Brevet FR2557984A1 — publié le 19850712

DISPOSITIF A ELECTRODE TRANSPARENTE. Le dispositif de l'invention concerne un dispositif à électrode transparente. Dans le domaine de la propagation des ondes électromagnétiques, il est souvent nécessaire d'obtenir, via un matériau, une intéraction entre un champ électromagnétique et un champ électrique appliqué dans la direction de propagation de l'onde. Pour ce faire il est souvent indispensable de déposer de part et d'autre de ce matériau des électrodes transparentes à inonde électromagnétique entre lesquelles l'intéraction est possible dans les conditions voulues. Pour être de bonne qualité électrique, les électrodes doivent être les moins résistantes possible Ceci implique de fortes densités de porteurs libres, qui entrainent une forte absorption de champ électromagnétique et ce d'autant plus que sa longueur d'onde est plus grande. L'article "Infrared transparent and electrically conductive thin film of In203'! (paru dans "Applied Physic Letters" 43 du 15 Novembre 1983) décrit des caractéristiques d'électrodes consistant en des fllms minces de matériau électriquement conducteur ayant de bonnes qualités de transparence aux rayonnements infra-rouges. Ces films d'oxyde d'Indium (In203) sont obtenus par évaporation en présence d'oxygène. Ils permettent d'obtenir une transmission typique de 65% à 80% correspondant à des résistances du film de 20 à50 Q/o Avec ce type d'électrodes de l'art connu il est difficile de trouver un bon compromis entre une faible résistivité et une faible absorption. Par contre dans le dispositif de l'invention ces électrodes sont constituées d'une grille qui peut être, par exemple, métallique. Elles offrent une très faible résistivité ainsi qu'une transparence presque totale. Elles permettent de diminuer les temps de réponse des dispositifs nécessitant l'application d'un champ électrique colinéaire à la direction de propagation de la lumière. Ces électrodes sont constituées de fils parallèles à faible résistivité, régulièrement espacés. Elles présentent, sous certaines conditions, une transparence quasi-totale à la lumière. L'invention concerne tout dispositif mettant en jeu une interaction rayonnement-matière pour laquelle il est nécessaire d'appliquer un champ électrique parallèlement à la propagation lumineuse. De plus, ce type d'électrodes apporte des solutions avantageuses aux problèmes d'adressage des matériaux par un champ électrique. Le dispositif de l'invention a pour objet un dispositif à électrode transparente mettant en jeu une interaction entre un champ électromagnétique et un champ électrique, comportant au moins une électrode transparente à partir d'une longueur d'onde déterminée, caractérisé en ce que cette électrode comprend des fils à faible résistivité, situés dans un même plan, parallèles entre eux, reliés à au moins un potentiel et dont la distance entre leurs axes est inférieure au quart de cette longueur d'onde. D'autres aspects et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description ci-après, fournie à titre d'exemple non limitatif, ainsi que des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 illustre le dispositif de l'invention. - les figures 2 à 6 illustrent différentes variantes du dispositif de l'invention. - la figure 7 est une figure explicative du fonctionnement du dispositif de l'invention. Avec des électrodes transparentes de l'art connu il existe des couches conductrices transparentes, dont les résistivités, sont de l'ordre de 50 flic pour des transmissions d'environ 80%. Or une ligne parallele constituée de deux rubans d'électrodes de résistivité 50Q la , de longueur 1 cm, séparés par 10 micromètres, possède un temps caractéristique de quelques 1sec. I1 semble alors difficile de faire varier le champ à une fréquence supérieure à quelques centaines de kilohertz. Ce problème est d'autant plus aigu que cette ligne est plus longue. En effet les temps caractéristiques sont proportionnels au carré de la longueur de la ligne. Le dispositif de l'invention permet de pallier ces inconvénients. Si l'on considère comme représenté à la figure 1 une électrode formée de fils 1 métalliques ou semiconducteurs, parallèles, elle est pratiquement transparente ou réfléchissante selon que la polarisation de la lumière qui traverse la grille, est perpendiculaire ou parallèle aux traits de cette grille. Mais pour cela, l'espace entre les fils, métalliques par exemple, doit être bien inférieur à la longueur d'onde du champ électromagnétique pour lequel on désire la tranparence. Ainsi la distance entre les axes de ces fils doit être au plus inférieure au quart de cette longueur d'onde. Cette condition est facilement remplie pour le domaine Infra-Rouge par exemple. Cette électrode a ses fils qui sont reliés, par exemple, à différents potentiels 2. Avec des électrodes telles qu'illustrées à la figure 1 on a les formules approchées suivantes donnant les valeurs de transparence pour une polarisa tion parallèle à la direction des fils T et perpendiculaire à ceux-ci T & pour une longueur d'onde: # > d et des dimensions ac Avec une longueur d'onde de 10 micromètres un pas d d'un microme- tre et un diamètre a de salis de 0,4 micromètres par exemple, on obtient Tt,= 0,2% T1 # # 99% Cette structure représentée à la figure 1, métallique par exemple peut donc constituer une électrode dont la résistivité pourra être bien inférieure à 1 fi lo dans l'axe de la grille. Ceci représente un gain d'au moins 50 sur les bandes passantes des dispositifs électrooptiques utilisant des électrodes transparentes usuelles. De plus cet abaissement de la résisitivité n'est plus contradictoire avec une excellente transmission optique. Le dispositif modulateur de phase électro-optique comme représenté sur la figure 2 comporte deux électrodes comme celles représentées à la figure 1 déposées sur les deux faces d'entrée 5 et de sortie 6 d'un milieu 9 électo-optique. Les fils 1 de chacune de ces deux faces sont reliés entre eux par des rubans métalliques 4. Une différence de potentiel V est appliquée entre ces deux électrodes. Le faisceau lumineux 3 a une polarisation d'entrée 7 et une polarisation de sortie 8. Ce dispositif présente les avantages suivants - Action polarisante de l'électrode d'entrée 5, rendant possible l'intégration Polariseur-matériau électrooptique. - Possibilité d'utiliser le coefficient électro-optique du milieu 9, rendant compte de l'action sur une onde électromagnétique, d'un champ électrique appliqué dans la direction de propagation de cette onde. - Possibilité de moduler des faisceaux de grandes dimensions tout en conservant les caractéristiques de rapidité. - Possibilité d'utiliser l'électrode de sortie 6 comme réflecteur d'excellente qualité en l'orientant parallèlement à la polarisation 7. On réalise ainsi un modulateur en réflexion qui voit son efficacité doublée par le fait que la lumière traverse deux fois le matériau électrosptique. On peut réaliser un modulateur d'amplitude comme représenté à la figure 3 à partir du modulateur de phase précédent, sans adjonction d'éléments extérieurs au dispositif. En effet, compte-tenu de l'action polarisante de ces électrodes, on peut en décalant angulairement la direction des fils des deux électrodes (ceci ne modifiant pas l'intensité du champ appliqué), faire jouer à l'électrode de sortie 6, le rôle d'analyseur, l'électrode d'entrée conservant son rôle de polariseur. On peut réaliser comme représenté à la figure 4 des systèmes à adressage matriciel d'un milieu 9 électro-optique, en utilisant deux électrodes 5 et 6 à grilles croisées. De même que pour le modulateur d'amplitude décrit précédemment, les électrodes 5 et 6 jouent aussi les rôles de polariseur et d'analyseur. A une polarisation d'entrée 7 du faisceau 3, correspond grâce au milieu une polarisation de sortie 8. Les intérêts majeurs de cette structure sont que: - Le nombre de points adressables n'est plus limité que par l'épaisseur du milieu 9 nécessaire à l'interaction électro-optique et, à plus petite échelle, par l'épaisseur des contacts. - la faible résistivité électrique le long des traits métalliques, permet d'obtenir des constantes de temps d'application du champ électrique réduite d'un facteur 50 au moins par rapport aux systèmes à électrodes transparentes conventionnelles. Ainsi à temps de réponse égal, on peut aussi augmenter les dimensions du dispositif. On peut utiliser la très forte anisotropie de résistivité de l'électrode à grille pour distribuer dans tout son plan, un potentiel électrique existant le long d'une ligne. On a représenté sur la figure 5 un tel dispositif où le potentiel à distribuer est celui créé par passage d'un courant dans une bande résistive 13. Le potentiel varie linéairement entre les points de contact 11 le long de la bande résistive 13 et donc sur tout axe, du plan de l'électrode, perpendiculaire aux traits. On peut envisager d'autres procédés de création d'un potentiel déterminé le long d'une ligne. Par exemple, une bande photoconductrice peut transmettre une tension électrique en fonction de son éclairement. Cet élément photoconducteur, jouerait le même rôle que la bande résistive 13 de la figure 5, mais serait adressé par un faisceau lumineux. Sur la figure 6 est représenté schématiquement un dispositif permettant la création d'un champ électrique uniforme de direction quelconque. Ce dispositif est constitué de deux électrodes à grilles parallèles munies de bandes résistives comme celles décrites précédemment. Le choix des trois tensions Vx, Vy, Yz determine la direction et l'intensité du champ électrique régnant entre les deux électrodes. En effet, on pourra obtenir tous les états intermédiaires entre les trois cas suivant: .Vz = o: E dans le plan des électrodes. - Vx = o ; Vy wt o : E parallèle aux fils. - Vx ss o Vy = o : E perpendiculaire aux fils. Vz Ao - Vx = Vy = o: E perpendiculaire au plan des électrodes. Néanmoins, il est nécessaire de trouver un compromis entre une bonne transparence de l'électrode et une résistivité élevée des fils pour limiter, à tension donnée, l'échauffement dû au passage du courant le long des fils. Ce dispositif peut être appliqué, entre autres5 aux cellules à cristaux liquides pour lesquelles on désire augmenter les vitesses de commutation. Ce gain en rapidité est considérable pour la phase de retour à l'état initial des molécules de cristal liquide. En plus de leur excellente transparence à la lumière, les électrodes à grille présentent l'avantage, par rapport aux électrodes traditionnelles, de créer un champ uniforme. Les lignes de champ étant très bien réparties sur la "micro-structure" métallique, les tensions de claquage en sont accrues. On peut d'ailleurs n'utiliser qu'une seule électrode pour appliquer un champ électrique parallèlement au support de l'électrode, comme représenté à la figure 7 ; la tension aux bornes de cette électrode étant appliquée aux extrémités d'une bande résistive ce qui explique la courbe V = f(x). Pour obtenir des électrodes par exemple métalliques telles que décrites dans l'invention on peut, par exemple, utiliser les procédés suivants qui permettent d'une part la réalisation d'une. structure périodique gravée à la surface du substrat, support de l'électrode, et d'autre part le dépôt d'un métal sous incidence adéquate sur la surface précédemment gravée. - Le réseau est obtenu par gravure chimique du- substrat à travers un masque de résine photosensible préalablement isolé et révélé. L'insolation peut être réalisée à l'aide d'un champ d'interférences lumineuses. - Les techniques d'érosion photoélectrochimiques permettent de graver des profils parfaitement contrôlés. Cette technique est applicable aux semiconducteurs dont le niveau de porteurs libres est suffisant. On peut doper superficiellement le substrat pour autoriser l'attaque photo-électrochimique puis le compenser avant le dépôt métallique, pour assurer l'isolation électrique des traits. - Ces deux procédés nécessitent un dépôt métallique réalisé sous incidence oblique adaptée au profil de gravure. Cependant par ces méthodes, comme pour toute autre méthode de gravure, ont peut s'affranchir de cette contrainte par un polissage du dépôt métallique obtenu. En effet, on parvient ainsi non seulement à isoler électriquement les traits métalliques, mais aussi à ajuster leur largeur et leur espacement. Toute autre technique permettant de diminuer l'épaisseur du dépôt métallique jusqu'à faire apparaître une structure de grille est envisageable. En effet, parallèlement au polissage classique on peut citer comme possibles : - I'usinage ionique - le polissage électrolytique REVENDICATIONS 1. Dispositif à électrode transparente mettant en jeu une interaction entre un champ électromagnétique (3) et un champ électrique, comportant au moins une électrode (5) transparente à partir d'une longueur d'onde déterminée, caractérisé en ce que cette électrode comprend des fils (1) à faible résistivité situés dans un même plan, parallèles entre eux, reliés à au moins un potentiel et dont la distance (d) entre leurs axes est inférieure au quart de cette longueur d'onde. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que ces fils sont des fils métalliques. 3. Dispositif selon la revendication B, caractérisé en ce que ces fils sont obtenus par dopage sur un matériau semi-conducteur. 4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux électrodes (5,6) transparentes situées dans deux plans parallèles, une certaine distribution de potentiel sur ces deux électrodes (5,6j permettant de créer un champ électrique au sein d1un milieu (9) traversé par le faisceau électromagnétique (3). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que ce milieu (9) supporte ces électrodes (5,6) transparentes sur deux de ses faces parallèles. 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ce milieu (9) est un milieu électrooptique. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que ce milieu (9) est un milieu à pouvoir rotatoire. 8. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les directions des fils (1) de chacune de ces deux électrodes (5,6) forment entre elles un angle différent de zéro. 9. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fils d'au moins une des deux électrodes sont reliés à un même potentiel par une bande métallique. 10. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fils d'au moins une des deux électrodes ont une de leurs extrémités reliées à une bande résisitve parcourue par un courant électrique de manière à avoir une variation de potentiel linéaire entre des points de contact (11). 11. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les fils d'au moins une des électrodes ont une de leurs extrémités reliées à une bande photoconductrice. 12. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le faisceau électromagnétique (3) est un faisceau lumineux polarisé et que la direction des fils de l'électrode (5) d'entrée du faisceau électromagnétique est perpendiculaire à la direction de polarisation de ce faisceau lumineux. 13. Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que la direction des fils de l'électrode (6) de sortie de ce faisceau lumineux est parallèle à la direction de polarisation de ce faisceau.