Brevet FR2145371A1 — publié le 19730223

La présente invention concerne un détecteur destiné à la mesure et à l'analyse de rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée et comportant un corps monocristallin semi-conducteur dans lequel sont formés, d'une part une couche semi-conductrice d'un premier type de conduction déterminé affleurant la première des faces principales dudit corps et supportant un premier contact et, d'autre part, une région semi-conductrice du second type de conduction opposé au premier et comportant au moins une zone annulaire périphérique affleurant la seconde face principale du détecteur et comportant un second contact, ladite région étant séparée de ladite couche dudit premier type de conduction par une couche intermédiaire intrinsèque. On qualifiera d'intrinsèque tout semi-conducteur dans lequel les densités d'électrons et de trous sont à peu près égales dans des conditions d'équilibre thermique, qu'il s'agisse d'-un semi-conducteur presque pur ou qu'il s'agisse d'un semi-conducteur comportant simultanément des impuretés donnant les deux types de conduction dans une proportion telle que celles-ci se compensent. On sait que pour la détection ou la spectrométrie de certains rayonnements ou certaines particules, on peut utiliser la zone intrinsèque d'une diode semi-conductrice de structure N.I.P. Lorsqu'une particule incidente pénètre dans cette zone, elle y crée une paire électron-trou qui engendre elle-meme un courant que l'on peut recueillir sous forme d'impulsion de tension aux bornes d'une résistance appropriée. Les impulsions ainsi obtenues peuvent ensuite être analysées par des dispositifs électroniques prévus à cet effet. On constate que, pour obtenir le maximum d'efficacité de la diode, il faut que la surface de la jonction et le volume utile de la zone intrinsèque soient les plus grands possibles. Dans ces conditions, l'intérêt se porte le plus souvent sur un détecteur à structure N.I.P. obtenu généralement à partir d'une plaquette monocristalline de silicium ou de germanium généralement de type de conduction P dans laquelle, à l'aide d'une impureté de type N, lithium par exemple, on crée d'une part une région dudit type N et d'autre part une région compensée ou intrinsèque I. Dans la plupart des cas, ce détecteur est du type planaire et la fenêtre d'entrée des rayonnements est obtenue par élimination localisée de la couche P, les parois de l'évidement ainsi créé étant recouvertes d'une mince pellicule métallique, de platine ou d'or par exemple, pour équilibrer le potentiel. L'un des inconvénients d'un tel détecteur réside dans le fait que, par suite des manipulations, une couche perturbée peut se former dans la zone affleurant le fond de l'évidement. Dans ces conditions, pour éliminer cette couche, le fond de l'évidement doit être de nouveau érodé, après formation de la couche intrinsèque; il est pratiquement impossible de réaliser un rodage de dimensions et de centrage rigoureusement identiques au précédent.C'est pourquoi, pour éviter tout risque de détérioration, les dimensions de la derniere creusure sont légèrement inférieures aux précédentes de telle sorte que les parois latérales de l'évidement présentent un palier à l'endroit de la reprise et qu'au niveau de ce palier, qui avoisine sensiblement l'interface entre la couche semi-conductrice du type de conduction d'origine et la couche intrinsèque, il y a généralement perturbation du réseau cristallin, donc instabilité et injection de porteurs, donc création de courants de fuite parasites. En outre, les prises de contact sur la région périphérique de l'évidement doivent etre suffisamment grandes pour être adhérentes et solides. Dans ce cas, la fenêtre d'entrée des rayonnements doit être réduite pour laisser sur le pourtour de l'évidement la surface nécessaire et les plages réservées à la prise de contact constitueft un écran au passage des rayonnements et limitent de ce fait, l'ef- ficacité du détecteur. La présente invention a pour but l'obtention d'un détecteur de rayonnements ou de particules dont la surface utile de la fenetre d'entrée soit la plus grande possible, dont la formation de courants de fuite parasites au niveau du pourtour de l'évidement soit la plus réduite et présentant des caractéristiques stables. Selon l'invention, un détecteur destiné à la mesure et à l'analyse de rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée et comportant un corps monocristallin semi-conducteur dans lequel sont formées d'une part une couche semi-conductrice d'un type de conduction déterminé affleurant la première des faces principales dudit corps et supportant un premier contact et d'autre part une région semi-conductrice du second type de conduction opposé au premier et comportant au moins une zone annulaire périphérique affleurant la seconde face principale du détecteur et portant un second contact, ladite région étant séparée de ladite couche dudit premier type de conduction par une couche intermédiaire intrinsèque, est remarquable en ce qu'il comporte au moins un sillon s'ouvrant dans la paroi latérale dudit détecteur et pénétrant selon une direction parallèle auxdites faces principales dudit détecteur à une profondeur sensiblement égale à la largeur de ladite zone annulaire Le sillon permet de bloquer les courants de fuite qui peuvent se propager à la surface puisque au moins le fond du sillon pénétrant dans la région intrinsèque forme pour eux une barrière infranchissable et il permet enfin de donner au détecteur une meilleure stabilité. Dans un mode préférentiel de réalisation, le sillon est creusé dans les parois latérales du détecteur avant la formation de la couche intrinsèque. Dans ce cas, ledit sillon latéral constitue un écran au passage de l'impureté dopante nécessaire à la création de cette couche. Il permet, en conséquence, d'obtenir en son voisinage, un volume plus important du matériau d'origine sur lequel il est alors possible de prendre des contacts. Ces contacts pouvant être pris latéralement si besoin est, ne masquent alors en rien la fenêtre d'entrée des rayonnements. De préférence, le corps monocristallin est en germanium, en silicium ou en tellurure de cadmium et il est avantageusement de type de conduction P, la couche de type de conduction N et la couche intrinsèque étant obtenues respectivement par dépôt et diffusion de lithium. De préférence, le corps monocristallin est pourvu d'un évidement ayant une direction orthogonale à celle du sillon et s'ouvrant sur la seconde face principale du détecteur, le fond dudit évidement couvrant d'une part la totalité de la surface de la couche intrinsèque et constituant la fenêtre d'entrée des rayonnements et d'autre part une partie de la région annulaire du second type de conduction qui constitue autour de ladite fenêtre d'entrée un bandeau périphérique. Le sillon ayant fait écran à la diffusion des impuretés dopantes nécessaires à la création de la région intrinsèque, le volume du matériau d'origine avoisinant l'évidement est important. Dans ces conditions, lors de la reprise de rodage du fond dudit évidement après formation de la couche intrinsèque, le palier engendré dans les parois latérales par cette reprise ne se trouve plus à l'interface entre la couche semi-conductrice du matériau d'origine et la couche intrinsèque mais toujours dans le matériau d'origine. Ainsi, il ne peut y avoir création de courants de fuite au niveau de ce palier. Dans une forme particulière de réalisation, le détecteur comporte, à la périphérie de ladite première face principale dudit détecteur, un congé de profondeur au moins égale à l'épaisseur de la couche semi-conductrice dudit premier type de conduction et la région semi-conductrice dudit second type de conduction comporte une seconde zone annulaire limitée sensiblement par le fond dudit congé, la paroi latérale et le sillon. Dans cette forme de réalisation, on élabore généralement le congé avant l'entraînement des mpuretés de dopage; ainsi, la région affleurant les parois latérales se trouve dépourvue desdites impuretés et reste du type de conduction d'origine, formant alors une enveloppe à la couche intrinsèque. Dans ces conditions, la paroi latérale étant, sur la totalité de sa surface, du type de conduction du matériau d'origine, forme un écran aux courants parasites provenant de l'une ou l'autre des faces principales et rend donc le détecteur plus stable. De plus, cette forme de réalisation permet éventuellement des prises de contact latérales de grande surface présentant donc une bonne adhérence et une grande solidité. Pour améliorer encore cette situation, il est avantageux de créer, à partir de la surface desdites parois latérales et sur toute la surface, y compris dans le sillon et le congé, une mince couche du même type de conduction que le matériau d origine mais dans une forte concentration en impuretés. La présente invention concerne également le procédé de réalisation d'un détecteur selon l'invention selon lequel, conformément à un mode de réalisation déjà cité dans ce mémoire, à partir de la paroi latérale dudit corps, on creuse un sillon suivant une direction parallèle aux faces principales et en ce que l'on entraîne ensuite à travers le corps monocristallin des impuretés de type de conduction opposé à celui dudit corps préalablement déposées et diffusées sur la première des faces principales dudit corps. Dans une première forme de mise en oeuvre du procédé, les impuretés sont déposées sur la première face principale du corps monocristallin avant creusage du sillon. Dans une deuxième forme de mise en oeuvre du procédé, les impu retés sont déposées sur la première face principale du corps monocristallin après creusage du sillon. Avantageusement, après formation du sillon, on creuse un évidement dans la seconde face principale du corps semi-conducteur opposée à la première, et après création de la couche intrinsèque, on érode le fond dudit évidement pour atteindre ladite couche intrinsèque. Dans une variante, après creusage du sillon, de l'évidement et du congé, et avant formation de la couche intrinsèque, on dépose et diffuse, sur les parois latérales du détecteur les impuretés de même type de conduction que le corps monocristallin pour former une couche peu résistive. Ledit procédé de réalisation selon l'invention présente l'avantage d'être simple et ne fait appel qu'à des techniques connues, c'est-à-dire rend possible l'utilisation d'appareillages déjà existants utilisés jusqu'à présent dans la réalisation d'autres types de détecteurs. La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures la à lc illustrent différentes étapes de réalisation d'un détecteur conforme à l'invention. Les figures 2a à 2c représentent quelques étapes d'une forme particulière de réalisation d'un détecteur comportant à la fois un sillon latéral et un congé sur l'une de ses faces principales. Les figures 3a à 3c illustrent une variante de cette forme particulière de réalisation. Il est à noter que sur les dessins, les dimensions ne sont pas proportionnées et sont considérablement exagérées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Le détecteur illustré par les figures la à lc comporte une zone 1 d'un premier type de conduction, P par exemple, et une couche 2 de type de conduction opposé donc N. A partir de la paroi latérale 3 du détecteur est creusé un sillon 4 et à partir de#la face principale soumise aux rayonnements, est creusé un évidement 5. Après formation de la couche intrinsèque 6, le détecteur prend la configuration représentée sur la figure lc comportant une zone annulaire la du type de conduction d'origine. Une couche métallique 7 déposée sur le fond et les parois de l'évidement 5 permet la prise de contact sur la zone la. Pour obtenir un tel détecteur, on part d'un corps monocristallin 1, par exemple silicium de type P. Sur l'une de ses faces principales on réalise, par dépôt et diffusion une couche 2 d'impuretés donnant le type de conduction opposé, donc N. Le matériau choisi généralement est du lithium qui, pour permettre une manipulation plus aisée, est en auspension dans de l'huile lors du dépôt. A partir de la paroi latérale 3 du corps 1, on creuse, par technique classique de rodage, un sillon 4 orienté suivant une direction parallèle aux faces principales. Dans l'exemple choisi, on creuse ensuite un évidement 5a dans la face principale opposée à celle portant la couche 2. Cet évidement 5a est destiné à jouer le rôle de fenêtre d'entrée aux rayonnements. On polarise alors en inverse le corps 1 et la couche 2 de manière à entraîner le lithium dans ledit corps 1 et à former la couche intrinsèque 6. En raison de la présence du sillon latéral 4, les impuretés de lithium ne peuvent progresser librement dans tout le volume du corps monocristallin 1 et laissent alors subsister une zone la du type de conduction d'origine conformément à la figure lb. Dans ces conditions, la couche intrinsèque 6 n'affleure pas nécessairement le fond de l'évidement 5a. En conséquence, pour s'assurer que ledit fond de l'évidement sera dans ladite couche 6, on creuse de nouveau l'évidement 5a pour lui donner sa forme définitive référencée en 5 sur la figure lc. Eventuellement, pour faciliter les prises de contact et améliorer les caractéristiques du détecteur, on dépose sur le fond et les parois latérales de l'évi- dement 5, une couche métallique 7, or ou platine par exemple. Grâce à la présence du sillon 4, le volume de la zone la est relativement important et lorsque l'on creuse. de nouveau I'évidement, l'angle vif formé par ses parois latérales et son fond, d'une part, et le palier créé sur les parois latérales par la nouvelle creusure, d'autre part, se situent dans le matériau d'origine ainsi, il ne peut y avoir création de courants de fuite parasites. De plus, le volume de la zone la étant important, il est possible d'admettre plus de tolérances dans les dimensions lors du second creusage. Les figures 2a à 2c illustrent une forme particulière de réalisation du détecteur selon laquelle après creusage du sillon 4 et de l'évidement 5a, et avant formation de la couche intrinsèque 6, on creuse un congé 8 à la périphérie de la face principale portant la couche 2. La profondeur de ce congé est au moins égale à l'épar seur de ladite couche 2. Lors de l'entraînement des impuretés de lithium à partir de la couche 2 par polarisation inverse de ladite couche 2 et de la zone 1, on obtient la configuration illustrée par la figure 2b. Le reliquat du matériau d'origine se repartit en deux zones la et lb ceinturant la couche intrinsèque 6. La suite des opérations est alors identique à celle décrite dans l'exemple précédent, ctest-à-dire que l'on creuse l'évidement Sa pour obtenir l'évidement 5 dont on recouvre les parois et le fond de la couche métallique 7, figure 2c. La zone la du type de conduction d'origine a pour but de permettre un creusage aisé de l'évidement 5 et d'éviter la création de courants de fuite. La zone lb forme écran aux courants parasites de surface pouvant circuler autour du détecteur. Pour accentuer l'effet d'écran de ces zones la et lb, il est possible de disposer sur les parois latérales du détecteur une couche du même type de conduction que le matériau d'origine mais fortement conductrice. Conformément aux figures 3a à 3c, dans une première phase (figure 3a) on creuse le sillon 4, l'évidement Sa et le congé 8 et l'on dépose et diffuse ensuite une couche 9 de bore en forte concentration sur toute la surface de la paroi latérale du détecteur. Pour protéger cette couche 9 des agents extérieurs il est préférable alors de la recouvrir d'une couche protectrice d'oxyde 10. Dans une deuxième phase (figure 3b) on dépose la couche 2 de lithium que l'on fait diffuser à travers le corps monocristallin 1 pour obtenir la couche intrinsèque 6. Après nouveau rodage de l'évidement 5a, on obtient la structure représentée sur la figure 3c dans laquelle l'évidement a pris sa forme définitive 5 et a été recouvert d'une couche métallique 7. L'avantage de cette variante de forme de réalisation réside dans le fait que l'effet d'écran aux courants parasites est renforcé par la couche 9 et que les prises de contact peuvent être améliorées, notamment dans le cas où elles sont effectuées latéralement. - REVENDICATIONS 1.- Détecteur destiné à la mesure et à l'analyse des rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée et comportant un corps monocristallin semi-conducteur dans lequel sont formées d'une part une couche semi-conductrice d'un premier type de conduction déterminé affleurant la première des faces principales dudit corps et supportant un premier contact et d'autre part, une région semiconductrice du second type de conduction opposé au premier et comportant au moins une zone annulaire périphérique affleurant la seconde face principale du détecteur et portant un second contact, ladite région étant séparée de ladite couche dudit premier type de conduction par une couche intermédiaire intrinsèque, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un sillon s'ouvrant dans la paroi latérale dudit détecteur et pénétrant selon une direction parallèle auxdites faces principales dudit détecteur à une profondeur sensiblement égale à la largeur de ladite zone annulaire. 2.- Détecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un évidement ayant une direction orthogonale à cella du sillon et s'ouvrant sur la seconde face principale du détecteur, le fond dudit évidement couvrant d'une part la totalité de la surface de la couche intrinsèque et constituant la fenêtre d'entrée des rayonnements et d'autre part une partie de la région annulaire du second type de conduction qui constitue autour de ladite fenêtre d'entrée un bandeau périphérique. 3.- Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps monocristallin est en germanium de type P tandis que la couche de type N et la couche intrinsèque comportent du lithium. 4.- Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps monocristallin est en silicium de type P, tandis que la couche de type N et la couche intrinsèque comportent du lithium. 5.- Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le corps monocristallin est en tellurure de cadmium de type P, tandis que la couche de type N et la couche intrinsèque comportent du lithium. 6.- Détecteur selon l'une des revendications 1 et 2, et selon l'une des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comporte, à la périphérie de ladite première face principale dudit détecteur, un congé de profondeur au moins égale à la couche semi-con ductrice dudit premier type de conduction, et en ce que la région semi-conductrice dudit second type de conduction comporte une seconde zone annulaire limitée sensiblement par le fond dudit congé, la paroi latérale et le sillon. 7.- Détecteur selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte sur la surface latérale, une couche du second type de conduction fortement conductrice. 8.- Procédé de réalisation d'un détecteur selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, à partir de la paroi latérale d'un corps monocristallin, on creuse un sillon suivant une direction parallèle aux faces principales, et en ce que l'on entraîne ensuite à travers le corps monocristallin des impuretés de type de conduction opposé à celui dudit corps préalablement déposées et diffusées sur la première face principale dudit corps. 9.- Procédé de réalisation selon la revendication 8 d'un détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les impuretés sont déposées sur la première face principale du corps monocristallin avant creusage du sillon. 10.- Procédé de réalisation selon la revendication 8, d'un détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les impuretés sont déposées sur la première face principale du corps monocristallin après creusage du sillon. 11.- Procédé de réalisation selon la revendication 8, d'un détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que, après formation du sillon, on creuse un évidement dans la seconde face principale du corps semi-conducteur opposée à la première et en ce que après création de la couche intrinsèque on érode le fond dudit évidement pour atteindre ladite couche intrinsèque 12.- Procédé de réalisation selon la revendication 8, d'un détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que avant formation de la couche intrinsèque, on creuse un congé à la périphérie de la face principale opposée à celle devant être soumise aux rayonnements. 13.-Procédé de réalisation selon l'une des revendications 10, 11 et 12 d'un détecteur conforme à l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que après creusage du sillon, de l'évidement et du congé, on dépose et on diffuse sur les parois latérales du détecteur des impuretés de même type de conduction que le corps monocristallin et en ce que l'on dépose et diffuse ensuite, sur la face principale opposée à celle comportant l'évidement, des impuretés de type de conduction opposé à celui du corps monocristallin, et en ce que l'on forme la couche intrinsèque avant d'éroder de nouveau le fond de l'évidement.