Brevet FR2591388A1 — publié le 19870612

La présente invention concerne un réseau de photo- capteurs prévu pour l'utilisation avec un appareil de traite- ment d'image tel qu'une machine de télécopie ou une machine de copie numérique. On connait parfaitement l'utilisation d'un photocap- teur en tant qu'élément de conversion photoélectrique dans un appareil de traitement d'image tel qu'une machine de télécor pie, une machine de copie numérique ou un lecteur de caractè- res. On connaît également à l'heure actuelle l'utilisation d'un élément de détection d'image allongé pour lire une image avec une sensibilité élevée. Un tel élément de détection d'image allongé comprend un réseau de photocapteurs allongé, un réseau de sources lumineuses destiné à éclairer un original à lire, et un réseau de focalisation d'image destiné à focali-- ser l'image d'un original sur le réseau de photocapteurs al- longé, qui est constitué par des photocapteurs disposés en li- gne. Un exemple d'un tel réseau de photocapteurs utilisé pour lire une image constitue ce qu'on appelle un photocapteur de type "sandwich" qui est constitué par une couche photoconduc- trice contenant une matière telle que du silicium amorphe, avec une paire de couches d'électrodes formées sur des faces opposées de la couche photoconductrice. Ce type de photocap- teur fournit, pour son signal de sortie, un photocourant pri- maire qui est généré à l'intérieur de la couche photoconduc- trice sous l'effet de la réception de la lumière incidente. Le signal de sortie est donc relativement faible. En outre, du fait que les couches d'électrodes sont disposées sur des faces opposées de la couche photoconductrice du photocapteur, un court-circuit peut se produire en cas de formation de trous d'épingle dans la couche photoconductrice au cours de la fa- brication. Pour éliminer les problèmes précités, on a utilisé récemment un photocapteur qu'on appelle un photocapteur de type plan, qui comporte une paire d'électrodes formées sur une même face de la couche photoconductrice contenant une matière telle que du silicium amorphe, les électrodes étant mutuelle- ment séparées par une distance qui définit partiellement la région de réception de lumière. Ce type de photocapteur four- nit,pour son signal de sortie,un photocourant secondaire qui est généré dans la couche photoconductrice. Le signal de sor- tie est donc élevé par rapport à celui d'un photocapteur de type sandwich. Des procédés connus pour la fabrication d'une cou- che de silicium amorphe constituant de tels photocapteurs de type plan comprennent le procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma, le procédé de pulvérisation cathodique réactive, le procédé de revêtement ionique, etc. Tous ces procédés utilisent une décharge luminescente pour accélérer la réaction. Dans tous ces procédés, il est nécessaire d'uti- liser une puissance de décharge relativement faible pour for- mer une couche de silicium amorphe présentant une photocon- ductivité et une qualité élevées. Cependant, des couches pho- toconductrices obtenues avec une faible puissance dé décharge présentent une mauvaise adhérence sur un substrat qui est par exemple en verre ou en céramique, ce qui conduit à un problè- me consistant en ce que la couche risque d'être arrachée pen- dant un traitement de photolithographie destiné à former des électrodes. Pour éviter que la couche soit arrachée, on a uti- lisé jusqu'à présent un procédé consistant à déposer une cou- che de silicium amorphe après avoir donné une certaine rugo- sité à la surface d'un substrat. Plus précisément, on rend la surface d'un substrat rugueuse par des moyens chimiques ou mécaniques, comme par l'utilisation d'acide fluorhydrique ou d'une brosse. Avec un tel procédé, la rugosité du substrat n'est pas uniforme sur toute la surface qui a subi un traitement visant à la rendre rugueuse. En outre, des défauts microsco- piques existent souvent de façon locale sur la surface du substrat. Par conséquent, les caractéristiques de réseaux de photocapteurs présentent souvent une certaine dispersion si ces réseaux sont fabriqués d'une manière similaire à la ma- nière classique, par dépôt d'une couche de silicium amorphe sur le substrat et par la formation d'électrodes. Un élément de détection d'image allongé construitau moyen de réseaux de photocapteurs classiques peut produire des signaux binaires de diverses amplitudes, ce qui exige l'utili- sation de circuits de correction pour corriger une telle dis- persion, et conduit à un coQt élevé de l'élément de détection. Compte tenu des problèmes décrits ci-dessus, un but de l'invention est de procurer un réseau de photocapteurs uti- lisant des photocapteurs de type plan, dans lequel chaque pho- tocapteur présente une caractéristique améliorée et uniforme, de façon qu'un élément de détection d'image allongé réalisé avec de tels photocapteurs produise des signaux binaires pré- sentant une plus faible dispersion d'amplitude, et de façon qu'il ne soit pas nécessaire d'utiliser des circuits de cor- rection pour une telle dispersion. Un autre but de l'invention est de procurer un ré- seau de photocapteurs prévu pour l'utilisation dans un appa- reil de traitement d'image et comportant un ensemble de pho- tocapteurs disposés en un réseau, chacun de ces photocapteurs comprenant un substrat, une couche photoconductrice formée sur le substrat et constituée par du silicium amorphe, et une paire d'électrodes disposées sur une surface de la couche photoconductrice, les électrodes étant mutuellement séparées par une certaine distance qui définit partiellement une région de réception de lumière du photocapteur; dans lequel la cou- che photoconductrice du photocapteur est constituée sous la forme d'au moins deux couches superposées, et la couche infé- rieure qui est la plus proche du substrat présente une faible teneur en oxygène. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est une vue en plan partielle montrant un photocapteur du réseau de photocapteurs conforme à l'in- vention; la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan partielle montrant le réseau de photocapteurs conforme à l'invention; la figure 4 est un graphique montrant la teneur en oxygène dans la couche photoconductrice; et les figures 5 et 6 sont des graphiques représentant le photocourant et le courant d'obscurité. Dans la description, on appelle couche de silicium amorphe sous-jacente la couche inférieure dans la couche pho- toconductrice, tandis qu'on appelle simplement couche de si- licium amorphe une ou plusieurs couches situées au-dessus de la couche de silicium amorphe sous-jacente, lorsque ces déno- minations sont applicables. La figure 1 est une vue en plan partielle montrant un photocapteur du réseau de photocapteurs conforme à un mode de réalisation de l'invention, et la figure 2 est une coupe selon la ligne II-II de la figure 1. La référence 1 désigne un substrat, la référence 2 désigne une couche de silicium amorphe sous-jacente et la référence 3 désigne une couche de silicium amorphe. Ces couches constituent la couche photocon- ductrice. La référence 4 désigne une couche de contact ohmi- que et la référence 5 représente des électrodes par lesquel- les on prélève le photocourant. - En ce qui concerne la matière du substrat 1, on ? peut utiliser du verre tel par exemple que du verre n 7059 ou n 7740 fabriqué par Corning Co., du verre du type SCG fa- briqué par Tokyo Applied Chemistry Co., ou du verre de silice ou une céramique telle qu'une céramique partiellement émail- lée. La couche photoconductrice du photocapteur appar- tenant au réseau de photocapteurs conforme à l'invention est constituée par un ensemble de couches superposées, chaque couche ayant une teneur en oxygène différente. Une couche in- férieure (c'est-à-dire la plus proche du substrat) présente une teneur en oxygène inférieure à celle d'une couche supé- rieure. La teneur en oxygène d'une couche-de silicium amorphe sousjacente, 2, est de préférence inférieure à une proportion atomique de 2000 ppm, tandis que celle de la couche de sili- cium amorphe 3 correspond de préférence à une proportion ato- mique comprise entre 2000 et 4000 ppm. La teneur en oxygène de la couche photoconductrice remplit les fonctions suivantes. Il est spécialement souhai- table d'utiliser une couche conductrice supérieure ayant une teneur en oxygène élevée, pour obtenir un photocourant élevé. Si une couche photoconductrice ayant une teneur en oxygène élevée est formée directement sur le substrat rugueux pour assurer une bonne adhérence sur ce dernier, les caractéris- tiquesdu photocourant et du courant d'obscurité peuvent être influencées par des rugosités localement différentes du substrat. Si au contraire on utilise une couche photoconduc- trice ayant une faible teneur en oxygène, du fait que celle- ci a une faible conductivité et un faible rendement, les ca- ractéristiques de photocourant et de courant d'obscurité sont de façon correspondante moins influencées par l'état de la surface du substrat. Sur la base de ce qui précède, dans le dispositif de l'invention la couche inférieure est une couche ayant une teneur en oxygène relativement faible, tandis que la couche supérieure est une couche ayant une teneur en oxygène relativement élevée. Il en résulte qu'il est possi- ble d'atténuer l'influence de l'état de la surface du substrat sur le photocourant dans toute la couche photoconductrice, et d'obtenir également un photocourant élevé. Une teneur en oxygène trop élevée peut entraîner une détérioration notable de la couche photoconductrice, qui n'est pas souhaitable en utilisation pratique. Ainsi, la teneur en oxygène de la couche de silicium amorphe 3 est de préférence dans la plage d'une proportion atomique de 2000 à 4000 ppm, tandis que par opposition, la teneur en oxygène de la couche de silicium amorphe sous-jacente 2 est de préférence dans la plage correspondant à une proportion atomique de 1 à 2000 ppm. Si l'épaisseur de la couche de silicium amorphe sous-jacente est trop élevée, le rendement global de la cou- che photoconductrice est diminué. Par conséquent, conformé- ment à l'invention, il est souhaitable que l'épaisseur de la couche de silicium amorphe sous-jacente 2 ne soit pas trop élevée, et elle doit par exemple être inférieure à 100 nm. On peut former la couche de silicium amorphe sous- jacente 2 et la couche de silicium amorphe 3 en utilisant le procédé de dépôt chimique en phase vapeur par plasma, le pro- cédé de pulvérisation cathodique réactive ou le procédé de revêtement ionique, dans des conditions de décharge lumines- cente appropriées, en ce qui concerne la puissance de déchar- ge, la température du substrat, la composition des gaz et la pression des gaz. On va maintenant décrire l'invention de façon plus spécifique en considérant des exemples. Exemple 1 On a utilisé un substrat de verre (n 7059 fabriqué par Corning Co.) dont les faces opposées ont été polies, et on a traité ce substrat dans un mélange liquide d'acide fluor- hydrique (solution aqueuse à 49 % en volume), d'acide nitri- que (solution aqueuse à 60 % en volume) et d'acide acétique, dans des rapports en volume respectifs de 1:5:40.On a ensuite recouvert le substrat de verre 1 avec un masque portant un motif désiré et on l'a placé dans un appareil de décomposi- tion par décharge luminescente du type à couplage capacitif, de façon à maintenir le substrat sous une pression inférieure à 130 FPa et à 230 C. On a ensuite introduit dans l'appareil un gaz consistant en SiH4 ayant une pureté de qualité "épita- xie" (fabriqué par Komatsu Denshi K.K.), avec un débit ramené aux conditions normales de 50 cm 3./min,et un gaz consistant en 02 (pureté de 99,9999 %), avec un débit de 50 ppm par rapport à celui du SiH4, en maintenant la pression de gaz à 13 Pa. On a ensuite établi une décharge luminescente avec une puissance de décharge radiofréquence de 150 W pendant 2 minutes, en uti- lisant une source d'énergie de haute fréquence (13,56 MHz), pour former une couche de silicium amorphe sous-jacente 2 ayant une épaisseur d'environ 50 nm. Ensuite, en utilisant un gaz consistant en SiH4 avec un débit ramené aux conditions normales de 25 cm3/minet un gaz consistant en 02 avec un dé- bit de 3000 ppm par rapport à celui du SiH4, sous une pression de gaz de 10,5 Pa, on a établi une décharge luminescente pen- dant 4 heures avec une puissance de décharge de 20 W, pour former une couche de silicium amorphe 3 ayant une épaisseur d'en- viron 0,7micromètre. On aensuite déposé une couche de con- + tact ohmique n (d'environ 0,15 micromètre d'épaisseur), avec une puissance de décharge de 30 W, utilisant en tant que matières constitutives un mélange gazeux de SiH4 dilué à 10 % dans H2 et de PH3 dilué à 1000 ppm, avec un rapport de mélange de 1:5. On a ensuite formé une couche conductrice de 0,3 micromètre, en déposant de l'aluminium au moyen du procédé d'évaporation par faisceau d'électrons. Après avoir formé un motif de matière de réserve photographique ayant une configuration désirée et constitué par une matière de réserve photographique positive (OFDR 8000 fabriquée par Tokyo Applied Chemistry Co.), on a-enlevé la région exposée de la couche conductrice pour former des élec- trodes 5, en utilisant un mélange liquide d'acide phosphorique (solution aqueuse à 85 % en volume), d'acide nitrique (solu- tion aqueuse à 60 % en volume), d'acide acétique glacial et d'eau, dans des rapports en volume respectifs de 16:1:2:1. En- suite, en utilisant le procédé d'attaque par plasma et un ap- pareil du type à plaques parallèles, on a effectué une attaque par voie sèche pour enlever la couche de n+ à nu, en travail- lant avec une puissance radiofréquence de 120 W et -une pres- sion de 9 Pa d'un gaz consistant en CF4. On a ainsi formé une + couche n ayant un motif désiré, après l'enlèvement de la matière de réserve photographique restante. On a fabriqué de cette manière un réseau de photo- capteurs comportant 864 photocapteurs disposés en un réseau sur un seul substrat. La figure 3 montre schématiquement une vue en plan partielle de ce réseau de photocapteurs. Sur la figure, la référence 1il désigne une électrode indépendante et la référence 12 désigne une électrode commune. La densité de ce réseau de photocapteurs allongé est de 8 bits/mm, et sa longeur correspond à la largeur d'un document de format A6. Exemple 2 Apres avoir formé sur un substrat 1 une couche de silicium amorphe sousjacente 2 et une couche de silicium amorphe 3, d'une manière similaire à celle de l'Exemple 1, on a mesuré la teneur en oxygène des deux couches 2 et 3 formées sur le substrat, en utilisant la spectrométrie de masse par émission ionique secondaire. Les résultats sont représentés sur la figure 4. Comme on le voit sur la figure 4, la teneur en oxygène de la couche de silicium amorphe 3 est de l'ordre d'une proportion atomique de 3000 ppm, tandis que celle de la couche de silicium amorphe sous-jacente 2 est inférieure à la valeur précitée. L'interface entre la couche de silicium amorphe sous-jacente 2 et le substrat 1 présente une teneur en oxygène supérieure à une proportion atomique de 3000 ppm, comme on le voit sur la figure 4. On peut considérer que cette teneur en oxygène élevée résulte de l'influence de l'oxygène à l'état d'impureté qui est présent à l'interface. Exemple 3 On a mesuré l'uniformité du photocourant et du cou- rant d'obscurité entre des bits de sortie du réseau de photo- capteurs obtenu par l'Exemple 1, et les résultats correspon- dants sont représentés sur la figure 5. Dans un but de comparaison, on a fabriqué un réseau de photocapteurs d'une manière similaire à celle de l'Exemple 1, à l'exception de l'omission de la couche de silicium amor- phe sous-jacente. On a mesuré l'uniformité du photocourant et du courant d'obscurité de ce réseau de photocapteurs, et les résultats correspondants sont représentés sur la figure 6. En comparant les résultats représentés sur les fi- gures 5 et 6, on peut voir que le réseau de photocapteurs conforme à l'invention présente une excellente uniformité de photoconductivité, même lorsqu'on utilise un substrat rugueux pour assurer une bonne adhérence sur la couche photoconductri- ce. Du fait que le réseau de photocapteurs conforme à l'invention présente des caractéristiques uniformes, il n'est pas nécessaire d'employer des circuits de correction, même pour un réseau de photocapteurs allongé, ce qui conduit à un coût faible. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Réseau de photocapteurs prévu pour l'utilisation avec un appareil de traitement d'image et comportant un en- semble de photocapteurs disposés en un réseau, dans lequel chacun des photocapteurs comprend un substrat (1), une couche photoconductrice (2, 3) formée sur le substrat (1) et consis- tant en silicium amorphe, et une paire d'électrodes (5) dis- posées sur une surface de la couche photoconductrice, les électrodes (5) étant mutuellement espacées par une certaine distance qui définit partiellement une région de réception de lumière du photocapteur, caractérisé en ce que la couche photoconductrice du photocapteur est réalisée sous la forme d'au moins deux couches superposées (2, 3), et en ce que la couche inférieure (2) qui est la plus proche du substrat (1) présente une faible teneur en oxygène. 2. Réseau de photocapteurs prévu pour l'utilisation avec un appareil de traitement d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que la teneur en oxygène de la couche inférieure (2) de la couche photoconductrice (2, 3) correspond à une proportion atomique inférieure à 2000 ppm. 3. Réseau de photocapteurs prévu pour l'utilisation avec un appareil de traitement d'image selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche inférieure (2) de la couche photoconductrice est inférieure à 100 nm.