Brevet FR2110259A1 — publié le 19720602

' 2110259 L'invention concerne un dispositif photosensible à semiconducteur comportant plusieurs éléments photosensibles séparés les uns des autres, disposés sous la forme d'une matrice suivant des lignes et des colonnes -?ur un substrat de matériau 5 semiconducteur dopé. On connait déjà des dispositifs en forme de matrice ou des mosaïques d'éléments photosensibles, par exemple des mosaïques réalisées par double diffusion«utilisés pour l'obtention d'images par voie électronique. Les dispositifs formés d'éléments 10 à semiconducteur permettent une répartition plus dense des éléments photosensibles, et donc une meilleure définition que des dispositifs connus constitués par exemple par des cellules photoélectriques sous vide. Comme éléments photosensibles, on a utilisé jusqu'à maintenant par exemple des photodiodes, des 15 thyristors ou des phototransistors bipolaires obtenus par double diffusion. La définition qu'on peut obtenir avec les dispositifs photosensibles connus à semiconducteur, est cependant limitée à cause des voies conductrices métalliques utilisées pour réaliser 20 les contacts. Pour améliorer cette définition dans les dispositifs connus, on a réduit les différents éléments photosensibles. Mais les voies conductrices métalliques ne peuvent être réduites dans la même proportion car il en résulte une réduction de la sensibilité du dispositif. 25 Pour de nombreuses utilisations telles que l'identifi cation des couleurs, la prise de vues d'images de télévision électroniques etc..., la sensibilité à l'infrarouge est gênante. Ainsi, par exemple la photosensibilité spectrale du transducteur photoélectrique doit correspondre approximativement à la sensibi— 30 lité de l'oeil dans le cas de la formation d'images de télévision. Pour atteindre ce but, il faut supprimer dans les dispositifs connus la composante infrarouge du rayonnement à l'aide de filtres supplémentaires. La présente invention a pour but de fournir un disposi-35 tif photosensible à semiconducteur possédant des propriétés photoélectriques améliorées et qui permet d'éviter les inconvénients indiqués plus haut. Ce problème est résolu conformément à l'invention à l'aide d'un dispositif photosensible à semiconducteur, comportant 40 plusieurs éléments photosensibles séparés les uns des autres et l ÇOPY 71 36063 2 2110259 disposés sous la forme d'une matrice suivant des lignes et des colonnes sur un' substrat de matériau semiconducteur dopé, dans lequel chaque élément photosensible de semiconducteur présente une hétérojonction redresseuse formée par une couche de semi-5 conducteur mince transparente constituée sous la forme d'une couche antiréfléchissante, et par une première zone semiconduc-trice réalisée par diffusion dans le substrat de semiconducteur, ou par une seconde zone partielle réalisée par diffusion dans la première zone semiconductrice, que la couche de semiconduc-10 teur mince transparente, isolée électriquement par une couche isolante par rapport au substrat semiconducteur, est disposée sur celui-ci suivant des lignes,que la première zone semiconductrice réalisée par diffusion est disposée suivant des colonnes dans la surface du substrat, les couches photosensibles de semi— 15 conducteur disposées suivant des lignes et les premières zones semiconductrices réalisées par diffusion et disposées suivant des colonnes étant munies de contact dénués de couche d'arrêt. Pour obtenir les hétérojonctions,redresseuses améliorant les propriétés photoélectriques des différents éléments 20 photosensibles du dispositif conforme à l'invention, on réalise par diffusion, dans un substrat semiconducteur dopé, de préférence en silicium, germanium ou arseniure de gallium, des premières zones possédant un dopage de type opposé à celui du substrat ou des secondes zones partielles à l'intérieur desdites 25 premières zones, et on dépose suivant des lignes et à distance .les unes des autres des couches de semiconducteur minces ayant une bonne transparence et une bonne conductibilité électrique, et isolées du substrat semiconducteur par exemple par une cou— • che de bioxyde de silicium, sur lesdites premières zones ou sur 30 les secondes zones réalisées par diffusion en forme d'îlots dans les premières zones. Ces couches transparentes constituent des hétérojonctions avec le matériau semiconducteur des premières zones ou des secondes zones partielles réalisées par diffusion, aux endroits où les couches minces transparentes intersectent 35 les zones réalisées par diffusion et où des fenêtres sont prévues dans la couche isolante. Les couches minces transparentes sont constituées de préférence par l'un des matériaux semiconducteurs suivants : oxyde d'étain Sn 02, Sn 02 dopé à l'antimoine, oxyde d'indium In 2 0 ^ ou In 2 0 dopé à l'étain, au titane ou au 40 cadmium. Les couches transparentes disposées à distance les unes ' COP^ 71 36063 3 2110259 des autres suivant des lignes sont des couches semiconductrices minces, bien transparentes et conduisant bien le courant électrique; elles forment des hétérojonctions redresseuses avec le matériau semiconducteur des premières zones fabriquées par dif-5 fusion dans le substrat, ou des secondes zones partielles dans les fenêtres ménagées dans la couche isolante aux points d'intersection et présentent un indice de réfraction optique et une épaisseur de couche optique tels qu'elles servent simultanément de couches antiréfléchissantes. 10 Les premières zones semiconductrices réalisées par diffusion suivant des colonnes présentent le type de conductivi-té opposé à celui du substrat semiconducteur dopé et les secondes zones partielles fabriquées par diffusion, également prévue^ forment les premières zones semiconductrices des ilôts du même 15 type de conductivité que celui du substrat semiconducteur dopé. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous et illustré schématiquement au dessin annexé deux formes de réalisation du disporsitif suivant l'invention, à l'aide desquelles on expliquera de façon détaillée d'autres caractéristiques et particularités 20 des dispositifs phtosensibles à semiconducteur, dont les différents éléments photosensibles présentent une hétérojonction silicium / oxyde d'étain. La figure 1 montre une vue en perspective d'un dispositif photosensible à semiconducteur conforme à l'invention 25 comportant un grand nombre d'éléments semiconducteurs disposés suivant des lignes et des colànnes. Les éléments photosensibles présentent des photodiodes comportant dans cet exemple une hétéro jonction. Le dispositif photosensible à semiconducteur conforme 30 à l'invention est constitué par un substrat semiconducteur dopé 1, par exemple en silicium dopé du type p. Dans ce substrat semiconducteur 1, on réalise par diffusion suivant des colonnes des zones situées à distance les unes des autres et possédant un dopage de type opposé et qui donc possèdent dans cet exemple le 35 type de conductivité n. Au dessus du substrat semiconducteur 1, muni des zones 2 obtenues par diffusion, sont disposées suivant des lignes des couches de semiconducteur minces transparentes U, ecartées les unes des autres et isolées électriquement par rap, ort au substrat semiconducteur 1 par une couche isolante 3 ( Une 40 couche de Si 0 2 dans cet exemple ), qui sont constituées dans cet COPY 71 36063 ii 2110259 exemple par de l'oxyde d'étain et forment, aux endroits où les-dites couches croisent les zones 2 obtenues par diffusion, une hétérojonction avec ces zones respectivement dans les fenêtres prévues dans la couche isolante 3» Ces couches transparentes 4 5 disposées suivant des lignes d'une part forment les hétérojonc-tions et servent d'autre part simultanément de connexions. On peut donc renoncer au dépôt par vaporisation de voies conductrices supplémentaires en aluminium. Cela est un grand avantage dans le cas de la fabrication de la mosaïque désirée à haute 10 définition, possédant une densité de répartition élevée. La commande colonne par colonne du dispositif photosensible semiconducteur conforme à l'invention s'effectue à l'aide des zones 2 obtenues par diffusion. Les extrémités de ces zones 2 obtenues par diffusion et disposées suivant les colonnes sont munies de 15 contacts 5 dénués de couche d'arrêt tandis que les extrémités des couches minces transparentes 4 disposées suivant les lignes sont munies de contacts 6 dénués de couche d'arrêt. En figure 2 on a représenté une vue en plan d'un- autre dispositif photosensible à semiconducteur conforme à l'invention. 20 Les éléments photosensibles, à semiconducteurs disposés suivant d des lignes et des colonnes représentant dans cet exemple de réalisation des phototransistors bipolaires. Le dispositif photosensible à semiconducteur conforme à l'invention est constitué par une substrat semiconducteur dopé 25 1, dans cet exemple un substrat de silicium dopé, dans lequel on réalise par diffusion suivant des colonnes des premières zones 7 écartées les unes des autres et possédant ùn dopage de type opposé. Dans ces zones 7» on réalise par diffusion des secondes zones partielles 2 possédant un type de dopage opposé, qui for-30 ment avec les couches minces transparentes 4 disposées suivant des lignes et à distance les unes des autres sur le substrat semiconducteur 1 et constituées dans cet exemple par des couches de Sn 0 2 des hétérojonctions aux endroits où lesdites zones croisent lesdites couches 4 et où des fénêtres sont prévues dans 35 une couche isolante 3. En dehors des points d'intersection où des fenêtres sont prévues dans la couche isol-nte 3, les zones partielles 2 sont isolées électriquement par rapport au substrat semiconducteur 1 par la couche isolante 3, une couche de bioxyde de silicium dans 40 cet exemple, et possèdent le même type de conductivité que le \ COPV 71 36Û63 5 2110259 substrat semiconducteur dopé 1. Les extrémités des couches minces transparentes 4, disposées suivant des lignes sur le substrat semiconducteur 1, sont munies de contacts 6 dénués de couche d'arrêt tandis que les extrémités des premières zones 7 obtenues 5 par diffusion et disposées suivant des colonnes dans la surface du substrat 1 sont munies de contacts 5 dénués de couche d'arrêt. Les contacts 5 6 sont représentés en figure 2 avec des hachu- • res pour la clarté du dessin. Les couches minces 4 constituées dans cet 10 exemple de réalisation par l'oxyde d'étain ont deux fonctions : d'une part elles jouent le rôle de collecteurs dans cet exemple, dans les fenêtres méhagées dans la couche d'oxyde et prévues aux points de croisemçnt, et d'autre part ces collecteurs sont reliés suivant les lignes par les couches 4. De ce fait se trouve sup~ 15 supprimé le dépôt par vaporisation de voies conductrices métalliques supplémentaires, c'est-à-dire que la photosensibilité de cette mosaïque conforme à l'invention est supérieure à celle des mosaïques connues. En outre, dans le cas des voies conductrices en oxyde d'étain, le danger de courts-circuits est plus faible dans 20 le cas de trous dans le bioxyde de silicium. Si un trou se trouve dans le bioxyde de silicium au dessous de l'oxyde d'étain, l'hé-térojonction ainsi constituée à cet endroit empêche un court-circuit. La commande, suivant des colonnes, des transistors du dispositif photosensible à semiconducteur conforme à l'invention 25 est réalisée à l'aide des zones 7 obtenues par diffusion. Le dépôt suivant des lignes des couches minces transparentes 4 constituées de préférence par de l'oxyde d'étain et donc la réalisation des hétérojonctions peuvent s'effectuer dans les deux exemples de réalisation suivant l'un des 30 procédés connus en soi de "surfaces de verre conductrices". A cet effet on vaporise par exemple du chlorure d'étain Sn CL2 et on le fait passer, mélangé à de l'air servant de gaz d'entraînement, sur la surface du substrat en silicium 1, qui se trouve à une température voisine de 400°C. 35 Les couches d'oxyde d'étain 4 prévues dans les deux exemples de réalisation ne sont pas absorbantes dans les bandes spectrales de l'ultraviolet, du spectre visible et du proche infrarouge. C'est pourquoi les dispositifs photosensibles à semiconducteur conformes à 1'invention'présentent une très bonne 40 sensibilité au bleu. De plus le rendement quantique est amélioré COPY 71 36063 6 2110259 par le fait que les couches d'oxyde d'étain k sont constituées conformément à l'invention sous la forme de couches antiréfléchissantes. Si le-s couches d'oxyde d'étain 4 sont dopées de préférence avec de l'antimoine lors de leur réalisation, la zone de 5 sensibilité spectrale peut être rétrécie. Lorsque la concentration d'antimoine augmente, la limite supérieure des longueurs d'onde auxquelles les couches d'oxyde d'étain est perméable se déplace de l'infrarouge vers la bande du spectre visible et pratiquement seule encore la lumière bleue peut traverser les cou-10 ches h dans le cas d'une teneur en antimoine voisine de 3 à. 4 De cette façon on peut réduire la plage de sensibilité d'un dispositif photosensible à semiconducteur conforme à l'invention sans l'utilisation de filtres supplémentaires. 71 36063 7 2110259 REVENDICATIONS 1. Dispositif photosensible à semiconducteur comportant plusieurs éléments photosensibles séparés les uns des autres, disposés sous la forme d'une matrice suivant des lignes 5 et des colonnes sur un substrat de matériau semiconducteur dopé, caractérisé par le fait que chaque élément photosensible de semiconducteur présente une hétérojonction redresseuse formée par une couche de semiconducteur mince transparente constituée sous la forme d'une couche antiréfléchissante et par une première zone 10 semiconductrice réalisée par diffusion dans le substrat de semiconducteur ou par une seconde zone partielle réalisée par diffusion dans la première zone semiconductrice, que la couche de semiconducteur mince transparente, isolée électriquement par une couche isolante par rapport au substrat semiconducteur, est dis-15 posée sur celui-ci suivant des lignes, que la première zone semi-conductrice réalisée par diffusion est disposée suivant des colonnes dans la surface du substrat, les couches photosensibles de semiconducteur disposées suivant des lignes et les premières zones semiconductrices réalisées par diffusion et disposées sui-20 vant des colonnes étant munies de contacts dénués de couche d'arrêt. 2. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les premières zones semiconductrices obtenues par diffusion possèdent 25 le type de conductivité opposé a celui du substrat semiconducteur dopé. 3. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que les premières zones semiconductrices obtenues par diffusion suivant des 30 colonnes possèdent le type de conductivité opposé à celui du substrat semiconducteur dopé et que les secondes, xastma partielles obtenues par diffusion dans les premières zones semiconductrices forment des îlots possédant le même type de conductivité que le substrat semiconducteur dopé. 35 k. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant l'une des revendications 1, 2 ou 3 caractérisé par le . fait que la couche isolante est une couche constituée par l'oxyde du matériau du substrat semiconducteur. 5. Dispositif photosensible à semiconducteur 40 suivant l'une des revendications 1, 2, 3 ou k caractérisé par le 71 36063 8 2110259 fait que le substrat semiconducteur est constitué pur du silicium, du germanium ou de l'arseniure de gallium. 6. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant l'une des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5 cai'actérisé par 5 le fait que la couche semiconductrice trunspai-ente est constituée par de l'oxyde d'étain ou de l'oxyde d'indium. 7. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant l'une des revendications 1, 2, 3> 4, 5 ou 6 caractérisé par le fait que la couche semiconductrice transparente est cons- 10 tituée par de l'oxyde d'indium, qui est dopé par de l'étain, du titane ou du cadmium. 8. Dispositif photosensible à semiconducteur suivant l'une des revendications 1, 2, 3» 4, 5 ou 6 caractérisé par le fait que la couche semiconductrice transparente est cons- 15 tituée par de l'oxyde d'étain dopé par de l'antimoine.