Brevet FR2325197A1 — publié le 19770415

La présente invention concerne un dispositif à transfert de charge utilisant le couplage direct de charge, du type dans lequel un côté d'un substrat en un matériau semiconducteur dopé est pourvu d'au moins une couche électriquement isolante, et dans lequel cette couche est pourvue au moins d'une série d'électrodes qui sont séparées les unes des autres par des fentes. On connaît déjà des dispositifs à transfert de charge du genre susmentionné. Parmi ces dispositifs à transfert de charge, ceux qui comportent un canal enseveli ou enterré présentent un progrès technique important. Ces dispositifs à transfert de charge présentent, comme caractéristique supplémentaire, une couche non dopée d'un seul tenant dans la partie du canal, près de la surface du substrat, sous la série d'électrodes. les avantages d'un tel dispositif sont la mobilité importante des porteurs de charge dans le substrat, l'absence d'influence des emplacements de piégeage sur la surface et une influence plus favorable dté- changes tangentiels marginaux lors du transfert.Selon l'état de la technique, cette couche non dopée est réalisée par implantation d'ions ou par diffusion à partir de la face portant les électrodes, ou par dépôt d'une couche épitaxiale supplémentaire sur la surface qui est voisine de la couche électriquement isolante. La présente invention a pour objet un dispositif à transfert de charge du genre rappelé en tette du présent mémoire, présentant les avantages indiqués ci-dessus mais susceptible d'être réalisé de façon particulièrement simple. Â cet effet, le dispositif à transfert de charge utilisant le couplage direct de charge selon Ilinvention est essentiellement caractérisé par le fait que la face arrière du substrat, située à l'opposé de la série d'électrodes, est revêtue d'au moins une couche postérieure électriquement isolante d'une épaisseur inférieure à 2 lu, et que la face extérieure de la couche postérieure est pourvue d'au moins une électrode postérieure faite avec un matériau électriquement conducteur et pourvue d'une borne de raccordement accessible de l'extérieur.Un avantage particulier de l'invention réside dans le fait que l'on peut se passer de dopages supplémentaires, ce qui améliore considérablement le comportement au courant de fuite par rapport aux dispositifs à transfert de charge de l'état de la technique. Le dispositif selon l'invention présente tous les avantages d'un dispositif à transfert de charge à canal enseveli ou enterré. Pour réaliser un dispositif à transfert de charge selon l'invention, deux phases opératoires supplémentaires sont seulement nécessaires, dont l'une servant à réaliser la couche de la face postérieure et l'autre l'électrode de la face postérieure. Toutefois, ces phases opératoires sont particulièrement simples et peu critiques, étant donné qu'il s'agit d'un traitement intéressant totalement une surface et qu'il n'y a pas lieu de prévoir un réglage ou une attaque chimique.Le dispositif selon l'invention peut être utilisé, avec un avantage particulier, comme détecteur optoélectronique à la condition que l'on prenne soin pour que la couche électriquement isolante et les électrodes de la série d'électrodes et/ou la couche de la face postérieure et l'élec- trode de la face postérieure soient réalisées avec des matériaux susceptibles de laisser passer la lumière. D'autres formes de réalisation et avantages de l'objet de l'invention ressortent des revendications annexées au présent mémoire dont elles font partie mais dans lequel elles n'ont pas été reproduites afin d'éviter des longueurs inutiles. A titre d'exemple, on a décrit ci-dessous et représenté au dessin annexé une forme de réalisation de l'objet de l'invention. Dans la figure, on a représenté une coupe transversale d'un dispositif à transfert de charge selon l'invention; coupe faite le long de la série d'électrodes, et sur le côté droit de cette figure on a représenté la répartition du potentiel à l'intérieur du substrat pour deux tensions d'électrodes différentes par rapport à une tension de référence U0 appliquée à l'électrode de la face postérieure. Ainsi que cela est visible dans la partie gauche de la figure unique du dessin, on a déposé, sur une face d'un substrat 1 en un matériau semiconducteur dopé, par exemple en silicium dopé en n, une couche électriquement isolante 2, par exemple une couche de silice, portant une série d'électrodes 31 à 35, par exemple en aluminium ou en silicium polycristallin. Le substrat est constitué de préférence par une couche mince d'un matériau semiconducteur d'une épaisseur inférieure à 20;i. Sur la face arrière du substrat, on a déposé, en face de la série d'électrodes, une couche postérieure 4 en un matériau électriquement isolant, par exemple en silice, ayant une épais seur inférieure à 2 P et dont la face extérieure est pourvue d'une électrode postérieure 5 faite avec un matériau électriquement conducteur, pourvue d'une borne de raccordement 6 accessible de l'extérieur. L'électrode postérieure 5 peut être faite par exemple avec de l'aluminium ou avec du silicium polycristallin. Dans la figure, la borne de raccordement au substrat 11 est ménagée d#ans une ouverture de contact ménagée dans la couche postérieure et dans l'électrode postérieure. Le mode de fonctionnement du dispositif à transfert de charge selon l'invention repose sur le principe suivant : si la même tension UO est appliquée à une électrode de la série d'électrodes ainsi qu'à l'électrode postérieure et que le substrat intermédiaire est soumis à un épuisement ou à une déplétion par une polarisation, il se forme à l'intérieur du substrat un maximum absolu de potentiel dans lequel des porteurs majoritaires#peuvent être maintenus. Ceci résulte de la solution de l'équation de Poisson, sous cette condition marginale.Ce maximum de potentiel ne peut être influencé que par une modification de la tension appliquée à l'électrode, et cela de telle façon que l'accumulation ou la diminution pour les porteurs majoritaires peut être réalisée à volonté. D'une manière générale, on vérifie que lorsqu'on décale la tension appliquée à l'électrode de sa valeur Ug en direction positive (négative), dans le cas d'un substrat dopé en n (dopé en la valeur maximale du potentiel croit et dé croit pour un déplacement en sens opposé de la tension % , ou encore que sa polari- té est inversée. Dans la partie droite du dessin du dispositif à transfert de charge, on a représenté, à titre dlexemple, des répartitions de potentiel pour deux tensions différentes Un et U2 appliquées aux électrodes.On suppose que le substrat est dopé en n. La tension U1 est plus positive que la tension U0 et, de ce fait, on a une répartition de potentiel 12 présentant un maximum de potentiel plus grand dans lequel des porteurs majofl- taires peuvent être accumulés. La tension U2 est négative par rapport à Uo, et il se forme une répartition de potentiel 13 pre- sentant un maximum de potentiel bien inférieur et dans lequel un petit nombre de porteurs majoritaires peuvent encore titre maintenus. Le dispositif à transfert de charge représenté dans la figure 1 peut de ce fait être utilisé, sans aucun problème, par exemple dans un fonctionnement connu dit à trois phases. Mais on peut toutefois l'utiliser également dans un fonctionnement à deux pha ses si lion s'assure, comme dans les dispositifs à transfert de charge courants, que les électrodes de la série d'électrodes se situent alternativement sur des couches isolantes plus épaisses et plus minces. l'épaisseur du substrat entre les deux couches électriquement isolantes doit être choisie à une valeur assez petite pour permettre une déplétion totale de cette zone par les tensions appliquées. Il est avantageux d'utiliser une épaisseur de couche qui est inférieure à 20 ji. Comme dispositifs pour introduire et pour extraire des porteurs de charge d'information, on peut utiliser des dispositifs d'un genre connu. Le dispositif à transfert de charge selon l'invention peut également être utilisé comme détecteur d'image à la condition que l'on utilise des matériaux laissant passer la lumière. Pour une couche mince d'une épaisseur inférieure à 20 r, on obtient des propriétés optiques particulièrement avantageuses. Un dispositif à transfert de charge conforme à l'invention peut avantageusement être réalisé en amincissant à moins de 20 P un disque semiconducteur dopé, par exemple un disque de silicium, en réalisant la couche électriquement isolante et la couche postérieure, par exemple simultanément par oxydation de la surface de la couche et en produisant ensuite la série d'électrodes et l'électrode postérieure, par exemple par évaporation d'aluminium. REVENDICATIONS 1. Dispositif à transfert de charge utilisant le couplage direct de charge, du type comportant un substrat d'un maté rnau semiconducteur dopé, pourvu d'une borne de raccordement de substrat et pourvu d'une couche isolante, et dans lequel on prévoit sur cette couche au moins une série d'électrodes qui sont séparées les unes des autres par des fentes, caractérisé par le fait que la face arrière du substrat est pourvue, en face de la série d'électrodes, d'au moins une couche postérieure électriquement isolante, ayant une épaisseur inférieure à 2 , et que la face extérieure de la couche postérieure est pourvue d'au moins une électrode postérieure faite avec un matériau électriquement conducteur et pourvue d'une borne de raccordement accessible de l'extérieur. 2. Dispositif à transfert de charge selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le substrat est constitué par une couche amincie à moins de 20 P et dont une face est revêtue d'une couche électriquement isolante. 3. Dispositif à transfert de charge selon l'une ou l'autre des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que la couche amincie est une couche de silicium. 4. Dispositif à transfert de charge selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la couche électriquement isolante et la couche postérieure sont faites avec de la silice. 5. Dispositif à transfert de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que les électrodes de la série d'électrodes sont faites avec de l'aluminium ou avec du polysilicium. 6. Dispositif à transfert de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que l'électrode postérieure est en aluminium ou en polysilicium 7. Dispositif à transfert de charge selon l'une quelconque des revendications i à 6, caractérisé par le fait que la couche amincie présente un dopage en n. 8. Dispositif à transfert de charge selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la couche amincie présente un dopage en p.