porte dite flottante en accumulant les porteurs de charges nécessaires au dopage électrostatique.
Selon une forme de réalisation, la couche d’électret est reliée à une couche de graphène comme couche de dopage pour former une couche composite, ce qui garantit une mobilité maximale des porteurs de charges de la couche dopée.
Selon un autre développement, la couche d’électret comporte du dioxyde de silicium, nitrure de silicium, oxyde d’aluminium, fluorure d’aluminium, nitrure d’aluminium, oxy-nitrure d’aluminium ou dioxyde de titane comme matériaux visibles ou une combinaison d’au moins deux des matériaux cités. Cela permet de fabriquer la couche d’électret selon le matériau de la couche avec des polarités différentes.
De façon avantageuse, la couche d’électret développe la densité des porteurs de charges de la couche dopée à une valeur comprise entre 1 x 1012 cm-2 et 2 x 1012 cm-2. Cela permet d’avoir une densité de porteurs de charges particulièrement élevée de la couche dopée.
De plus, la couche combinée comporte une couche de passivation entre la couche dopée et la couche d’électret, ce qui compense les défauts de surface de la couche d’électret.
D’une manière particulièrement avantageuse, la couche de passivation contient du nitrure de bore comme matériau de la couche. Le nitrure de bore est par exemple du nitrure de bore hexagonal, ce qui garantit un contact stable et régulier entre la couche dopée et la couche d’électret.
De façon avantageuse, selon une caractéristique de l’invention, la couche d’électret est une couche chargée électriquement et/ou une couche dont la densité de porteurs de charges est variable. Une telle réalisation a l’avantage d’une densité de porteurs de charges qui se règle de manière très souple pour la couche d’électret selon les différentes applications de la couche combinée. Selon l’application, on peut alors charger la couche d’électret avant l’utilisation pratique ou pendant le fonctionnement courant de la couche composite, par exemple pour ajuster la plage de sensibilité de la couche composite selon une grandeur physique.
Selon un autre développement de l’invention, la couche d’électret a au moins un îlot de charges isolé qui a une densité de porteurs de charges, différente de la densité des porteurs de charges dans l’environnement de l’ilot de charges. Une telle forme de réalisation de l’invention offre l’avantage d’une densité de porteurs de charges qui se règle de manière très souple dans des plages différentes de la couche d’électret. On pourra ainsi par exemple réaliser des zones de sensibilité différentes de la couche d’électret pour une certaine grandeur physique.
L’invention a également pour objet un capteur Hall comportant une couche composite selon l’une des formes de réalisation précédentes. Ce capteur Hall est par exemple un capteur utilisé comme compas électronique, par exemple dans un smartphone.
L’invention a également pour objet un procédé de fabrication d’une couche composite comprenant l’étape suivante consistant à appliquer la couche d’électret sur la couche dopée pour réaliser la couche composite.
Selon un développement, l’étape d’application de la couche d’électret se fait par un dépôt de couches atomiques et/ou un dépôt chimique en phase gazeuse et/ou par pulvérisation sur la couche dopée, notamment on chauffe la couche d’électret et on règle la densité définie des porteurs de charges de la couche d’électret en fonction de la température de chauffage. En particulier, la couche d’électret pourra être chauffée. La densité définie des porteurs de charges de la couche d’électret peut se régler en fonction de la température de chauffage, ce qui permet de régler de façon précise la densité des porteurs de charges de la couche dopée avec une précision de répétition élevée.
Ce procédé peut par exemple être implémenté sous la forme d’un programme ou d’un circuit ou sous une forme mixte programme / circuit, par exemple dans un appareil de commande.
La solution proposée a également pour objet un dispositif conçu pour exécuter les étapes du procédé, les commander et les con vertir. Cette variante de l’invention sous la forme d’un dispositif permet de résoudre rapidement et efficacement le problème de l’invention.
Le dispositif est par exemple un appareil de revêtement pour la mise en œuvre de l’un des procédés de fabrication développés ci-dessus pour revêtir la couche de dopage avec une couche d’électret.
En variante, le dispositif a au moins une unité de calcul pour traiter les signaux ou les données, au moins une unité de mémoire pour enregistrer les signaux ou les données, au moins une interface avec un capteur ou avec un actionneur pour enregistrer des signaux de capteur fournis par le ou les capteurs et pour émettre des signaux de données ou de commande vers l’actionneur et/ou au moins une interface de communication pour recevoir ou émettre des données intégrées dans un protocole de communication. L’unité de calcul est par exemple un processeur de signal, un microcontrôleur ou un moyen analogue et l’unité de mémoire est une mémoire flash, une mémoire EPROM ou une unité de mémoire magnétique. L’interface de communication est conçue pour enregistrer les données par l’intermédiaire d’une liaison sans fil et/ou d’une liaison par fil et de les émettre dans les mêmes conditions, l’interface de communication enregistrant ou émettant les données liées à une ligne, en enregistrant par exemple électriquement ou optiquement les données à partir d’une ligne de transmission de données ou émettant les données dans une ligne de transmission de données.
Le dispositif est un appareil électrique qui traite les signaux de capteur et génère en fonction de ceux-ci, des signaux de commande et/ou de données. Le dispositif comporte une interface sous la forme d’un circuit et/ou d’un programme. Dans le cas d’une réalisation sous la forme d’un circuit, l’interface peut faire partie d’un système ASIC qui assure différentes fonctions du dispositif. Mais il est également possible que les interfaces comportent leurs propres circuits intégrés et/ou soient réalisées sous la forme de composants discrets. Dans le cas d’une réalisation par programme, les interfaces peuvent être des modules de programme qui existent par exemple sur un microcontrôleur à côté d’autres modules de programme.
Il est également avantageux de réaliser l’invention sous la forme d’un produit programme d’ordinateur ou plus simplement d’un programme d’ordinateur avec un code programme enregistré sur un support lisible par une machine ou un support de mémoire tel qu’une mémoire de semi-conducteur, un disque dur ou un disque optique pour la mise en oeuvre, la conversion et l’application des étapes du procédé selon l’une quelconque des formes de réalisation développées ci-dessus, notamment lorsque le produit programme ou le programme sont exécutés par un ordinateur ou un dispositif de ce type.
Dessins
La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l’aide d’exemples de réalisation représentés dans les dessins annexés dans lesquels :
la figure 1 est une vue schématique d’un exemple de capteur Hall selon l’invention, la figure 2 est un diagramme de représentation de la relation entre la tension de porte et la concentration des porteurs de charges, la figure 3 est un diagramme pour représenter la relation entre la densité des porteurs de charges d’un électret et la température de chauffage de l’électret, la figure 4 est une représentation schématique d’une couche combinée selon un exemple de réalisation avec une couche d’électret à charge négative, la figure 5 est une représentation schématique d’une couche combinée selon un exemple de réalisation avec une couche d’électret à charge positive, la figure 6 est une représentation schématique d’une couche combinée avec une couche de passivation correspondant à un exemple de réalisation de réalisation, la figure 7 montre un ordinogramme d’un procédé selon un exemple de réalisation, la figure 8 est une représentation schématique d’un dispositif selon un exemple de réalisation, la figure 9 est une représentation schématique d’une structure pour le dopage électrostatique de graphène par une porte flottante, la figure 10 est une représentation schématique d’une structure de la figure 9 en appliquant une tension d’écriture, la figure 11 est une représentation schématique d’une structure de la figure 9 après coupure de la tension d’écriture, la figure 12 est une représentation schématique d’une structure de dopage électrostatique de graphène par une porte flottante pour des points quantiques isolés les uns des autres, la figure 13 est une représentation schématique de la structure de la figure 9 avec une couche de passivation supplémentaire, la figure 14 est une représentation schématique d’une variante d’une structure de dopage électrostatique de graphène avec un matériau ferroélectrique polarisé, la figure 15 est une représentation schématique d’une structure selon la figure 14 avec application d’une tension d’écriture, et la figure 16 est une représentation schématique d’une structure selon la figure 14 après coupure de la tension d’écriture.
Dans la description, on utilisera les mêmes références pour désigner les mêmes éléments dans les différentes figures sans répéter nécessairement leur description.
Description de modes de réalisation
La figure 1 est une représentation schématique d’un capteur Hall 100 correspondant à un exemple de réalisation. La figure montre un composant du capteur Hall 100 sous la forme d’une couche combinée 102 avec une couche dopée 104 électroconductrice réalisée en un matériau à deux dimensions, notamment du graphène. La couche dopée 104 est dopée électrostatiquement avec un électret comme cela est décrit de façon plus détaillée ci-après à l’aide des figures 2 à 8.
Dans le capteur Hall 100 de la figure 1, en appliquant un champ magnétique B perpendiculaire au plan de la couche dopée 104, les électrons qui circulent dans la couche dopée 104 seront déviés par la force de Lorentz développant ainsi une tension Hall Vh dans deux contacts 106, 108 perpendiculaires à la direction du courant. La direction physique du courant des électrons est désignée par la référence Ie. La tension Hall Vh exerce une force antagoniste équivalente à la force de Lorentz, ce qui se traduit par un état d’équilibre. La sensibilité Rh est inversement proportionnelle à la concentration n des porteurs de charges dans la couche (Rh 1/n).
Pour présenter la nécessité du dopage, on développera ciaprès brièvement les considérations relevant du développement du capteur Hall. Dans un capteur Hall, la sensibilité vis-à-vis du champ magnétique est définie par la résistance Hall Rh qui dépend elle-même de la concentration en porteurs de charges n du matériau Hall : Rh = 1 /ne, relation dans laquelle e représente la charge élémentaire.
Ce paramètre de la puissance consommée P, notamment important pour des systèmes de compas électriques des smartphones, pour arriver à la sensibilité souhaitée dans les capteurs Hall dépend de la mobilité des supports de charges que l’on veut atteindre μ: P χΐ/ημβ et qui, dans le graphène, à une température ambiante, va jusqu’à μ > 100.000 cm2/Vs.
Le graphène est le matériau ayant la plus forte mobilité des porteurs de charges parmi tous les matériaux connus à ce jour. Un autre paramètre important d’exploitation est le niveau de bruit des capteurs pour le champ magnétique minimum détectable Bmin. Ce niveau de champ magnétique correspond pour la tension Hall qui s’établit, précisément à la tension de bruit que l’on a pour une certaine largeur de bande pour le niveau de bruit Nv mesuré en nV/JJ. Cette tension de Hall peut en outre être influencée par l’intensité I du courant de fonctionnement. Le champ magnétique Bmin est donné par la formule suivante :
Bmin = Nu / (RhxI}
En considérant la courbe du champ magnétique Bmin minimum décelable pour différentes concentrations de porteurs de charges n, à l’aide des courbes de bruit, mesurées, on remarque que le point de fonctionnement optimum se situe à des concentrations de porteurs de charges de n = 1,5 à 2 x 1012 cm-2 ; pour un dopage électrostatique sans électret, avec une épaisseur de couche d’isolation d’environ 100 nm, il faut des tensions de porte de 15-20 V. En même temps, les données mesurées montrent que l’on a facilement de légères différences entre la tension de porte positive et négative comme l’indique la figure 2. La conduction des trous ou des électrons, induite, est ainsi légèrement asymétrique. Dans un électret, la concentration des porteurs de charges peut se régler selon les conditions de dépôt telles que pour un électret à charge positive comme le nitrure de silicium, par un dépôt chimique en phase gazeuse suivi du recuit encore appelé recuit post-dépôt comme le montre la figure 3 ou pour un électret à charge négative comme l’oxyde d’aluminium, ce réglage se fait par le procédé de fabrication.
Comme déjà indiqué, la polarité de la couche dopée 104 se règle par le choix de l’électret. Ainsi, un électret tel que du dioxyde de silicium ou du nitrure de silicium a des charges positives alors que par exemple l’oxyde d’aluminium contient des charges négatives.
La figure 2 montre un diagramme représentant la relation entre la tension de porte Vbg (V) et la concentration de porteurs de charges correspondante η (1011 cm-2) sur l’axe x, la fréquence de mesure f (Hz) sur l’axe y et le champ magnétique minimum décelable Bmin (nT/Hz1/2). On remarque que l’on a un point de fonctionnement optimum pour lequel même à de basses fréquences de mesure, on aura une forte sensibilité qui, pour des concentrations de porteurs de charges dans la couche dopée, entre 1,0 à 1,5 x 1012 cm-2, correspond par exemple à des tensions de porte -15Và + 5Vet un courant d’intensité I de 30 μΑ.
La figure 3 montre un diagramme représentant la relation entre une densité de porteurs de charges m (cm-2) d’un électret pour être utilisé dans une couche combinée selon un exemple de réalisation et la température de recuit T (°C) de l’électret qui correspond par exemple à une épaisseur de couche de nitrure de silicium de 30 nm avec un indice de réfraction de 1,9 selon la courbe 300.
La densité des porteurs de charges accumulés en permanence dans l’électret est réglable par la température de recuit de la couche correspondante, encore appelé recuit post-dépôt. Cet électret de nitrure de silicium à charge positive est par exemple fabriqué par un dépôt chimique en phase gazeuse, assisté par du plasma, encore appelé dépôt chimique par plasma à couplage inductif (ICP-CVD).
La figure 4 est une représentation schématique d’une couche combinée 102 selon un exemple de réalisation avec une couche d’électret 400 à charge négative. La couche combinée 102 est par exemple la couche combinée décrite ci-dessus à l’aide de la figure 1. La couche d’électret 400 à laquelle s’appliquent par exemple les relations décrites à l’aide des figures 2 et 3 a une polarisation négative ; elle est réalisée de façon correspondante, par exemple avec de l’oxyde d’aluminium (AI2O3). La couche dopée 104 est appliquée sur une couche de substrat 402, par exemple en silicium. Une couche isolante 404, par exemple en nitrure de bore ou dioxyde de silicium isole la couche dopée 104 électriquement par rapport à la couche de substrat 402.
A titre d’exemple de réalisation, à la figure 4, on a une structure stratifiée d’une structure de graphène formée par la couche dopée 104 qui est dopée p par la couche d’électret 400 négative.
Au dépôt de la couche d’électret 400 sur la couche dopée 104, la couche d’électret 400, du fait de ses charges, développe des charges miroirs dans la couche dopée 104 se traduisant par une concentration constante de porteurs de charges dans la couche dopée 104 ; ainsi, la concentration et la polarité des porteurs de charges dans la couche dopée 104 dépendent de la densité des porteurs de charges dans la couche d’électret 400.
Comme la couche dopée 104 est très sensible aux défauts de surface limite et que la couche d’électret 400 ne développe le cas échéant aucune surface limite pour la couche dopée 104, on a en option une couche de passivation 600 supplémentaire entre la couche d’électret 400 et la couche dopée 104 et qui n’influence pas négativement les propriétés de la couche dopée 104, par exemple du nitrure de bore hexagonal comme le montre la figure 6.
La figure 5 est une représentation schématique d’une couche combinée 102 selon un exemple de réalisation. A la différence de la figure 4, la couche d’électret 400 est à charge positive. La couche dopée 104 est ainsi à dopage n.
La figure 6 est une représentation schématique d’une couche combinée 102 avec une couche de passivation 600 selon un exemple de réalisation comme cela a été évoqué précédemment en relation avec la figure 4. La couche de passivation 600, par exemple en nitrure de bore, est située entre la couche d’électret 400 et la couche dopée 104 pour diminuer les défauts de surface limite à la surface de la couche dopée 104. Le même principe peut également s’appliquer à des couches d’électret à charge négative.
La figure 7 montre un ordinogramme d’un procédé 700 selon un exemple de réalisation. Le procédé 700 de fabrication d’une couche combinée pour le dopage électrostatique d’une couche bidimensionnelle dopée comme la couche combinée décrite ci-dessus à l’aide des figures 1 à 6 comprend une étape 710 dans laquelle on dépose tout d’abord sur la couche de substrat appropriée, par exemple en silicium. Dans l’étape 720 suivante, on réalise la couche d’électret selon un procédé de fabrication approprié, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur, dépôt d’une couche atomique ou pulvérisation sur la couche dopée pour réaliser la couche composite.
Dans l’étape 720, on chauffe la couche d’électret selon l’exemple de réalisation. La densité des porteurs de charges de la couche d’électret et ainsi également la densité des porteurs de charges qui en dépend pour la couche de dopage est réglée par la température de chauffage choisie.
La figure 8 est une représentation schématique d’un dispositif 800 pour réaliser une couche composite selon un exemple de réalisation. Le dispositif 800 peut être conçu pour exécuter, commander ou convertir le procédé décrit ci-dessus à l’aide de la figure 7. Pour cela, le dispositif 800 a en option une première unité 810 pour déposer la couche dopée sur la couche de substrat. Une seconde unité 820 est conçue pour appliquer la couche d’électret sur la couche dopée en fonction du dépôt de la couche dopée.
La figure 9 est une représentation schématique d’une structure 900 pour le dopage électrostatique d’une couche de graphène 902 avec une porte flottante 904. Il s’agit d’un semi-conducteur, par exemple du silicium ou un métal isolé complètement dans une couche d’isolation 906 tel que du dioxyde de silicium, par rapport à la couche de graphène 902 et d’un contact métallique haut 908. La couche d’isolation 906 entre le contact métallique haut 908 et la porte flottante 904 est tellement mince qu’un tunnel de porteurs de charges du contact métallique haut 908 peut s’établir dans la porte flottante 904. La distance est par exemple de 3 à 20 nm.
Les structures de portes flottantes permettent de régler de manière ciblée le dopage de la couche de graphène 902. Avantageusement, on peut également encore modifier la concentration des porteurs de charges dans la couche de graphène 902 même après la réalisation du composant, sans appliquer des tensions élevées. Pour cela, on introduit des charges dans la porte flottante 904 par un tunnel quantique, ces charges garantissant le dopage électrostatique de la couche de graphène 902. Le dopage peut régler le nombre de porteurs de charges transmis par la porte flottante 904, les contrôler et le cas échéant les régler. Ces contrôles peuvent également se faire par l’amplitude et la durée des impulsions de tension dans la description de la porte flottante 904. En polarisant les impulsions d’écriture, on règle la nature du dopage électrostatique, c'est-à-dire les trous ou les dopages en électrons.
Par le contrôle des porteurs de charges dans la porte flottante 904, on peut, pour éviter une dérive à long terme du capteur, rétablir la concentration des porteurs de charges par la charge de la porte flottante 904, ce qui permet de compenser les variations des capteurs de différents composants après leur fabrication ou les propriétés du capteur telles que par exemple sa sensibilité, a posteriori pour l’adapter selon les conditions de mesure par la relation donnant la résistance Hall : Rh = 1/ne.
La figure 10 montre schématiquement une structure 900 de la figure 9 pour une tension d’écriture Us, appliquée. En appliquant la tension d’écriture Us qui est nulle à la figure 9, on crée un effet de tunnel pour les porteurs de charges 1000 par la porte flottante 904 comme le montre la figure 10. Les porteurs de charges 1000 restent après coupure de la tension d’écriture Us sur la porte flottante 904 et génèrent des charges miroirs 1100 dans le graphène comme le montre la figure 11. En faisant varier les impulsions de tension d’écriture en amplitude et en durée, on règle de façon ciblée ou de façon post-régulée la charge de la porte flottante 904 et ainsi la concentration des porteurs de charges de la couche de graphène 902, en procédant de manière ciblée ou réglée.
La figure 11 est une représentation schématique d’une structure 900 de la figure 9 après coupure de la tension d’écriture Us.
La figure 12 est une représentation schématique d’une structure 900 pour le dopage électrostatique d’une couche de graphène 902 par une porte flottante 904 avec des points quantiques 1200, isolés les uns des autres, par exemple en silicium. La figure montre une variante d’une structure de porte flottante pour le dopage électrostatique de la couche de graphène 902. La porte flottante 904 est formée de points quantiques 1200, isolés, qui se traduisent par un temps d’enregistrement en mémoire significativement plus important des charges dans la porte flottante 904 et par une augmentation de la durée de vie, c'est-à-dire une augmentation du nombre possible de cycles d’écriture.
En outre, la solution par la porte flottante permet une passivation supplémentaire entre la pile de couches de la porte flottante et la couche de graphène 902, par exemple en nitrure de bore hexagonal comme le montre la figure 13.
La figure 13 est une représentation schématique d’une structure 900 de la figure 9 avec une couche de passivation 1300 supplémentaire, par exemple en nitrure de bore, qui est installée sur la surface limite à la couche de graphène 902.
La figure 14 est une représentation schématique d’une variante d’une structure 900 de dopage électrostatique de graphène selon une matière électrostatique polarisée 1400, par exemple du titanate de baryum (BaTiOs). Le matériau ferromagnétique 1400 permet de contrôler de manière réglable la polarisation électrique et d’induire là encore une certaine concentration de porteurs de charges dans la couche de graphène 902.
La figure 15 est une représentation schématique d’une structure 900 de la figure 14 lorsqu’on applique la tension d’écriture Us. En appliquant la tension d’écriture Us, on polarise électriquement le matériau ferroélectrique 1400. Cette polarisation subsiste après coupure de la tension d’écriture Us et se traduit par des tensions de charges dans la couche de graphène 902 comme le montre la figure 16. En faisant varier l’amplitude de l’impulsion de tension d’écriture, on peut, dans certaines limites, régler ou compléter le réglage de l’intensité de la polarisation et ainsi la concentration en porteurs de charges dans la couche de graphène 902.
La figure 16 est une représentation schématique d’une 5 structure 900 de la figure 14 après coupure de la tension d’écriture Us.
Dans une variante supplémentaire après la programmation de la porte flottante 904 ou la variante avec le matériau ferroélectrique 1400 pour régler la concentration déterminée des porteurs de charges par de très petites variations de tension du contact de la porte 10 flottante 904, on adapte la concentration des porteurs de charges dans la couche de graphène 902 selon des étapes très fines en fonction des conditions concernant les propriétés du capteur. Cela étend les possibilités de contrôle de la concentration des porteurs de charges dans la couche de graphène 902 pour un réglage fin de cette valeur.
NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX
102
104
400
700
720
800
810, 820
Couche composite
Couche dopée
Couche d’électret
Procédé
Etrapes du procédé
Dispositif
Unité du dispositif

Claims (13)

  1. REVENDICATIONS
    1°) Couche composite (102) pour le dopage électrostatique d’une couche dopée (104) bidimensionnelle, la couche composite (102) ayant les caractéristiques suivantes :
    une couche d’électret (400) est reliée à la couche dopée (104) pour former la couche composite (102) ayant une densité définie de porteurs de charges et/ou une polarité définie, * la couche d’électret (400) coopérant par interaction électrostatique avec la couche dopée (104) pour régler la densité de porteurs de charges de la couche dopée (104) en fonction de la densité de porteurs de charges, selon une valeur définie et/ou polariser la couche dopée (104) en fonction de la polarité définie.
  2. 2°) Couche composite (102) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la couche d’électret (400) est reliée à une couche de graphène comme couche dopée (104) pour former la couche composite (102).
  3. 3°) Couche composite (102) selon Tune des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche d’électret (400) comporte comme matière de couche du dioxyde de silicium et/ou du nitrure de silicium et/ou de l’oxyde d’aluminium et/ou du fluorure d’aluminium et/ou du nitrure d’aluminium et/ou du nitrure-oxyde d’aluminium et/ou du dioxyde de titane.
  4. 4°) Couche combinée (102) selon Tune des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche d’électret (400) règle la densité des porteurs de charges de la couche dopée (104) à une valeur comprise entre 1 x 1012 cm-2 et 2 x 1012 cm-2.
  5. 5°) Couche composite (102) selon Tune des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’ elle comporte une couche de passivation (600) entre la couche dopée (104) et la couche d’électret (400).
  6. 6°) Couche composite (102) selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de passivation (600) comporte du nitrure de bore comme matériau de la couche.
  7. 7°) Couche composite (102) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche d’électret (400) est une couche rechargeable électriquement et/ou est conçue comme couche dont la densité des porteurs de charges est variable.
  8. 8°) Couche composite (102) selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la couche d’électret (400) comporte au moins un îlot de charges isolé ayant une densité de porteurs de charges différente de la densité des porteurs de charges dans l’environnement de l’ilot de charges.
  9. 9°) Capteur Hall (100) comportant une couche composite (102) selon l’une des revendications 1 à 8, pour le dopage électrostatique d’une couche dopée (104) bidimensionnelle, la couche composite (102) étant caractérisée par :
    une couche d’électret (400) reliée à la couche dopée (104) pour former une couche composite (102) ayant une densité définie de porteurs de charges et/ou une polarité définie, * la couche d’électret (400) coopérant par interaction électrostatique avec la couche dopée (104) pour régler une densité de porteurs de charges de la couche dopée (104) en fonction de la densité de porteurs de charges selon une valeur définie et/ou polariser la couche dopée (104) en fonction de la polarité définie.
  10. 10°) Procédé (700) de fabrication d’une couche composite (102) selon l’une des revendications 1 à 8, procédé (700) comprenant l’étape suivante consistant à :
    appliquer (720) la couche d’électret (400) sur la couche dopée (104) pour réaliser la couche composite (102).
  11. 11°) Procédé (700) selon la revendication 10, dans lequel l’étape d’application (720) de la couche d’électret (400) se fait par un dépôt de couches atomiques et/ou un dépôt chimique en phase gazeuse et/ou par pulvérisation sur la couche dopée (104), notamment on chauffe la couche d’électret (400) et on règle la densité définie des porteurs de charges de la couche d’électret (400) par la température de chauffage.
  12. 12°) Dispositif (800) comportant des unités (810, 820) conçues pour appliquer et/ou pour commander et/ou convertir le procédé (700) selon la revendication 10 ou la revendication 11.
  13. 13°) Programme d’ordinateur conçu pour appliquer le procédé (700) selon la revendication 10 ou la revendication 11, et/ou commander et/ou convertir et support de mémoire lisible par une machine comportant l’enregistrement du programme d’ordinateur.
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