WO2015004235A1 - Photodetecteur semi-transparent a jonction p-n structuree - Google Patents

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Pierre Gidon
Salim Boutami
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Definitions

  • the invention relates to the field of photodetectors, in particular that of semi-transparent photodetectors.
  • the invention also relates to the field of image sensors as well as that of photovoltaic devices using such photodetectors.
  • a photodetector is called semi-transparent when it passes through a portion of the light received by the photodetector and converts another portion of the received light into an electrical signal. The conversion of the received light into an electrical signal produced by the photodetector is proportional to the absorption of light by the photodetector.
  • a semi-transparent photodetector is generally formed of a stack of at least two layers of semiconductor material, forming a photodiode through a metallurgical junction (pn junction) made between the semiconductor materials. These layers of semiconductor material are arranged between electrodes, generally transparent.
  • the semiconductor materials have a certain light absorption coefficient, there is a range of thicknesses of the semiconductor material layers for which part of the light passes through the photodetector, another part of the light. being absorbed by the photodetector and the rest of the light being reflected.
  • this type semi-trapsparent photodetector is made such that it is the least reflective possible. The portion of the light that is absorbed will generate charges in the semiconductor materials. The metallurgical junction will then generate an electric field in an area of these semiconductor materials. This electric field will be able to separate the charges created by the absorption of light, and an electric potential or an electric current will then be obtained at the output of the semi-transparent photodetector.
  • FIG. 1 schematically represents a part of a pixel of an image sensor 10 comprising three semi-transparent photodetectors 14, 16 and 18 superimposed one above the other and arranged above an integrated circuit 20 of pixel reading ("above IC" arrangement) made for example of crystalline silicon.
  • Each of the semi-transparent photodetectors 14, 16 and 18 is intended to detect one of the blue, green or red colors of the light received by the pixel.
  • the first semi-transparent photodetector 14 is disposed at the top of the pixel and comprises two layers 22 and 24 of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) respectively doped p and n.
  • the doping level of the layer 22 is greater than that of the layer 24.
  • These two layers 22 and 24 are arranged between a first electrode 26 and a second electrode 28, both transparent and composed of ITO (indium oxide and tin).
  • the upper electrode 26 here forms the layer through which the light received by the pixel of the image sensor 10 enters.
  • the second semi-transparent photodetector 16 disposed under the first semi-transparent photodetector 14 also comprises two layers 30 and 32 of silicon hydrogenated amorphous respectively doped p and n.
  • the third semi-transparent photodetector 18, arranged between the second semi-transparent photodetector 16 and the integrated circuit 20, comprises two layers 36 and 38 of hydrogenated amorphous silicon respectively doped p and n. These two layers 36 and 38 are disposed between the third electrode 34 which is common to the two semi-transparent photodetectors 16 and 18, and a fourth transparent electrode 40 disposed above the integrated circuit 20.
  • the thicknesses of the different semiconductor layers are adapted as a function of the wavelengths intended to be absorbed by the photodetector and those intended to pass through the photodetector without being absorbed.
  • the total thickness of the semiconductor within each photodetector, determining the absorbed and transmitted wavelength ranges, is adapted via the choice of the thickness of the least doped semiconductor layer (layers 24, 32 and 38).
  • the thickness of the semiconductor layer 24 is adapted so that the first semi-transparent photodetector 14 absorbs most of the wavelengths corresponding to the blue color and is as transparent as possible at the wavelengths corresponding to the colors. red and green.
  • the thickness of the semiconductor layer 32 is adapted so that the second semi-transparent photodetector 16, which receives the light having passed through the first semi-transparent photodetector 14, absorbs most of the wavelengths corresponding to the green and either as transparent as possible at wavelengths corresponding to red (the wavelengths corresponding to blue that arrive in the second semi-transparent photodetector 16 are virtually non-existent because of the absorption carried out upstream by the first semi-transparent photodetector; transparent 14).
  • the thickness of the semiconductor layer 38 is adapted so that the third semi-transparent photodetector 18, which receives substantially only wavelengths corresponding to the red color, absorbs these wavelengths.
  • the remaining red light having passed through the three semitransparent photodetectors 14, 16 and 18 may optionally make a second passage through these photodetectors through light reflection performed on the integrated circuit 20 and its electrical interconnections.
  • the thickness of the n-doped hydrogenated amorphous silicon layer 24 of the first semitransparent photodetector 14 is smaller than that of the n-doped hydrogenated amorphous silicon layer 32 of the second semitransparent photodetector 16, itself lower than that of the layer 38 of n-doped hydrogenated amorphous silicon of the third semi-transparent photodetector 18.
  • the layer 24 has for example a thickness equal to about 15 nm
  • the layer 32 has for example a thickness equal to about 100 nm
  • the layer 38 has a thickness of about 300 nm, these values being able to be calculated from the values of the absorption coefficient of the materials of these layers as a function of the wavelength to be absorbed.
  • FIG. 2 Two pixels, referenced 42a and 42b, of the image sensor 10 are shown diagrammatically in perspective in FIG. 2. Each of these pixels comprises three semi-transparent photodetectors similar to semitransparent photodetectors 14, 16 and 18 previously described in connection with FIG. FIG. 1.
  • the two semiconductor layers forming the pn junction of the photodetector are represented in the form of a single layer of material, referenced 45.
  • ITO 43 forming the electrodes are discontinuous, or interrupted, from one pixel to another, thus electrically isolating the pixels from each other, while the semiconductor layers 45 disposed between the electrodes 43 are continuous and common from one pixel to another.
  • the electrodes 43 of the semi-transparent photodetectors are electrically connected to the integrated circuit 20 by conductive vias 44 passing through all the semiconductor layers.
  • the semi-transparent photodetectors of the pixels are covered by a passivation layer 46 transparent and planarized.
  • a first difficulty in producing such semi-transparent photodetectors, and in particular that of a semi-transparent photodetector intended to absorb short wavelengths such as the first semi-transparent photodetector 14, comes from the fact that it is necessary to realize semiconductor layers sufficiently thin to absorb only the desired wavelengths (corresponding for example to the blue color which has a high absorption coefficient) and let the other wavelengths which have coefficients of lower absorption, while maintaining a semiconductor thickness sufficient to achieve the collection of electrical charges.
  • the first semi-transparent photodetector 14 it is generally desired to have a total semiconductor thickness of less than about 15 nm. However, such a small thickness of semiconductor can degrade the electrical behavior of the semiconductor material.
  • An object of the present invention is to provide a semi-transparent photodetector for which the production constraints related to the thickness of its semiconductor layers are reduced, and to easily adjust, at the time of the design of the photodetector, the spectrum of wavelengths absorbed and converted by the photodetector and the wavelength spectrum transmitted without being absorbed by the photodetector.
  • a photodetector comprising at least:
  • a first p-doped semiconductor layer and a second n-doped semiconductor layer together forming a pn junction able to be traversed by a first portion of the wavelengths of a light received by the photodetector and to absorb and converting a second portion of the wavelengths of said light into an electrical signal;
  • the dielectric material surrounds several semiconductor portions disjoined from each other, each formed by a portion of the first semiconductor layer and a portion of the second semiconductor layer and such that, in a plane parallel to a first face of the first semiconductor layer disposed opposite the second semiconductor layer, an average distance between the centers of two adjacent semiconductor portions is less than at the smallest wavelength among those of the first part and the second part of the wavelengths, or
  • the dielectric material forms a plurality of dielectric portions disjoined from each other, surrounded by the semiconductors of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and such that, in said plane, a mean distance between the centers of two adjacent dielectric portions are smaller than the smallest wavelength among those of the first portion and the second portion of the wavelengths.
  • the present invention proposes a photodetection device of a range of wavelengths intended to be received by the photodetection device, comprising a plurality of superimposed photodetectors, in which a first of the photodetectors is capable of absorbing and photoelectrically converting a first part. of the range of wavelengths and to be traversed by wavelengths of the range other than those of the first part, and in which a second of the photodetectors is able to absorb and photoelectrically convert a second part, to less partially different from the first part of the range of wavelengths and to be traversed by wavelengths of the range other than those of the second part,
  • each of the photodetectors comprising at least:
  • first and second doped semiconductor layers together forming a p-n junction
  • a transparent dielectric material with respect to at least the wavelengths intended to pass through said photodetector, and passing through at least the first and second semiconductor layers;
  • each of the photodetectors being such that:
  • the dielectric material surrounds several semiconductor portions disjoined from each other, each formed by a portion of the first and second semiconductor layers, or the dielectric material forms several dielectric portions disjoined from each other, surrounded by semiconductors; conductors of the first and second semiconductor layers, in a plane parallel to a first face of the first semiconductor layer arranged opposite the second semiconductor layer, an average distance d between the centers of two adjacent semiconductor portions or between the centers of two portions; adjacent dielectric is such that d ⁇ m in A, with at least corresponding to the smallest wavelength of the range of wavelengths.
  • the electronic and optical properties of the photodetector structure are modified, which makes it possible to parameterize the length ranges of waves absorbed and transmitted by the photodetector via the choice of characteristics (shape, dimensions, pitch, etc.) of these semiconductor or dielectric portions.
  • a photodetector structure it is therefore possible to produce, for example, a semi-transparent photodetector capable of absorbing wavelengths corresponding to blue from semiconductor layers whose total thickness is greater than about 15 nm, and for example between about 20 nm and 60 nm.
  • Such a photodetector may be used to produce trichromatic image sensors, three-dimensional image sensors, spectrometric image sensors, or glazed solar cells or shading sensors arranged on display screens or screens.
  • feedback sensors (regulation) arranged on light sources or even a combination of these different functions.
  • a photodetector may be able to absorb and photoelectrically convert part of the wavelength range, for example when the absorption made by the photodetector for this part of the wavelength range is greater than the transmission and reflection of this part of the wavelength range.
  • a photodetector may be adapted to be traversed by wavelengths of the range other than those of the absorbed portion when the absorption achieved by the photodetector for these wavelengths is less important than the transmission and / or reflection of these wavelengths.
  • the photodetection device thus has a multispectral operation thanks to the semi-transparent photodetector which absorbs portions at least partially different from the range of wavelengths received.
  • Each of the semiconductor portions or each of the dielectric portions of one or each of the photodetectors may comprise a section, in said plane, in the form of a rectangle or disk or triangle. It is also possible that the semiconductor portions or the dielectric portions of one or each of the photodetectors have sections of different shapes and / or sizes.
  • the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer of one or each of the photodetectors may comprise amorphous silicon, for example hydrogenated silicon. It is also possible that the first semiconductor layer and / or the second semiconductor layer of one or each of the photodetectors comprise an amorphous semiconductor other than silicon, for example germanium, SiGe, selenium, InSe on amorphous Sn0 2 , a polymer, or a crystalline semiconductor, or a material combining several of these elements.
  • the photodetector or each of the photodetectors may further comprise at least one first electrode electrically connected to the first semiconductor layer, and at least one second electrode electrically connected to the second semiconductor layer.
  • the first electrode may comprise a first layer of electrically conductive and transparent material to at least the first portion and the second portion of the wavelengths, or at least the range of wavelengths, disposed against a second face of the first semiconductor layer opposite to said first face and / or the second electrode may comprise a second layer of electrically conductive material and transparent with respect to at least the first portion and the second portion of the wavelengths, or at least the range wavelength, arranged against the second semiconductor layer such that the second semiconductor layer is disposed between the second layer of electrically conductive material and the first layer of semiconductor material.
  • the dielectric material may pass through a portion of the first electrode and / or a portion of the second electrode.
  • the semiconductor portions or the dielectric portions may be arranged next to each other in a pattern repeated periodically in said plane.
  • the semiconductor portions or the dielectric portions may be regularly arranged next to one another, for example with a pitch smaller than said smaller wavelength.
  • all semiconductor or dielectric material portions may have substantially similar dimensions and / or substantially similar shapes.
  • the distances between the centers of two adjacent semiconductor portions or of two adjacent dielectric portions may be substantially similar between all the semiconductor portions or all the dielectric portions. In variants, these distances may vary within the or each of the photodetectors.
  • the semiconductor portions or the dielectric portions may be arranged next to each other in a pattern having several circles of different diameters.
  • One or each of the photodetectors may further comprise at least one third intrinsic semiconductor layer disposed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, the dielectric material passing through the third semiconductor layer intrinsic.
  • additional transparent or weakly absorbing layers may be disposed between the electrodes and the semiconductor layers in order to reduce potential barrier phenomena at the interfaces between the different materials, and thus facilitate the passage semiconductor charges to the electrodes.
  • said dielectric material may be transparent with respect to said first portion of the wavelengths or wavelength range, thereby reducing the optical losses of the or photodetectors.
  • the distance d can be such
  • the photodetectors do not form, with respect to the wavelengths received, a medium of homogeneous index.
  • the semiconductors of the first and second layers of each of the photodetectors may be of the same nature.
  • the optical absorption and transmission properties of the photodetectors are parameterized by changing the absorbent material but by adapting the geometric properties (shape, dimensions, thickness, period) of the semiconductor or dielectric material portions.
  • an image sensor comprising a matrix of pixels disposed above an integrated pixel reading circuit, in which each pixel comprises at least two semi-transparent photodetectors arranged one above the other. other and such that at least one of the two semi-transparent photodetectors corresponds to a photodetector as described above.
  • the invention also relates to an image sensor comprising a matrix of pixels disposed above an integrated pixel reading circuit, in which each pixel comprises at least one photodetection device according to the invention.
  • the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, the dielectric material and at least one of a first and a second electrode of two semi-transparent photodetectors arranged next to the other and forming part of two different pixels can be electrically insulated from each other by at least a portion of dielectric material disposed between the two pixels.
  • photovoltaic device comprising a transparent substrate on which are arranged photodetectors as described above and electrically connected to each other.
  • the invention further relates to a photovoltaic device comprising a transparent substrate on which are arranged photodetection devices according to the invention and electrically connected to each other.
  • etching and deposition steps are performed such that the dielectric material forms a plurality of dielectric portions disjoined from each other, surrounded by the semiconductors of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and such that, in said plane, an average distance between the centers of two adjacent dielectric portions is less than the smallest wavelength among those of the first portion and the second portion of the wavelengths.
  • the present invention also relates to a method for producing a photodetection device of a range of wavelengths intended to be received by the photodetection device, comprising the production of a plurality of superimposed photodetectors, in which a first photodetector is suitable to absorb and photoelectrically convert a first part of the wavelength range and to be traversed by wavelengths of the range other than those of the first part, and in which a second of the photodetectors is able to absorb and photo-electrically converting a second portion, at least partially different from the first portion, of the range of wavelengths and being traversed by wavelengths of the range other than those of the second portion, wherein the realization of each of the photodetectors comprises at least the implementation of the following steps:
  • an average distance d between the centers of two adjacent semiconductor portions or between the centers of two adjacent dielectric portions are such that d ⁇ X mm , with X mm corresponding to the smallest wavelength in the wavelength range.
  • FIG. 1 schematically represents a pixel of an image sensor comprising semitransparent photodetectors according to the prior art
  • FIG. 2 diagrammatically represents a portion of an image sensor comprising a plurality of photodetectors according to the prior art
  • FIG. 3 schematically shows a photodetector object of the present invention, according to a first embodiment
  • FIGS. 4A to 4C show schematically examples of semiconductor portions made in a photodetector, object of the present invention
  • FIG. 5 represents absorption, transmission and reflection spectra of a semi-transparent photodetector according to the prior art
  • FIG. 6 represents absorption, transparency and reflection spectra obtained with a semi-transparent photodetector, object of the present invention
  • FIGS. 7A and 7B schematically represent examples of semiconductor portions made in a photodetector, object of the present invention
  • FIG. 8 schematically shows a photodetector object of the present invention, according to a second embodiment
  • FIG. 9 schematically represents an image sensor, object of the present invention, comprising photodetectors also according to the invention.
  • FIG. 10 schematically represents a photovoltaic device, object of the present invention, comprising photodetectors also according to the invention
  • FIG. 11 represents absorption, transparency and reflection spectra obtained with a semi-transparent photodetector, object of the present invention
  • FIG. 12 schematically represents two semi-transparent photodetectors, object of the present invention, isolated from each other;
  • FIG. 13 schematically shows a device comprising semi-transparent photodetectors, objects of the present invention, realizing a light intensity measurement
  • FIGS. 14A and 14B show schematically a semi-transparent photodetector, object of the present invention, according to a third embodiment
  • FIG. 14C schematically represents an array of photodetectors comprising a plurality of semi-transparent photodetectors, object of the present invention, according to the third embodiment
  • FIGS. 15A to 15D schematically represent steps of an exemplary method for producing a semi-transparent photodetector, object of the present invention.
  • Identical, similar or equivalent parts of the different figures described below bear the same numerical references so as to facilitate the passage from one figure to another.
  • FIG. 3 schematically represents a semi-transparent photodetector 100 according to a first embodiment.
  • the photodetector 100 comprises two layers 102 and 104 of semiconductor, here hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H), respectively doped p and n, together forming a pn junction of the photodetector 100.
  • the doping level of the p-doped layer 102 is greater than that of the n-doped layer 104, these doping levels being such that the pn junction formed by these two layers can convert part of the received light into electrical energy.
  • These two layers 102 and 104 are disposed between a first electrode 106 and a second transparent electrode 108, both comprising ⁇ .
  • the first electrode 106 here forms the electrode by which enters the light received by the photodetector 100.
  • the photodetector 100 is semi-transparent because it is able to pass a first portion of the wavelengths of the light received and to convert a second portion of the wavelengths of this light.
  • the electrodes 106 and 108 are transparent with respect to at least this first portion and this second portion of the wavelengths.
  • the semiconductor layers 102 and 104 are periodically structured with dielectric material 109, for example silica.
  • This dielectric material is chosen such that it is at least transparent with respect to the wavelengths intended to be absorbed and converted electrically by the photodetector 100, and of Also preferably vis-à-vis the wavelengths for passing through the photodetector 100 so that the dielectric material does not generate light losses.
  • This dielectric material 109 traverses the entire thickness (dimension along the Z axis shown in FIG. 3) of the semiconductor layers 102 and 104.
  • the layers 102 and 104 are therefore discontinuous. In the example of FIG. 3, the thickness of the dielectric material 109 is equal to the sum of the thicknesses of the semiconductor layers 102 and 104.
  • the structuring of the layers 102 and 104 is such that the remaining portions of the layers 102 and 104 form semiconductor portions 110 disjoined from each other and surrounded by the dielectric material 109.
  • Each of these semiconductor portions 110 is formed by a part of the layer 102 and a portion of the layer 104.
  • the portions 110 thus form a regular tiling of semiconductor materials.
  • FIGS. 4A to 4C show sectional views, parallel to a plane (X, Y) parallel to the faces of the layers 102 and 104 in contact with one another, of examples of semiconductor portions 110.
  • the section of each semiconductor portion 110, in the plane (X, Y), is in FIG. 4A, of rectangular or square shape, in the disk-shaped FIG 4B, and in FIG. 4C of triangular shape.
  • the sections of the portions 110 may also be of different shapes of these examples, for example of oval or polygonal shape or any other shape.
  • the dimension referenced "p" in each of these figures corresponds to the repetition step of the portions 110, that is to say the distance separating the centers of two adjacent portions 110.
  • This pitch “p” is such that it is smaller than the smallest wavelength among those of the first part and the second part of the wavelengths, that is to say less than the shortest length among those intended to pass through the photodetector and those intended to be absorbed and converted by the photodetector.
  • this pitch “p” is advantageously between about 100 nm and 350 nm for lights of wavelength greater than about 400 nm.
  • the semiconductor portions 110 may be regularly arranged next to one another (as is the case in the examples represented in FIGS. 4A to 4C), the pitch "p" being in this case substantially constant between all the semiconductor portions 110 of the photodetector 100.
  • the pitch "p" is not constant for the all of the photodetector 100, and therefore that the distances between the centers of two adjacent semiconductor portions 110 are not constant between the different portions 110 of the photodetector 100.
  • the Semiconductor portions are made such that an average distance between the centers of two adjacent semiconductor portions is less than the smallest wavelength among those of the first portion and the second portion of the wavelengths.
  • the dimensions of the semiconductor portions 110 can be substantially constant for all the semiconductor portions 110 of the photodetector 100 (as in the examples of FIGS. 4A-4C) or not.
  • the dimensions of the semiconductor portions 110 in the (X, Y) plane can vary from about 20% to about 80% of the pitch p depending on the locations of the semiconductor portions 110 and the intended application.
  • the shapes of the semiconductor portions 110 may be substantially similar for all the semiconductor portions 110 of the photodetector 100 (as in the examples of Figures 4A-4C) or not.
  • the curves 112, 114 and 116 shown in FIG. 5 respectively represent the absorption, transmission and reflection spectra (that is to say the values of the absorption, transmission and reflection coefficients, as a function of the wavelength) of a semitransparent photodetector of the prior art similar to the photodetectors of the previously described image sensor 10 and comprising solid layers, that is to say layers unstructured by dielectric material, amorphous silicon and of total thickness (sum of the thicknesses of the semiconductor layers of the photodetector) equal to about 40 nm.
  • the photodetector 100 comprising layers of hydrogenated amorphous silicon whose total thickness (sum of the thicknesses of the layers 102 and 104 ) is equal to about 50 nm, and structured by Si0 2 surrounding semi- conductors 110 of square sections (sections considered in the plane (X, Y)) regularly spaced by a pitch p (along the X axis and the Y axis) equal to about 300 nm and of dimension equal to about 200 nm, this dimension corresponding to the length of one of the sides of the square sections.
  • the photodetector 100 exhibits a higher value absorption coefficient at long wavelengths (for example at around 600 nm) than that of the photodetector of the prior art and of lower value at short lengths. of waves (for example at about 400 nm) than that of the photodetector of the prior art.
  • the nano-structuring of the semiconductor layers of the photodetector 100 by the transparent dielectric material forming the semiconductor portions 110 thus offers a greater freedom of realization and a better compromise with regard to absorption, transmission and reflection.
  • photodetector and makes it possible to use, for given optical properties (absorption, reflection, transmission), thicker semiconductor layers thanks to the structuring of these layers by the dielectric material, while retaining its electrical characteristics and optics.
  • the resulting spectra define transmission (and reflection) peaks by resonance of the waves. If the tiling made by the semiconductor portions 110 is chosen less periodic, then the resonance peaks obtained are wider and the absorption, reflection and transmission spectra are smooth, that is to say, varies less in function of the wavelength.
  • the semiconductor portions 110 are made such that the average distance between the centers of two adjacent semiconductor portions is less than the smallest wavelength among those of the first part and the second part of the lengths. wave.
  • FIG. 7A represents an exemplary embodiment of semiconductor portions 110 having different dimensions in the (X, Y) plane.
  • some portions 110a have dimensions (diameter) greater than those of other portions 110b, the portions 110a and 110b being formed by portions of the semiconductor layers of a same photodetector.
  • the distances between the centers of the different adjacent semiconductor portions 110 are substantially constant for the entire photodetector.
  • the portions 110 it is possible for the portions 110 to form blocks (referenced 124a, 124b, 124c, and 124d in this figure) periodically repeated in the semiconductor layers, but in which the portions 110 have irregularities in size and / or arrangement and / or shape (variations in the dimensions of the sections of the portions 110a and 110b in the example of Figure 7B).
  • the semiconductor portions 110a and 110b of one of the blocks are substantially similar to those in each of the other blocks of the photodetector.
  • this set of parameters to be chosen (dimensions and / or shape and / or arrangement of the transparent dielectric portions within the semiconductor layers of the semi-transparent photodetector), it is possible to vary the spectral response of the photodetector both in absorption in transmission, and therefore also in reflection.
  • the smaller the semiconductor surface within the semitransparent photodetector i.e., the more the ratio between the surface in the (X, Y) plane within the semiconductor layers, semiconductor and the surface of the transparent dielectric portions is small), plus the absorption achieved by the semi-transparent photodetector is low.
  • the repeating pitch of the transparent dielectric portions is also chosen as a function of the semiconductor material used in the photodetector.
  • the repetition pitch of the transparent dielectric portions, or this average distance is advantageously between about 100 nm and 300 nm.
  • the resonance phenomena occurring in the semiconductor as well structured can increase the absorption achieved at levels higher than that of the unstructured material, or on the contrary cancel it.
  • FIG. 8 represents the photodetector 100 according to a second embodiment.
  • the dielectric material 109 of the photodetector 100 shown in FIG. 8 also passes through a portion of the thickness of the transparent electrodes 106 and 108. These discontinuities made in the electrodes 106 and 108 do not interrupt the electrical continuity of the electrodes 106 and 108. In another variant embodiment, it is possible that only one of the electrodes 106 and 108 is partially traversed by the dielectric material 109.
  • the semitransparent photodetector 100 comprises a p-n junction formed by two semiconductor layers 102 and 104 arranged one against the other.
  • an intrinsic semiconductor layer for example intrinsic amorphous silicon
  • each of the semiconductor portions 110 also comprise a part of this intrinsic semiconductor layer.
  • the photodetector 100 it is also possible for the photodetector 100 to comprise another n-doped semiconductor layer, for example comprising a doping level similar to or close to that of the p-doped layer 102, such as the lightly doped layer 104.
  • each of the semiconductor portions 110 is disposed between the layer 102 and this other layer of highly doped semiconductor.
  • each of the semiconductor portions 110 also comprises a part of this n-doped semiconductor layer.
  • layer 102 having a doping level greater than that of layer 104, to be n-doped and layer 104 to be p-doped. In this case, it is possible to add another p-doped semiconductor layer against the layer 104, each of the semiconductor portions 110 then comprising a portion of this highly p-doped semiconductor layer.
  • the portions 110 whose average distance between the centers of two adjacent portions 110 is smaller than the smallest wavelength among the wavelengths that pass through the photodetector and the wavelengths absorbed and converted by the photodetector are not semiconductor portions, but portions of the dielectric material formed through the semiconductor layers.
  • the photodetector 100 comprises in this case the dielectric material which forms several dielectric portions disjoined from each other, surrounded at least by the semiconductors of the first layer 102 and the second layer 104 (and possibly other layers when the photodetector 100 comprises such additional layers) and such that, in said plane, an average distance between the centers of two adjacent dielectric portions is less than the smallest wavelength among those of the first portion and the second portion of the lengths of waves.
  • the dielectric material forms a regular tiling of transparent dielectric material made through the semiconductor layers 102 and 104.
  • the reference 110 used in the previous Figures 3, 4, 7 and 8, as well as in the Following figures described below designates the dielectric portions, and the reference 109 designates the semiconductor materials surrounding the dielectric portions.
  • Each dielectric portion then forms a column of transparent dielectric material made through the layers 102 and 104.
  • the various properties (shape, dimensions, spacing, regular and non, etc.) previously described for the semiconductor portions also apply to such dielectric portions made through the semiconductor layers of the photodetector 100.
  • FIG. 9 represents a pixel of an image sensor 1000 corresponding to a trichromatic sensor.
  • the pixel of the image sensor 1000 comprises a photodetection device 200 formed of several superimposed photodetectors 100, here three semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 superposed one above the other, and arranged above a circuit integrated pixel readout 1002 ("above IC" layout), made for example from a crystalline silicon substrate.
  • the other pixels of the image sensor 1000 are similar to the pixel described here, and are for example arranged next to one another in a manner similar to the sensor of images 10 previously described in connection with Figure 2.
  • Each of the semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 is intended to achieve the detection of the majority of one of the colors blue, green, or red respectively.
  • the semi-transparent photodetectors 100, and thus also the photodetection devices 200 are therefore arranged in large numbers in the form of a matrix of pixels above the integrated circuit 1002.
  • At least one electrode of each semi-transparent photodetector is electrically connected to the integrated circuit 1002 which is for example of the CMOS type, for example by conductive vias as previously described for the image sensor 10 shown in FIG. 2.
  • the integrated circuit 1002 notably contains a addressing, amplification and digital conversion system for extracting (or reading) the electrical information delivered by each of the pixels of the matrix.
  • the first semi-transparent photodetector 100.1 disposed at the top of the pixel comprises two layers 102.1 and 104.1 of hydrogenated amorphous silicon respectively doped n and p, and together forming a pn junction of the first semi-transparent photodetector 100.1. These two layers 102.1 and 104.1 are arranged between a first electrode 106.1 and a second electrode 108.1, both transparent and comprising ⁇ .
  • the upper electrode 106.1 forms the layer through which the light received by the pixel of the image sensor 1000 enters.
  • the second semi-transparent photodetector 100.2 disposed under the first semi-transparent photodetector 100.1 comprises two amorphous silicon layers 102.2 and 104.2.
  • the third semi-transparent photodetector 100.3, disposed between the second photodetector 100.2 and the integrated circuit 1002, comprises two layers 102.3 and 104.3 of hydrogenated amorphous silicon respectively doped n and p, and together forming a pn junction of the third semi-transparent photodetector 100.3.
  • These two layers 102.3 and 104.3 are arranged between the third electrode 108.2 (which is therefore common to both semi-transparent photodetectors 100.2 and 100.3) and a fourth electrode 108.3 also comprising ⁇ and disposed above the integrated circuit 1002.
  • Each of the three semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 also comprise a transparent dielectric material respectively referenced 109.1, 109.2 and 109.3, produced through the semiconductor layers of the semi-transparent photodetectors, and for example similar to the transparent dielectric material 109 previously described.
  • the dielectric materials 109.1, 109.2 and 109.3 surround semiconductor portions 110.1, 110.2 and 110.3 similar to the semiconductor portions 110 previously described.
  • the dielectric material may form, within one or more of the three semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3, dielectric portions disjoined from each other, surrounded by the semiconductors of the first layer and the second semiconductor layer of the photodetector and such that, in said plane, an average distance between the centers of two adjacent dielectric portions is less than the smallest wavelength among those of the first part and the second part of the lengths wave.
  • each photodetector 100.1, 100.2 and 100.3, here corresponding to the p-doped layers 102.1, 102.2 and 102.3 may have substantially similar thicknesses, and preferably less than about 10 nm, or more generally between about 4 nm and 10 nm.
  • one or more of the layers 102.1, 102.2 and 102.3 may be respectively disposed under one or more of the associated layers 104.1, 104.2 or 104.3.
  • the thickness of the n-doped hydrogenated amorphous silicon layer 104.1 of the first semitransparent photodetector 100.1 is smaller than that of the n-doped hydrogenated amorphous silicon layer 104.2 of the second semitransparent photodetector 100.2, itself lower than that of the layer 104.3 of n-doped hydrogenated amorphous silicon of the third semi-transparent photodetector 100.3.
  • the thickness of the layer 104.1 is adapted so that the first photodetector 100.1 absorbs most of the wavelengths of the light received by the pixel which correspond to the blue color (for example between about 400 nm and 500 nm and is predominantly transparent (achieving for example a transmission of about 80%) to wavelengths corresponding to the colors red (for example between about 600 nm and 700 nm) and green (for example between about 500 nm and 600 nm), that is to say absorbs (for example about 15% d absorption) and reflects (for example about 5% reflectance) a minority portion of these wavelengths due to the semiconductor portions 110.1 formed by the portions of semiconductor layers 102.1 and 104.1 of the first semitransparent photodetector 100.1 (which are here of square sections with side equal to about 80 nm and spaced from each other with a pitch equal to about 200 nm), the semiconductor thickness (sum of the thicknesses of the layers 102.1 and 104.1) of the first 100.1 photodetector is for example equal to about 60 n
  • the thickness of the layer 104.2 is adapted so that the second semi-transparent photodetector 100.2 absorbs most of the wavelengths corresponding to the green of the light having passed through the first semitransparent photodetector 100.1 and is predominantly transparent to the lengths of light. waves corresponding to the red color (the wavelengths corresponding to the blue arriving in the second photodetector 100.2 being virtually zero).
  • the semiconductor thickness (sum of the thicknesses of the layers 102.2 and 104.2) of the second photodetector 100.2 is for example between about 100 nm and 300 nm.
  • the third semi-transparent photodetector 100.3 receives practically only wavelengths corresponding to the red color that it will absorb. Because of the semiconductor portions 110.3 made in the semiconductor layers 102.3 and 104.3 of the third semi-transparent photodetector 100.3 (which are here of shape and dimensions, in the plane (X, Y), substantially similar to those portions 110.1 of the first photodetector 110.1), the semiconductor thickness (sum of the thicknesses of the layers 102.3 and 104.3) of the third photodetector 100.3 is adapted to absorb most of the wavelengths corresponding to the red color.
  • the light may optionally make a second pass through the semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 by reflection on the integrated circuit 1002 and its electrical interconnections.
  • the absorption, transmission and reflection spectra of the three semi-transparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 are finely adjusted thanks to the presence of the semiconductor portions 110.1, 110.2 and 110.3 formed by the semiconductor layers of these photodetectors.
  • the photodetector intended to achieve absorption of the shortest wavelengths for example the one intended to perform an absorption of the blue color, because this photodetector is intended for have the thinnest semiconductor layers among the three semi-transparent photodetectors of the pixel
  • two of the photodetectors for example the photodetectors 100.1 and 100.2 are made with such semiconductor portions.
  • the semiconductor portions 110 of the different photodetectors of the image sensor 1000, and thus of the photodetection device 200 can be of different shape and / or size, and / or differently arranged in photodetectors.
  • the dielectric material produced in one or more of the photodetectors of the image sensor 1000, and thus of the photodetection device 200 form dielectric portions which are disjoint from each other, surrounded by the semiconductors of the layers of the photodetectors, as previously described for the photodetector 100.
  • the various embodiments and embodiments previously described for the photodetector 100 may be applied for one or more of the photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3.
  • the semi-transparent photodetector 100, or the photodetection device 200 formed of the superimposition of at least two semi-transparent photodetectors 100 having at least partially different absorption ranges, previously described, can also be used to produce a photovoltaic device comprising solar cells on glazing.
  • Such a photovoltaic device 2000 is partially shown in FIG. 10.
  • FIG. 10 shows several semi-transparent photodetectors (three semitransparent photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3 are shown in FIG.
  • the semiconductor portions (for example similar to the previously described portions 110) made in these semitransparent photodetectors each comprise, for example, a disk-shaped section with a diameter of about 150 nm, and arranged next to one another with a not equal to about 300 nm, the semiconductor layers having for example a total thickness, in each photodetector, equal to about 50 nm.
  • the upper electrodes of the photodetectors are here covered by passivation layers 136 for protecting the photodetectors 100.1, 100.2 and 100.3.
  • the curves 130, 132 and 134 shown in FIG. 11 respectively correspond to the absorption, transmission and reflection spectra obtained for one of the semitransparent photodetectors of the device 2000.
  • the curve 132 shows that the transmission obtained with such a device semitransparent photodetector has fewer variations than that obtained with a semitransparent photodetector comprising unstructured semiconductor layers (see FIG. 5, the transmission spectrum being uniformly growing from blue to red).
  • this transmission spectrum has three peaks, whose central peak is approximately centered on the maximum sensitivity of the eye which corresponds to the wavelengths of the green color (at about 550 nm ) and the two lateral peaks correspond substantially to the wavelengths of red and blue (at about 450 nm and 650 nm).
  • Such a transmission makes it possible to obtain, at the output of the device 2000, a light of a warm gray tone transmitted through these semi-transparent photodetectors, and therefore a light adapted for use of such a device in the field of construction. .
  • the absorption spectrum (curve 130) of such a semi-transparent photodetector is not uniform but oscillates in a range of values between +/- 20% of an average value over the spectral range of visible domain, which is a very acceptable value. It is possible to optimize the structures of the semitransparent photodetectors to obtain smaller variations in the absorption spectrum of the photodetectors.
  • the photovoltaic device 2000 may comprise other elements such as protection elements (freewheel diode, anti-lightning, etc.) coupled to the photodetectors.
  • the device 2000 can comprise several photodetection devices 200 arranged next to each other on the glazed surface 2002 and electrically connected to each other, in series and / or in parallel, in order to be able to collect on output terminals of the device. 2000 the electrical energy generated by the photodetection devices 200.
  • Semitransparent photodetectors comprising structured semiconductor layers may also be used to produce spectroscopic image sensors or three-dimensional image sensors or adapted to perform de-focusing measurements (making it possible to carry out measurements). depth in a captured image).
  • the semi-transparent photodetectors are for example similar to those used for the photovoltaic device 2000 previously described, for example having a broad absorption spectrum and the most constant possible over the entire range of lengths of captured waves, while keeping a good transparency.
  • Each pixel of this type of sensor may comprise at least two semi-transparent photodetectors superposed one above the other, that is to say a photodetection device 200, in order to capture different depths of field of the image. With regard to the absorption spectrum shown in FIG.
  • the semi-transparent photodetectors are made such that the peaks of this absorption spectrum are widened and / or attenuated, and this via a variation of the pitch and the size of the dielectric zones, and therefore also photodetector zones.
  • the desired transmission values being greater (70 to 80%) in this type of application, the total thickness of the semiconductor layers in each photodetector is for example chosen thinner (for example between about 25 nm and 35 nm).
  • the dielectric portions are for example made with a pitch of between about 250 nm and 300 nm, essentially eliminating the natural absorption characteristic of the semiconductor material.
  • the semiconductor layers of photodetectors belonging to two neighboring pixels are isolated from each other by dielectric portions.
  • dielectric portions Such a configuration is shown diagrammatically in FIG. 12, in which the semiconductor layers 102.1, 102.2, 104.1 and 104.2 of two semi-transparent photodetectors 100.1 and 100.2 are surrounded by portions of dielectric material 140 thus delimiting the semiconductor portions. drivers of each pixel.
  • These dielectric portions 140 also electrically isolate from each other the upper electrodes 106.1 and 106.2 of the two semi-transparent photodetectors 100.1 and 100.2.
  • the electrodes 108.1 and 108.2 of the two photodetectors 100.1 and 100.2 are formed by a transparent conductive layer common to the two photodetectors 100.1 and 1002.2 and not interrupted by the dielectric portions 140.
  • FIG. 13 schematically represents such a device 3000 comprising a substrate 3002 comprising light sources 3004.1, 3004.2, 3004.3.
  • Semi-transparent photodetector devices 100.1, 100.2 and 100.3 are arranged above the light sources 3004 and thus allow a large part of the emitted light spectrum to be passed while measuring the light intensity emitted by the sources 3004.
  • the portions of material transparent dielectric formed in such photodetectors are for example similar to those previously described for the photovoltaic device 2000. Given the high luminous intensity emitted and the little electrical signal required, the semiconductor layers produced are thin and the widths of the semi-conductor zones are -conductor narrow.
  • the semi-transparent photodetectors 100 are arranged directly against the light sources 3004. It is possible, however, that the semi-transparent photodetectors 100 are arranged at a certain distance (for example a focusing distance) from the light sources. 3004 light sources, depending on what is intended to be measured by the photodetectors 100.
  • These semi-transparent structured semiconductor layer photodetectors can also be used to act as detectors on a display screen for human / machine interaction with the person viewing the image.
  • the semi-transparent photodetectors are in this case made on the display screen, and can detect the presence of an element, for example a finger, on a specific area of the screen.
  • the semiconductor portions may advantageously be arranged in a zoned cylindrical network, that is to say such that the the area occupied by the semiconductor portions with respect to the surface occupied by the dielectric material (the dielectric material having an optical index greater than that of the semiconductor portions), in the plane of the surface through which the light is received, varies increasingly from the center of the photodetector to the edges of the photodetector, in order to additionally obtain a gradient-index type lens effect.
  • An exemplary embodiment of such a semi-transparent photodetector 100 is shown schematically in FIGS.
  • the semiconductor portions 110 are formed such that the centers of these portions 110 are on concentric circles 150 (represented symbolically by dashed lines) regularly spaced from each other (with however here a portion 110 arranged in the center of the photodetector 100).
  • the average distance between the centers of two adjacent semiconductor portions 110 is smaller than the smallest wavelength among those intended to pass through the photodetector 100 and those intended to be absorbed and converted by the photodetector 100.
  • the regular spacing between the semiconductor portions 110 the increasing variation of the area occupied by the semiconductor portions 110 relative to the surface occupied by the dielectric material 109 is obtained thanks to the dimensions of the semiconductor portions 110 which vary increasingly from the center of the photodetector 100 to the edges of the photodetector 100.
  • the pitch with which the semiconductor portions 110 are made varies continuously and the dimensions of the semiconductor portions 110 increase as the distance from the center of the photodetector 100 increases, this leads to a convergence of the beams
  • the average optical index obtained in the photodetector 100 varies from zone to zone, resulting in a behavior similar to a gradient of index.
  • This lens effect obtained by virtue of the ratio of the surfaces between the dielectric material and the semiconductor which varies and the fact that the repetition pitch of the dielectric portions is smaller than the smallest transmitted or absorbed wavelength, could also be obtained with semiconductor portions 110 of different shapes, for example of square section, and / or arranged in a pattern of different shape, for example along the sides of squares of different dimensions and arranged concentrically.
  • the optical index of the dielectric material 109 is lower than that of the semiconductor portions 110.
  • the center of the photodetector would form a center of divergence, which would induce a divergence of the light beams received from the center. of the photodetector 100.
  • a lens array can be made by arranging several lenses similar to that shown in Figs. 14A and 14B side by side. Part of such a matrix 4000 is schematically shown in FIG. 14C.
  • This matrix portion 4000 here comprises 9 photodetectors 100.1 to 100.9 arranged in the form of a square matrix 3 * 3.
  • the portions 110 located in the center of each photodetector form centers of convergence or divergence of the light rays received by the photodetectors.
  • the portions 110 in the corners of the photodetectors form centers of divergence or convergence of these light rays.
  • each of the photodetectors may be replaced by a photodetection device comprising at least two different superimposed photodetectors.
  • Semitransparent photodetectors with structured semiconductor layers can also be used to make an interferometer.
  • Such an interferometer comprises a plurality of semi-transparent photodetectors superposed one above the other and made on a mirror.
  • Such a device makes it possible to recover the spectrum received by the interferometer via a Fourier transform calculation, or via a so-called "inverse problem" calculation, from the data delivered by the photodetectors.
  • the semi-transparent photodetectors serve to provide light detection in the wavelength range of the visible range.
  • these semi-transparent photodetectors may be used to carry out detection in the infrared and / or ultraviolet range.
  • the semiconductor or dielectric portions 110 are made such that the pitch "p" of these portions 110 is less than the shortest wavelengths traversing or absorbed by the photodetector.
  • the wavelength domains will remain limited in width.
  • the spectral width of such photodetectors is close to the value of the shortest wavelength of the detection domain.
  • amorphous germanium may be used for the production of semi-transparent photodetectors intended for light detection in the near-infrared range (up to about 1.4 ⁇ ).
  • the electrodes are made in the form of electrically conductive and transparent layers covering the front and rear faces of the photodetectors.
  • the doped semiconductor layers of the photodetectors are sufficiently conductive (i.e., when the product of the electrical resistance of the semiconductor layers by the photo-generated layer in the photodetector gives a fall voltage of less than about 10 mV) to not cause a voltage drop (or limit the current) to a few microns, which allows to achieve in this case electrodes in the form of narrow conductive elements, for example arranged on the periphery of the photodetectors, these conductive elements being opaque, which opacifies only very partially the semi-transparent photodetector.
  • the electrodes are arranged directly in contact with the semiconductor layers.
  • electrically conductive layers for example comprising a metal-semiconductor alloy such as silicide, between the electrodes and the semiconductor layers.
  • FIGS. 15A to 15D now describe an exemplary method for producing a semi-transparent photodetector 100.
  • a substrate 160 corresponding for example to an integrated circuit comprising a semiconductor such as silicon, a ITO layer forming the lower electrode 108, the n-doped semiconductor layer 104, the p-doped semiconductor layer 102, and another ITO layer 162 forming a portion of the upper electrode (Fig. 15A ).
  • the transparent dielectric material is then deposited in these holes 164.
  • the transparent dielectric material protruding from these holes on the layer 162 is then planarized, with a stop on the ITO layer 162 (FIG. 15C).
  • the semi-transparent photodetector 100 is then completed via the deposition of another layer of ITO forming, with the layer 162, the electrode 106 (FIG. 15D).
  • the electrode 106 can be made only at the end of the process.
  • a photodetection device 200 For the production of a photodetection device 200, the above steps are repeated to obtain at least two superimposed photodetectors 100.

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Abstract

Dispositif de photodétection (200) d'un gamme de longueurs d'ondes, comportant plusieurs photodétecteurs (100) superposés dont un premier est apte à absorber une première partie de la gamme et un deuxième est apte à absorber une deuxième partie, au moins partiellement différente de la première partie, de la gamme, chaque photodétecteur comportant des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur dopé formant ensemble une jonction p-n, un matériau diélectrique (109) transparent vis-à-vis des longueurs d'ondes traversant le photodétecteur, et dans lequel plusieurs portions (110) semi-conductrices ou diélectriques disjointes sont telles qu'une distance moyenne d entre les centres de deux portions adjacentes soit telle que d est inférieure à la plus petite longueur d'onde de la gamme.

Description

PHOTODETECTEUR SEMI-TRANSPARENT A JONCTION P-N STRUCTUREE
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des photodétecteurs, notamment celui des photodétecteurs semi-transparents. L'invention concerne également le domaine des capteurs d'images ainsi que celui des dispositifs photovoltaïques faisant appel à de tels photodétecteurs.
Un photodétecteur est qualifié de semi-transparent lorsqu'il laisse passer par transparence une partie de la lumière reçue par le photodétecteur et convertit une autre partie de la lumière reçue en un signal électrique. La conversion de la lumière reçue en un signal électrique réalisée par le photodétecteur est proportionnelle à l'absorption de la lumière réalisée par le photodétecteur. Un photodétecteur semi- transparent est généralement formé d'un empilement d'au moins deux couches de matériau semi-conducteur, formant une photodiode grâce à une jonction métallurgique (jonction p-n) réalisée entre les matériaux semi-conducteurs. Ces couches de matériau semi-conducteur sont disposées entre des électrodes, généralement transparentes. Du fait que les matériaux semi-conducteurs ont un certain coefficient d'absorption de la lumière, il existe une gamme d'épaisseurs des couches de matériau semi-conducteur pour lesquelles une partie de la lumière traverse le photodétecteur, une autre partie de la lumière étant absorbée par le photodétecteur et le reste de la lumière étant réfléchi. En général, ce type photodétecteur semi-tra nsparent est réalisé tel qu'il soit le moins réflecteur possible. La partie de la lumière qui est absorbée va générer des charges dans les matériaux semi-conducteurs. La jonction métallurgique va alors engendrer un champ électrique dans une zone de ces matériaux semi-conducteurs. Ce champ électrique va être capable de séparer les charges créées par l'absorption de la lumière, et un potentiel électrique ou un courant électrique sera alors obtenu en sortie du photodétecteur semi- transparent. La figure 1 représente schématiquement une partie d'un pixel d'un capteur d'images 10 comportant trois photodétecteurs semi-transparents 14, 16 et 18 superposés les uns au-dessus des autres et disposés au-dessus d'un circuit intégré 20 de lecture des pixels (disposition « above IC ») réalisé par exemple en silicium cristallin.
Chacun des photodétecteurs semi-transparents 14, 16 et 18 est destiné à réaliser une détection d'une des couleurs bleu, vert ou rouge de la lumière reçue par le pixel.
Le premier photodétecteur semi-transparent 14 est disposé au sommet du pixel et comporte deux couches 22 et 24 de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) respectivement dopées p et n. Le niveau de dopage de la couche 22 est supérieur à celui de la couche 24. Ces deux couches 22 et 24 sont disposées entre une première électrode 26 et une deuxième électrode 28, toutes deux transparentes et composées d'ITO (oxyde d'indium et d'étain). L'électrode supérieure 26 forme ici la couche par laquelle entre la lumière reçue par le pixel du capteur d'images 10. Le deuxième photodétecteur semi- transparent 16 disposé sous le premier photodétecteur semi-transparent 14 comporte également deux couches 30 et 32 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées p et n. Ces deux couches 30 et 32 sont disposées entre la deuxième électrode 28, qui est commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 14 et 16, et une troisième électrode transparente 34. Le troisième photodétecteur semi-transparent 18, disposé entre le deuxième photodétecteur semi-transparent 16 et le circuit intégré 20, comporte deux couches 36 et 38 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées p et n. Ces deux couches 36 et 38 sont disposées entre la troisième électrode 34 qui est commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 16 et 18, et une quatrième électrode transparente 40 disposée au-dessus du circuit intégré 20.
Les épaisseurs des différentes couches de semi-conducteur sont adaptées en fonction des longueurs d'ondes destinées à être absorbées par le photodétecteur et celles destinées à traversées le photodétecteur sans être absorbées.
Du fait qu'au sein de chaque photodétecteur semi-transparent, la couche de semi-conducteur la plus dopée (couches 22, 30 et 36) est réalisée la plus fine possible, de préférence inférieure à environ 10 nm, l'épaisseur totale de semi-conducteur au sein de chaque photodétecteur, déterminant les gammes de longueurs d'ondes absorbées et transmises, est adaptée via le choix de l'épaisseur de la couche de semiconducteur la moins dopée (couches 24, 32 et 38). Ainsi, l'épaisseur de la couche de semiconducteur 24 est adaptée pour que le premier photodétecteur semi-transparent 14 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant à la couleur bleu et soit le plus transparent possible aux longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge et verte. L'épaisseur de la couche de semi-conducteur 32 est adaptée pour que le deuxième photodétecteur semi-transparent 16, qui reçoit la lumière ayant traversé le premier photodétecteur semi-transparent 14, absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant au vert et soit le plus transparent possible aux longueurs d'ondes correspondant au rouge (les longueurs d'ondes correspondant au bleu qui arrivent dans le deuxième photodétecteur semi-transparent 16 sont quasiment inexistantes en raison de l'absorption réalisée en amont par le premier photodétecteur semi-transparent 14).
Enfin, l'épaisseur de la couche de semi-conducteur 38 est adaptée pour que le troisième photodétecteur semi-transparent 18, qui ne reçoit pratiquement que des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge, absorbe ces longueurs d'ondes. La lumière de couleur rouge restante ayant traversé les trois photodétecteurs semi- transparents 14, 16 et 18 peut éventuellement effectuer un deuxième passage à travers ces photodétecteurs grâce à une réflexion lumineuse réalisée sur le circuit intégré 20 et ses interconnexions électriques.
L'épaisseur de la couche 24 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du premier photodétecteur semi-transparent 14 est inférieure à celle de la couche 32 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du deuxième photodétecteur semi-transparent 16, elle-même inférieure à celle de la couche 38 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du troisième photodétecteur semi-transparent 18. La couche 24 a par exemple une épaisseur égale à environ 15 nm, la couche 32 a par exemple une épaisseur égale à environ 100 nm, et la couche 38 a par exemple une épaisseur égale à environ 300 nm, ces valeurs pouvant être calculées à partir des valeurs du coefficient d'absorption des matériaux de ces couches en fonction de la longueur d'onde destinée à être absorbée. Deux pixels, référencés 42a et 42b, du capteur d'images 10 sont représentés schématiquement en perspective sur la figure 2. Chacun de ces pixels comporte trois photodétecteurs semi-transparents similaires aux photodétecteurs semi- transparents 14, 16 et 18 précédemment décrits en liaison avec la figure 1. Sur cette figure 2, dans chaque photodétecteur, les deux couches semi-conductrices formant la jonction p-n du photodétecteur sont représentées sous la forme d'une seule couche de matériau, référencée 45. On voit sur cette figure 2 que des couches d'ITO 43 formant les électrodes sont discontinues, ou interrompues, d'un pixel à l'autre, isolant ainsi électriquement les pixels les uns des autres, tandis que les couches de semi-conducteur 45 disposées entre les électrodes 43 sont continues et communes d'un pixel à l'autre. Les électrodes 43 des photodétecteurs semi-transparents sont reliées électriquement au circuit intégré 20 par des vias conducteurs 44 traversant toutes les couches de semiconducteur. Les photodétecteurs semi-transparents des pixels sont recouverts par une couche de passivation 46 transparente et planarisée.
Une première difficulté de réalisation de tels photodétecteurs semi- transparents, et notamment celle d'un photodétecteur semi-transparent destiné à absorber des faibles longueurs d'ondes comme le premier photodétecteur semi- transparent 14, provient du fait qu'il est nécessaire de réaliser des couches semi- conductrices suffisamment minces pour n'absorber que les longueurs d'ondes souhaitées (correspondant par exemple à la couleur bleu qui a un fort coefficient d'absorption) et laisser passer les autres longueurs d'ondes qui ont des coefficients d'absorption plus faibles, tout en conservant une épaisseur de semi-conducteur suffisante pour réaliser la collection des charges électriques. Ainsi, pour le premier photodétecteur semi- transparent 14, on cherche généralement à avoir une épaisseur totale de semi- conducteur inférieure à environ 15 nm. Or, une aussi faible épaisseur de semi-conducteur peut dégrader le comportement électrique du matériau semi-conducteur.
Un second inconvénient de ces photodétecteurs semi-transparents provient des caractéristiques communes des matériaux utilisés. En effet, le coefficient d'absorption des semi-conducteurs n'est pas constant avec la longueur d'onde. Ces photodétecteurs semi-transparents se comportent comme des filtres colorés vis-à-vis de la lumière transmise. I l n'est donc pas possible d'utiliser de tels photodétecteurs pour des applications nécessitant d'avoir un spectre d'absorption variant peu, par exemple dans le domaine visible. De plus, la couleur du filtre obtenu n'est jamais idéale. Or, pour une épaisseur donnée de semi-conducteur, la structure des photodétecteurs semi- transparents précédemment décrits ne permet pas d'ajuster la couleur filtrée par le photodétecteur et donc le spectre d'absorption du photodétecteur, ni d'avoir une absorption réalisée de manière constante selon les longueurs d'ondes.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de la présente invention est de proposer un photodétecteur semi-transparent pour lequel les contraintes de réalisation liées à l'épaisseur de ses couches de semi-conducteur soient réduites, et permettant d'ajuster aisément, au moment de la conception du photodétecteur, le spectre des longueurs d'ondes absorbées et converties par le photodétecteur et le spectre des longueurs d'ondes transmises sans être absorbées par le photodétecteur.
Pour cela, il est proposé un photodétecteur comportant au moins :
- une première couche de semi-conducteur dopé p et une deuxième couche de semi-conducteur dopé n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ;
- un matériau diélectrique transparent vis-à-vis d'au moins la deuxième partie des longueurs d'ondes, traversant au moins la première couche de semiconducteur et la deuxième couche de semi-conducteur ;
dans lequel le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi- conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semiconducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi-conducteur, une dista nce moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou
dans lequel le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
La présente invention propose un dispositif de photodétection d'une gamme de longueurs d'ondes destinées à être reçues par le dispositif de photodétection, comportant plusieurs photodétecteurs superposés, dans lequel un premier des photodétecteurs est apte à absorber et convertir photo-électriquement une première partie de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la première partie, et dans lequel un deuxième des photodétecteurs est apte à absorber et convertir photo-électriquement une deuxième partie, au moins partiellement différente de la première partie, de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la deuxième partie,
chacun des photodétecteurs comportant au moins :
- des première et deuxième couches de semi-conducteur dopé formant ensemble une jonction p-n ;
- un matériau diélectrique transparent vis-à-vis d'au moins les longueurs d'ondes destinées à traverser ledit photodétecteur, et traversant au moins les première et deuxième couches de semi-conducteur ;
chacun des photodétecteurs étant tel que :
- le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi- conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie des première et deuxième couches de semi-conducteur, ou le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des première et deuxième couches de semi-conducteur, - dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi-conducteur, une distance moyenne d entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes ou entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit telle que d < Amin, avec min correspondant à la plus petite longueur d'onde de la gamme de longueurs d'ondes.
Ainsi, en structurant les couches de semi-conducteur du photodétecteur en formant de telles portions semi-conductrices ou de telles portions diélectriques transparentes, on modifie les propriétés électroniques et optiques de la structure photodétectrice, ce qui permet de paramétrer les gammes de longueurs d'ondes absorbées et transmises par le photodétecteur via le choix des caractéristiques (forme, dimensions, pas, etc.) de ces portions semi-conductrices ou diélectriques.
Avec une telle structure photodétectrice, il est donc possible de réaliser par exemple un photodétecteur semi-transparent apte à absorber les longueurs d'ondes correspondant au bleu à partir de couches de semi-conducteur dont l'épaisseur totale est supérieure à environ 15 nm, et par exemple comprise entre environ 20 nm et 60 nm.
De plus, avec une telle structure photodétectrice, il est également possible de réaliser des photodétecteurs semi-transparents présentant un spectre d'absorption qui soit beaucoup plus régulier, c'est-à-dire présentant un coefficient d'absorption dont la valeur varie moins, par exemple dans la gamme des longueurs d'ondes du domaine visible (par exemple dans la gamme 400 nm - 650 nm) que pour un photodétecteur semi-transparent de l'art antérieur comprenant des couches de semiconducteur non structurées.
Un tel photodétecteur peut être utilisé pour réaliser des capteurs d'images trichrome, des capteurs d'images tridimensionnelles, des capteurs d'images spectrométriques, ou encore des cellules solaires sur vitrage ou des capteurs d'ombrage disposés sur des écrans de visualisation ou des capteurs de contre-réaction (régulation) disposés sur des sources de lumière ou même une combinaison de ces différentes fonctions.
Un photodétecteur peut être apte à absorber et convertir photo- électriquement une partie de la gamme de longueurs d'ondes par exemple lorsque l'absorption réalisée par le photodétecteur pour cette partie de la gamme de longueurs d'ondes est plus importante que la transmission et la réflexion de cette partie de la gamme de longueurs d'ondes. Un photodétecteur peut être apte à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la partie absorbée lorsque l'absorption réalisée par le photodétecteur pour ces longueurs d'ondes est moins importante que la transmission et/ou la réflexion de ces longueurs d'ondes.
Le dispositif de photodétection a donc un fonctionnement multispectral grâce aux photodétecteur semi-transparents qui absorbent des parties au moins partiellement différentes de la gamme de longueur d'ondes reçues.
En vérifiant la propriété d < Xmm, aucun des photodétecteurs ne réalise une diffraction des longueurs d'ondes de la gamme.
Chacune des portions semi-conductrices ou chacune des portions diélectriques d'un ou de chacun des photodétecteurs peut comporter une section, dans ledit plan, en forme de rectangle ou de disque ou de triangle. Il est également possible que les portions semi-conductrices ou les portions diélectriques d'un ou de chacun des photodétecteurs présentent des sections de formes et/ou de tailles différentes.
La première couche de semi-conducteur et/ou la deuxième couche de semi-conducteur d'un ou de chacun des photodétecteurs peuvent comporter du silicium amorphe, par exemple hydrogéné. Il est également possible que la première couche de semi-conducteur et/ou la deuxième couche de semi-conducteur d'un ou de chacun des photodétecteurs comportent un semi-conducteur amorphe autre que le silicium, par exemple du germanium, du SiGe, du sélénium, de l'InSe sur du Sn02 amorphe, un polymère, ou bien un semi-conducteur cristallin, ou encore un matériau combinant plusieurs de ces éléments.
Le photodétecteur ou chacun des photodétecteurs peut comporter en outre au moins une première électrode reliée électriquement à la première couche de semi-conducteur, et au moins une deuxième électrode reliée électriquement à la deuxième couche de semi-conducteur.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, la première électrode peut comporter une première couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou d'au moins la gamme de longueurs d'ondes, disposée contre une deuxième face de la première couche de semi-conducteur opposée à ladite première face, et/ou la deuxième électrode peut comporter une deuxième couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou d'au moins la gamme de longueurs d'ondes, disposée contre la deuxième couche de semi-conducteur telle que la deuxième couche de semi-conducteur soit disposée entre la deuxième couche de matériau électriquement conducteur et la première couche de matériau semi-conducteur.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, le matériau diélectrique peut traverser en outre une partie de la première électrode et/ou une partie de la deuxième électrode.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, les portions semi- conductrices ou les portions diélectriques peuvent être disposées les unes à côté des autres selon un motif répété périodiquement dans ledit plan.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, les portions semi- conductrices ou les portions diélectriques peuvent être régulièrement disposées les unes à côté des autres, par exemple avec un pas inférieur à ladite plus petite longueur d'onde.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, toutes les portions semi- conductrices ou de matériau diélectrique peuvent avoir des dimensions sensiblement similaires et/ou être de formes sensiblement similaires.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, les distances entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes ou de deux portions diélectriques adjacentes peuvent être sensiblement similaires entre toutes les portions semi- conductrices ou toutes les portions diélectriques. En variantes, ces distances peuvent varier au sein du ou de chacun des photodétecteurs.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, les portions semi- conductrices ou les portions diélectriques peuvent être disposées les unes à côté des autres selon un motif comportant plusieurs cercles de diamètres différents. L'un ou chacun des photodétecteurs peut comporter en outre au moins une troisième couche de semi-conducteur intrinsèque disposée entre la première couche de semi-conducteur et la deuxième couche de semi-conducteur, le matériau diélectrique traversant la troisième couche de semi-conducteur intrinsèque.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, des couches transparentes ou faiblement absorbantes supplémentaires peuvent être disposées entre les électrodes et les couches de semi-conducteur afin de réduire des phénomènes de barrière de potentiels aux interfaces entre les différents matériaux, et ainsi faciliter le passage des charges du semi-conducteur vers les électrodes.
Avantageusement, dans l'un ou chacun des photodétecteurs, ledit matériau diélectrique peut être transparent vis-à-vis de ladite première partie des longueurs d'ondes ou de la gamme des longueurs d'ondes, ce qui permet de réduire les pertes optiques du ou des photodétecteurs.
Dans l'un ou chacun des photodétecteurs, la distance d peut être telle
Figure imgf000012_0001
En vérifiant la propriété d > min/4, les photodétecteurs ne forment pas, vis-à-vis des longueurs d'ondes reçues, un milieu d'indice homogène.
Les semi-conducteurs des première et deuxième couches de chacun des photodétecteurs peuvent être de même nature. Ainsi, les propriétés optiques d'absorption et de transmission des photodétecteurs ne sont paramétrées en changeant le matériau absorbant mais en adaptant les propriétés géométriques (forme, dimensions, épaisseur, période) des portions de semi-conducteur ou de matériau diélectrique.
Il est également proposé un capteur d'images comportant une matrice de pixels disposée au-dessus d'un circuit intégré de lecture des pixels, dans lequel chaque pixel comporte au moins deux photodétecteurs semi-transparents disposés l'un au- dessus de l'autre et tels qu'au moins un des deux photodétecteurs semi-transparents correspond à un photodétecteur tel que décrit ci-dessus. L'invention concerne également un capteur d'images comportant une matrice de pixels disposée au-dessus d'un circuit intégré de lecture des pixels, dans lequel chaque pixel comporte au moins un dispositif de photodétection selon l'invention.
La première couche de semi-conducteur, la deuxième couche de semi- conducteur, le matériau diélectrique et au moins l'une d'une première et d'une deuxième électrode de deux photodétecteurs semi-transparents disposés l'un à côté de l'autre et faisant partie de deux pixels différents peuvent être isolées électriquement les unes des autres par au moins une portion de matériau diélectrique disposée entre les deux pixels.
Il est également proposé un dispositif photovoltaïque comportant un substrat transparent sur lequel sont disposés des photodétecteurs tels que décrits ci- dessus et reliés électriquement entre eux.
L'invention concerne en outre un dispositif photovoltaïque comportant un substrat transparent sur lequel sont disposés des dispositifs de photodétection selon l'invention et reliés électriquement entre eux.
II est également proposé un procédé de réalisation d'un photodétecteur, comportant au moins la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation d'au moins une première couche de semi-conducteur dopée p et une deuxième couche de semi-conducteur dopée n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ;
- gravure de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, et dépôt d'un matériau diélectrique transparent vis-à- vis d'au moins ladite deuxième partie des longueurs d'ondes dans des parties gravées de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur, dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi-conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi-conducteur, une distance moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou
dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche de semiconducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
Le présente invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif de photodétection d'une gamme de longueurs d'ondes destinées à être reçues par le dispositif de photodétection, comportant la réalisation de plusieurs photodétecteurs superposés, dans lequel un premier des photodétecteurs est apte à absorber et convertir photo-électriquement une première partie de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la première partie, et dans lequel un deuxième des photodétecteurs est apte à absorber et convertir photo-électriquement une deuxième partie, au moins partiellement différente de la première partie, de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la deuxième partie, dans lequel la réalisation de chacun des photodétecteurs comporte au moins la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation d'au moins des première et deuxième couches de semi- conducteur dopé formant ensemble une jonction p-n ;
- gravure des première et deuxième couches de semi-conducteur, et dépôt d'un matériau diélectrique, transparent vis-à-vis d'au moins les longueurs d'ondes destinées à traverser ledit photodétecteur, dans des parties gravées des première et deuxième couches de semi-conducteur, dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi-conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie des première et deuxième couches de semi-conducteur, ou les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des première et deuxième couches de semi-conducteur,
dans lequel, dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi- conducteur, une distance moyenne d entre les centres de deux portions semi- conductrices adjacentes ou entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit telle que d < Xmm, avec Xmm correspondant à la plus petite longueur d'onde de la gamme de longueurs d'ondes.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 représente schématiquement un pixel d'un capteur d'images comportant des photodétecteurs semi-transparents selon l'art antérieur ;
- la figure 2 représente schématiquement une partie d'un capteur d'images comportant plusieurs photodétecteurs selon l'art antérieur ;
- la figure 3 représente schématiquement un photodétecteur, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ;
- les figures 4A à 4C représentent schématiquement des exemples de portions semi-conductrices réalisées dans un photodétecteur, objet de la présente invention ;
- la figure 5 représente des spectres d'absorption, de transmission et de réflexion d'un photodétecteur semi-transparent selon l'art antérieur ; - la figure 6 représente des spectres d'absorption, de transparence et de réflexion obtenus avec un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention ;
- les figures 7A et 7B représentent schématiquement des exemples de portions semi-conductrices réalisées dans un photodétecteur, objet de la présente invention ;
- la figure 8 représente schématiquement un photodétecteur, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation ;
- la figure 9 représente schématiquement un capteur d'images, objet de la présente invention, comportant des photodétecteurs également selon l'invention ;
- la figure 10 représente schématiquement un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, comportant des photodétecteurs également selon l'invention ;
- la figure 11 représente des spectres d'absorption, de transparence et de réflexion obtenus avec un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention ;
- la figure 12 représente schématiquement deux photodétecteurs semi-transparents, objet de la présente invention, isolés l'un de l'autre ;
- la figure 13 représente schématiquement un dispositif comportant des photodétecteurs semi-transparents, objets de la présente invention, réalisant une mesure d'intensité lumineuse ;
- les figures 14A et 14B représentent schématiquement un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation ;
- la figure 14C représente schématiquement une matrice de photodétecteurs comprenant plusieurs photodétecteurs semi-transparents, objet de la présente invention, selon le troisième mode de réalisation ;
- les figures 15A à 15D représentent schématiquement des étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention. Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.
Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 3 qui représente schématiquement un photodétecteur 100 semi-transparent selon un premier mode de réalisation.
Le photodétecteur 100 comporte deux couches 102 et 104 de semiconducteur, ici du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H), respectivement dopées p et n, formant ensemble une jonction p-n du photodétecteur 100. Le niveau de dopage de la couche 102 dopée p est supérieur à celui de la couche 104 dopée n, ces niveaux de dopage étant tels que la jonction p-n formée par ces deux couches puisse réaliser une conversion d'une partie de la lumière reçue en énergie électrique. Ces deux couches 102 et 104 sont disposées entre une première électrode 106 et une deuxième électrode 108 transparentes, toutes deux comprenant de ΙΊΤΟ. La première électrode 106 forme ici l'électrode par laquelle entre la lumière reçue par le photodétecteur 100.
Le photodétecteur 100 est semi-transparent car il est apte à laisser passer une première partie des longueurs d'ondes de la lumière reçue et à convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de cette lumière. Les électrodes 106 et 108 sont transparentes vis-à-vis d'au moins cette première partie et cette deuxième partie des longueurs d'ondes.
Les couches 102 et 104 de semi-conducteur sont structurées de manière périodique par du matériau diélectrique 109, par exemple de la silice. Ce matériau diélectrique est choisi tel qu'il soit transparent au moins vis-à-vis des longueurs d'ondes destinées à être absorbées et converties électriquement par le photodétecteur 100, et de préférence également vis-à-vis des longueurs d'ondes destinées à traverser le photodétecteur 100 afin que ce matériau diélectrique n'engendre pas de pertes lumineuses. Ce matériau diélectrique 109 traverse toute l'épaisseur (dimension selon l'axe Z représenté sur la figure 3) des couches de semi-conducteur 102 et 104. Les couches 102 et 104 sont donc discontinues. Sur l'exemple de la figure 3, l'épaisseur du matériau diélectrique 109 est égale à la somme des épaisseurs des couches de semiconducteur 102 et 104.
La structuration des couches 102 et 104 est telle que les parties restantes des couches 102 et 104 forment des portions semi-conductrices 110 disjointes les unes des autres et entourées par le matériau diélectrique 109. Chacune de ces portions semi-conductrices 110 est formée par une partie de la couche 102 et une partie de la couche 104. Les portions 110 forment donc un pavage régulier de matériaux semiconducteurs.
Les figures 4A à 4C représentent des vues en coupe, parallèlement à un plan (X,Y) parallèle aux faces des couches 102 et 104 se trouvant en contact l'une contre l'autre, d'exemples de portions semi-conductrices 110. La section de chaque portion semi-conductrice 110, dans le plan (X,Y), est, sur la figure 4A, de forme rectangulaire ou carrée, sur la figure 4B en forme de disque, et sur la figure 4C de forme triangulaire. Les sections des portions 110 peuvent également être de formes différentes de ces exemples, par exemple de forme ovale ou de polygone ou de toute autre forme. La dimension référencée « p » sur chacune de ces figures correspond au pas de répétition des portions 110, c'est-à-dire la distance séparant les centres de deux portions 110 adjacentes. Ce pas « p » est tel qu'il soit inférieur à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, c'est-à-dire inférieur à la plus petite longueur d'onde parmi celles destinées à traverser le photodétecteur et celles destinées à être absorbées et converties par le photodétecteur. Ainsi, ce pas « p » est avantageusement compris entre environ 100 nm et 350 nm pour des lumières de longueur d'onde supérieure à environ 400 nm.
De manière générale, les portions semi-conductrices 110 peuvent être régulièrement disposées les unes à côté des autres (comme c'est le cas dans les exemples représentés sur les figures 4A à 4C), le pas « p » étant dans ce cas sensiblement constant entre toutes les portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100. En variante, il est possible que le pas « p » ne soit pas constant pour l'ensemble du photodétecteur 100, et donc que les distances entre les centres de deux portions semi-conductrices 110 adjacentes ne soient pas constantes entre les différentes portions 110 du photodétecteur 100. Dans tous les cas (pas « p » constant ou non), les portions semi-conductrices sont réalisées telles qu'une distance moyenne entre les centres de deux portions semi- conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
Concernant les dimensions des portions semi-conductrices 110, celles-ci peuvent être sensiblement constantes pour l'ensemble des portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100 (comme sur les exemples des figures 4A-4C) ou non. Les dimensions des portions semi-conductrices 110 dans le plan (X,Y) peuvent varier d'environ 20% jusqu'à environ 80 % du pas p selon les emplacements des portions semi- conductrices 110 et l'application envisagée. De même, les formes des portions semi- conductrices 110 peuvent être sensiblement similaires pour l'ensemble des portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100 (comme sur les exemples des figures 4A-4C) ou non.
Les courbes 112, 114 et 116 représentées sur la figure 5 représentent respectivement les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion (c'est-à-dire les valeurs des coefficients d'absorption, de transmission et de réflexion, en fonction de la longueur d'onde) d'un photodétecteur semi-transparent de l'art antérieur similaire aux photodétecteurs du capteur d'images 10 précédemment décrit et comportant des couches pleines, c'est-à-dire non structurées par du matériau diélectrique, de silicium amorphe et d'épaisseur totale (somme des épaisseurs des couches de semi-conducteurs du photodétecteur) égale à environ 40 nm. Les courbes 118, 120 et 122 représentées sur la figure 6 représentent respectivement les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion du photodétecteur 100, comportant des couches de silicium amorphe hydrogéné dont l'épaisseur totale (somme des épaisseurs des couches 102 et 104) est égale à environ 50 nm, et structurées par du Si02 entourant des portions semi- conductrices 110 de sections carrées (sections considérées dans le plan (X,Y)) régulièrement espacées d'un pas p (selon l'axe X et l'axe Y) égal à environ 300 nm et de dimension égale à environ 200 nm, cette dimension correspondant à la longueur d'un des côtés des sections carrées. On voit sur ces figures que le photodétecteur 100 présente un coefficient d'absorption de valeur plus importante aux grandes longueurs d'ondes (par exemple à environ 600 nm) que celui du photodétecteur de l'art antérieur et de valeur plus faible au courtes longueurs d'ondes (par exemple à environ 400 nm) que celui du photodétecteur de l'art antérieur.
La nano-structuration des couches de semi-conducteur du photodétecteur 100 par le matériau diélectrique transparent formant les portions semi- conductrices 110 offre donc une plus grande liberté de réalisation et un meilleur compromis en ce qui concerne l'absorption, la transmission et la réflexion lumineuse du photodétecteur, et permet de faire appel, pour des propriétés optiques données (absorption, réflexion, transmission), à des couches de semi-conducteur plus épaisses grâce à la structuration de ces couches par le matériau diélectrique, tout en conservant ses caractéristiques électriques et optiques.
On voit sur la figure 6 que les spectres résultant définissent des pics de transmission (et de réflexion) par résonnance des ondes. Si le pavage réalisé par les portions semi-conductrices 110 est choisi moins périodique, alors les pics de résonnance obtenus sont plus larges et les spectres d'absorption, de réflexion et de transmission se lissent, c'est-à-dire varie moins en fonction de la longueur d'onde. Ainsi, il est possible de réaliser au sein d'un photodétecteur semi-transparent, une structuration des couches de semi-conducteur par des portions diélectriques espacées différemment les unes des autres et/ou présentant des dimensions différentes et/ou non alignées et/ou de formes différentes. Dans ce cas, les portions semi-conductrices 110 sont réalisées telles que la distance moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
La figure 7A représente un exemple de réalisation de portions semi- conductrices 110 présentant des dimensions, dans le plan (X,Y), différentes. Dans cet exemple, certaines portions 110a comportent des dimensions (diamètre) supérieures à celles d'autres portions 110b, les portions 110a et 110b étant formées par des parties des couches de semi-conducteur d'un même photodétecteur. Dans l'exemple de la figure 7 A, les distances entre les centres des différentes portions semi-conductrices 110 adjacentes sont sensiblement constantes pour l'ensemble du photodétecteur. Dans une autre variante représentée sur la figure 7B, il est possible que les portions 110 forment des blocs (référencés 124a, 124b, 124c, et 124d sur cette figure) répétés périodiquement dans les couches de semi-conducteur, mais au sein desquels les portions 110 présentent des irrégularités de dimensions et/ou de disposition et/ou de forme (variations des dimensions des sections des portions 110a et 110b sur l'exemple de la figure 7B). Les portions semi-conductrices 110a et 110b d'un des blocs sont sensiblement similaires à celles se trouvant dans chacun des autres blocs du photodétecteur.
Par cet ensemble de paramètres à choisir (dimensions et/ou forme et/ou disposition des portions diélectriques transparentes au sein des couches de semi- conducteur du photodétecteur semi-transparent), il est possible de faire varier la réponse spectrale du photodétecteur aussi bien en absorption qu'en transmission, et par conséquent également en réflexion. De manière générale, plus la surface de semiconducteur au sein du photodétecteur semi-transparent est faible (c'est-à-dire plus le rapport entre la surface, dans le plan (X,Y) au sein des couches de semi-conducteur, de semi-conducteur et la surface des portions diélectriques transparentes est petit), plus l'absorption réalisée par le photodétecteur semi-transparent est faible. De plus, seules les parties du spectre dans lesquelles le coefficient d'absorption est non nul ou au moins égal à environ 3 % sont généralement modifiées, au niveau de l'absorption réalisée, par les portions diélectriques transparentes. Le pas de répétition des portions diélectriques transparentes, ou plus généralement la distance moyenne séparant les centres de deux portions diélectriques transparentes adjacentes, est également choisi en fonction du matériau semi-conducteur utilisé dans le photodétecteur. Ainsi, dans le cas de couche de silicium amorphe, le pas de répétition des portions diélectriques transparentes, ou cette distance moyenne, est avantageusement compris entre environ 100 nm et 300 nm. En outre, les phénomènes de résonnance se produisant dans le semi-conducteur ainsi structuré peuvent augmenter l'absorption réalisée à des niveaux supérieurs à celui du matériau non structuré, ou au contraire l'annuler.
La figure 8 représente le photodétecteur 100 selon un deuxième mode de réalisation. Par rapport au photodétecteur 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 3, le matériau diélectrique 109 du photodétecteur 100 représenté sur la figure 8 traverse également une partie de l'épaisseur des électrodes transparentes 106 et 108. Ces discontinuités réalisées dans les électrodes 106 et 108 n'interrompent pas la continuité électrique des électrodes 106 et 108. Dans une autre variante de réalisation, il est possible que seule l'une des électrodes 106 et 108 soit partiellement traversée par le matériau diélectrique 109.
Dans les modes et exemples de réalisation précédemment décrits, le photodétecteur semi-transparent 100 comporte une jonction p-n formée par deux couches de semi-conducteur 102 et 104 disposées l'une contre l'autre. En variante, il est possible qu'une couche de semi-conducteur intrinsèque, par exemple du silicium amorphe intrinsèque, soit disposée entre les couches de semi-conducteur 102 et 104, formant ainsi une photodiode PIN. Dans ce cas, chacune des portions semi-conductrices 110 comportent également une partie de cette couche de semi-conducteur intrinsèque. De plus, il est également possible que le photodétecteur 100 comporte une autre couche de semi-conducteur fortement dopée n, comportant par exemple un niveau de dopage similaire ou proche de celui de la couche 102 dopée p, telle que la couche 104 faiblement dopée n soit disposée entre la couche 102 et cette autre couche de semi-conducteur fortement dopée. Dans ce cas, chacune des portions semi-conductrices 110 comportent également une partie de cette couche de semi-conducteur fortement dopée n. Enfin, il est également possible que la couche 102, comportant un niveau de dopage supérieur à celui de la couche 104, soit dopée n et la que couche 104 soit dopée p. Dans ce cas, on peut ajouter une autre couche de semi-conducteur fortement dopée p contre la couche 104, chacune des portions semi-conductrices 110 comportant alors une partie de cette couche de semi-conducteur fortement dopée p.
En variante de tous les exemples et modes de réalisation précédemment décrits, il est possible que les portions 110 dont la distance moyenne entre les centres de deux portions 110 adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi les longueurs d'ondes qui traversent le photodétecteur et les longueurs d'ondes absorbées et converties par le photodétecteur ne soient pas des portions semi- conductrices, mais des portions du matériau diélectrique réalisé à travers les couches de semi-conducteurs. Le photodétecteur 100 comporte dans ce cas le matériau diélectrique qui forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées au moins par les semi-conducteurs de la première couche 102 et de la deuxième couche 104 (et éventuellement des autres couches lorsque le photodétecteur 100 comporte de telles couches supplémentaires) et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes. Le matériau diélectrique forme un pavage régulier de matériau diélectrique transparent réalisé à travers les couches de semi-conducteur 102 et 104. Ainsi, dans cette configuration, la référence 110 utilisées dans les précédentes figures 3, 4, 7 et 8, ainsi que dans les figures suivantes décrites ci-dessous, désigne alors les portions diélectriques, et la référence 109 désigne les matériaux semi-conducteurs entourant les portions diélectriques. Chaque portion diélectrique forme alors une colonne de matériau diélectrique transparent réalisée à travers les couches 102 et 104. Les différentes propriétés (forme, dimensions, espacement, réguliers et non, etc.) précédemment décrites pour les portions semi-conductrices s'appliquent également pour de telles portions diélectriques réalisées à travers les couches de semi-conducteur du photodétecteur 100.
La figure 9 représente un pixel d'un capteur d'images 1000 correspondant à un capteur trichrome. Le pixel du capteur d'images 1000 comporte un dispositif de photodétection 200 formé de plusieurs photodétecteurs 100 superposés, ici trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 superposés les uns au- dessus des autres, et disposés au-dessus d'un circuit intégré 1002 de lecture des pixels (disposition « above IC »), réalisé par exemple à partir d'un substrat de silicium cristallin.
Les autres pixels du capteur d'images 1000 sont similaires au pixel décrit ici, et sont par exemple agencés les uns à côté des autres de manière analogue au capteur d'images 10 précédemment décrit en liaison avec la figure 2. Chacun des photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 est destiné à réaliser la détection de la part majoritaire d'une des couleurs bleu, vert, ou rouge respectivement. Dans le capteur d'images 1000, les photodétecteurs semi-transparents 100, et donc également les dispositifs de photodétection 200, sont donc disposés en grand nombre sous forme d'une matrice de pixels au-dessus du circuit intégré 1002. Au moins une électrode de chaque photodétecteur semi-transparent est reliée électriquement au circuit intégré 1002 qui est par exemple de type CMOS, par exemple par des vias conducteurs comme décrit précédemment pour le capteur d'images 10 représenté sur la figure 2. Le circuit intégré 1002 contient notamment un système d'adressage, d'amplification et de conversion en numérique permettant d'extraire (ou de lire) l'information électrique délivrée par chacun des pixels de la matrice.
Le premier photodétecteur semi-transparent 100.1 disposé au sommet du pixel comporte deux couches 102.1 et 104.1 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du premier photodétecteur semi-transparent 100.1. Ces deux couches 102.1 et 104.1 sont disposées entre une première électrode 106.1 et une deuxième électrode 108.1, toutes deux transparentes et comprenant de ΙΊΤΟ. L'électrode supérieure 106.1 forme ici la couche par laquelle entre la lumière reçue par le pixel du capteur d'images 1000. Le deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 disposé sous le premier photodétecteur semi- transparent 100.1 comporte deux couches 102.2 et 104.2 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2. Ces deux couches 102.2 et 104.2 sont disposées entre la deuxième électrode 108.1 (qui est donc commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2) et une troisième électrode 108.2 comprenant également de ΙΊΤΟ. Le troisième photodétecteur semi-transparent 100.3, disposé entre le deuxième photodétecteur 100.2 et le circuit intégré 1002, comporte deux couches 102.3 et 104.3 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3. Ces deux couches 102.3 et 104.3 sont disposées entre la troisième électrode 108.2 (qui est donc commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 100.2 et 100.3) et une quatrième électrode 108.3 comprenant également de ΓΙΤΟ et disposée au-dessus du circuit intégré 1002.
Chacun des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 comportent également un matériau diélectrique transparent respectivement référencées 109.1, 109.2 et 109.3, réalisé à travers les couches de semi-conducteurs des photodétecteurs semi-transparents, et par exemple similaire au matériau diélectrique transparent 109 précédemment décrit. Dans chacun des trois photodétecteurs semi- transparents 100.1, 100.2 et 100.3, les matériaux diélectriques 109.1, 109.2 et 109.3 entourent des portions semi-conductrices 110.1, 110.2 et 110.3 similaires aux portions semi-conductrices 110 précédemment décrites. En variante, le matériau diélectrique peut former, au sein d'un ou plusieurs des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3, des portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche et de la deuxième couche de semi-conducteur du photodétecteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
Les couches les plus fortement dopées de chaque photodétecteur 100.1, 100.2 et 100.3, correspondant ici aux couches 102.1, 102.2 et 102.3 dopées p, peuvent avoir des épaisseurs sensiblement similaires, et de préférence inférieures à environ 10 nm, ou plus généralement comprises entre environ 4 nm et 10 nm.
En variante, et pour des raisons électriques, l'une ou plusieurs des couches 102.1, 102.2 et 102.3 peuvent être disposées respectivement sous l'une ou plusieurs des couches 104.1, 104.2 ou 104.3 associées.
L'épaisseur de la couche 104.1 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du premier photodétecteur semi-transparent 100.1 est inférieure à celle de la couche 104.2 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du deuxième photodétecteur semi- transparent 100.2, elle-même inférieure à celle de la couche 104.3 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3. En effet, l'épaisseur de la couche 104.1 est adaptée pour que le premier photodétecteur 100.1 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes de la lumière reçue par le pixel qui correspondent à la couleur bleu (par exemple comprise entre environ 400 nm et 500 nm et soit majoritairement transparent (réalisant par exemple une transmission d'environ 80%) aux longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge (par exemple comprise entre environ 600 nm et 700 nm) et vert (par exemple comprise entre environ 500 nm et 600 nm), c'est-à-dire absorbe (par exemple environ 15% d'absorption) et reflète (par exemple environ 5 % de réflexion) une partie minoritaire de ces longueurs d'ondes. En raison des portions semi-conductrices 110.1 formées par les parties des couches de semiconducteurs 102.1 et 104.1 du premier photodétecteur semi-transparent 100.1 (qui sont ici de sections carrées de côté égal à environ 80 nm et espacées les unes des autres avec un pas égal à environ 200 nm), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.1 et 104.1) du premier photodétecteur 100.1 est par exemple égale à environ 60 nm, et est plus généralement comprise entre environ 20 nm et 80 nm.
L'épaisseur de la couche 104.2 est adaptée pour que le deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant au vert de la lumière ayant traversée le premier photodétecteur semi- transparent 100.1 et soit majoritairement transparent aux longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge (les longueurs d'ondes correspondant au bleu arrivant dans le deuxième photodétecteur 100.2 étant quasiment nulles). En raison des portions semi-conductrices 110.2 formées par les parties des couches de semi-conducteurs 102.2 et 104.2 du deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 (qui sont ici de forme et de dimensions, dans le plan (X,Y), sensiblement similaires à celles des portions 110.1 du premier photodétecteur 110.1), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.2 et 104.2) du deuxième photodétecteur 100.2 est par exemple comprise entre environ 100 nm et 300 nm.
Enfin, le troisième photodétecteur semi-transparent 100.3 ne reçoit pratiquement que des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge qu'il absorbera. En raison des portions semi-conductrices 110.3 réalisées dans les couches de semi-conducteurs 102.3 et 104.3 du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3 (qui sont ici de forme et de dimensions, dans le plan (X,Y), sensiblement similaires à celles des portions 110.1 du premier photodétecteur 110.1), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.3 et 104.3) du troisième photodétecteur 100.3 est adaptée pour absorber la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge.
La lumière peut éventuellement réaliser un deuxième passage à travers les photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 par réflexion sur le circuit intégré 1002 et ses interconnexions électriques.
Dans le capteur d'images 1000, les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont finement ajustés grâce à la présence des portions semi-conductrices 110.1, 110.2 et 110.3 formées par les couches de semi-conducteur de ces photodétecteurs. En variante, il est possible qu'un seul des photodétecteurs (avantageusement le photodétecteur destiné à réaliser une absorption des plus faibles longueurs d'ondes, par exemple celui destiné à réaliser une absorption de la couleur bleu, du fait que ce photodétecteur est destiné à avoir les couches de semi-conducteur les plus fines parmi les trois photodétecteurs semi-transparents du pixel) ou que deux des photodétecteurs (par exemple les photodétecteurs 100.1 et 100.2) soient réalisés avec de telles portions semi-conductrices.
De plus, il est également possible que les portions semi-conductrices 110 des différents photodétecteurs du capteur d'images 1000, et donc du dispositif de photodétection 200, soient de forme et/ou de dimensions différentes, et/ou agencées de manière différente dans les photodétecteurs. Il est également possible que le matériau diélectrique réalisé dans un ou plusieurs des photodétecteurs du capteur d'images 1000, et donc du dispositif de photodétection 200, forme des portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des couches du ou des photodétecteurs, comme précédemment décrit pour le photodétecteur 100.
De manière générales, les différents modes de réalisation et exemples de réalisation précédemment décrits pour le photodétecteur 100 peuvent s'appliquer pour l'une ou plusieurs des photodétecteurs 100.1, 100.2 et 100.3. Le photodétecteur semi-transparent 100, ou le dispositif de photodétection 200 formé de la superposition d'au moins deux photodétecteurs semi- transparents 100 présentant des gammes d'absorption au moins partiellement différentes, précédemment décrit peut également être utilisé pour réaliser un dispositif photovoltaïque comprenant des cellules solaires sur vitrage. En effet, pour la réalisation d'un tel dispositif photovoltaïque par exemple destiné à être utilisé pour des vitrages de maisons ou d'immeubles, on cherche généralement à réaliser des cellules photovoltaïques présentant un spectre d'absorption le moins variable possible dans le domaine des longueurs d'ondes visibles, afin que la couleur obtenue à travers les cellules et le vitrage corresponde sensiblement à une couleur neutre, par exemple gris. Un tel dispositif photovoltaïque 2000 est partiellement représenté sur la figure 10. Dans ce dispositif, plusieurs photodétecteurs semi-transparents (trois photodétecteurs semi- transparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont représentés sur la figure 10) sont disposés les uns à côté des autres sur une surface vitrée 2002, par exemple un substrat de verre, et reliés électriquement en eux, en série et/ou en parallèle, afin de pouvoir collecter sur des bornes de sortie du dispositif 2000 l'énergie électrique générée par les photodétecteurs semi-transparents 100. Les portions semi-conductrices (par exemple similaires aux portions 110 précédemment décrites) réalisées dans ces photodétecteurs semi- transparents comportent par exemple chacune une section en forme de disque de diamètre égal à environ 150 nm, et disposées les unes à côté des autres avec un pas égal à environ 300 nm, les couches semi-conductrices ayant par exemple une épaisseur totale, dans chaque photodétecteur, égale à environ 50 nm. Les électrodes supérieures des photodétecteurs sont ici recouvertes par des couches de passivation 136 permettant de protéger les photodétecteurs 100.1, 100.2 et 100.3.
Les courbes 130, 132 et 134 représentées sur la figure 11 correspondent respectivement aux spectres d'absorption, de transmission et de réflexion obtenues pour l'un des photodétecteurs semi-transparents du dispositif 2000. La courbe 132 montre que la transmission obtenue avec un tel photodétecteur semi-transparent comporte moins de variations que celle obtenue avec un photodétecteur semi-transparent comprenant des couches de semi-conducteurs non structurées (voir figure 5, le spectre de transmission étant uniformément croissant du bleu au rouge). De plus, on voit sur la figure 11 que ce spectre de transmission présente trois pics, dont le pic centrale est approximativement centré sur le maximum de sensibilité de l'œil qui correspond aux longueurs d'ondes de la couleur verte (à environ 550 nm) et les deux pics latéraux correspondent sensiblement aux longueurs d'ondes du rouge et du bleu (à environ 450 nm et 650 nm). Une telle transmission permet d'obtenir, en sortie du dispositif 2000, une lumière d'un ton gris chaud transmise à travers ces photodétecteurs semi-transparents, et donc une lumière adaptée pour une utilisation d'un tel dispositif dans le domaine de la construction. De plus, le spectre d'absorption (courbe 130) d'un tel photodétecteur semi-transparent n'est pas uniforme mais oscille dans une gamme de valeurs comprise entre +/- 20 % d'une valeur moyenne sur l'intervalle spectral du domaine visible, ce qui est une valeur tout à fait acceptable. Il est possible d'optimiser les structures des photodétecteurs semi- transparents pour obtenir des variations plus faibles du spectre d'absorption des photodétecteurs. Bien que non représentés, le dispositif photovoltaïque 2000 peut comporter d'autre éléments tels que des éléments de protection (diode de roue libre, anti-foudre, etc.) couplés aux photodétecteurs.
En variante, le dispositif 2000 peut comporte plusieurs dispositifs de photodétection 200 disposés les uns à côté des autres sur la surface vitrée 2002 et reliés électriquement en eux, en série et/ou en parallèle, afin de pouvoir collecter sur des bornes de sortie du dispositif 2000 l'énergie électrique générée par les dispositifs de photodétection 200.
Des photodétecteurs semi-transparents comprenant des couches de semi-conducteurs structurées peuvent également être utilisés pour réaliser des capteurs d'images spectroscopiques ou des capteurs d'images en trois dimensions ou adaptés pour réaliser des mesures de dé-focalisation (permettant de réaliser des mesures de profondeur dans une image capturée). Pour de tels capteurs d'images, les photodétecteurs semi-transparents sont par exemple similaires à ceux utilisés pour le dispositif photovoltaïque 2000 précédemment décrit, présentant par exemple un spectre d'absorption large et le plus constant possible sur toute la gamme des longueurs d'ondes capturées, tout en gardant une bonne transparence. Chaque pixel de ce type de capteur peut comporter au moins deux photodétecteurs semi-transparents superposés l'une au- dessus de l'autre, c'est-à-dire un dispositif de photodétection 200, afin de réaliser une capture de différentes profondeurs de champ de l'image. Par rapport au spectre d'absorption représenté sur la figure 11 (courbe 130), les photodétecteurs semi- transparents sont réalisés tels que les pics de ce spectre d'absorption soient élargis et/ou atténués, et cela via une variation du pas et de la taille des zones diélectriques, et donc également des zones photo-détectrices. Les valeurs de transmission souhaitée étant plus grande (70 à 80%) dans ce type d'application, l'épaisseur totale des couches semi- conductrices dans chaque photodétecteur est par exemple choisie plus mince (par exemple entre environ 25 nm et 35 nm). Les portions diélectriques sont par exemple réalisées avec un pas compris entre environ 250 nm et 300 nm, permettant essentiellement de s'affranchir de la caractéristique naturelle d'absorption du matériau semi-conducteur.
Lorsque les photodétecteurs semi-transparents sont utilisés pour former les pixels d'un capteur d'images (tri-chrome, 3D, spectroscopiques, etc.), on cherche généralement à ce que la lumière destinée à un pixel ne déborde pas sur le pixel voisin.
Pour cela, il est possible que les couches semi-conductrices de photodétecteurs appartenant à deux pixels voisins soient isolées les unes des autres par des portions diélectriques. Une telle configuration est représentée schématiquement sur la figure 12, dans laquelle les couches semi-conductrices 102.1, 102.2, 104.1 et 104.2 de deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2 sont entourées par des portions de matériau diélectrique 140 délimitant ainsi les portions de semi-conducteurs de chaque pixel. Ces portions diélectriques 140 isolent également électriquement l'une de l'autre les électrodes supérieures 106.1 et 106.2 des deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2. Les électrodes 108.1 et 108.2 des deux photodétecteurs 100.1 et 100.2 sont par contre formée par une couche conductrice transparente commune aux deux photodétecteurs 100.1 et 1002.2 et non interrompue par les portions diélectriques 140.
Dans une variante, il est possible que les portions de matériau diélectrique 140 ne délimitent que les électrodes des pixels (électrodes supérieures ou inférieures), et non les couches semi-conductrices. Les photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour mesurer une intensité lumineuse émise, à des fins de contre-réaction, sur une source ponctuelle. La figure 13 représente schématiquement un tel dispositif 3000 comportant un substrat 3002 comprenant des sources lumineuse 3004.1, 3004.2, 3004.3. Des dispositifs photodétecteurs semi- transparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont disposés au-dessus des sources lumineuses 3004 et permettent ainsi de laisser passer une grande partie du spectre lumineux émis tout en mesurant l'intensité lumineuse émise par les sources 3004. Les portions de matériau diélectrique transparent réalisées dans de tels photodétecteurs sont par exemple similaires à celles précédemment décrites pour le dispositif photovoltaïque 2000. Vu la forte intensité lumineuse émise et le peu de signal électrique nécessaire, les couches semi-conductrices réalisées sont fines et les largeurs des zones de semi-conducteur étroites. Sur l'exemple de la figure 13, les photodétecteurs semi-transparents 100 sont disposés directement contre les sources lumineuses 3004. Il est toutefois possible que les photodétecteurs semi-transparents 100 soient disposés à une certaine distance (par exemple une distance de focalisation) des sources lumineuses 3004, en fonction de ce qui est destiné à être mesuré par les photodétecteurs 100.
Ces photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour servir de détecteurs sur un écran d'affichage à des fins d'interaction homme/machine avec la personne visualisant l'image.
Les photodétecteurs semi-transparents sont dans ce cas réalisés sur l'écran d'affichage, et permettent de détecter la présence d'un élément, par exemple un doigt, sur une zone précise de l'écran.
Dans un photodétecteur semi-transparent, par exemple utilisé pour mesurer une intensité lumineuse émise ou bien pour servir de détecteur sur un écran, les portions semi-conductrices peuvent être disposées avantageusement en réseau cylindrique zoné, c'est-à-dire telles que la surface occupée par les portions semi- conductrices par rapport à la surface occupée par le matériau diélectrique (le matériau diélectrique ayant un indice optique supérieur à celui des portions semi-conductrices), dans le plan de la surface par laquelle la lumière est reçue, varie de manière croissante depuis le centre du photodétecteur vers les bords du photodétecteur, afin d'obtenir en plus un effet de lentille de type à gradient d'indice. Un exemple de réalisation d'un tel photodétecteur semi-transparent 100 est représenté schématiquement sur les figures 14A et 14B, représentant respectivement une vue en coupe et une vue de dessus de ce photodétecteur. Dans ce photodétecteur 100, les portions semi-conductrices 110 sont formées telles que les centres de ces portions 110 se trouvent sur des cercles concentriques 150 (représentés symboliquement par des traits pointillés) régulièrement espacés les uns des autres (avec toutefois ici une portion 110 disposée au centre du photodétecteur 100). Ainsi, la distance moyenne entre les centres de deux portions semi- conductrices 110 adjacentes est inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles destinées à traversées le photodétecteur 100 et celles destinées à être absorbées et convertis par le photodétecteur 100. Compte tenu de l'espacement régulier entre les portions semi-conductrices 110, la variation croissante de la surface occupée par les portions semi-conductrices 110 par rapport à la surface occupée par le matériau diélectrique 109 est obtenue grâce aux dimensions des portions semi-conductrices 110 qui varient de manière croissante depuis le centre du photodétecteur 100 vers les bords du photodétecteur 100.
Ainsi, du fait que le pas avec lequel sont réalisées les portions semi- conductrices 110 varie de manière continue et que les dimensions des portions semi- conductrices 110 augmentent à mesure de l'éloignement du centre du photodétecteur 100, cela induit une convergence des faisceaux lumineux reçus vers le centre du photodétecteur 100. L'indice optique moyen obtenu dans le photodétecteur 100 varie de zone en zone, d'où un comportement semblable à un gradient d'indice. Cet effet de lentille, obtenu grâce au rapport des surfaces entre le matériau diélectrique et le semi- conducteur qui varie et au fait que le pas de répétition des portions diélectriques soit inférieur à la plus petite longueur d'onde transmise ou absorbée, pourrait également être obtenu avec des portions semi-conductrices 110 de formes différentes, par exemple de section carrée, et/ou disposées selon un motif de forme différente, par exemple le long des côtés de carrés de dimensions différentes et disposés de manière concentrique. Il est également possible que l'indice optique du matériau diélectrique 109 soit inférieur à celui des portions semi-conductrices 110. Dans ce cas, le centre du photodétecteur formerait un centre de divergence, ce qui induirait une divergence des faisceaux lumineux reçus depuis le centre du photodétecteur 100.
Une matrice de lentilles peut être réalisée en disposant plusieurs lentilles similaires à celle représentée sur les figures 14A et 14B les unes à côté des autres. Une partie d'une telle matrice 4000 est schématiquement représentée sur la figure 14C. Cette partie de matrice 4000 comporte ici 9 photodétecteurs 100.1 à 100.9 disposés sous la forme d'une matrice carrée 3*3. Selon les indices optiques des matériaux semi-conducteurs et du matériau diélectrique des photodétecteurs 100.1 à 100.9 selon que les portions 110 soient à base de semi-conducteur ou de diélectrique, les portions 110 se trouvant au centre de chaque photodétecteur forment des centres de convergence ou de divergence des rayons lumineux reçus par les photodétecteurs. Inversement, les portions 110 se trouvant dans les coins des photodétecteurs forment des centres de divergence ou de convergence de ces rayons lumineux.
Dans les exemples décrits ci-dessus, chacun des photodétecteurs peut être remplacé par un dispositif de photodétection comportant au moins deux photodétecteurs différents superposés.
Les photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour réaliser un interféromètre. Un tel interféromètre comporte plusieurs photodétecteurs semi-transparents superposés les uns au-dessus des autres et réalisés sur un miroir. Un tel dispositif permet de retrouver le spectre reçu par l'interféromètre via un calcul par transformée de Fourier, ou via un calcul dit de « problème inverse », à partir des données délivrées par les photodétecteurs.
Dans les exemples de réalisation précédemment décrits, les photodétecteurs semi-transparents servent à réaliser une détection lumineuse dans la gamme des longueurs d'ondes du domaine visible. Toutefois, il est possible que ces photodétecteurs semi-transparents puissent être utilisés pour réaliser une détection dans le domaine infrarouge et/ou l'ultraviolet. Dans ce cas, les portions semi-conductrices ou diélectriques 110 sont réalisées telles que le pas « p » de ces portions 110 soit inférieur à la plus courte des longueurs d'ondes traversant ou absorbées par le photodétecteur. Les domaines de longueurs d'ondes resteront limités en largeur. Typiquement, la largeur spectrale de tels photodétecteurs est voisine de la valeur de la plus courte longueur d'onde du domaine de détection. Du germanium amorphe peut par exemple être utilisé pour la réalisation de photodétecteurs semi-transparents destinés à réaliser une détection lumineuse dans le domaine proche infrarouge (jusqu'à environ 1,4 μιη).
Dans tous les modes et exemples de réalisation des photodétecteurs semi-transparents précédemment décrits, les électrodes sont réalisées sous la forme de couches électriquement conductrices et transparentes recouvrant les faces avant et arrière des photodétecteurs. En variante, il est possible que les couches semi- conductrices dopées des photodétecteurs soient suffisamment conductrices (c'est-à-dire quand le produit de la résistance électrique des couches semi-conductrices par le couche photo-généré dans le photodétecteur donne une chute de tension inférieure à environ 10 mV) pour ne pas provoquer de chute de tension (ou limiter le courant) sur quelques microns, ce qui permet de réaliser dans ce cas des électrodes sous la forme d'éléments conducteurs étroits, par exemple disposés sur la périphérie des photodétecteurs, ces éléments conducteurs pouvant être opaques, ce qui opacifie que très partiellement le photodétecteur semi-transparent.
De plus, dans tous les modes et exemples de réalisation des photodétecteurs semi-transparents précédemment décrits, les électrodes sont disposées directement en contact avec les couches semi-conductrices. En variante, il est possible d'interposer des couches électriquement conductrices, par exemple comprenant un alliage métal - semi-conducteur tel que du siliciure, entre les électrodes et les couches semi-conductrices. Ces couches supplémentaires conductrices réduisent les phénomènes de barrière de potentiels aux interfaces entre les différents matériaux et facilitent le passage des charges du semi-conducteur vers les électrodes.
On décrit maintenant en liaison avec les figures 15A à 15D un exemple de procédé de réalisation d'un photodétecteur semi-transparent 100.
On dépose tout d'abord sur un substrat 160, correspondant par exemple un circuit intégré comprenant un semi-conducteur tel que du silicium, une couche d'ITO formant l'électrode inférieure 108, la couche de semi-conducteur dopée n 104, la couche de semi-conducteur dopée p 102, et une autre couche d'ITO 162 formant une partie de l'électrode supérieure (figure 15A).
Une gravure des couches 162, 102 et 104 est ensuite mise en œuvre afin de former des trous 164 correspondant aux futurs emplacements du matériau diélectrique dans ces couches, et définissant ainsi les portions semi-conductrices 110 (figure 15B). Il est également possible que l'électrode inférieure 108 soit partiellement gravée si le matériau diélectrique est destiné à traverser une partie de cette électrode.
Le matériau diélectrique transparent est ensuite déposé dans ces trous 164. Le matériau diélectrique transparent dépassant de ces trous sur la couche 162 est ensuite planarisé, avec arrêt sur la couche d'ITO 162 (figure 15C).
Le photodétecteur semi-transparent 100 est ensuite achevé via le dépôt d'une autre couche d'ITO formant, avec la couche 162, l'électrode 106 (figure 15D).
Lorsque les portions 110 ne traversent aucune des électrodes, l'électrode 106 peut être réalisée uniquement à la fin du procédé.
Pour la réalisation d'un dispositif de photodétection 200, les étapes ci- dessus sont répétées pour obtenir au moins deux photodétecteurs 100 superposés.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de photodétection (200) d'une gamme de longueurs d'ondes destinées à être reçues par le dispositif de photodétection (200), comportant plusieurs photodétecteurs (100) superposés, dans lequel un premier des photodétecteurs (100) est apte à absorber et convertir photo-électriquement une première partie de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la première partie, et dans lequel un deuxième des photodétecteurs (100) est apte à absorber et convertir photo-électriquement une deuxième partie, au moins partiellement différente de la première partie, de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la deuxième partie,
chacun des photodétecteurs (100) comportant au moins :
- des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur dopé formant ensemble une jonction p-n ;
- un matériau diélectrique (109) transparent vis-à-vis d'au moins les longueurs d'ondes destinées à traverser ledit photodétecteur (100), et traversant au moins les première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur ;
chacun des photodétecteurs (100) étant tel que :
- le matériau diélectrique (109) entoure plusieurs portions (110) semi- conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur, ou le matériau diélectrique (109) forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur,
- dans un plan parallèle à une première face de la première couche (102) de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, une distance moyenne d entre les centres de deux portions (110) semi-conductrices adjacentes ou entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit telle que d < Amin, avec Xmm correspondant à la plus petite longueur d'onde de la gamme de longueurs d'ondes.
2. Dispositif de photodétection (200) selon la revendication 1, dans lequel chacune des portions (110) semi-conductrices ou chacune des portions diélectriques de chacun des photodétecteurs (100) comporte une section, dans ledit plan, en forme de rectangle ou de disque ou de triangle.
3. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche (102) de semi-conducteur et/ou la deuxième couche (104) de semi-conducteur de chacun des photodétecteurs (100) comportent du silicium amorphe.
4. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des photodétecteurs (100) comporte en outre au moins une première électrode (106) reliée électriquement à la première couche (102) de semiconducteur, et au moins une deuxième électrode (108) reliée électriquement à la deuxième couche (104) de semi-conducteur.
5. Dispositif de photodétection (200) selon la revendication 4, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), la première électrode (106) comporte une première couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la gamme de longueurs d'ondes, disposée contre une deuxième face de la première couche (102) de semi-conducteur opposée à ladite première face, et/ou la deuxième électrode (108) comporte une deuxième couche de matériau électriquement conducteur transparent vis-à-vis d'au moins la gamme de longueurs d'ondes, disposée contre la deuxième couche (104) de semi-conducteur telle que la deuxième couche (104) de semi-conducteur soit disposée entre la deuxième couche de matériau électriquement conducteur et la première couche (102) de matériau semi-conducteur.
6. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), le matériau diélectrique traverse en outre une partie de la première électrode (106) et/ou une partie de la deuxième électrode (108).
7. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques sont disposées les unes à côté des autres selon un motif répété périodiquement dans ledit plan.
8. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques sont régulièrement disposées les unes à côté des autres.
9. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), toutes les portions
(110) semi-conductrices ou les portions diélectriques ont des dimensions sensiblement similaires et/ou sont de formes sensiblement similaires.
10. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), les portions (110) semi- conductrices ou les portions diélectriques sont disposées les unes à côté des autres selon un motif comportant plusieurs cercles de diamètres différents.
11. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacun des photodétecteurs (100) comporte en outre au moins une troisième couche de semi-conducteur intrinsèque disposée entre la première couche (102) de semi-conducteur et la deuxième couche (104) de semi-conducteur, le matériau diélectrique (109) traversant la troisième couche de semi-conducteur intrinsèque.
12. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), le matériau diélectrique (109) est transparent vis-à-vis de la gamme des longueurs d'ondes.
13. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, dans chacun des photodétecteurs (100), la distance d est telle
A,
que d e ;λ.
14. Dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les semi-conducteurs des première et deuxième couches (102, 104) de chacun des photodétecteurs (100) sont de même nature.
15. Capteur d'images (1000) comportant une matrice de pixels disposée au-dessus d'un circuit intégré (1002) de lecture des pixels, dans lequel chaque pixel comporte au moins un dispositif de photodétection (200) selon l'une des revendications précédentes.
16. Dispositif photovoltaïque (2000) comportant un substrat transparent (2002) sur lequel sont disposés des dispositifs de photodétection (200) selon l'une des revendications 1 à 14 et reliés électriquement entre eux.
17. Procédé de réalisation d'un dispositif de photodétection (200) d'une gamme de longueurs d'ondes destinées à être reçues par le dispositif de photodétection (200), comportant la réalisation de plusieurs photodétecteurs (100) superposés, dans lequel un premier des photodétecteurs (100) est apte à absorber et convertir photo-électriquement une première partie de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la première partie, et dans lequel un deuxième des photodétecteurs (100) est apte à absorber et convertir photo-électriquement une deuxième partie, au moins partiellement différente de la première partie, de la gamme de longueurs d'ondes et à être traversé par des longueurs d'ondes de la gamme autres que celles de la deuxième partie, dans lequel la réalisation de chacun des photodétecteurs (100) comporte au moins la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation d'au moins des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur dopé formant ensemble une jonction p-n ;
- gravure des première et deuxième couches (102, 104) de semiconducteur, et dépôt d'un matériau diélectrique (109), transparent vis-à-vis d'au moins les longueurs d'ondes destinées à traverser ledit photodétecteur (100), dans des parties gravées des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur,
dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique (109) entoure plusieurs portions (110) semi- conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur, ou les étapes de gravure et de dépôt sont mises en œuvre telles que le matériau diélectrique (109) forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des première et deuxième couches (102, 104) de semi-conducteur,
dans lequel, dans un plan parallèle à une première face de la première couche (102) de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, une distance moyenne d entre les centres de deux portions (110) semi- conductrices adjacentes ou entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit telle que d < Xmm, avec Xmm correspondant à la plus petite longueur d'onde de la gamme de longueurs d'ondes.
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