FR3132761A1 - Imageur multi-spectral - Google Patents

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Jonathan Steckel
Andras G PATTANTYUS-ABRAHAM
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ST MICROELECTRONICS Inc
STMicroelectronics lnc USA
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STMicroelectronics Alps SAS
ST MICROELECTRONICS Inc
STMicroelectronics lnc USA
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Abstract

Imageur multi-spectral La présente description concerne un dispositif (10) comprenant une première couche (18) constituée de boîtes quantiques et au moins deux régions de filtre (24) reposant sur la première couche, les au moins deux régions de filtre étant configurées pour transmettre des longueurs d'onde distinctes (L1, L2, L3), la première couche étant configurée pour générer des charges pendant la réception desdites longueurs d'onde. Figure pour l'abrégé : Fig. 2

Description

Imageur multi-spectral
La présente description concerne de façon générale des dispositifs optoélectroniques et, plus précisément, des imageurs multi-spectraux.
L'imagerie multi-spectrale capture des données d'image dans des plages de longueurs d'onde spécifiques dans le spectre électromagnétique. Les longueurs d'onde peuvent être séparées par des filtres qui sont sensibles à des longueurs d'onde particulières, incluant une lumière provenant de fréquences au-delà de la plage de lumière visible, c'est-à-dire infra-rouge et ultra-violet. L'imagerie multi-spectrale mesure la lumière dans un faible nombre de bandes spectrales.
Un mode de réalisation pallie tout ou partie des inconvénients des imageurs multi-spectraux connus.
Un mode de réalisation prévoit un dispositif comprenant une première couche constituée de boîtes quantiques et au moins deux régions de filtre reposant sur la première couche, les au moins deux régions de filtre étant configurées pour transmettre des longueurs d'onde distinctes, la première couche étant configurée pour générer des charges pendant la réception desdites longueurs d'onde.
Selon un autre mode de réalisation, l'imageur comprend au moins deux pixels, chaque pixel comprenant au moins une partie d'une région de filtre et une partie de la première couche.
Selon un autre mode de réalisation, la première couche est partagée par tous les pixels.
Selon un autre mode de réalisation, l'imageur comprend une deuxième couche isolante et des vias s'étendant à travers la deuxième couche isolante, la partie de la première couche de chaque pixel reposant sur un via.
Selon un autre mode de réalisation, la première couche comprend autant de types de boîtes quantiques qu'il y a de longueurs d'onde distinctes, chaque type de boîtes quantiques étant capable de générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant une desdites longueurs d'onde.
Selon un autre mode de réalisation, les différents types de boîtes quantiques sont mélangés ensemble dans la première couche.
Selon un autre mode de réalisation, les boîtes quantiques de la première couche sont sensiblement identiques et sont capables de générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant toutes les longueurs d'onde distinctes.
Selon un autre mode de réalisation, la première couche est un empilement de troisièmes couches, au moins deux troisièmes couches étant configurées pour générer des charges pendant la réception de différentes longueurs d'onde parmi les longueurs d'onde distinctes.
Selon un autre mode de réalisation, chaque pixel comprend une partie de chaque troisième couche de la première couche.
Selon un autre mode de réalisation, les parties de la première couche dans chaque pixel sont identiques.
Selon un autre mode de réalisation, la partie de la première couche dans chaque pixel est une région configurée pour générer des charges pendant la réception de la longueur d'onde transmise par le filtre du pixel.
Selon un autre mode de réalisation, les filtres sont constitués de boîtes quantiques.
Selon un autre mode de réalisation, les filtres sont dans une même quatrième couche.
Selon un autre mode de réalisation, la troisième couche de filtres est séparée de la première couche par une cinquième métallique.
Un autre mode de réalisation prévoit un imageur multi-spectral comprenant un dispositif tel que décrit précédemment.
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 représente l'absorption de boîtes quantiques de différentes tailles en fonction de la longueur d'onde ;
la représente un mode de réalisation d'un imageur multi-spectral ;
la représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral ;
la représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral ;
la représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral ; et
la représente un mode de réalisation d'un filtre spectral.
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.
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 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.
La représente schématiquement l'absorption de boîtes quantiques de différentes tailles en fonction de la longueur d'onde (en nanomètres).
Une boîte quantique ou nanoparticule semiconductrice est une structure à matériau nanoscopique qui produit des paires électron-trou en présence de l'incidence de photons sur la structure à matériau nanoscopique. De cette façon, il est possible de créer des éléments de détection, tels que des photo-détecteurs, par exemple, sur la base de nanoparticules semiconductrices.
Une boîte quantique comprend un cœur semiconducteur. Une boîte quantique peut également comprendre une enveloppe, de préférence en un matériau semiconducteur, entourant le cœur afin de protéger et de passiver le cœur. Une boîte quantique comprend en outre des ligands, des composés aliphatiques organiques, des molécules organométalliques ou inorganiques qui s'étendent depuis l'enveloppe et passivent, protègent, et fonctionnalisent la surface semiconductrice.
La composition d'une boîte quantique peut être choisie parmi les matériaux suivants. Le cœur est, par exemple, constitué d'un matériau parmi les matériaux suivants ou parmi un alliage des matériaux suivants : CdSe, CdS, CdTe, CdSeS, CdTeSe, AgS, ZnO, ZnS, ZnSe, CuInS, CuInSe, CuInGaS, CuInGaSe, PbS, PbSe, PbSeS, PbTe, InAsSb, InAs, InSb, InGaAs, InP, InGaP, InAlP, InGaAlP, InZnS, InZnSe, InZnSeS, HgTe, HgSe, HgSeTe, Ge, Si. L'enveloppe est, par exemple, constituée d'un matériau parmi les matériaux suivants ou parmi un alliage des matériaux suivants : CdSe, CdS, CdTe, CdSeS, CdTeSe, AgS, ZnO, ZnS, ZnSe, CuInS, CuInSe, CuInGaS, CuInGaSe, PbS, PbSe, PbSeS, PbTe, InAsSb, InAs, InSb, InGaAs, InP, InGaP, InAlP, InGaAlP, InZnS, InZnSe, InZnSeS, HgTe, HgSe, HgSeTe, Ge, Si.
De préférence, toutes les dimensions du cœur sont inférieures à 20 nm, par exemple dans la plage allant de 2 à 15 nm. En particulier, le diamètre de chaque boîte quantique est de préférence dans la plage allant de 2 à 15 nm. Par diamètre, on entend le diamètre de la plus petite sphère dans laquelle la boîte quantique peut être inscrite.
La comprend plusieurs courbes C0, C1, C2, C3, C4, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 et C13, correspondant chacune à des boîtes quantiques qui différent en taille et/ou composition. Pour chaque courbe, la représente l'absorption en fonction de la longueur d'onde de la lumière reçue. Les dimensions, ou taille, composition et forme du cœur d'une boîte quantique déterminent la valeur de la longueur d'onde de fonctionnement d'une boîte quantique, en d'autres mots de la lumière absorbée générant les paires électron-trou dans un photo-détecteur.
Par exemple, les courbes C0 à C13 représentées en correspondent aux boîtes quantiques ayant la même composition et différentes tailles. Toutes les courbes présentent sensiblement les mêmes variations, mais sont décalées lorsque la taille de la boîte quantique diminue. Dans l'exemple de la , la courbe C0 correspond à une boîte quantique ayant le plus grand diamètre parmi les boîtes quantiques correspondant aux courbes C0 à C13. La courbe C1 correspond à une boîte quantique ayant un diamètre plus petit que la boîte quantique correspondant à C0. De cette façon, le diamètre des boîtes quantiques correspondant respectivement aux courbes C0 à C13 diminue lorsque le numéro de la courbe augmente. Par conséquent, la boîte quantique correspondant à la courbe C13 a le plus petit diamètre parmi les boîtes quantiques correspondant aux courbes C0 à C13.
Seules les variations de la courbe C13 sont décrites. Toutefois, les variations de chaque courbe C0 à C13 sont sensiblement identiques aux variations de la courbe C13.
Pendant une première plage de longueurs d'onde D1, la courbe C13 décroît globalement, en d'autres mots, l'absorption de la boîte quantique correspondante diminue jusqu'à atteindre une valeur, ou minimum, A1 correspondant à la valeur minimale de la plage D1. Pendant une deuxième plage de longueurs d'onde D2, la courbe C13 croît, en d'autres mots, l'absorption de la boîte quantique correspondante augmente jusqu'à atteindre une valeur, ou maximum, A2 correspondant à la valeur maximale de la plage D2. Pendant une troisième plage de longueurs d'onde D3, la courbe C13 décroît globalement, en d'autres mots, l'absorption de la boîte quantique correspondante diminue. Le maximum A2 constitue le maximum principal.
De préférence, on considère qu'une courbe, et par conséquent une taille d'une boîte quantique pour une composition donnée, est associée à la longueur d'onde correspondant au maximum A2. En d'autres mots, une taille et une composition d'une boîte quantique est préférée pour la production de charges pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde du maximum A2. Par exemple, les taille et composition de la boîte quantique correspondant à la courbe C13 sont préférées pour une longueur d'onde de fonctionnement de 1950 nm.
Il est par conséquent possible de choisir une taille et une dimension de boîtes quantiques capables d'absorber, avec une absorption significative, une quelconque longueur d'onde dans une large plage de longueurs d'onde. Par exemple, il est possible de trouver une taille et une dimension des boîtes quantiques ayant une longueur d'onde de fonctionnement supérieure à 300 nm, comprise par exemple entre 300 nm et 3000 nm, qui inclut le visible et l'infra-rouge.
La représente un mode de réalisation d'un imageur multi-spectral 10. L'imageur 10 comprend plusieurs pixels 11. Plus précisément, la représente une partie d'un imageur 12 comprenant cinq pixels.
L'imageur 10 est configuré pour avoir au moins deux longueurs d'onde de fonctionnement distinctes, en d'autres mots pour capturer des données d'image pour au moins deux longueurs d'onde distinctes ou au moins deux plages de longueurs d'onde distinctes. Par exemple, les deux longueurs d'onde ou plages de longueurs d'onde distinctes sont séparées d'au moins une longueur d'onde qui n'est pas une longueur d'onde de fonctionnement de l'imageur. Par exemple, l'imageur 10 est configuré pour capturer des données d'image pour trois longueurs d'onde L1, L2 et L3. De préférence, la longueur d'onde L1 est inférieure à la longueur d'onde L2 et la longueur d'onde L2 est inférieure à la longueur d'onde L3. Les pixels 11a sont configurés pour capturer des données d'image pour la longueur d'onde L1. Les pixels 11b sont configurés pour capturer des données d'image pour la longueur d'onde L2. Les pixels 11c sont configurés pour capturer des données d'image pour la longueur d'onde L3.
L'imageur 10 comprend un substrat, ou support, 12. Le substrat 10 est par exemple constitué d'un matériau semiconducteur, par exemple de silicium. Le substrat 10 est par exemple constitué de couches isolantes, par exemple en oxyde de silicium, et de pistes conductrices et de vias, par exemple en cuivre.
Le substrat 12 est recouvert par une couche isolante 14. La couche 14 est par exemple en oxyde de silicium. Des vias conducteurs 16 traversent la couche 14. Les vias 16 sont, par exemple, en cuivre ou en tungstène. L'imageur 10 comprend au moins un via 16 pour chaque pixel 11a, 11b, 11c. Un via 16 est situé en face de l'emplacement de chaque pixel 11a, 11b, 11c. Le via de chaque pixel correspond à une électrode du pixel.
L'imageur 10 comprend une couche 18. La couche 18 recouvre la couche 14 et tous les vias 16 correspondant aux pixels 11a, 11b, 11c. Plus précisément, la couche 18 recouvre tous les emplacements des pixels 11a, 11b, 11c. La couche 18 est de préférence continue sur les emplacements de tous les pixels. La couche 18 est de préférence en contact avec les vias 16.
La couche 18 est constituée de boîtes quantiques. De préférence, les boîtes quantiques sont fixées ensemble et à la couche 14 par une résine ou une matrice. De préférence, la couche 18 comprend seulement les boîtes quantiques et la résine.
Selon le mode de réalisation de la , toutes les boîtes quantiques de la couche 18 sont sensiblement identiques. Toutes les boîtes quantiques de la couche 18 ont sensiblement la même taille et sont constitués des mêmes composants. Par exemple, toutes les boîtes quantiques de la couche 18 sont en sulfure de plomb (PbS).
La couche 18 est configurée pour produire des charges électriques en présence de l'incidence de photons d'au moins les longueurs d'onde de fonctionnement L1, l2, L3 de l'imageur 10. Afin de produire de telles charges, les taille et composition des boîtes quantiques de la couche 18 sont choisies de sorte que la couche 18 puisse absorber toutes les longueurs d'onde de fonctionnement. Par exemple, les taille et composition des boîtes quantiques sont choisies de sorte que l'absorption de chaque longueur d'onde de fonctionnement soit supérieure ou égale à l'absorption de la courbe préférée pour cette longueur d'onde.
Par exemple, si les longueurs d'onde L1, L2 et L3 sont respectivement égales à 950 nm, 1200 nm et 1450 nm, la courbe préférée, et par conséquent les taille et composition préférées, pour la longueur d'onde L1 devrait par exemple être la courbe C0 de la . La courbe préférée, et par conséquent les taille et composition préférées, pour la longueur d'onde L2 devrait par exemple être la courbe C2. La courbe préférée, et par conséquent les taille et composition préférées, pour la longueur d'onde L3 devrait par exemple être la courbe C5. Dans cet exemple, les boîtes quantiques de la couche 18 sont par exemple des boîtes quantiques correspondant à la courbe C11 ou des boîtes quantiques ayant la même composition et un diamètre plus petit que les boîtes quantiques correspondant à la courbe C11. En effet, pour la longueur d'onde L1, l'absorption de la courbe C11 est supérieure à l'absorption de la courbe C0, pour la longueur d'onde L2, l'absorption de la courbe C11 est supérieure à l'absorption de la courbe C2 et, pour la longueur d'onde L3, l'absorption de la courbe C11 est supérieure à l'absorption de la courbe C5.
L'imageur 10 comprend une couche 20. La couche 20 est une couche conductrice par exemple une couche métallique. La couche 20 recouvre de préférence toute la couche 18. La couche 20 recouvre au moins la partie de la couche 18 correspondant aux pixels 11a, 11b, 11c. La couche 20 est de préférence en contact, au moins dans les pixels 11, avec la couche 18. La couche 20 correspond à une électrode commune à tous les pixels 11a, 11b, 11c. Pour chaque pixel 11a, 11b, 11c, une tension peut par conséquent être appliquée ou mesurée entre le via 16 du pixel 11a, 11b, 11c et la couche 20.
L'imageur 10 comprend des filtres 22a, 22b et 22c. L'imageur 10 comprend autant de types de filtres qu'il y a de longueurs d'onde de fonctionnement. En d'autres mots, chaque longueur d'onde de fonctionnement est transmise par un des filtres. Les filtres 22a filtrent par exemple toutes les longueurs d'onde, exception faite de la longueur d'onde L1. Les filtres 22b filtrent par exemple toutes les longueurs d'onde, exception faite de la longueur d'onde L2. Les filtres 22c filtrent par exemple toutes les longueurs d'onde, exception faite de la longueur d'onde L3. En d'autres mots, les filtres 22a, 22b et 22c transmettent par exemple respectivement, de préférence exclusivement, la longueur d'onde L1, L2 et L3.
Chaque filtre 22a, 22b et 22c est situé dans un pixel. Chaque pixel comprend un filtre 22a, 22b, 22c, de préférence un seul filtre 22a, 22b et 22c. Chaque pixel 11a comprend un filtre 22a. Chaque pixel 11b comprend un filtre 22b. Chaque pixel 11c comprend un filtre 22c.
Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend un via 16, une partie de la couche 18, une partie de la couche 20 et un filtre 22a, 22b ou 22c. Dans les pixels 11a comprenant un filtre 22a, la tension mesurée entre le via 16 et la couche 20 est représentative de la quantité de lumière ayant la longueur d'onde L1 qui est reçue par le pixel 11a. Dans les pixels 11b comprenant un filtre 22b, la tension mesurée entre le via 16 et la couche 20 est représentative de la quantité de lumière ayant la longueur d'onde L2 qui est reçue par le pixel 11b. Dans les pixels 11c comprenant un filtre 22c, la tension mesurée entre le via 16 et la couche 20 est représentative de la quantité de lumière à la longueur d'onde L3 qui est reçue par le pixel 11c.
Les filtres 22a, 22b et 22c sont par exemple situés dans une même couche 24. Les filtres 22a, 22b et 22c sont par exemple adjacents les uns aux autres dans la couche 24. Les filtres sont par exemple séparés les uns des autres par des murs, non représentés. Les murs sont par exemple opaques.
L'imageur 10 comprend par exemple d'autres couches, non représentées, comprises entre la couche 20 et les filtres 22a, 22b, 22c.
Les filtres 22a, 22b, 22c peuvent être constitués de différentes technologies. Par exemple, les filtres peuvent être constitués de molécules organiques ou inorganiques, de matériaux polymères ou inorganiques. Les filtres peuvent être constitués d'empilements de films minces de matériaux inorganiques ayant différents indices de réfraction. Un autre exemple de filtre qui peut être utilisé pour former les filtres 22a, 22b et 22c sera décrit en relation avec la .
La représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral 30.
L'imageur 30 comprend les éléments de l'imageur 10 de la . Ces éléments ne seront pas décrits de nouveau. L'imageur 30 diffère de l'imageur 10 de la en ce que la couche 18 est remplacée par un empilement 18'. L'empilement 18' recouvre, comme la couche 18 de l'imageur 10, la couche 14 et les vias 16. L'empilement 18' est en contact avec les vias 16. L'empilement 18' est, comme la couche 18 de l'imageur 10, recouvert par, et de préférence en contact avec, la couche 20.
L'empilement 18' comprend des couches 18a, 18b et 18c. L'empilement 18' comprend par exemple autant de couches qu'il y a de longueurs d'onde de l'imageur. Par conséquent, l'imageur 30, ayant, comme l'imageur 10, trois longueurs d'onde de fonctionnement L1, L2, L3, comprend trois couches 18a, 18b et 18c.
Les couches 18a, 18b et 18c sont constituées de boîtes quantiques. Les boîtes quantiques de chaque couche sont fixées ensemble et à la couche 14, par exemple par une résine, ou une matrice. De préférence, chaque couche 18a, 18b, 18c comprend seulement les boîtes quantiques et la résine. Les boîtes quantiques de chaque couche 18a, 18b et 18c sont de préférence identiques. Les boîtes quantiques de chacune des couches 18a, 18b et 18c sont de préférence différentes des boîtes quantiques des autres couches 18a, 18b, 18c. Par conséquent, la taille et/ou la composition des boîtes quantiques de chacune des couches 18a, 18b et 18c sont de préférence différentes de la taille et/ou de la composition des boîtes quantiques des autres couches 18a, 18b, 18c.
Plus généralement, l'empilement 18' comprend au moins une couche 18a, au moins une couche 18b et au moins une couche 18c.
La couche 18a est la couche basse de l'empilement 18'. La couche 18a recouvre la couche 14 et est de préférence en contact avec les vias 16. Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend une partie de la couche 18a. La couche 18a est recouverte par la couche 18b. De préférence, la couche 18b recouvre entièrement la couche 18a. La couche 18a et la couche 18b sont par exemple en contact. De préférence, une surface inférieure de la couche 18b est entièrement en contact avec une surface supérieure de la couche 18a. Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend une partie de la couche 18b. La couche 18b est recouverte par la couche 18c. De préférence, la couche 18c recouvre entièrement la couche 18b. les couches 18b et 18c sont par exemple en contact. De préférence, une surface inférieure de la couche 18c est entièrement en contact avec une surface supérieure de la couche 18b. Chaque pixel comprend une partie de la couche 18c. Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend un empilement d'une partie de la couche 18a, d'une partie de la couche 18b et d'une partie de la couche 18c.
La couche 18a est configurée pour produire des charges pendant la réception d'une lumière d'une longueur d'onde de fonctionnement, ici la longueur d'onde L1. La couche 18b est configurée pour produire des charges pendant la réception d'une lumière d'une autre longueur d'onde de fonctionnement, ici la longueur d'onde L2. La couche 18c est configurée pour produire des charges pendant la réception d'une lumière d'une autre longueur d'onde de fonctionnement, ici la longueur d'onde L3.
Dans les pixels 11a comprenant les filtres 22a, seulement la lumière ayant la longueur d'onde L1 traverse afin d'atteindre l'empilement 18'. Ladite lumière interagit avec la couche 18a afin de générer des charges. Ladite lumière n'interagit pas avec les couches 18b et 18c. La tension mesurée entre les électrodes dudit pixel est représentative de la quantité d'une lumière ayant la longueur d'onde L1 reçue dans le pixel 11a.
De façon similaire, dans les pixels 11b comprenant les filtres 22b, seule la lumière ayant la longueur d'onde L2 traverse afin d'atteindre l'empilement 18'. Ladite lumière interagit avec la couche 18b afin de générer des charges. Ladite lumière n'interagit pas avec les couches 18a et 18c. La tension mesurée entre les électrodes dudit pixel est représentative de la quantité d'une lumière ayant la longueur d'onde L2 reçue dans le pixel 11b.
De façon similaire, dans les pixels 11c comprenant les filtres 22c, seule la lumière ayant la longueur d'onde L3 traverse afin d'atteindre l'empilement 18'. Ladite lumière interagit avec la couche 18c afin de générer des charges. Ladite lumière n'interagit pas avec les couches 18a et 18b. La tension mesurée entre les électrodes dudit pixel 11c est représentative de la quantité de lumière ayant la longueur d'onde L3 reçue dans le pixel 11c.
La couche 18a est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L1, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C0 de la , si la longueur d'onde L1 est égale à 950 nm. De préférence, la couche 18a est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L1. Selon une variante, la couche 18a est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L1 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L1 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L1, ici la courbe C0, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C3 à C13.
De façon similaire, la couche 18b est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L2, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C2 de la , si la longueur d'onde L2 est égale à 1200 nm. De préférence, la couche 18b est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L2. Selon une variante, la couche 18b est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L2 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L2 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L2, ici la courbe C2, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C7 à C13.
De façon similaire, la couche 18c est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L3, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C5 de la , si la longueur d'onde L3 est égale à 1450 nm. De préférence, la couche 18c est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L3. Selon une variante, la couche 18c est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L3 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L3 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L3, ici la courbe C5, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C11 à C13.
De préférence, la couche configurée pour générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant la plus faible longueur d'onde, ici la couche 18a configurée pour générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde L1, est la plus proche du substrat 12, en d'autres mots, la plus éloignée des filtres 22a, 22b, 22c. La couche configurée pour générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde la plus élevée, ici la couche 18c configurée pour générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde L3, est la plus éloignée du substrat 12, en d'autres mots, la plus proche des filtres 22a, 22b, 22c.
Plus généralement, étant donné deux couches de l'empilement 18', la couche configurée pour générer des charges pendant la réception d'une lumière ayant la plus faible longueur d'onde est de préférence la plus proche du substrat 12, en d'autres mots, la plus éloignée des filtres 22a, 22b, 22c. En d'autres mots, une couche de l'empilement 18' est de préférence séparée du substrat seulement par des couches configurées pour générer des charges pendant la réception de lumière ayant des longueurs d'onde plus faibles et est de préférence séparée des filtres seulement par des couches configurées pour générer des charges pendant la réception de lumière ayant des longueurs d'onde plus élevées.
La représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral 40.
L'imageur 40 comprend les éléments de l'imageur 10 de la . Ces éléments ne seront pas décrits de nouveau. L'imageur 40 diffère de l'imageur 10 de la en ce que la couche 18 est remplacée par des régions à base de boîtes quantiques 32a, 32b, 32c.
L'imageur 40 comprend autant de types de régions qu'il y a de longueurs d'onde de fonctionnement. Dans l'exemple de la , l'imageur 40 a trois longueurs d'ondes de fonctionnement L1, L2 et L3 et comprend trois types de régions, les régions 32a, les régions 32b et les régions 32c.
Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend une région 32a, 32b, 32c, de préférence une seule région 32a, 32b, 32c. Chaque pixel 11a comprend une région 32a. Chaque pixel 11b comprend une région 32b. Chaque pixel 11c comprend une région 32c. Chaque région 32a, 32b et 32c s'étend par exemple en regard d'au moins tout le filtre d'un pixel, de préférence seulement en regard d'un filtre d'un seul pixel. Par exemple, les murs latéraux de chaque région sont sensiblement coplanaires avec les murs latéraux d'un filtre.
Chaque région 32a, 32b, 32c est constituée de boîtes quantiques. Les boîtes quantiques de chaque région sont fixées ensemble et à la couche 14, par exemple par une résine, ou une matrice. De préférence, chaque région 32a, 32b, 32c comprend seulement les boîtes quantiques et la résine. Les boîtes quantiques de chacune des régions 32a, 32b, 32c sont de préférence identiques. Les boîtes quantiques de chacune des régions 32a, 32b, 32c sont de préférence différentes des boîtes quantiques des autres régions 32a, 32b, 32c. Par conséquent, la taille et/ou la composition des boîtes quantiques de chacune des régions 32a, 32b, 32c sont de préférence différentes de la taille et/ou la composition des boîtes quantiques des autres régions 32a, 32b, 32c.
Chaque région 32a, 32b et 32c est configurée pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement du pixel correspondant 11a, 11b, 11c. Les régions 32a sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L1. Les régions 32b sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L2. Les régions 32c sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L3.
La région 32a est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L1, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C0 de la , si la longueur d'onde L1 est égale à 950 nm. De préférence, la région 32a est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L1. Selon une variante, la région 32a est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L1 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L1 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L1, ici la courbe C0, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C3 à C13.
De façon similaire, la région 32b est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L2, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C2 de la , si la longueur d'onde L2 est égale à 1200 nm. De préférence, la région 32b est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L2. Selon une variante, la région 32b est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L2 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L2 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L2, ici la courbe C2, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C7 à C13.
De façon similaire, la région 32c est par exemple constituée de boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L3, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C5 de la , si la longueur d'onde L3 est égale à 1450 nm. De préférence, la région 32c est constituée de boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L3. Selon une variante, la région 32c est constituée de boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L3 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L3 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L3, ici la courbe C5, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C11 à C13.
Chaque région 32a, 32b et 32c s'étend depuis la couche 20, plus précisément depuis la surface inférieure de la couche 20, jusqu'à la couche 14 et aux vias 16, plus précisément jusqu'à la surface supérieure de la couche 14 et des vias 16. Chacune des régions 32a, 32b, 32c est en contact avec un via 16, de préférence avec un seul via 16. Chacune des régions 32a, 32b, 32c est en contact avec le via 16 du pixel dans lequel la région 32a, 32b, 32c est située.
De préférence, les régions 32a, 32b et 32c sont adjacentes et en contact les unes avec les autres. De préférence, les régions 32a, 32b et 32c sont dans une même couche 34 comprenant seulement des régions à base de boîtes quantiques.
La représente un autre mode de réalisation d'un imageur multi-spectral 50.
L'imageur 50 comprend les éléments de l'imageur 10 de la . Ces éléments ne seront pas décrits de nouveau. L'imageur 50 diffère de l'imageur 10 de la en ce que la couche 18 est remplacée par une couche à base de boîtes quantiques 52.
Comme la couche 18, la couche 52 s'étend depuis la couche 20 jusqu'à la couche 14 et jusqu'aux vias 16. La couche 52 est de préférence en contact avec les vias 16. La couche 52 est de préférence en contact avec les vias 16.
La couche 52 est constituée de boîtes quantiques. De préférence, les boîtes quantiques de chaque région sont fixées ensemble et à la couche 14 par une résine, ou une matrice. De préférence, la couche 52 comprend seulement les boîtes quantiques et la résine.
La couche 52 comprend plusieurs types de boîtes quantiques. La couche 52 comprend de préférence autant de types de boîtes quantiques qu'il y a de longueurs d'onde de fonctionnement de l'imageur 50. Dans l'exemple de la , l'imageur a trois longueurs d'ondes de fonctionnement. La couche 52 comprend des boîtes quantiques 54a (représentées par des cercles autour d'une croix), configurées pour produire des charges électriques en présence de l'incidence de photons de la longueur d'onde de fonctionnement L1. La couche 52 comprend des boîtes quantiques 54b (représentées par des cercles vides), configurées pour produire des charges électriques en présence de l'incidence de photons de la longueur d'onde de fonctionnement L2. La couche 52 comprend des boîtes quantiques 54c (représentées par des cercles autour de deux segments parallèles), configurées pour produire des charges électriques en présence de l'incidence de photons de la longueur d'onde de fonctionnement L3.
Les boîtes quantiques 54a, 54b et 54c sont de préférence différentes les unes des autres. Par conséquent, la taille et/ou la composition des boîtes quantiques 54a, 54b et 54c sont de préférence différentes de la taille et/ou de la composition des autres types de boîtes quantiques.
Chaque type de boîtes quantiques 54a, 54b, 54c est configuré pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement du pixel correspondant 11a, 11b, 11c. Les boîtes quantiques 54a sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L1. Les boîtes quantiques 54b sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L2. Les boîtes quantiques 54c sont configurées pour produire des charges électriques pendant la réception d'une lumière ayant la longueur d'onde de fonctionnement L3.
Les boîtes quantiques 54a sont par exemple des boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L1, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C0 de la , si la longueur d'onde L1 est égale à 950 nm. De préférence, les boîtes quantiques 54a sont des boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L1. Selon une variante, les boîtes quantiques 54a sont des boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L1 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L1 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L1, ici la courbe C0, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C3 à C13.
De façon similaire, les boîtes quantiques 54b sont par exemple des boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L2, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C2 de la , si la longueur d'onde L2 est égale à 1200 nm. De préférence, les boîtes quantiques 54b sont des boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L2. Selon une variante, les boîtes quantiques 54b sont des boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L2 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L2 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L2, ici la courbe C2, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C7 à C13.
De façon similaire, les boîtes quantiques 54c sont par exemple des boîtes quantiques ayant la courbe préférée pour la génération de charges à la longueur d'onde L3, en d'autres mots, les boîtes quantiques correspondant à la courbe C5 de la , si la longueur d'onde L3 est égale à 1450 nm. De préférence, les boîtes quantiques 54c sont des boîtes quantiques dont la courbe d'absorption a un maximum, par exemple un maximum local à la longueur d'onde L3. Selon une variante, les boîtes quantiques 54c sont des boîtes quantiques ayant une absorption pour la longueur d'onde L3 supérieure à l'absorption pour la longueur d'onde L3 des boîtes quantiques correspondant à la courbe préférée pour la longueur d'onde L3, ici la courbe C5, par exemple les boîtes quantiques correspondant à l'une quelconque des courbes C11 à C13.
La répartition des boîtes quantiques est par exemple aléatoire. Chaque pixel 11a, 11b, 11c comprend des boîtes quantiques 54a, 54b et 54c. La répartition des boîtes quantiques est par exemple homogène dans tous les pixels. En d'autres mots, la concentration des boîtes quantiques d'un type quelconque est par exemple sensiblement identique dans tous les pixels 11a, 11b, 11c. En d'autres mots, la proportion de boîtes quantiques 54a est par exemple sensiblement identique dans les pixels 11a, dans lesquels les boîtes quantiques 54a génèrent des charges, et dans les pixels 11b et 11c, dans lesquels les boîtes quantiques 54a ne génèrent pas de charges. De façon similaire, la proportion de boîtes quantiques 54b est par exemple sensiblement identique dans les pixels 11b, dans lesquels les boîtes quantiques 54b génèrent des charges, et dans les pixels 11a et 11c, dans lesquels les boîtes quantiques 54b ne génèrent pas de charges. De façon similaire, la proportion de boîtes quantiques 54c est par exemple sensiblement identique dans les pixels 11c, dans lesquels les boîtes quantiques 54c génèrent des charges, et dans les pixels 11a et 11b, dans lesquels les boîtes quantiques 54c ne génèrent pas de charges.
Dans un même pixel, les concentrations des boîtes quantiques 54a, 54b et 54c peuvent être identiques. Selon une variante, les concentrations des boîtes quantiques 54a, 54b et 54c peuvent être différentes.
La représente un mode de réalisation d'un filtre spectral 60. Le filtre 60 peut, par exemple, être utilisé dans les modes de réalisation des figures 2 à 5, à la place de la couche 24 des filtres 22a, 22b et 22c. Selon une variante, le filtre peut être utilisé sur un quelconque type de photo-détecteur, par exemple un photo-détecteur à base de silicium.
Le filtre 60 comprend des régions à base de boîtes quantiques de préférence au moins une région à base de boîtes quantiques. En , le filtre 60 comprend trois régions 62a, 62b et 62c. Le filtre 60 comprend au moins un type de régions. Dans l'exemple de la , les régions 62a, 62b et 62c correspondent à trois types de régions. Chaque type de régions correspond à une longueur d'onde ou à une plage de longueurs d'onde. En d'autres mots, chaque type de régions est configuré pour transmettre une longueur d'onde ou une plage de longueurs d'onde. Par exemple, la région 62a, ainsi que les régions du même type que la région 62a, sont par exemple configurées pour transmettre une lumière ayant la longueur d'onde L1. De façon similaire, la région 62b, ainsi que les régions du même type que la région 62b, sont par exemple configurées pour transmettre une lumière ayant la longueur d'onde L2. De façon similaire, la région 62c, ainsi que les régions du même type que la région 62c, sont par exemple configurées pour transmettre une lumière ayant la longueur d'onde L3.
Chaque région 62a, 62b, 62c est par exemple associée à un pixel, par exemple à un seul pixel. Chaque région 62a, 62b, 62c est par exemple située en regard de la partie du pixel générant les charges. Chaque région est par exemple située entre la source de lumière et ladite partie.
Chaque pixel 11a comprend une région 62a. Chaque pixel 11b comprend une région 62b. Chaque pixel 11c comprend une région 62c. Chaque région 62a, 62b, 62c s'étend par exemple en regard d'au moins toute la partie du pixel générant les charges.
Chaque région 62a, 62b, 62c est constituée de boîtes quantiques. Les boîtes quantiques de chaque région sont fixées ensemble, par exemple par une résine, ou une matrice. De préférence, chaque région 62a, 62b, 62c comprend seulement les boîtes quantiques et la résine. Les boîtes quantiques de chaque région 62a, 62b, 62c sont de préférence identiques. Les boîtes quantiques de chaque région 62a, 62b, 62c sont de préférence différentes des boîtes quantiques des autres types de région 62a, 62b, 62c. Par conséquent, la taille et/ou la composition des boîtes quantiques de chacune des régions 62a, 62b, 62c sont de préférence différentes de la taille et/ou de la composition des boîtes quantiques des autres région 62a, 62b, 62c.
Les différentes régions 62a, 62b, 62c sont par exemple séparées les unes des autres par des murs 64. Les murs 64 sont par exemple opaques, de préférence opaques à toutes les longueurs d'onde.
Dans un mode de réalisation dans lequel chaque région 62a, 62b, 62c est par exemple configurée pour laisser une plage de longueurs d'onde, ladite plage est par exemple la plage D3 de la courbe d'absorption de la pour les boîtes quantiques de la région. Dans ce cas, pour un pixel ayant une région de filtre 62a, 62b, 62c en boîtes quantiques d'une taille donnée et d'une composition donnée, la tension mesurée entre les électrodes est représentative de la quantité de lumière ayant une longueur d'onde supérieure à la longueur d'onde correspondant au maximum A2.
Pour obtenir une tension représentant une plage spécifique de longueurs d'onde, l'imageur comprend par exemple un premier pixel générant une tension représentant la lumière ayant une longueur d'onde supérieure à la valeur la plus faible de la plage spécifique, un deuxième pixel générant une tension représentant la lumière ayant une longueur d'onde supérieure à la valeur la plus élevée de la plage spécifique et un circuit configuré pour soustraire la tension générée par un deuxième pixel à la tension générée par le premier pixel. Par exemple, le premier pixel comprend une région de filtre constituée de boîtes quantiques ayant une valeur d'absorption maximale A2, comme cela a été défini en relation avec la , sensiblement égale à la valeur la plus faible de la plage spécifique. Par exemple, le deuxième pixel comprend une région de filtre constituée de boîtes quantiques ayant une valeur d'absorption maximale A2, comme cela a été défini en relation avec la , sensiblement égale à la valeur la plus élevée de la plage spécifique.
Un avantage des modes de réalisation décrits est qu'ils peuvent mesurer la quantité de lumière dans une large plage de longueurs d'onde, dans la mesure où il est possible de trouver des boîtes quantiques ayant une absorption élevée dans une large plage de longueurs d'onde.
Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. En particulier, bien que les modes de réalisation aient été décrits pour un imageur ayant trois longueurs d'onde de fonctionnement, l'image peut avoir un nombre quelconque de longueurs d'onde.
Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus.

Claims (15)

  1. Dispositif (10, 30, 40, 50) pour un imageur multispectral, comprenant une première couche (18, 18’, 34, 52) constituée de boîtes quantiques et au moins deux régions de filtre (24, 62a, 62b, 62c) reposant sur la première couche, les au moins deux régions de filtre étant configurées pour transmettre des longueurs d’onde distinctes (L1, L2, L3), la première couche étant configurée pour générer des charges pendant la réception desdites longueurs d’onde.
  2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'imageur comprend au moins deux pixels (11a, 11b, 11c), chaque pixel comprenant au moins une partie d’une région de filtre (24, 62a, 62b, 62c) et une partie de la première couche (18, 18’, 34, 52).
  3. Dispositif selon la revendication 2, dans lequel la première couche (18, 18’, 34, 52) est partagée par tous les pixels (11a, 11b, 11c).
  4. Dispositif selon la revendication 2 ou 3, dans lequel l'imageur comprend une deuxième couche isolante (14) et des vias (16) s’étendant à travers la deuxième couche isolante, la partie de la première couche de chaque pixel (11a, 11b, 11c) reposant sur un via.
  5. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la première couche (18, 18’, 34, 52) comprend autant de types de boîtes quantiques qu’il y a de longueurs d’onde distinctes, chaque type de boîtes quantiques étant capable de générer des charges pendant la réception de lumière ayant une desdites longueurs d’onde.
  6. Dispositif selon la revendication 5, dans lequel les différents types de boîtes quantiques sont mélangés ensemble dans la première couche (52).
  7. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les boîtes quantiques de la première couche (18) sont sensiblement identiques et sont capables de générer des charges pendant la réception de lumière ayant toutes les longueurs d’onde distinctes (L1, L2, L3).
  8. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la première couche (18’) est un empilement de troisièmes couches (18a, 18b, 18c), au moins deux troisièmes couches étant configurées pour générer des charges pendant la réception de différentes longueurs d’onde parmi les longueurs d’onde distinctes (L1, L2, L3).
  9. Dispositif selon la revendication 3 et 8, dans lequel chaque pixel (11a, 11b, 11c) comprend une partie de chaque troisième couche de la première couche (18’).
  10. Dispositif selon l’une quelconque des revendications 7 à 9, dans leur rattachement à au moins la revendication 2, dans lequel les parties de la première couche (18, 18') dans chaque pixel (11a, 11b, 11c) sont identiques.
  11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans leur rattachement à au moins la revendication 2, dans lequel la partie de la première couche (34) dans chaque pixel est une région (32a, 32b, 32c) configurée pour générer des charges pendant la réception de la longueur d'onde transmise par les régions de filtre (22a, 22b, 22c) du pixel (11a, 11b, 11c).
  12. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel les régions de filtre (22a, 22b, 22c) sont constitués de boîtes quantiques.
  13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel les filtres (22a, 22b, 22c) sont dans une même quatrième couche (24).
  14. Dispositif selon la revendication 13, dans lequel la quatrième couche (24) de filtres (22a, 22b, 22c) est séparée de la première couche (18, 18', 34, 52) par une cinquième couche métallique.
  15. Imageur multi-spectral comprenant un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 14.
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