Brevet FR2088357A1 — publié le 19720107

La présente invention concerne un détecteur photovoltaïque et un procédé pour sa fabrication. Un détecteur photovoltaïque de radiations utilise l'effet photoélectrique ayant lieu au voisinage 5 des jonctions PN dans certains types de matières semi-conductrices quand elles sont exposées .Le choix d'une matière semi-conductrice' particulière détermine la réponse d'un détecteur particulier a la longueur d'onde de la radiation reçue. L'antimoniure d'indium et l'arséniure d'indium sont des 10 exemples de ces matières. Les détecteurs de ce type, qui sont sensibles dans la région de l'infrarouge intermédiaire, nécessitent en général le refroidissement à des températures relativement basses, par exemple par de l'azote liquide a 77°K. Dans la fabrication habituelle des détecteurs photo-15 voltaïques, une jonction PN est formée dans une plaquette de monocristal de la matière par diffusion à haute température d'une impureté appropriée.la plaquette ayant une jonction PN diffusée d'une aire importante située juste en dessous de sa surface est ensuite traitée pour former des élé-20 ments détecteurs séparés. Dans le cas des détecteurs en InSb ou en InAs, une technique de photogravure sélective est utilisée sur les plaquettes pour délimiter les éléments détecteurs individuels par enlèvement de la matière de la région P sur toute la rondelle à l'exception des zones dans 25 lesquelles des éléments détecteurs actifs doivent être formés . La plaquette est ensuite tracée pour être coupée en„ petites pièces, chacune contenant une jonction PN en position centrale sur une petite pastille de matière» Les pastilles individuelles sont ensuite soudées sur un support 30 convenable, la jonction photogravée étant sur le côté opposé du support. Un petit fil d'or est ensuite soudé sur la région P ou anode de la jonction mesa photogravée.L!élément détecteur ainsi assemblé est soumis à des mesures préliminaires pour déterminer la valeur de son rendement et il est 35 ensuite sensibilisé , enlevant de la matière de la région P du détecteur,jusqu'à obtenir la valeur optimale du rendement. Cette sensibilisation est effectuée par une série d'opérations de gravure chimique qui enlèvent une petite partie de 71 16232 2 2088357 la matière de la région P du détecteur. Après la sensibilisation, un revêtement d'une matière diélectrique est formé par évaporation pour protéger les surfaces du détecteur contre la contamination, 5 cette couche servant aussi comme revêtement antireflet pour augmenter le rendement. En raison de la discontinuité abrupte de surface à l'interface entre le conducteur de sortie de l'anode et la surface du semi-conducteur, une passivation complète de la surface n'est jamais obtenue, ce qui abaisse 10 le rendement global du dispositif et réduit la; sûreté du détecteur. Après l'application du revêtement protecteur, le détecteur est placé dans un vase de Dewar dans lequel est finalement établi le vide. Les techniques habituelles décrites ci-dessus pour la fabrication des détecteurs et des 15 groupes de détecteurs photovoltaïques nécessitent la fixation du fil conducteur individuel à chaque élément détecteur. La fixation du fil individuel est coûteuse et elle peut provoquer 1'endommagement des éléments détecteurs pendant la fabrication, en particulier dans le cas des groupes, parce 20 qu'un élément endommagé dans un groupe nécessite le rejet de tout le groupe.De même, il a été constaté que les conducteurs fixés individuellement sont gênants pour les procédés pour obtenir la définition spatiale du détecteur et l'utilisation maximale d'un cache de champ de vue. Dans le cas d'un 25 groupe de détecteurs à nombreux éléments sur lequel 200 conducteurs individuels doivent être fixés, les techniques habituelles de liaison des conducteurs entraînent de très sérieuses limitations pour la construction du groupe de détecteurs . 30 La construction habituelle des détecteurs nécessite aussi que chaque élément détecteur soit sensibilisé individuellement pour le rendement optimal. Cette opération demande beaucoup de temps et œt irrégulière et représente la partie la plus importante du prix de revient. De plus, les 35 surfaces des éléments détecteurs sont incomplètement passivées, ce qui réduit le rendement global du détecteur et peut se traduire par une contamination de la surface nécessitant le rejet du détecteur. 71 16232 3 2088357 La présente invention a pour objet un nouveau détecteur photovoltaïque caractérisé par une plaquette de matière ayant au moins une jonction PN active délimitée, une première couche de matière diélectrique couvrant une 5 partie de la'plaquette et seulement une faible partie de la jonction PN active, une couche de conducteurs de sortie en matière conductrice sur la première couche de matière diélectrique et venant à une extrémité en contact avec la jonction PN active et se terminant à l'autre extrémité par une 10 zone de connexion telle qu'un plot pour un conducteur et portant sut la première couche de matière diélectrique afin que cette zone de connexion soit isolée de la plaquette, une seconde couche de matière diélectrique couvrant toute la zone de la jonction PN active et au moins une partie de la couche 15 de conducteur venant en contact ohmique avec la jonction PN active pour passiver complètement cette jonction PN active, et un support sur lequel la plaquette est montée. L'invention a aussi pour objet un procédé pour la fabrication d'un détecteur photovoltaïque, caracté-20 risé par 3adélinsarisation d'une plaquette importante de semiconducteur ayant une jonction PN pour obtenir les jonctions actives désirées par suppression de la matière P non désirée de la plaquette;l'application d'un premier revêtement de matière diélectrique couvrant seulement une faible partie du 25 bord des jonctions actives et les autres zones de la plaquette, l'application de conducteurs métalliques d'une forme prédéterminée sur ce premier revêtement pour que chaque conducteur soit en contact ohmique avec la jonction active associée, l'application d'un second revêtement de matière diélec-30 trique couvrant toutes les zones de chaque jonction active et une partie de chaque conducteur, le découpage de la plaquette pour obtenir des éléments détecteurs individuels et des groupes d'éléments détecteurs, et le montage des éléments détecteurs et des groupes d'éléments détecteurs sur des supports. 35 Les détecteurs ainsi réalisés et les groupes de ces détecteurs sont moins coûteux et demandant moins de temps permettent d'obtenir des détecteurs photovoltaïques plus uniformes et des groupes plus pratiques de ces détecteurs. 71 16232 4 2088357 Ces nouveaux détecteurs et des groupes de ces détecteurs complètement passivés permettant la construction intégrée de filtres interférentiels, de diaphragmes d'ouverture, de réticules codés et/ou d'anneaux de garde 5 pour les détecteurs ou les groupes de détecteurs. Ces détecteurs peuvent être monolithes et d'une construction supprimant la nécessité de la liaison de fils conducteurs individuels et de la sensibilisation individuelle des détecteurs. 10 Suivaht un mode de mise en oeuvre de l'inven tion, des photodétecteurs et des groupes de photodétecteurs sont fabriqués en utilisant une technique de traitement monolithique utilisant une série de films minces formés par évaporation. Après la délimitation des jonctions actives 1 5 désirées sur une plaquette importante de semi-conducteurs a jonction PN, un revêtement diélectrique est formé par évapora tion pour couvrir seulement une petite partie de l'élément actif de chaque jonction, après quoi des revêtements métalliques sont formés pour constituer des contacts ohmiques 20 sur les éléments actifs. Un autre revêtement diélectrique est ensuite appliqué pour couvrir complètement les zones des jonctions actives, cette application étant suivie d'une autre application d'un revêtement métallique couvrant les zones des contacts ohmiques des éléments actifs. Des revêtements consé-25 cutifs peuvent ensuite être appliqués pour former des filtres interférentiels, des diaphragmes d'ouverture, des réticules codés et/ou des anneaux de garde, pour chaque élément détecteur. Les caractéristiques de l'invention ressor-30 tiront plus particulièrement de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés , sur lesquels ï la figure 1 est une vue schématique en perspective illustrant le procédé utilisant une réserve photographique 35 pour les étapes initiales de la fabrication des détecteurs et des groupes de détecteurs selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; la figure 2 est une vue schématique en éléva 71 16232 5 2088357 tion de la jonction PN formée par le procédé à réserve photographique ou par un autre procédé pour délimiter une jonction active traitée ensuite conformément a l'invention ; la figure 3 est une coupe schématique d'un 5 détecteur formé selon la présente invention ; la figuré 4 est une vue schématique en plan d'un groupe de détecteurs formé selon un mod« de mise en oeuvre de l'invention ; et la figure 5 est une coupe schématique mon-1 0 trant des couches supplémentaires pouvant être déposées par évaporation sur le détecteur de la figure 3, le détecteur pouvant recevoir une couche unique ou une combinaison de ces couches. Comme il a été indiqué ci-dessus, bien que 15 la construction monolithique des détecteurs puisse être utilisée pour des photodétecteurs Comprenant à la fois les dispositifs photovoltaïques et les détecteurs photoconducteurs, les pri. ncipales applications sont trouvées pour les détecteurs photovoltaïques, et par suite, l'invention sera décrite ci-20 après en considérant le cas des dispositifs photovoltaïques. Pour la fabrication de détecteurs photovoltaïques, une jonction PN est formée dans une plaquette de monocristal par diffusion à haute température d'une impureté appropriée. Pas exemple, dans le cas d'un détecteur photovoltaïque à antimo-25 niure d'indium, une plaquette d'antimoniure d'indium, qui est une matière du type N, est soumise à la diffusion de cadmium qui est une matière type P. La pastille ayant subi la diffusion et ayant une jonction PN de superficie importante en dessous de sa surface est ensuite traitée conformément à l'in-30 vention. Dans le cas des détecteurs en InSb ou en InAs, une technique de photogravure sélective est utilisée pour délimiter sur la plaquette les éléments détecteurs individuels. Comme le montre la figure 1, la plaquette 10 comprend une cou-35 che 12 de matière type N avec une couche 14 de matière type P formée par diffusion dans la plaquette,La couche type P est couverte d'une pellicule de réserve photographique et de la lumière est projetée sur la plaquette a travers un cache négatif 71 16232 6 2088357 transparent, en dehors des parties opaques 20 qui ont la configuration des jonctions actives devant être formées. La partie de la pellicule de réserve photographique 16 impressionnée à tra/ers le cache négatif transparent 18 est 5 ensuite gravée chimiquement pour obtenir les jonctions mesa 15 par photogravure de la façon représentée sur la figure 2. La figure 2 représente seulement un élément parmi le grand nombre de jonctions mesa 15 formées par ce traitement d'après l'image formée sur la réserve par le cache 18.Lfun des avanta-10 ges de la présente invention est la possibilité de fabriquer simultanément un grand nombre d'éléments. Après la délimitation des formes géométriques des détecteurs individuels ou des groupes de détecteurs, l'étape suivante du traitement consiste à sensibiliser les 15 éléments détecteurs individuels, ce qui implique la gravure chimique de toute la surface du groupe de détecteurs pour enlever sélectivement une partie de la région P de chaque détecteur. Cette opération permet d'obtenir l'épaisseur optimale des jonctions PN des détecteurs pour le rendement maxi-20 mal. En même temps, la gravure chimique supprime tous les trajets de fuite pouvant exister autour de chaque jonction, ce qui se traduit par un comportement net de diodes avec une caractéristique faible de bruit 1/f. Après la sensibilisation, la plaquette 10 est placée dans un système à cloche à vide 25 élevé pour le traitement monolithique dans lequel toutes les étapes des traitements critiques ont lieu dans un évaporateur à vide élevé classique. Un revêtement de matière diélectrique 22 est formé par évaporation à travers un cache convenable sur la plaquette 10 de façon qu'il couvre seulement une petite 30 partie de chaque jonction mesa active 15. Le monoxyde de silicium est un exemple de matière diélectrique pouvant être utilisé. Le revêtement 22 est représenté sur la figure 3 et sa forme générale par rapport à la plaquette 10 est représentée sur la figure 4. Le revêtement 22 peut avoir une épaisseur de 35 l'ordre de 0,5 micron. Le revêtement de matière diélectrique formé pa^ évaporation est la base pour l'opération de dépôt par évaporation des conducteurs métalliques. Un revêtement de métal est appliqué par évaporation à travers un cache convenable 71 16232 7 2088357 ayant la configuration des conducteurs sur le revêtement 22 en dépassant sur chaque jonction mesa 15 pour venir en contact ohmique avec celle-ci dans la région P de chaque élément actif ou jonction mesa 15. Un revêtement double d'une 5 épaisseur de l'ordre de 10 microns, en or et chrome, a été constaté convenable dans ce but. Les figures 3 et 4 montrent les formes des conducteurs métalliques 24 venant à une extrémité en contact ohmique avec la matière type P et se terminant à l'autre extrémité par un plot de connexion 25 de la 10 façon représentée sur la figure 4. Le conducteur 24 est isolé par le revêtement diélectrique 22 de la couche M 12 de la plaquette 10. Une autre couche de matière diélectrique 26 est ensuite appliquée sur toute les régions actives de la 15 plaquette 10. Les seules zones non couvertes sont une partie des conducteurs 24 et les plots 25 associés. Ce revêtement de matière diélectrique, par exemple de monoxyde de silicium, d'une épaisseur de l'ordre de 1 à 6 microns, assure la passi-vation complète de tous les détecteurs , les rendant insensi-20 bles à la dégradation par contamination. Un cache métallique 28 en matière convenable telle que l*or ou l'aluminium, est ensuite appliqué pour protéger les éléments sensibles dans la zone du conducteur de connexion en contact ohmique avec l'anode 15 de chaque détecteur. 25 La plaquette 10 est ensuite enlevée de la chambre d'évaporation et elle est coupée en pastilles en la découpant par traçage en petites pièces, chacune contenant un élément détecteur individuel ou un groupe de détecteurs individuels. Les pièces individuelles représentant, soit des dé-30 tecteurs individuels soit des groupes de détecteurs, sont fixées sur un support 30 en matière céramique, par exemple en oxyde de béryllium. Un appareil de liaison par ultrasons est ensuite utilisé pour connecter des conducteurs entre les plots 25 se trouvant sur la matière du détecteur et des plots con-35 ducteurs convenables situés sur le support 30. Il est important de noter qu'avec le traitement monolithique selon l'invention, l'opération de liaison des conducteurs est effectuée sur un plot de métal déposé par évaporation et isolé de la 71 16232 s 2088357 matière du détecteur par un diélectrique, au lieu d'être effectuée sur toute la jonction PN active du détecteur, ce qui, avec les techniques habituelles, provoque des perforations ou le brûlage.La mise en capsule et l'établissement du 5 vide sont ensuite effectués. La figure 5 montre des revêtements supplémentaires pouvant être appliqués en utilisant les techniques de traitement monolithique selon la présente invention. En raison de la haute qualité de la passivation, des revêtements 10 26, des réticules codés 29, des filtres interférentiels 30, des diaphragmes d'ouverture 32 et/ou des anneaux de garde 34 peuvent être appliqués sur chaque élément détecteur. Ces éléments supplémentaires peuvent être utilisés individuellement ou en combinaisons suivant la destination particulière des 15 détecteurs individuels ou des groupes de détecteurs. En plus de permettre un détecteur complètement intégré, cette technique réduit les pertes par réflexion existant normalement avec les filtres, les diaphragmes d'ouverture et les réticules séparés . Il est évident que si un diaphragme d'ouverture 20 32 est utilisé pour définir le champ de vue d'un élément détecteur actif, le revêtement 28 n'est pas nécessaire. La suppression des nombreux fils conducteurs individuels nécessaires intérieurement permet plus facilement l'incorporation de réticules de champ de vue et de filtres interférentiels pour 25 améliorer les performances du détecteur. De plus, avec ces types d'éléments incorporés directement et intégrés au détecteur, ces éléments peuvent être refroidis dans l'enveloppe ou capsule du détecteur et par suite il existe le moindre problème pour le refroidissement quand ces éléments sont fixés 30 séparément ou sont placés à l'extérieur du groupe et du vase de Dewar. La passivation complète du détecteur permet l'application d'anneaux de garde qui servent à augmenter la sûreté de fonctionnement et les performances des dispositifs. L'anneau de garde est en général un film de métal déposé par 35 évaporation autour de la zone active du dispositif détecteur. L'anneau de garde est isolé du dispositif et il est utilisé pour modifier les lignes de champ à la périphérie de la jonction du dispositif afin de réduire les courants de fuite et 71 16232 9 2088357 d'autres phénomènes superficiels. Pendant le fonctionnement, une tension en courant continu est appliquée à l'anneau de garde 34 pour modifier les lignes de champ à la jonction 15. La construction des détecteurs et la techni-5 que de traitement monolithique selon l'invention peuvent être utilisées pour un détecteur unique et pour des groupes de détecteurs qui peuvent être produits plus uniformément pour augmenter la sûreté de fonctionnement et pour réduire l'importance des déchets dans la production des détecteurs 10 photovoltaïques. Cette construction supprime la nécessité de fixation de conducteurs individuels sur les anodes des jonctions actives et les brûlages constatés quand la fixation de ces conducteurs est nécessaire. Toute la liaison des conducteurs est effectuée a distance des éléments actifs des 15 détecteurs. Les revêtements de passivation complète permettent l'adjonction de revêtements supplémentaires pour améliorer les performances des détecteurs. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre 20 suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. 71 16232 10 2088357 REVENDICATIONS 1. Procédé pour la fabrication d'un détecteur photovoltaïque ou photoconducteur, caractérisé par la délinéarisation d'une plaquette importante de semi-conducteurs ayant une jonction PN pour obtenir les jonctions actives désirées par suppression de la matière P non désirée de la plaquette, l'application d'un premier revêtement de matière diélectrique couvrant seulement une faible partie du bord 0 des jonctions actives et les autres zones de la plaquette , l'application de conducteurs métalliques d'une forme prédéterminée sur ce premier revêtement pour que chaque co»duc-teur soit en contact ohmique avec la jonction active associée, l'application d'un second revêtement de matière diélec-15 trique couvrant toutes les zones de chaque jonction active et une partie de chaque conducteur, le découpage de la plaquette pour obtenir des éléments détecteurs individuels et des groupes d'éléments détecteurs, et le montage des éléments' détecteurs et des groupes d'éléments détecteurs sur 20 des supports. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le dépôt d'un filtre interférentiel sur le second revêtement de matière diélectrique au-dessus de chaque jonction active. 25 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le dépôt d'un réticule codé sur le second revêtement de matière diélectrique au-dessus de chaque jonction active. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 30 à 3, caractérisé par le dépôt d'un diaphragme d'ouverture sur le second revêtement de matière diélectrique au-dessus de chaque jonction active. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par le dépôt d'un anneau de garde sur le 35 second revêtement diélectrique autour de chaque jonction active . 6. Détecteur photovoltaïque ou photoconducteur, caractérisé par une plaquette de matière ayant au moins 71 16232 2088357 ■jne jonction PN active délimitée, une première couche de matière diélectrique couvrant une partie de la plaquette et seulement une faible partie de la jonction PN active, une couche de conducteur de sortie en matière conductrice 5 sur la première couche de matière diélectrique et venant à ane extrémité en contact avec la jonction PN active et se terminant a l'autre extrémité par une zone de connexion telle qu'un plot pour un conducteur et portant sur la première couche de matière diélectrique afin que cette zone de 1G connexion soit isolée de la plaquette, une seconde couche de matière diélectrique couvrant toute la zone de la jonction PN active et au moins une partie de la couche de conducteur venant en contact ohmique avec la jonction PN active pour ^zpassivez complètement cette jonction PN active, et un sup-15 port sur lequel la plaquette est montée» térisé en ce que la plaquette comporte plusieurs jonctions PN actives, chacune portant les couches de matière diélectrique et la couche de conducteur. 6 et 7, caractérisé par un filtre interférentiel sur la seconde couche de matière diélectrique au-dessus de la jonction PN active. 9. Détecteur selon l'une des revendications 25 ô à 8, raractérisé par un diaphragme d'ouverture sur la seconde couche de matière diélectrique au-dessus de la jonction PN active. 10. Détecteur selon l'une des revendications 6 a 9, caractérisé par un réticule codé sur la seconde cou- jG c'ne de matière diélectrique au-dessus de la jonction PN. 11. Détecteur selon l'une des revendications 6 â 10, caractérisé par un anneau de garde sur la seconde couche de matière diélectrique autour de la jonction PN active. 7. Détecteur selon la revendication 6, carac- 20 8. Détecteur selon l'une des revendications