Brevet FR2101023A1 — publié le 19720331

y 2101023 La présente invention a pour objet une structure cl ' éléments semiconducteurs du type Métal Oxyde Semiconducteur, servant plus spécialement à la.lecture de mémoires optiques. On a décrit dans le brevet français n° 1 566.558 déposé le 5 20 mars 1968 par la demanderesse un élément M.O.S. comprenant un substrat d'un premier type de conductivité par exemple du type F. Sur ce substrat est diffusé localement un collecte-or de type opposé de conductivité et une couche diélectrique est déposée sur l'ensem-vle..Une grille métallique, transparente pour le type de radiation 10 utilisé est déposée sur la couche diélectrique. Le substrat est maintenu- à la masse. La jonction P F est polarisée en inverse, par un potentiel négatif appliqué au collecteur. La grille est aussi polarisée négativement. . Il est possible de réaliser directement des matrices composées 15 d'éléments de ce type. Toutefois celles-ci présentent des inconvénients . En particulier la résistance d'accès à la jonction est élevée. - La présente invention a pour objet une structure d'élément_photo M.O.S. exempb de ces inconvénients. 20 La structure d'élément M.O.S. selon lfinvention comporte un subs trat d'un premier type de conductivité, au moins un collecteur sur une face du substrat et ayant un deuxième type de conductivité opposé au premier type*une couche d'isolant recouvrant partiellement la dite face du substrat, et laissant a nu partiellemet le collec-25 teur, et des moyens pour polariser en inverse la jonction formée par le substrat et le collecteur. Elle est caractérisée en ce que la partie du collecteur qui n'est pas recouverts par la grille, est est recouverte au moins en partie d'une couche épaisse de diélec 70 29261 2 2101023 trique, elle-même recouverte d'une couche épaisse de nétal. L'invention sera mieux comprise au moyen de la description ci-.-après en se référant aux dessins annexés parmi lesquels La figure 1 represente une coupe et la figure 2, vu du dessus 5 un photo M.0.3. du type connu. La figure 3 représente en coupe les éléments d'une matrice d e phot oM.0.S. s elo n 1'invent ion; La figure 4 représente vu du dessus les mêmes éléments La figure 5 représente les mêmes éléments en perspective 1*0 La figure 6 représente les circuits de connexion électrique. La figure 7 représente un exemple d'application de l'invention. Sur les figures 1 et 2 est représenté un mode de réalisation d' un photo M.O.S. du type connu du brevet cité ci-dessus. Il comporte un substrat 1 de semiconducteur du type de conductivité ÎT. Deux 15 diffusions du type P+ ont été faites dans ce substrat. Ces deux diffusions^sont les deux collecteurs du photo M.O.S. Entre les deux . collecteurset mordant sur chacun d'eux est déposé une couche d'oxydi 4. Sur la couche d'oxyde 4 est déposée une grille métallique 5 transparante pour une certaine bande de fréquences de rayons lumineux. La 20 structure est ^olarisée en inverse de la façon suivante : le substrat 1 est à la masse, la grille, est connectée au pôle - d'une source 6 de tension continue dont le pôle + est à la masse. La tension délivrée est par exemple de -6V. Les collecteurs 2 sont connectés par l'intermédiaire d'une mê-25 me résistance 7? au-pôle - d'une source de tension 8, dont le pôle + est a la masse. Cette source délivre une tension négative plus basse que celle de la source 6 par exemple - 9V, le signal de sortie 70 29261 21°1023 3 ' est collecté à la borne commune des-collecteurs et de la résistance 7. ' ' La grille 5 est soumise à l'impact des rayons lumineux, dont la fréquence est comprise dans la bande pour laquelle la grille 5 5 est transparente, le fonctionnement de 11 ensemble est le suivant : Les tensions appliquées aux collecteras et à la grille ont pour conséquence la création dans le substrat d'une charge d'espace 9 de type P, se développant comme indiqué par les traits en pointillés. Cette charge d'espace forme une barrière de potentiel. Quand 10 un photon fait impact sur le substrat, travers la grille 5, il engendre une paire dTélectrons-trous. La charge positive ou trou grâce à la barrière de potentiel crée par la charge d'espace, est collectée par les collecteurs 2. TJn courant est engendré dans 3.a résistance 7. Ce courant donne nais-15 sance à la tension de sortie-7 . présente Le photo M.O.S. tel qu.Lil est repr es ente/certains inconvénients en particulier la charge d'espace ontoure deux collecteurs. Si on fait une matrice avec de tels M.O.S. aucun de ceux-ci ne sera indépendant des autres. Autrement dit, si une. grille est illuminée, le 20 signal engendré sera recueilli sur plusieurs collecteurs à la fois. La mosaïque de photo M.0.S..,présentée en coupe figure 3 permet d'éviter cet inconvénient.'Sur cette figure comme dans les suivantes, les mêmes références désignent les uêmes organes que sur les figures précédentes. 25 Les polarisations ne sont pas représentées, ce sont les mêmes que sur la figure 2.- Le substrat 1, et les collecteurs 2, sont identiques à ceux des figures 1 et 2. 70- 2926-1 2101.023 ' 1 i • ï -, --1' % ' -, 4 . Selon l'invention la couche à1oxyde 4 comprend des zones 41 minces (épaisseur de l'ordre de 0,1^) et des zones épaisses 42 (épaisseur de l'ordre de 1 à 2 microns). A chaque collecteur correspond une zone 42. les raccords 5 et ,44 entre une zone.mince 41 et une zone épaisse voisine 42 ont des parois sensiblement planes et perpendiculaires au su'bstrat. les raccoifis 43 sont légèrement décalés par rapport aux collecteurs de sorte qu'une partie 21 de ceux-ci ..est recouverte d'une couche mince, et une partie 22 recouverte d'une couche épaisse. 10 Sur la couche d'oxyde 4 est déposée une couche métallique 5, comportant des, parties épaisses 52 qui ne sont pas transparentes au rayonnement, et qui recouvrent exactement les zones 42, et des parties ninces 51 qui sont les grilles des photo M.O.S. et qui sont transparentes au rayonnement, qui recouvrent les zones 41 . 15 La figure 4 représente l'ensemble vu du dessus. Les couches d'oxyde située en dessous du métal ne sont pas visibles. Chaque grille a la forme d'un rectangle fait par exemple d'une couche très mince de nickel. Toutes les grilles 41 sont entourées de contours 53 faits d'unecouche de métal épais. Les contours 53 cor-20 respondant aux éléments d'une même ligne sont inter-connectés par des barres épaisses métalliques 52, qui sont les zones 52 représentées en coupe figure 3. Les collecteurs ont une portion 21 située .end.essous des grilles 41. L'autre portion 22 s'étend en partie sous .une barre 3?- • Celle-ci 25 étant moins large que le collecteur, celui-ci comprend deux zone_s-. non recouvertes de métal. Dans chacune de ces zones sont pratiquées symétriquement par rapport à la barre 52, deux fenêtres, 23 et 24 70 29261 2Î01023 5 dans lesquelles la . diffusion P+ est mise à nu-la fenêtre 23 voisin de la même ligne. L'ensemble est représenté en perspective figure 5. 5 Là matrice complète ost représentée figure 6, de façon simplifiée, ainsi que le circuit électrique qui lui est associé. Tous les collecteurs de la même colonne reliés en série par 8 ' construction sont connectés a une source de tension par l'intermédiaire d'une résistance de charge 7- La source de tension leur donne 10 un potentiel de -9V par rapport au substrat. Les grilles d'une même ligne sont reliées a une sortie d'un commutateur 100, par exemple électronique. Lrentrée unique de ce commutateur est connoctée au pôle - d'une source^de tension continue, délivrant une tension de 6V. Les li-15 gnes de grilles sont ainsi portées sélectivement au potentiel de -6V. Le fonctionnem'ent de l'ensemble est le suivant ; Grâce au commutateur 100, une ligne de grilles est portée à -6V. Tous les éléments-de cette ligne ont des jonctions P+U polarisées en inverse. Autour de chaque collecteur se développe une charge g 20 d'espace, représentée en pointillés sur la figure 3-Le champ électrique est faible sous les couches d'oxyde et de métal épaisses, alors que sous les grilles 41 et sous les" couches d'oxydes minces, le champ électrique est beaucoup plus élevé. Il en résulte que la charge d'espace 9" entoure le collecteur 2, et va affleurer à la 25 surface du substrat, immédiatement sur sa droite, qui on l'a vu plus haut est surmonté d'une oouche épaisse d'oxyde et d'une couche épaisse de métal. s 70 29261 6 2101023 Elle se développera à la gauche du collecteur dans le su'bstrat a une assez grande profondeur sous la grille mince 51 et la couche raine e dL'oxyde 41; , et affleurera à la surface du su'bstrat dès qu'elle rencontrera la eaiche épaisse située à la droite du collecteur 2 5 adjacent. Il en résulte que grâce àux décalages des couches épaisses par rapport aux collecteurs, chacun de ceux-ci aura une région de charge a1espace qui sera nettement séparée de celle des deux collecteurs adjacents. Ainsi à chaque grille 51 correspondra un col-10 lecteur 2 unique. Si une des grilles 51 est illuminée, les trous crées par l'impact de chaque photon, s'écouleront dans la région de charge d'espace correspondant à cette grille, et iront uniquement sur le collecteur 2 correspondant. 15 Une application possible de l'invention est représentée figure 7 Une optique 101 éclaire un film 102, comportant des régions transparentes et opaques. Ce film est "une. mémoire optique, et l'éclaire-ment ou l'opacité d'une zone du film traduit l'information 0 ou 1 ; l'image d'une zone transparente est formée par une lentille 103 20 sur une grille 51- Si la ligne des grilles correspondantes est sé-lectionnéepar le commutateur 200, l'impact des photons sur la grille 51 crée dans la colonne correspondant de collecteurs un courant, et un signal dans la résistance de charge. Aatreiaent dit, la selection de ligne se fait par le commutateur, 25 la solution de colonnes se fait par le film lui-même. L'invention présente de plus les avantages suivants : Les couches épaisses de métal réduisent les résistances d'ac- ! i 70 29261 21 ° 1023 7 ces aux collecteurs. Il n'y a aucune interaction entre deux collecteurs adjoints, 7| '2fl26r 210J023 8 * ' ' '■ " REVENDICAÏ10HS 1. Structure du type métal isolant semiconducteur, ou photoM.O.S. comportant un substrat d'un premier type de conductivité,au moins ;■ ;, . - - . ■ type •• un collecteur sur une face du substrat et ayant un deuxième/de conductivité opposé su premier type, une couche d'isolant recou-5 vrant partiellement ladite face du substrat et laissant a nu au . moins partiellement 1g. collecteur, une grille métallique déposée sur ladite couche isolante, et des moyens pour polariser en inverse la jonction formée par ledit substrat et ledit collecteur , 10 caractérisé en ce que la partie du collecteur qui n'est pas recouverte par la grille est recouverte au moins en partie d'une métal. couche épaisse d'isolant elle-même recouverte d'une couche épaisse &e/ 2. Structure selon la revendication 1, caractérisée en 03 qu'elle conxjorto au moins deux collecteurs et deux 15 grilles déposées sur deux couches d'oxyde , les deux couches d'isolant et de métal de chaque collecteur, se racor-dant à la grille et à la couche mince de l'autre collecteur, dans un plan de coupe transversale de substrat situé entre les deux collecteurs . 2o 3. Matrice de structures selon la revendication 2,caractérisée en ce que les grilles des éléments de la même ligne sont connectées électriquement en série, les collecteurs de chaque colonne étant connectés en série. 4. Matrice selon la revendication 3 caractérisée en ce que chaque 25 grille a une forme rectangulaire, et est connectée aux grilles ooi-sines de la même ligne par une barre de métal de forte épaisseur, ladite barre recouvrant en partie le collecteur associé à la grille et formant ladite couche épaisse. 70 29261 2101023 'j 5. Matrice suivant la revendication 3? caractériséeen ce que les colleeteuats sont reliés a une résistance de charge elle-même • négatif connectée au pôle j d'une source de polarisation portant les connecteurs à un potentiel négatif par rapport au su'bstrat. 6» Matrice suivant la revendication 5 t caract éris éeen ce que les lignes de grille sont respectivement reliées aux sorties d'un négatif commutateur» dont l'entrée est reliée au pôle /d'une source de polarisation qui délivre un potentiel négatif, moins élevé en valeur absolue*que celui que reçoivent les collecteurs.