Brevet FR2144538A1 — publié le 19730216

La présente invention concerne un dispositif de détection semiconducteur destiné d la mesure et à l'analyse de rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée constitué d'un corps monocristallin semiconducteur à partir d'une face duquel s'ouvre un évidement dont la paroi et le fond sont recouverts d'au moins une première région d'un premier type de conduction, ladite première région étant séparée d'au moins une seconde région d'un second type de conduction opposé au premier par une région inter médiaire intrinsèque, des contacts étant réalisés sur lesdites régions de types de conduction opposés. On qualifiera ci-après d'intrinsèque tout semiconducteur 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 a.~iconducteur presque pur, ou qutil s'agisse d'un semiconducteur colportant simultanément des impuretés donnant les deux types de conduction dans une proportion telle que celles-ci se compensent. On sait que, pour obtenir le maximum d'efficacité d'un détecteur, il faut que la zone de haute résistivité dans laquelle sont engendres les paires électron-trou par les rayonnements ou particules soit la plus grande possible. C'est pourquoi on utilise généralement des détecteurs de structure N.I.P. Ces détecteurs peuvent être planaires ou cylindriques à couches coaxiales ou bien encore cylindriques dits "en puits" en raison de la présence d'une cavité généralement cylindrique et coaxiale. Généralement, les détecteurs puits servent à mesurer des rayonnements ou des radiations émis par une source disposée au fond dudit puits mais on sait que, maintenant, on utilise ces détecteurs dans les lemmes applications que les détecteurs classiques à condition de leur faire subir des adaptations telles que celles décrites dans la demande n0 70 46 205 déposée par la Demanderesee. Cependant les détecteurs puits présentent un inconvénient, à savoir que la prise de contact sur la pellicule métallique ou semiconductrice recouvrant les parois de la cavité est très difficile en raison de la minceur de ladite pellicule. De plus, la section de ladite pellicule, là ou celle-ci affleure la surface externe du détecteur, se prête mal au décapage, et en conséquence, se trouve mal définie, provoquant ainsi la création de courants de fuite de surface relativement importants. Un des buts de la présente invention est l'obtention d'un détecteur de rayonnements et de particules dont le volume utile et la surface de la fenêtre d'entrée soient les plus grands possibles et dont les prises de contact puissent entre réalisées aisément. En effet, la présente invention concerne un dispositif de détection semiconducteur destiné à la mesure et à l'analyse de rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée constitué d'un corps monocristallin semiconducteur à partir d'une face duquel s'ouvre un évidement dont la paroi et le fond sont recouverts d'au moins une première région d'un premier type de conduction, ladite première région étant séparée d'au moins une seconde région de type de conduction opposé par une région intermédiaire intrinsèque, des contacts étant réalisés sur lesdites régions de types de conduction opposés, remarquable en ce que la première région comprend, sur la face comportant ltevidement et autour dudit évidement, une zone du même premier type de conduction supportant le contact et ayant la forme d'une couche épaisse. Dans ces conditions, les plages de prises de contact sur les parois ou le pourtour de ltévidement sont beaucoup plus grandes et plus épaisses que dans le cas habituel. De ce fait, les contacts sont meilleurs et plus faciles à réaliser. De plus, la périphérie de l'évidement étant bien définie et ne nécessitant pas de décapage, on réduit considérablement les possibilités de création de courants de fuite en cet endroit. Avantageusement, la couche épaisse support de contact selon l'invention s'tend le long de la face dans laquelle s'ouvre leZ dit évidement au moins sur une partie de ladite face. Cette disposition permet une meilleure accessibilité à la couche épaisse et permet aussi d'utiliserun procédé de réalisation simple. Dans une première forme préférentielle de réalisation, la couche épaisse est limitée latéralement en surface par un congé qui s'étend dans la région intermédiaire intrinsèque. Cette forme de réalisation simple à mettre en oeuvre, permet d'éviter la création de courants parasites à la périphérie du détecteur où se côtoient les deux régions de types de conduction opposés et la région intrinsèque, sans pour autant, diminuer la solidité mécanique. Dans une deuxième forme préférentielle de réalisation la couche épaisse est limitée notamment en épaisseur, au moins s r une partie de sa surface, par une gorge s'ouvrant sur la paroi latérale du détecteur et s'enfonçant dans le corps dudit détecteur suivant une direction sensiblement orthogonale à l'axe de l'évi- dement. Ladite gorge située au niveau de l'interface entre la couche épaisse du premier type de conduction et la couche intermédiaire rend difficile le passage des courants parasites. La présente invention concerne également le procédé d'obtention des dispositifs selon l'invention. En effet, la présente invention concerne également un procédé de réalisation du dispositif de détection selon l'invention suivant lequel dans un corps semiconducteur monocristallin d'un premier type de conduction et de forme sensiblement cylindrique, on creuse, à partir d'une première face plane base dudit cylindre un évidement sensiblement cylindrique et coaxial au corps dudit cylindre, puis on dépose, sur la paroi dudit évidement une couche d'une impureté donnant un premier type de conduction et lton-dé- pose ensuite sur la seconde face plane et sur la face latérale dudit corps cylindrique une couche d'ions lithium que l'on fait diffuser, remarquable en ce qu'on limite le dépôt de lithium sur ladite face latérale dudit corps cylindrique à un manchon s'étendant de la seconde base dudit corps cylindrique à une section du cylindre située à une distance de la première base égale à l'é paisseur de la couche épaisse selon l'invention et en ce que I on crée sur cette couche épaisse le contact à la région du premier type de conduction. Avantageusement, après diffusion des ions lithium, on crée un congé d'une épaisseur au moins égale à celle de la couche épaisse et s'étendant jusque dans la région intermédiaire. Ainsi on obtient de meilleures prises de contact sur des couches épaisses dont l'adhérence et,dece fait, les conductibilités électrique et thermique sont augmentées. Pour obtenir un dispositif selon l'invention dans la deuxième forme de réalisation préférentielle, on peut, dans une première forme de mise en oeuvre du procédé, creuser, avant diffusion des ions de lithium et orthogonalement à l'axe du corps cylindrique, une gorge annulaire dont la paroi latérale la plus voisine de la deuxième base dudit corps cylindrique est située sensiblement au niveau de la limite du dépôt de lithium. Dans une deuxième forme préférentielle de mise en oeuvre du procédé, après diffusion des ions lithium, on creuse, orthogonalement à l'axe du corps cylindrique, une gorge annulaire dont la paroi latérale la plus voisine de la première base dudit corps cylindrique est située sensiblement au niveau de la limite du dépôt dotions lithium. Ces deux formes de mise en oeuvre permettent de séparer totalement les couches de types de conduction opposés et, par consé quent d'éviter tout risque de court-circuit. 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 1 et 2 représentent schématiquement, en coupe, deux étapes de réalisation d'un détecteur obtenu suivant la première forme de réalisation. La figure 3 représente schématiquement et en coupe un détecteur conforme à la deuxième forme de réalisation. La figure 4 illustre, également d'une manière schématique et en coupe, une variante du même détecteur conforme à la d euxième forme de réalisation. Il est à noter que sur les dessins, les dimensions ne sont pas proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Le détecteur illustré par les figures 1 et2 est constitué d'un corps semiconducteur cylindrique 1 comportant un évidement 2 de même axe que le cylindre et présente une structure classique N.I.P. En effet, les parois de l'évidement 2 sont recouvertes d'une couche 4 de type P par exemple, tandis que les parois externes 5 et 6 du corps cylindrique 1 sont recouvertes d'une cou che 7 de type opposé, donc N, hormis la face 8 sur laquelle ##stou- vre l'évidement 2. Entre les couches 4 et 7 se situe la région intrinsèque 9 et un reliquat de type P formant la couche épaisse 10. Le congé 11 sépare efficacement les couches 10 et 7 de types opposés. Des prises de contact 12 et 13 sont fixées respectivement sur les cuuches 10 et 7. Ce détecteur est obtenu à partir d'un lingot monocristallin de germanium de type P, par exemple. Par meulage et rectification, on obtient le corps cylindrique 1 dans lequel on creuse, à partir de l'une de ses faces planes, l'évidement 2, également cylindrique et de même axe que ledit corps 1. Sur les parois 3 dudit évidement 2, on dépose une mince couche 4 de type P+ et constituée, par exemple, de l'alliage eutectique de gallium et d'indium. Ce dépôt de quelques microns d'épaisseur est obtenu par métallisation et alliage ou par frottement à l'aide d'un coton par exemple, des parois 3 avec ledit alliage qui se trouve liquide à la température ambiante. On badigeonne ensuite la paroi latérale 5 du corps cylindrique 1 et la face plane 6 avec du lithium en suspension dans de l'huile, ce qui permet d'obtenir une couche 7 de type N. Ce dépôt peut également atre obtenu par métallisation ou diffusion sous vide. faire Lors du dép8t, on prend soin de ne pas g fleurer la couche 7 Jusqu'à la surface de la face plane 8 du corps cylindrique 1, mais de laisser au contraire une réserve 15 ayant pour hauteur l'épaisse seur de la couche épaisse désirée. Après diffusion du lithium dans le matériau de base de type P, on polarise la couche 4 et la couche 7 en inverse pour obtenir l'entratnement des ions de lithium à travers la région 9 primiti vsppant de type P et la transformation de celle-ci en région intrin, sèque par compensation des impuretés de type P par les ions de lithium. La couche 7 n'affleurant pas la face 8 du corps cylindrique 1, il reste, au voisinage de ladite face 8, une couche 10 de type P dont l'épaisseur est déterminée lors du dépôt de ladite couche 7. Cette couche est en liaison électrique directe avec la couche 4 déposée sur les parois 3 de l'évidement 2. Le détecteur N.I.P. ainsi formé est représenté sur la figure 1. On rabote alors la périphérie de la face plane 8 pour former un congé destiné à bien séparer par une région à haute résistivité^ la couche 10 de la couche 7 et à éviter ainsi toute création de courants de fuite à ce niveau. Le détecteur terminé est représenté sur la figure 2. Le contact 12 sur la région P peut ainsi être réalisé sur la couche 10 épaisse et non plus sur la couche 4 qui n'était ##ne fine pellicule métallique, ce qui rend l'opération beaucoup plus aisée, tandis que le contact 13 sur la région N+ est disposé à l'endroit le plus approprié. Le détecteur cylindrique illustré par la figure 3 présente une structure semblable à celle mentionnée ci-dessus. Sa réalisation est sensiblement identique mais, dans ce cas, après dépôt des couches 4 et 7, on creuse une gorge 14a à partir de la surface externe de la paroi latérale 5 du corps cylindrique 1 et orthogonalement à celle-ci. On polarise en inverse les couches 4 et 7 pour obtenir la structure représentée sur la figure c est-à-dire pour obtenir notamment la couche épaisse 10 le long de la paroi latérale 3 de l'évidement 2. La figure 4 représente une variante de la même forme de réa libation. Dans ce cas, la gorge 14b est réalisée après formation de la couche intrinsèque 9 elle-même obtenue par les moyens classiques précédemment décrits. Les détecteurs correspondant aux figures 3 et 4 illustrent la deuxième forme préférentielle de réalisation qui permet d'obtenir des plages de prise de contact 10 non seulement épaisses mais également de grandes surfaces. De plus, cette forme de réalisation permet, grâce à la présence de la gorge 14, de limiter considérablement les courants de fuite de surface. Dans tous les exemples précédemment cités, l'épaisseur de la couche 10 est généralement comprise dans une gamme de 100 microns à I mm et, de préférence, est choisie aux environs de 500 microns. Il va de soi que dans les exemples précédemment décrits, la structure pourrait être inversée, la couche 4 étant de type N et la couche 7 de type P. Dans ce cas, il y aurait lieu de prévoir le dépôt et la diffusion de lithium à partir des parois 3 de l'é- videment 2. - REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection semiconducteur destiné à la mesure et à l'analyse de rayonnements ionisants et de particules d'énergie élevée constitué d'un corps monocristallin semiconducteur à partir d'une face duquel s'ouvre un évidement dont la paroi et le fond sont recouverts d'au moins une première région d'un premier type de conduction, ladite première région étant séparée d'au moins une seconde région d'un second type de conduction opposé au premier par une région intermédiaire intrinsèque, des contacts étant réalisés sur lesdites régions de types de conduction opposés, caractérisé en ce que la première région comprend sur la face comportant l'évidement et autour dudit évidement, une zone du meme premier type de conduction supportant le contact et ayant la forme d'une couche épaisse. 2.- Dispositif de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche épaisse support de contact dudit premier type de conduction s'étend le long de ladite face dans laquelle s'ouvre ledit évidement, au moins sur une partie de ladite face. 3. - Dispositif de détection selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite couche épaisse support de contact est limitée latéralement en surface par un congé qui s'étend jusque dans la région intermédiaire. 4.- Dispositif de détection selon ltensemble des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que ladite couche épaisse support de contact est limitée notamment en épaisseur, au moins sur une partie de sa surface, par une gorge stouvrant sur la paroi latérale du détecteur et stenfonçant dans le corps dudit détecteur suivant une direction sensiblement orthogonale à l'axe de l'évi- dement. 5.- Procédé de réalisation d'un dispositif de détection selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que dans un corps semiconducteur onocristailin d'un premier type de conduction et de forme sensthlemenc cylindrique, on creuse à partir d'une première face plane b se du cylindre, un évidement sensiblement cylindrique et coaxial au corps dudit cylindre, puis or dépose sur la paroi dudit évidement une couche du même srew r type de conduction, ensuite on dépose sur la second face PJ e et sur la face latérale dudit corps cylindrique une couche d ions lithium que l'on fait diffuser, caractérisé en ce qu'on limite le dépôt de lithium sur ladite face latérale dudit corps cylindrique à un manchon s'étendantdedela seconde base dudit corps cylindrique à une section du cylindre située à une distance de la première base égale à l'épaisseur de la couche épaisse selon l'invention et en ce que lton crée sur cette couche épaisse le contact à la région du premier type de conduction. 6. Procédé selon la revendication 5 de réalisation d'un dispositif semiconducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que, après diffusion des ions lithium, on crée un congé d'une épaisseur au moins égale à celle de la couche épaisse et s'étendant jusque dans la région intermédiaire. 7. - Procédé selon ltensemble des revendications 5 à 6 de réalisation d'un dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que, avant diffusion des ions lithium, on creuse orthogonalement à l'axe du corps cylindrique une gorge annulaire dont la paroi latérale la plus voisine de la deuxième base dudit corps cylindrique est située sensiblement au niveau de la limite du dépôt de lithium. 8.- Procédé- selon l'ensemble des revenffiications 5 à 6, de réalisation d'un dispositif de détection selon la revendication 4, caractérisé en ce que, après diffusion des ions lithium, on creuse orthogonalement à l'axe dudit corps cylindrique une gorge annulaire dont la paroi latérale la plus voisine de la première base dudit corps cylindrique, est située sensiblement au niveau de la limite du dépôt d'ions lithium.