Brevet FR2144576A1 — publié le 19730216

La présente invention concerne un détecteur de rayonnements constitué d'un corps semiconducteur ayant deux faces principales sensiblement parallèles, chacune desdites faces principales étant pourvue d'une électrode de contact, ledit détecteur comportant au moins une Jonction redresseuse sur les côtés opposés de laquelle sont disposées les électrodes, l'une desdites électrodes étant située sur une plage de la surface de l'une des faces principales et cette plage étant ceinturée par un sillon qui s'enfonce dans le corps semiconducteur à partir de la face principale et qui au cours du fonctionnement du détecteur, délimite, en partie, une région désertée obtenue par polarisation inverse de la jonction redresseuse. Généralement, les détecteurs destinés à la masure de tels rayonnements ou particules sont, soit de structure dite à barrière de surface, soit de structure N.I.P. On sait que, lorsqu'une particule de haute énergie pénètre dans la zone de charge d'espace d'un détecteur semiconducteur, elle crée, à l'intérieur de celle-ci, une paire électron-trou qui engendre une impulsion de courant électrique. Ce courant peut être utilisé comme mesure de l'énergie de la particule incidente. La sensibilité du détecteur dépend donc du nombre de particules absorbées par la zone de charge d'espace, qu'il s'agisse d'une zone désertée ou d'une zone intrinsèque et dépend, par suite, du volume de ladite zone de charge d'espace. Dans le cas d'un détecteur à barrière de surface, on peut augmenter la valeur de ce volume en augmentant la tension de polarisation inverse de la Jonction créée dans le détecteur. Dans ce cas l'accroissement de la tension augmente le niveau de bruit : en effet, le bruit est provoqué par les courants de surface et par le mouvement des électrons dans le matériau semiconducteur, mouvement dû principalement au courant inverse appelé communément courant de fuite à la surface dudit semiconducteur. L'inconvénient de la présence de ce bruit réside dans le fait qu'il tend à masquer les courants dûs aux particules de faible énergie et à diminuer la sensibilité et l'efficacité du détecteur. On connatt déjà un détecteur à barrière de surface réalisé par la Demanderesse pour lequel une demande de brevet a été enregistrée sous le n0 EN 69 18 945 portant le titre "Détecteur de particules semiconducteur à barrière de surface" et destiné à réduire le niveau des courants de fuite, donc du bruit. Ce détec teur comporte un sillon partageant l'ensemble de la surface exté rieure du cristal en deux parties et pénétrant dans la zone désertée. Cependant, ce détecteur comme tous les détecteurs à barrière de surface, présente un inconvénient majeur, à savoir que l'aire de la face soumise aux rayonnements ainsi que celle de la face opposée étant relativement grandes, leur capacité est importante. Or, cette capacité rend difficile l'adaptation électrique avec l'amplification et l'appareillage de contrôle qui sont disposés en aval du détecteur. Il en est de même dans le cas des détecteurs N.I.P. ainsi appelés en raison de leur structure comportant deux régions de types de conduction opposés séparées par une région intrinsèque. En effet, pour augmenter l'efficacité des dispositifs, on donne à ces détecteurs un volume important mais il va de soi que, dans ces conditions, la capacité est elle-même importante. Un des buts de la présente invention est notamment de réali- ser un détecteur présentant un faible bruit et une faible capacité. En effet, la présente invention concerne un détecteur de rayonnements constitué d'un corps semiconducteur ayant deux faces principales sensiblement parallèles, chacune desdites faces principales étant pourvue d'une électrode de contact, ledit détecteur comportant au moins une jonction redresseuse sur les côtes opposés de laquelle sont disposées les électrodes, l'une desdites électrodes étant située sur une plage de la surface de ltune des faces principales et cette plage étant ceinturée par un sillon qui sten- fonce dans le corps semiconducteur à partir de ladite face principale et qui, au cours du fonctionnement du détecteur, délimite en partie une région désertée obtenue par polarisation inverse de la jonction redresseuse, remarquable en ce que la largeur dudit sillon au fond de celui-ci est sensiblement plus faible que la largeur dudit sillon au niveau de la face principale, l'aire de la plage ceinturée par le sillon étant sensiblement inférieure à celle de l'électrode disposée sur la face principale opposée à celle comportant le sillon. Ainsi, la section du sillon est sensiblement trapézoldale et la grande base dudit trapèze est au niveau d'une des faces du détecteur. Dans ces conditions, l'aire de la plage ceinturée par le sillon se trouve considérablement réduite et, par conséquent, il en est de même de la capacité. De préférence, le sillon est creusé transversalement dans le détecteur à partir de l'une de ses faces principales, soit celle soumise aux rayonnements, soit celle opposée a cette dernière. Dans une première forme de réalisation, le détecteur de rayonnements selon l'invention est un détecteur du type dit à barrière de surface comportant, sous la face du cristal opposée à la face sur laquelle s'ouvre le sillon, une mince couche d'inversion qui, avec le cristal lui-même, constitue une jonction autour de laquelle il est possible d'engendrer une zone désertée par polarisation inverse. Dans une deuxième forme de réalisation, le détecteur de rayonnements selon l'invention est de structure N.I.P. obtenue par dépôt, diffusion et entratnement de lithium à partir d'une face d'un cristal semiconducteur de type de conduction P. La présente invention concerne également un procédé de réalisation du détecteur selon l'invention selon lequel, dans une première phase, on creuse un sillon de section sensiblement rectangulaire puis, dans une deuxième phase, on érode l'une au moins des parois latérales dudit sillon pour donner à ce dernier une section sensiblement trapézoldale. Le fait de creuser en premier lieu un sillon de section rectangulaire présente un intérêt particulier, rnotamment dans le cas d'un détecteur de type N.I.P. En effet, il est possible ainsi de délimiter d'une manière précise la région intrinsèque que l'on veut former et d'obtenir le volume utile désiré. Avantageusement, la profondeur du sillon et la largeur de son fond ont des dimensions sensiblement égales et ces dimensions sont comprises dans une gamme de valeurs variant de la moitié aux trois quarts de celles de l'épaisseur du détecteur. De plus, l'angle que fait la paroi latérale inclinée du sillon avec la surface du détecteur est avantageusement supérieure à 450 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 et lb représentent deux étapes de la fabrication d'un détecteur à barrière de surface selon l'invention. La figure 2 représente le même détecteur en cours de fonctionnement. Les figures 3a à 3c illustrent plusieurs étapes de réalisation d'un détecteur de structure N.I.P. selon l'invention. Il est à noter que, sur les dessins, les dimensions sont con sidérablement exagérées et non proportionnées, ceci afin de rendre les figures plus claires. Le détecteur montré par les figures la et lb comporte un sub strat 1 S un matériau semiconducteur, silicium de type N par exemple. A partir de l'une des faces principales 2 du substrat 1, on creuse un premier sillon 3a de section rectangulaire par des techniques classiques de rodage bien connues des spécialistes. A partir de la face principale 4 opposée à la face 2, on forme une couche d'inversion localisée 5 par passage du substrat I, préalablement masqué, dans un courant dtoxygène. De cette manière est formée une jonction J entre cette couche 5 de type P et le substrat 1 de type N. Pour renforcer cette couche d'inversion 5, on dépose à sa surface, par évaporation sous vide, une mince pellicule d'or 6 qui est utilisée également comme plage de contact pour la soudure de l'une des deux connexions mettant en liaison le détecteur avec les appareillages extérieurs. On érode ensuite la paroi latérale Q1 du sillon 3a, située à l'intérieur de celui-ci pour donor audit sillon la configuration 3b illustrée par la figure lb. Sur la partie de la face 2 ceinturée par le sillon 3b, on dépose, également par évaporation sous vide, une pellicule d'aluminium 7 formant la deuxième plage de contact. Dans une forme de réalisation préférentielle, la longueur du fond du sillon et sa profondeur sont sensiblement égales et représentent les deux tiers de l'épaisseur du détecteur. Par ailleurs l'angle donné à la paroi latérale du sillon 3b par rapport à la face 2 est sensiblement égal à 600. La figure 2 est relative au même détecteur en fonctionnement, En effet, en polarisant en inverse la jonction J par l'intermédiaire des plages de contact 6 et 7, il se forme, dans le détecteur, une région désertée 8 de configuration similaire à celle illustrée par la figure. De cette manière le sillon 3b se trouve à cheval d'une part sur la surface 9a séparant la zone désertée 8 de la zone périphérique 10 du substrat I d'autre part sur la surface 9b séparant ladite zone désertée 8 du reste du substrat. Un des avantages principaux de l'invention réside dans le fait que l'aire de la couche 5 et de la face 9b étant faible, la capacité résultante est également faible Le détecteur de type N.I.P. montré par les figures 3a à 3c est réalisé dans un bloc semiconducteur, de forme cylindrique par exemple, dans lequel sont formées des couches de type de conduction N et P. Pour ce faire, on part généralement d'une plaque monocristalline 11, de germanium de type P par exemple, à partir de l'une des faces principales 12 de laquelle, face destinée à recevoir les rayonnements, on creuse un évidement 13 dont an recouvre avantageusement les parois d'une couche métallique 14 > d'or par exemple, afin de favoriser les prises de contact postérieures. A partir de la face 15 opposée à la face 12, on creuse un sillon 16a de section rectangulaire. Sur la surface de la face 15 délimitée par ledit sillon 16a, intérieurement à celui-ci, on dépose une couche 17 d'impuretés de lithium, donc de type N. La diffusion et ltentraRnement,par polarisation inverse, des impuretés de lithium dans le matériau 11 d'origine, permettent de former la région intrinsèque 18 qui vient affleurer le fond de l'évidement 13 et se trouve également limitée par le sillon lisa. L'ultime opération consiste alors à éroder la paroi latérale 9 dudit sillon 16a, située à l'intérieur de celui-ci pour donner audit sillon la configuration 16b représentée sur la figure 3c. Dans cette forme de réalisation également, les surfaces en regard du fond de l'évidement 13 et de la couche 17 ont des aires très faiblies, ce qui limite considérablement la capacité parasite. - REVENDICATIONS 1.- Détecteur de rayonnements constitué d'un corps semiconducteur ayant deux faces principales sensiblement parallèles, chacune desdites faces principales étant pourvue d'une électrode de contact, ledit détecteur comportant au moins une jonction redresseuse sur les côtés opposés de laquelle sont disposées des électrodes, l'une desdites électrodes étant située sur une plage de la surface de l'une des faces principales et cette plage étant ceinturée par un sillon qui s'enfonce dans le corps semiconducteur à partir de ladite face principale et qui, au cours du fonctionnement du détecteur, délimite en partie une région désertée obtenue par polarisation inverse de la jonction redresseuse, caractérisé en ce que la largeur du sillon au fond de celui-ci est sensiblement plus faible que la largeur dudit sillon au niveau de la face principale, ltaire de la plage ceinturée par le sillon étant sensiblement inférieure à celle de l'électrode disposée sur la face principale opposée à celle comportant le sillon. 2.- Détecteur de rayonnements conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est de type dit à barrière de surface et en ce qu'il comporte une couche superficielle d'inversion sur la face opposée à la face sur laquelle ## ouvre le sillon. 3.- Détecteur de rayonnements conforme à la revendication 1, caractérisz en ce qu'il est de structure N.I.P. et en ce que le sillon délimite au moins partiellement la région intrinsèque après creusage partiel dudit sillon. 4.- Détecteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la profondeur du sillon et la largeur du fond dudit sillon sont de dimensions sensiblement égales. 5.- Détecteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les dimensions de la profondeur et de la largeur du fond du sillon sont comprises dans la gamme des valeurs allant de la moitié aux trois quarts de la valeur de l'épaisseur dudit détecteur. 6.- Détecteur selon lune des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'angle que fait la paroi latérale inclinée du sillon avec la surface du détecteur est supérieur à 450. 7.- Procédé de réalisation d'un détecteur de rayonnements conforme à l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, dans une première phase, on creuse un sillon de section sensiblement rectangulaire et en ce que, dans une deuxième phase, on érode l'une au moins des parois latérales dudit sillon pour donner à ce dernier une section sensiblement trapue zoIdale. 8.- Procédé de réalisation selon la revendication 7 d'un détecteur conforme à la revendication 3 caractérisé en ce que la couche intrinsèque formée par entratnement d impuretés de lithium dans le matériau d'origine de type P est réalisée après creusage du sillon rectangulaire et avant rodage dudit sillon destiné à lui donner la section trapézoTdale.