Brevet FR2570494A1 — publié le 19860321

La présente invention concerne les détecteurs pouvant détecter un rayonnement infrarouge et, en particulier, un réseau de détecteurs à une ou deux dimensions, ainsi qu'une méthode de fabrication d'un tel réseau. Les détecteurs d'infrarouge sont utilisés dans une grande variété d'applications, particulièrement dans le domaine militaire où ils sont employés dans les détecteurs de chaleur et dans les dispositifs pour vision de nuit. L'efficacité de ces détecteurs est caractérisée par un facteur de mérite connu sous le nom de "détectivité" qui est calculé au moyen de l'expression suivante dans laquelle, V est la valeur efficace du signal de sortie dérivé du signal s infrarouge, V est la valeur efficace du signal de bruit engendré, W est la n valeur efficace de la puissance incidente, A est la surface effective de détecteur et Af est la bande passante. A l'heure actuelle, les détecteurs les plus efficaces sont dispositifs photoconducteurs dont la détectivité est de l'ordre de 1010 Bien que ces dispositifs soient largement employés, ils souffrent de l'inconvénient d'exiger un rerzoidissement à de basses températures. Cela restreint leur mobilité et 1e facilité d'emploi. Des essais on té faits pour surmonter cette difficulté par l'emploi de bolomètres ou e dispositifs pyro-électriques qui fonctionnent à température ambiante. Toutefois, ils ont une détectivité beaucoup plus faible que les dispositifs photoconducteurs. La valeur maximale connue est de 108. L'avantage d'un fonctionnement à température ambiante ne peut donc être complètement mis à profit avec les dispositifs présentement disponibles. L'objet de la présente invention est de réduire ou surmonter ce désavantage. oe't3n l'une des caractéristiques de l'invention, il est prévu un détecteur d'infrarouge comprenant un réseau d'éléments d'antenne en cornet formés dans un corps de silicium monocristallin, et des éléments de bolomètre, un pour chaque cornet, par lequel, en fonctionnement, le rayonnement recu par ce cornet est détecté. Selon une autre caractéristique de l'invention, il est prévu une méthode pour fabriquer un détecteur d'infrarouge comprenant le masquage et l'attaque sélective d'une tranche de silicium pour former une série de puits pyramidaux, chaque puit constituant un élément d'antenne en cornet dont le bec se trouve ouvert dans l'autre surface de la tranche, le recouvrement de cette autre surface de la tranche par une couche de matière isolante, le montage d'éléments de bolomètre sur ladite couche, chacun d'eux en rapport avec le bec d'un élément d'antenne en cornet, ainsi que le raccordement de contacts électriques aux éléments de bolomètre. Typiquement, le réseau de cornets d'antenne est formé par l'attaque chimique résultant en puits pyramidaux dans la surface d'un corps en silicium monocristallin. Les cornets ont un gain substanciel, par rapport à de simples dipôles, usuellement de 28 dB, et fournissent ainsi un détecteur d'une grande détectivité. Cet arrangement couple le rayonnement reçu à de petits bolomètres ayant des dimensions de l'ordre de la longueur d'onde, par exemple 10 pm. Cela fournit un arrangement détecteur très compact et robuste. Les différents objets et caractéristiques de l'invention seront maintenant détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent - la figure 1, une vue en coupe d'une partie de réseau détecteur d'infrarouge selon l'invention et, - la figure 2, une vue schématique en plan d'un élément du réseau détecteur de la figure 1. En se référant aux figures, le détecteur d'infrarouge comprend un corps d'un monocristal de silicium 11 dans lequel un réseau à une ou deux dimensions de puits pyramidaux 12 est obtenu par attaque chimique sélective. Le processus d'attaque chimique sélective dans un cristal de silicium d1orien- tation (100) produit des structures limitées par des surfaces planes ayant des angles de 900 dans le plan de la tranche et de. 350 12' perpendiculairement au plan de la tranche, ce dernier angle étant uniquement déterminé par les caractéristiques cristallographiques de la matière. En masquant une surface 100 d'une tranche de silicium par un masque ayant un réseau d'ouvertures carrées, puis en précédant à une attaque chimique sélective, on obtient un réseau correspondant de puits pyramidaux. Le bec de chaque cornet s'ouvre dans la surface inférieure de la tranche. Le silicium pur est transparent dans la bande des 3 à 14 pm, mais a une permittivité élevée, de sorte que les puits 12 fonctionnent comme des cornets diélectriques. Il est toutefois possible de revêtir la surface de chaque puit d'une couche de métal (non représentée), pour obtenir un cornet d'antenne conducteur. La tranche de silicium portant le réseau de cornets reçoit, sur sa surface inférieure, une couche de matériau isolant 13 en oxyde ou en nitrure de silicium. Sur la face inférieure de cette couche sont disposés des éléments de bolomètre 14 en rapport chacun avec le bec d'un cornet 15. Chaque élément de bolomètre 14 comprend un film métallique mince, par exemple en or, bismuth ou nickel, et il# connecté à des conducteurs métalliques en film mince 16.Le transfert de chaleur de chaque cornet à l'élément de bolomètre respectif peut être facilité par l'application d'un matériau absorbant la chaleur 17 tel que du noir d'or sur le bec du cornet. Comme le représente la figure 2, les connexions aux éléments de bolomètre forment un réseau rectangulaire de conducteurs de colonnes 16a et de conducteurs de rangées 16b mutuellement isolés par des régions d'isolement 18. Chaque élément du réseau peut ainsi être adressé individuellement pour fournir une image thermique tramée. Pour faciliter l'adressage du réseau, des diodes ou d'autres composants (non représentés) peuvent être incorporés dans la tranche de silicium par des techniques classiques. Le dispositif détecteur décrit peut être utilisé comme détecteur dtinfrarouge dans un grand nombre d'applications. En particulier, il peut être utilisé dans un équipement de vision de nuit ou dans des dispositifs de détection de chaleur. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent ont été données qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENTIC4TIONS 1. Détecteur d'infrarouge caractérisé en ce qutil comprend un réseau d'éléments d'antenne en cornet formés dans un corps de silicium monocristallin et des éléments de bolomètre, un pour chaque cornet, par lequel, en fonctionnement, le rayonnement reçu par ce cornet est détecté. 3. Détecteur tel que défini dans la revendication 1, caractérisé en ce chaque élément de bolomètre comprend un film d'or, de bismuth ou de nickel. 3. Détecteur tel que défini dans l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les éléments de bolomètres sont disposés sur une couche en oxyde ou nitrure de silicium formé sur le corps de silicium. 4. Détecteur tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments d'antenne en cornet sont revêtus d'une matière conductive. 5. Détecteur tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que lesdits éléments d'antenne en cornet forment un réseau à deux dimensions. 6. Dispositif pour vision de nuit caractérisé en ce qu'il comprend un détecteur conforme à l'une des revendications précédentes. 7. Méthode de fabrication d'un détecteur l'infrarouge caractérisé en ce qu'elle prévoit le masquage et l'attaque sélective de la surface d'une tranche de silicium pour former une série de puits pyramidaux, chaque puit constituant un élément d'antenne en cornet dont le bec se trouve ouvert dans l'autre surface de la tranche, le recouvrement de cette autre surface de la tranche par une couche de matière isolante, le montage d'éléments de bolomètre sur ladite couche, chacun d'eux en rapport avec le bec d'un élément d'antenne en cornet, ainsi que le raccordement de contacts électriques aux éléments de bolomètre.