FR3104814A1 - Capteur d'images pour correction du bruit électronique d'un capteur - Google Patents

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Benjamin BOUTHINON
Pierre Muller
Noémie BALLOT
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Abstract

Capteur d'images pour correction du bruit électronique d'un capteur La présente description concerne un capteur d'images comprenant des premiers pixels et des deuxièmes pixels (23) distincts des premiers pixels. Figure pour l'abrégé : Fig. 7

Description

Capteur d'images pour correction du bruit électronique d'un capteur
La présente description concerne un système d'acquisition d'images.
Un système d'acquisition d'images comprend généralement un capteur d'images et un système optique interposé entre la partie sensible du capteur d'images et l'objet à imager et qui permet de former une image nette de l'objet à imager sur la partie sensible du capteur d'images.
Le capteur d'images comprenant généralement une matrice de photodétecteurs capables de générer un signal proportionnel à l'intensité de lumière reçue.
Il existe un besoin d'amélioration des systèmes d'acquisition d'images.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des systèmes d'acquisition d'images.
Un mode de réalisation prévoit un capteur d'images comprenant des premiers pixels et des deuxièmes pixels distincts des premiers pixels.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel est constitué d'un ou plusieurs éléments sélectionnés, en nombre inférieur, parmi des éléments constitutifs des premiers pixels.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel comporte une zone isolante électriquement entre une première électrode et une deuxième électrode.
Selon un mode de réalisation, une première électrode des deuxièmes pixels est dissociée d'une première électrode des premiers pixels.
Selon un mode de réalisation, les premiers pixels comprennent les éléments suivants :
une première électrode ;
une couche active ;
une deuxième électrode ; et
un via conducteur reliant la deuxième électrode à une piste conductrice.
Selon un mode de réalisation, chaque deuxième pixel comprend les mêmes éléments que les premiers pixels.
Selon un mode de réalisation, la zone isolante est située entre la première électrode et la couche active.
Selon un mode de réalisation, la zone isolante est située entre la deuxième électrode et la couche active.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes pixels ne comprennent pas de première électrode.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes pixels ne comprennent pas de couche active.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes pixels ne comprennent pas de via conducteur.
Selon un mode de réalisation, les premiers pixels et les deuxièmes pixels sont juxtaposés et organisés en lignes et en colonnes.
Selon un mode de réalisation, les deuxièmes pixels sont organisés en colonnes qui sont adjacentes et situées sur un des bords du capteur, ou réparties sur deux bords du capteur.
Un mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un capteur d'images, comportant les étapes suivantes :
former la deuxième électrode sur une face d'un empilement ;
former la couche active sur les électrodes inférieures, coté ladite face ; et
former la première électrode sur la couche active, coté ladite face,
de sorte à former les premiers pixels.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, une étape de retrait de tout ou partie de la première électrode, ou de la première électrode et de la couche active, de sorte à former les deuxièmes pixels.
Selon un mode de réalisation, la formation des deuxièmes pixels ne comprend qu'une partie desdites étapes, de sorte à obtenir un capteur.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend, en outre, une étape de dépôt de la zone isolante, de sorte à former les deuxièmes pixels.
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles:
la figure 1 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images;
la figure 2 illustre par une vue de dessus, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un capteur d'images;
la figure 3 illustre par une vue de dessus, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un capteur d'images;
la figure 4 représente, de façon partielle et schématique, un pixel usuel d'un capteur d'images et son circuit de lecture ;
la figure 5 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un exemple de pixel usuel d'un capteur d'images ;
la figure 6 illustre, par des vues (A) et (B) respectivement de dessus et en coupe, partielles et schématiques, un exemple de capteur d'images ;
la figure 7 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un pixel du capteur d'images de la figure 6;
la figure 8 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un pixel du capteur d'imagesde la figure 6 ;
la figure 9 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images;
la figure 10 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images;
la figure 11 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, encore un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images;
la figure 12 illustre, par des vues (A) et (B) respectivement de dessus et en coupe, partielles et schématiques, un autre exemple de capteur d'images ; et
la figure 13 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un pixel du capteur d'images de la figure 12.
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation du filtre optique et des autres éléments que le capteur d'images n'a pas été détaillée, les modes de réalisation et les modes de mise en oeuvre décrits étant compatibles avec les réalisations usuelles du filtre et de ces autres éléments.
Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures.
Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10% près, de préférence à 5% près.
Dans la suite de la description, on appelle lumière visible un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 400nm et 700nm et on appelle rayonnement infrarouge un rayonnement électromagnétique dont la longueur d'onde est comprise entre 700nm et 1mm. Dans le rayonnement infrarouge, on distingue notamment le rayonnement infrarouge proche dont la longueur d'onde est comprise entre 700nm et 1,7µm.
La figure 1 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un système d'acquisition d'images.
Le système d'acquisition 1 comprend de haut en bas :
une source lumineuse 11 qui émet un rayonnement 13 ;
un objet 15 ;
un filtre optique 17 ; et
un capteur d'images 19, par exemple un capteur Métal-Oxyde semiconducteur complémentaire CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) ou un capteur à base de transistors en couches minces (TFT, Thin Film Transistor), qui peut être couplé à des photodiodes inorganiques (silicium cristallin pour un capteur CMOS ou silicium amorphe pour un capteur TFT) ou organique.
Le système d'acquisition d'images 1 comprend, en outre, des circuits non représentés de traitement des signaux fournis par le capteur d'images 19 comprenant, par exemple, un microprocesseur.
La source lumineuse 11 est illustrée au dessus de l'objet 15. Elle peut toutefois, en variante, être située entre l'objet 15 et le filtre optique 17.
Le rayonnement 13 est, par exemple, dans le domaine du visible et/ou dans le domaine de l'infrarouge. Il peut s'agir d'un rayonnement d'une unique longueur d'onde ou d'un rayonnement de plusieurs longueurs d'onde (ou plage de longueurs d'onde).
Les photodiodes du capteur d'images 19 forment, généralement, un réseau pixelisé. Chaque photodiode définit, par exemple, un pixel du capteur d'images 19. Au sein du réseau, les photodiodes sont, par exemple, alignées en lignes (en anglais "row") et en colonnes.
Dans la présente description, on utilise le terme "pixel" pour désigner une partie de la structure du capteur d'images 19 comprenant au moins un transistor de sélection du pixel et tout ou partie des éléments qui composent une photodiode.
Certains des pixels du réseau sont généralement utilisés comme référence afin de détecter et enregistrer uniquement le bruit du capteur 19 et de son électronique. Le bruit est ensuite déduit des signaux captés par les autres pixels du capteur 19 pour les corriger.
Dans la suite de la description, on utilise l'expression pixel "utile" pour désigner un pixel comprenant entre autres une photodiode (deux électrodes et une couche active) qui fournit un signal utile de l'image captée. On utilise l'expression pixel "de référence" pour désigner un pixel, distinct d'un pixel utile. Plus précisément, un pixel de référence fournit un signal représentatif du bruit du capteur 19.
La figure 2 illustre par une vue de dessus, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un capteur d'images 19.
Plus particulièrement, la figure 2 illustre un exemple de distribution de pixels utiles 21 ou premiers pixels et de pixels de référence 23 ou deuxièmes pixels au sein d'un capteur d'images 19.
Les pixels 21 et 23 sont, de préférence, alignés en lignes et colonnes. Pour un capteur d'images 19 pouvant s'adapter, par exemple, sur un téléphone portable ayant un écran de 6 pouces (6 inches) soit environ 15 cm, les pixels 21 et 23 sont, par exemple, organisés en environ 2500 lignes et environ 1300 colonnes pour un imageur ayant une résolution de 500 points par pouce, (dpi, dots per inch) soit un pas de pixel de 50,8 µm. La résolution de l'imageur peut, par exemple, varier entre 254 dpi (soit un pas de pixel de 100 µm) et 1000 dpi (soit un pas de pixel de 25 µm).
Les pixels 21 et 23 sont organisés dans le réseau de sorte qu'au moins un pixel de référence 23 soit présent par ligne. Les pixels de référence 23 sont tous alignés dans des mêmes colonnes. Par exemple, entre environ 4 colonnes et environ 64 colonnes comprennent uniquement des pixels de référence 23. De préférence, entre environ 16 colonnes et environ 32 colonnes comprennent uniquement des pixels de références 23.
Dans le mode de réalisation illustré en figure 2, les colonnes de pixels de référence 23 sont toutes juxtaposées et situées sur un des bords du capteur 19 (à gauche du capteur 19 dans l'orientation de la figure 2).
La figure 3 illustre par une vue de dessus, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un capteur d'images 19.
Le mode de réalisation illustré en figure 3 est sensiblement identique au mode de réalisation illustré en figure 2 à la différence près que les colonnes de pixels de référence 23 sont situées sur deux bords opposés du capteur 19. De préférence, un même nombre de colonnes de pixels de référence 23 se trouve dans chaque bord du capteur 19.
Dans les modes de réalisation des figures 2 et 3, le bruit est détecté par un ensemble de photodiodes des pixels de référence 23. Le bruit électronique détecté par des photodiodes des pixels de référence 23 d'une même ligne est moyenné. Le bruit moyen est ensuite utilisé pour corriger les signaux utiles détectés par les photodiodes des pixels utiles 21 de la même ligne.
La figure 4 représente, de façon partielle et schématique, un pixel usuel d'un capteur d'images et son circuit de lecture.
Plus particulièrement, la figure 4 représente un schéma électrique représentant un exemple de pixel utile 21 d'un capteur d'images 19 et son électronique de lecture.
Chaque pixel utile 21 comprend une photodiode 211 reliée par sa cathode 211c à un noeud 212 d'une piste conductrice 213 par l'intermédiaire d'un transistor semiconducteur métal-oxyde (MOS, Metal Oxide Semiconductor) 214. La piste conductrice 213 est généralement reliée, de préférence connectée, à tous les transistors 214 des pixels d'une même colonne.
Une anode 211a de la photodiode 211 est reliée à un noeud d'application d'un potentiel Vbias de polarisation. La grille du transistor MOS 214 est reliée, de préférence connectée, à une piste conductrice 215. La piste conductrice 215 est généralement reliée, de préférence connectée, à toutes les grilles des transistors 214 des pixels 21 d'une même ligne. La grille du transistor MOS 214 est destinée à recevoir un signal TFT_SEL de sélection de ligne.
Le schéma électrique illustré en figure 4 comprend, pour chaque colonne, un amplificateur opérationnel 216 dont l'entrée inverseuse (-) est reliée à la piste conductrice 213, dont l'entrée non-inverseuse (+) est reliée à une source d'un potentiel de référence Vref et dont la sortie fournit un potentiel VS. La sortie de l'amplificateur 216 est reliée à son entrée inverseuse (-) par l'intermédiaire d'une association en parallèle d'un condensateur 217 et d'un interrupteur 218.
Lors d'une phase d'initialisation, les interrupteurs 214 et 218 sont passants afin de décharger le condensateur 217 et la photodiode 211. Lors d'une phase d'intégration, le transistor 214 est bloqué, le potentiel Vbias est réglé sur une tension de polarisation inverse et des charges sont accumulées dans la photodiode 211 proportionnellement à l'intensité de la lumière reçue. Dans une phase de lecture, le transistor 214 est rendu passant et les charges de la photodiode 211 sont transférées à l'amplificateur de lecture (l'interrupteur 218 étant ouvert), plus précisément au condensateur d'intégration 217.
Le bruit du capteur et de son électronique correspond à l'ensemble des bruits émis par les pistes 213 et 215 et le circuit de lecture comprenant l'amplificateur 216, le condensateur 217 et l'interrupteur 218.
Afin de détecter ce bruit, le circuit électrique d'un pixel de référence 23 est différent du circuit électrique illustré en figure 4 car le pixel 23 ne fournit pas de signal ayant une composante liée à l'exposition sous lumière, de sorte que la composante principale du signal soit celle du bruit.
La figure 5 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un exemple de pixel usuel d'un capteur d'images.
Plus particulièrement, la figure 5 représente un pixel utile 21 d'un capteur d'images 19.
Dans la suite de la description, on considère la face supérieure d'une structure ou d'une couche, dans l'orientation de la figure 5, comme étant une face avant et la face inférieure de la structure ou de la couche, dans l'orientation de la figure 5, comme étant une face arrière.
Chaque pixel utile 21 comprend un premier empilement 30 dans lequel est formé un photodétecteur, par exemple une photodiode organique, également appelée OPD (sigle anglais pour Organic PhotoDiode).
L'empilement 30 comprend les éléments suivants :
une électrode inférieure 31 (deuxième électrode) ;
une première couche 33 active, au contact de l'électrode 31, dans laquelle est formée une région active de la photodiode ; et
une électrode supérieure (première électrode) 35 au contact de la couche 33.
Par exemple, l'empilement 30, comprend, en outre, une couche métallique 32, sous l'électrode 31. La couche 32 est, par exemple, composée de deux sous-couches (non représentées). Une première sous-couche de la couche 32 est, par exemple, en un oxyde métallique comme l'oxyde d'indium et d'étain (ITO, Indium Tin Oxide) permettant d'avoir un travail de sortie souhaité pour l'électrode 31. Une deuxième sous-couche de la couche 32 forme, par exemple, une barrière aux rayonnements pour le canal 45 du transistor 214 (figure 4). La deuxième sous-couche est, par exemple, en un métal, de préférence en molybdène (Mo).
Le matériau de la couche 45 peut ne pas être sensible à la lumière à laquelle est exposé le capteur d'images, l'empilement 30 ne comprend alors pas de couche métallique 32 et l'électrode 31 est transparente.
Chaque pixel utile 21 comprend, en outre, sous la couche métallique 32, de bas en haut :
un support ou substrat 37 qui peut avoir une structure monocouche ou multicouches ; et
un deuxième empilement 39 dans lequel est formé le transistor de sélection (214, figure 4).
Par exemple, l'empilement 39 comprend:
une première piste 41, conductrice électriquement, reposant sur le support 37, la piste 41 formant le conducteur de grille du transistor ;
une deuxième couche 43 d'un matériau diélectrique recouvrant le support 37 et la piste 41, formant, entre autres, l'isolant de grille du transistor (214, figure 4);
une région active 45 ;
deux deuxièmes pistes conductrices électriquement 47 s'étendant à la surface de la couche diélectrique 43 formant les contacts de drain et de source du transistor avec la région active 45. L'une des pistes 47 est reliée à l'électrode inférieure 31 par l'intermédiaire d'un via conducteur 53 de reprise de contact. L'autre des pistes 47 est reliée électriquement à la piste 213 (figure 4), par exemple, par l'intermédiaire d'un via conducteur électriquement (non représenté) ;
une troisième couche 49 d'un matériau diélectrique ; et
une quatrième couche 51 d'une résine recouvrant la couche 49, l'électrode 31 reposant sur la couche 51.
L'électrode inférieure 31 correspond à une couche injectrice d'électrons (EIL, Electron Injecting Layer). L'électrode supérieure 35 correspond à une couche injectrice de trous (HIL, Hole Injecting Layer). Le travail de sortie des électrodes 31 et 35 est adapté à bloquer, collecter ou injecter des trous et/ou des électrons suivant que cette couche d'interface joue le rôle d'une cathode 31 ou d'une anode 35. Plus précisément, lorsque la couche d'interface joue le rôle d'anode, elle correspond à une couche injectrice de trous et bloqueuse d'électrons. Lorsque la couche d'interface joue le rôle de cathode, elle correspond à une couche injectrice d'électrons et bloqueuse de trous.
La cathode 31 est, par exemple, en un matériau d'un premier type de conductivité n. L'anode 35 est, par exemple, en un matériau d'un deuxième type de conductivité p, différent du premier type de conductivité. L'anode est, par exemple en un mélange du poly(3,4-éthylènedioxythiophène) et du poly(styrène sulfonate) de sodium (PEDOT:PSS).
Le substrat 37 peut être un substrat rigide ou un substrat flexible. Le substrat 37 peut avoir une structure monocouche ou correspondre à un empilement d'au moins deux couches. Un exemple de substrat rigide comprend un substrat en silicium, en germanium ou en verre. De préférence, le substrat 37 est un film flexible. Un exemple de substrat flexible comprend un film en PEN (polyéthylène naphtalate), PET (polyéthylène téréphtalate), PI (polyimide), TAC (triacétate de cellulose), COP (copolymère cyclo-oléfine), PEEK (polyétheréthercétone) ou une combinaison de ces films comme un film de PI protégé par un film de PET en face arrière. Le substrat 37 peut comprendre une couche inorganique, par exemple en verre, recouverte d'une couche organique, par exemple en PEN, PET, PI, TAC, COP. L'épaisseur du substrat 37 peut être comprise entre 5µm et 1500µm. Selon un mode de réalisation, le substrat 37 peut avoir une épaisseur de 10µm à 500µm, de préférence entre 20µm et 300µm, notamment de l'ordre de 75µm, et présenter un comportement flexible, c'est-à-dire que le substrat 37 peut, sous l'action d'une force extérieure, se déformer, notamment se plier, sans se casser ou se déchirer.
Les pistes conductrices 41 et 47 peuvent comprendre ou être en un matériau métallique, par exemple l'argent (Ag), l'aluminium (Al), l'or (Au), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le titane (Ti), le chrome (Cr) et le molybdène (Mo). Les pistes conductrices 41 et 47 peuvent avoir une structure monocouche ou multicouche.
Chaque couche isolante 43, 49 et 51 de l'empilement 39 peut être en un matériau inorganique, par exemple en oxyde de silicium (SiO2) ou un nitrure de silicium (SiN), ou peut être une couche organique isolante, par exemple en résine organique.
La couche 33 dans laquelle sont formées les photodiodes peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La couche 33 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type n et d'un matériau semiconducteur de type p, par exemple sous forme de couches superposées ou d'un mélange intime à l’échelle nanométrique de façon à former une hétérojonction en volume. L'épaisseur de la couche 33 peut être comprise entre 50nm et 2µm, par exemple de l'ordre de 500nm.
Des exemples de polymères semiconducteurs de type p adaptés à la réalisation de la couche 33 sont le poly(3-hexylthiophène) (P3HT), le poly[N-9’-heptadécanyl-2,7-carbazole-alt-5,5-(4,7-di-2-thiényl-2’,1’,3’-benzothiadiazole)] (PCDTBT), le poly[(4,8-bis-(2-éthylhexyloxy)-benzo[1,2-b;4,5-b'] dithiophène)-2,6-diyl-alt-(4-(2-éthylhexanoyl)-thiéno[3,4-b] thiophène))-2,6-diyl] (PBDTTT-C), le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (MEH-PPV) ou le poly[2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4H-cyclopenta [2,1-b;3,4-b′]dithiophène)-alt-4,7(2,1,3-benzothiadiazole)] (PCPDTBT).
Des exemples de matériaux semiconducteurs de type n adaptés à la réalisation de la couche 33 sont les fullerènes, notamment le C60, le [6,6]-phényl-C61-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [6,6]-phényl-C71-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques (en anglais quantum dots).
La région active 45 peut être en silicium polycristallin, notamment du silicium polycristallin déposé à basse température (LTPS, sigle anglais pour Low Temperature Polycristalline Silicon), en silicium amorphe (aSi), en oxyde de zinc-gallium-indium (IGZO), en polymère, ou comprendre des petites molécules utilisées de façon connue pour la réalisation de transistors organiques en couches minces (OTFT, sigle anglais pour Organic Thin Film Transistor).
Le procédé de fabrication, à l'échelle d'un capteur d'images 19, des pixels utiles 21 comprend, par exemple, les étapes successives suivantes :
formation des deuxièmes électrodes 31 (cathodes) en surface de l'empilement 39 et formation des vias 53 reliant les électrodes 31 et certaines des pistes 47 à travers la couche 51 et la couche 49 ;
dépôt de la première couche active 33 à la surface des électrodes 31 et à la surface de la couche 51 ; et
dépôt de la première électrode 35 (anode) à la surface de la couche 33.
Les électrodes 31 peuvent, selon le mode de réalisation illustré en figure 5, être localisées. Un pixel 21 comprend ainsi une électrode 31 qui est déposée localement.
L'ensemble des pixels 21 peut partager une même électrode 31 qui est alors déposée pleine plaque. La suite de la description prend pour exemple une structure dans laquelle les électrodes 31 sont localisées. Les modes de réalisation décrit s'adaptent toutefois sans difficulté à une structure dans laquelle tous les pixels 21 et 23 partagent la même électrode 31. Les matériaux constitutifs de l'électrode 31 sont alors choisis pour avoir une conductivité négligeable latéralement afin d'éviter des courts circuits entre pixels 21. L'électrode 31 est, par exemple, en oxyde de zinc (ZnO), en polyéthylène imine (PEI) ou en polyéthylène imine éthoxylé (PEIE).
Le procédé de fabrication des pixels utiles 21 comprend en outre, la fabrication de l'empilement 39 comprenant, par exemple, les étapes successives suivantes :
formation des premières pistes 41 sur le substrat 37 ;
dépôt de la deuxième couche 43, dans laquelle sont formées, dans des tranchées, les deuxièmes pistes 47 et les zones actives 45 ;
dépôt de la troisième couche 49, à la surface de la couche 43, de la zone 45 et des pistes 47 ; et
dépôt de la quatrième couche 51 à la surface de la couche 49.
Selon les matériaux considérés, le procédé de formation d'au moins certaines couches du pixel 21 peut correspondre à un procédé dit additif, par exemple par impression directe du matériau composant les couches organiques aux emplacements souhaités notamment sous forme de sol-gel, par exemple par impression par jet d'encre, héliographie, sérigraphie, flexographie, revêtement par pulvérisation (en anglais spray coating) ou dépôt de gouttes (en anglais drop-casting). Selon les matériaux considérés, le procédé de formation des couches du pixel 21 peut correspondre à un procédé dit soustractif, dans lequel le matériau composant les couches organiques est déposé sur la totalité de la structure (pleine plaque) et dans lequel les portions non utilisées sont ensuite retirées, par exemple par photolithographie ou ablation laser. Il peut s'agir notamment de procédés du type dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating), revêtement à la lame (en anglais blade-coating), flexographie ou sérigraphie. Lorsque les couches sont métalliques, le métal est, par exemple, déposé par évaporation ou par pulvérisation cathodique sur l'ensemble du support, et les couches métalliques sont délimitées par gravure.
De façon avantageuse, au moins certaines des couches du pixel 21 peuvent être réalisées par des techniques d'impression. Les matériaux de ces couches décrites précédemment peuvent être déposés sous forme liquide, par exemple sous forme d'encres conductrices et semiconductrices à l'aide d'imprimantes à jet d'encre. Par matériaux sous forme liquide, on entend ici également des matériaux en gel déposables par des techniques d'impression. Des étapes de recuit sont éventuellement prévues entre les dépôts des différentes couches, mais les températures de recuit peuvent ne pas dépasser 150°C, et le dépôt et les éventuels recuits peuvent être réalisés à la pression atmosphérique.
La figure 6 illustre, par des vues (A) et (B) respectivement de dessus et en coupe, partielles et schématiques, un exemple de capteur d'images.
Plus particulièrement, la vue (A) de la figure 6 représente un exemple d'architecture d'un capteur d'images et la vue (B) de la figure 6 est une vue schématique selon le plan de coupe BB de la vue (A).
La figure 6 représente un schéma comprenant des pixels utiles 21 et des pixels de référence 23. Les pixels de référence 23 dans l'exemple de la figure 6 comprennent une anode 35 (hachurée en vue (A)) déposée pleine plaque, une couche active 33 (vue (B)) et une cathode 31 formant des photodiodes 231 des pixels de référence 23.
Les photodiodes 211, 231 d'une même ligne sont reliées, par leurs cathodes 31 et le conducteur de ligne 215, au circuit de lecture (figure 4). Chaque conducteur de colonne 213 relie les grilles des transistors des pixels 21 et 23 d'une même colonne.
Dans l'exemple représenté en figure 6 vue (B), chaque pixel 21, 23 comprend une cathode 31 (dont la surface est sensiblement égale à la surface de la photodiode 211, 213 à laquelle elle est associée). Les cathodes 31 reposent, par exemple, sur un empilement 34 comportant le substrat 37 (figure 5) et l'empilement 39 (figure 5).
Tous les pixels 21 et 23 partagent une même anode 35, si bien que toutes les photodiodes 211 et 213 sont polarisées par l'anode 35 avec le même potentiel Vbias.
La figure 7 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un pixel du capteur d'images de la figure 6.
Plus particulièrement, la figure 7 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel utile 21 représenté en figure 5, à la différence près qu'il comprend une cinquième couche ou zone 55 entre la couche 33 et l'anode 35. Le pixel 23 illustré en figure 7 peut s'intégrer dans un capteur d'images 19 comme représenté en figure 6.
La couche 55 est isolante électriquement. La couche 55 est, par exemple, en un matériau inorganique, par exemple, en oxyde de silicium ou en nitrure de silicium, ou une couche organique isolante, par exemple, en résine organique.
Selon le mode de réalisation illustré en figure 7, la couche 55 est, par exemple, déposée sur l'ensemble de la surface des pixels 23. L'épaisseur de la couche 55 est, par exemple, comprise entre 10 nm et 10 µm, de préférence comprise entre 10 nm et 500 nm.
En variante, la couche 55 est déposée localement et est divisée en parties de couche 55. Les parties de couche 55 sont situées en vis-à-vis des cathodes 31 des pixels de référence 23 de sorte que chaque partie de la couche 55 soit associée à un seul pixel 23. Chaque partie de la couche 55 est située dans l'alignement vertical d'un pixel 23 et a une surface sensiblement égale à la surface de la cathode 31 dudit pixel 23.
Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 7 comprend l'ensemble des étapes du procédé de réalisation du pixel 21 illustré en figure 5. Le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 7 comprend, en outre, une étape supplémentaire de dépôt de la couche 55 pleine plaque, par exemple, par un dépôt à la tournette ou par centrifugation (spin coating) et de photolithographie (et une étape de gravure le cas échéant) afin de retirer localement la couche 55 en vis-à-vis des pixels utiles 21. La couche 55 est conservée uniquement en vis-à-vis des pixels de référence 23. Cette étape supplémentaire est réalisée préalablement au dépôt de l'électrode 35.
La couche 55 peut, en variante, être déposée localement en vis-à-vis des pixels 23, par exemple, par sérigraphie, par jet d'encre ou par un procédé de dépôt par vaporisation.
Le pixel illustré en figure 7 est un pixel de référence 23 car la photodiode (231, figure 6) n'est pas polarisée du fait de l'absence de champ électrique dans la couche active 33.
La figure 8 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un pixel du capteur d'imagesde la figure 6.
Plus particulièrement, la figure 8 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel de référence 23 représenté en figure 7, à la différence près que la troisième couche 55 est située entre l'électrode inférieure 31 et la couche 33.
La couche 55 recouvre la face supérieure de chaque électrode 31 des pixels 23 et, le cas échéant, des bords latéraux des électrodes 31 et la couche 51 entre les électrodes 31.
La variante de réalisation mentionnant, en figure 7, la division de la couche 55 en parties de couche 55 peut également s'appliquer au mode de réalisation illustré en figure 8.
Le pixel illustré en figure 8 est un pixel de référence 23 car la photodiode ne génère pas de champ électrique de polarisation.
La figure 9 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images.
Plus particulièrement, la figure 9 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel utile 21 représenté en figure 5, à la différence près que l'électrode inférieure 31 n'est reliée à aucune piste 47 par le via (53, figure 5).
En l'absence de via, la photodiode 231 (figure 6) est en circuit ouvert. La couche active 33 génère des charges qui se recombinent dans la couche active 33 et ne sont donc pas collectées par le circuit de lecture.
Le pixel 23 illustré en figure 9 est un pixel de référence car, par rapport à un pixel 21 tel qu'illustré en figure 4, la liaison entre le transistor 214 et la photodiode 211 est coupée. La photodiode ne fournit donc pas de signal au circuit de lecture.
La figure 10 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images.
Plus particulièrement, la figure 10 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel utile 21 représenté en figure 5, à la différence près qu'il ne comprend pas d'électrode supérieure ou anode 35.
Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 10 comprend l'ensemble des étapes du procédé de réalisation du pixel 21 illustré en figure 5 et une étape supplémentaire de retrait local de l'électrode 35 (figure 5). De préférence, on vient graver l'électrode 35 en vis-à-vis de l'électrode 31 sur une surface supérieure ou égale à la surface de ladite électrode 31. L'électrode 35 est, par exemple, gravée localement par un procédé de photolithographie. A l'échelle du capteur d'images 19, où sont juxtaposés des pixels utiles 21 et des pixels de référence 23, l'électrode 35 est retirée localement, à l'emplacement des photodiodes des pixels de référence 23.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 10 comprend une partie des étapes du procédé de réalisation du pixel 21. Ainsi, le procédé de réalisation du pixel 23 ne comprend pas l'étape de dépôt de l'électrode 35. A l'échelle du capteur d'images 19, où sont juxtaposés des pixels utiles 21 et des pixels de référence 23, l'électrode 35 est déposée localement aux emplacements des pixels utiles 21.
Le pixel illustré en figure 10 est un pixel de référence 23 car il ne comprend pas de photodiode active.
La figure 11 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un autre mode de réalisation d'un pixel d'un capteur d'images.
Plus particulièrement, la figure 11 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel utile 21 représenté en figure 5 à la différence près qu'il ne comprend ni d'électrode supérieure 35 ni de couche active 33.
Selon un mode de mise en oeuvre, le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 11 comprend l'ensemble des étapes du procédé de réalisation du pixel 21 et une étape supplémentaire de retrait local de l'électrode 35 et de la couche 33. De préférence, on vient graver l'électrode 35 et la couche 33 en vis-à-vis de l'électrode 31 sur une surface supérieure ou égale à la surface de ladite électrode 31. L'électrode 35 et la couche 33 sont, par exemple, gravées localement par un procédé de photolithographie. A l'échelle du capteur d'images 19, où sont juxtaposés des pixels utiles 21 et des pixels de référence 23, l'électrode 35 et la couche 33 sont retirées localement, à l'emplacement des photodiodes des pixels de référence 23.
Selon un autre mode de mise en oeuvre, le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 11 comprend une partie des étapes du procédé de réalisation du pixel 21 illustré en figure 5. Le procédé de réalisation du pixel 23 ne comprend, ni l'étape de dépôt de l'électrode 35, ni l'étape de dépôt de la couche 33. A l'échelle du capteur d'images 19, où sont juxtaposés des pixels utiles 21 et des pixels de référence 23, l'électrode 35 et la couche 33 sont déposées localement aux emplacements des pixels utiles 21.
Le pixel illustré en figure 11 est un pixel de référence 23 car il ne comprend pas de photodiode active.
Dans les modes de réalisation illustrés en figures 9 à 11, les pixels de référence 23 sont ainsi constitués d'un ou plusieurs éléments sélectionnés, en nombre inférieur parmi les éléments constitutifs des pixels usuels 21. C'est-à-dire que les pixels 23 comprennent une première électrode 35 (électrode inférieure) et/ou une couche active 45 et/ou une deuxième électrode 31 (électrode supérieure) et/ou un vias conducteur 53.
La figure 12 illustre, par des vues (A) et (B) respectivement de dessus et en coupe, partielles et schématiques, un autre exemple de capteur d'images.
Plus particulièrement, la vue (A) de la figure 12 représente un exemple d'architecture d'un capteur d'images et la vue (B) de la figure 12 est une vue schématique selon le plan de coupe BB de la vue (A).
L'architecture du capteur illustré figure 12 diffère de l'architecture du capteur illustré en figure 6 par le fait que l'anode 35 des photodiodes 211 et 213 n'est pas commune aux pixels 21 et 23. En effet, une première anode 35 est commune pour l'ensemble des pixels utiles 21 et une deuxième anode 35', dissociée de l'anode 35, est commune aux pixels de référence 23. La première anode 35 et la deuxième anode 35' sont identiques structurellement mais ne sont pas reliées.
Ainsi, étant donné que les anodes 35 et 35' sont séparées électriquement, le potentiel de polarisation Vbias, appliqué à l'anode 35, peut ne pas être appliqué à l'anode 35'. L'anode des photodiodes 231 est alors flottante. Les photodiodes 231 sont alors en circuit ouvert et n'intègre pas de charges.
La figure 13 illustre par une vue en coupe, partielle et schématique, un mode de réalisation d'un pixel du capteur d'images de la figure 12.
Plus particulièrement, la figure 13 représente un pixel de référence 23 sensiblement identique au pixel utile 21 représenté en figure 5, à la différence près que l'électrode supérieure 35' n'est pas reliée à l'électrode supérieure 35 du pixel voisin, de préférence, du pixel utile 21 voisin. Le pixel 23 illustré en figure 13 peut s'intégrer dans un capteur d'images 19 comme représenté en figure 12.
Le procédé de réalisation du pixel 23 illustré en figure 13 comprend l'ensemble des étapes du procédé de réalisation du pixel 21 illustré en figure 5 et une étape supplémentaire de retrait d'une partie de l'électrode supérieure 35 sur les bords de celle ci.
Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils permettent de corriger le bruit induit par le capteur d'images et son électronique.
Un autre avantage des modes de réalisation décrits est que les capteurs d'images formés sont compatibles avec les filtres optiques usuels.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. L’homme de l’art comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaitront à l’homme de l’art. En particulier, au sein d'un même capteur peuvent être combinés des pixels de références réalisés selon les différents modes de réalisations illustrés. Les modes de réalisations décrits ne se limitent pas aux exemples de dimensions et de matériaux mentionnées ci-dessus.
Enfin, la mise en oeuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de l’homme du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (17)

  1. Capteur d'images (19) comprenant des premiers pixels (21) et des deuxièmes pixels (23) distincts des premiers pixels (21).
  2. Capteur d'images selon la revendication 1, dans lequel chaque deuxième pixel (23) est constitué d'un ou plusieurs éléments sélectionnés, en nombre inférieur, parmi des éléments constitutifs des premiers pixels (21).
  3. Capteur d'images selon la revendication 1, dans lequel chaque deuxième pixel (23) comporte une zone (55) isolante électriquement entre une première électrode (35) et une deuxième électrode (31).
  4. Capteur d'images selon la revendication 1, dans lequel une première électrode (35') des deuxièmes pixels (23) est dissociée d'une première électrode (35) des premiers pixels (21).
  5. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les premiers pixels (21) comprennent les éléments suivants :
    une première électrode (35) ;
    une couche (33) active ;
    une deuxième électrode (31) ; et
    un via conducteur (53) reliant la deuxième électrode (31) à une piste conductrice (47).
  6. Capteur d'images selon la revendication 5 dans son rattachement à la revendication 3 ou 4, dans lequel chaque deuxième pixel (23) comprend les mêmes éléments que les premiers pixels (21).
  7. Capteur d'images selon la revendication 6 dans son rattachement à la revendication 3, dans lequel la zone isolante (55) est située entre la première électrode (35) et la couche active (33).
  8. Capteur d'images selon la revendication 6 dans son rattachement à la revendication 3, dans lequel la zone isolante (55) est située entre la deuxième électrode (31) et la couche active (33).
  9. Capteur d'images selon la revendication 5 dans son rattachement à la revendication 2, dans lequel les deuxièmes pixels (23) ne comprennent pas de première électrode (35).
  10. Capteur d'images selon la revendication 5 ou 9 dans leur rattachement à la revendication 2, dans lequel les deuxièmes pixels (23) ne comprennent pas de couche active (33).
  11. Capteur d'images selon la revendication 5, 9 ou 10 dans leur rattachement à la revendication 2, dans lequel les deuxièmes pixels (23) ne comprennent pas de via conducteur (53).
  12. Capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les premiers pixels (21) et les deuxièmes pixels (23) sont juxtaposés et organisés en lignes et en colonnes.
  13. Capteur d'images selon la revendication 12, dans lequel les deuxièmes pixels (23) sont organisés en colonnes qui sont adjacentes et situées sur un des bords du capteur (19), ou réparties sur deux bords du capteur (19).
  14. Procédé de fabrication d'un capteur d'images selon l'une quelconque des revendications 5 à 13, comportant les étapes suivantes :
    former la deuxième électrode (31) sur une face d'un empilement (39) ;
    former la couche active (33) sur les électrodes inférieures (31), coté ladite face ; et
    former la première électrode (35) sur la couche active (33), coté ladite face,
    de sorte à former les premiers pixels (21).
  15. Procédé selon la revendication 14, dans son rattachement à la revendication 4, 9 ou 10, comprenant, en outre, une étape de retrait tout ou partie de la première électrode (35,) ou de la première électrode (35) et de la couche active (33), de sorte à former les deuxièmes pixels (23).
  16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel la formation des deuxièmes pixels (23) ne comprend qu'une partie desdites étapes, de sorte à obtenir un capteur (19) selon la revendication 9 ou 10.
  17. Procédé selon la revendication 14, dans son rattachement à la revendication 7 ou 8, comprenant, en outre, une étape de dépôt de la zone (55) isolante, de sorte à former les deuxièmes pixels (23).
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