Brevet FR2601503A1 — publié le 19880115

La présente invention concerne un appareil de conversion photo-électrique ayant une zone d'accumulation de charges électriques, dont le potentiel électrique est commandé par l'intermédiaire d'un condensateur. La figure 1A est une vue schématique en plan d'un exemple d'un appareil de conversion photo-électrique divulgué dans la demande européenne publiée N 132 076. La figure lB est une vue en section transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 1A. La figure 1C est 10 un diagramme de circuit équivalent de l'appareil. Aux figures 1A et lB,des cellules de conversion photo-électriques sont disposées sur un substrat 101 en silicium n dans lequel chaque cellule est isolée électriquement des cellules voisines par une zone de séparation des cellules 102 en SiO2, Si3N4 ou polysilicium ou analogues. Chaque cellule a la structure suivante: des zones p 104 et 105 sont formées en dopant des impuretés du type p, par exemple, de bore en direction d'une zone n 103 de faible densité d'impuretés formée en utilisant les + techniques épitaxiales ou analogues, et une zone 106 n est formée dans la zone p 104 en utilisant des techniques de diffusion d'impuretés, des techniques d'implantation d'ions ou analogues. Les zones p 104 et 105 sont une zone de source et une zone de drain d'un transistor MOS à canal p tandis que + les zones p 104 et 106 n sont respectivement une base et un émetteur d'un transistor npn bipolaire. La zone p 104 est à la fois la source du transistor MOS à canal p et la base d'un transistor bipolaire npn. On forme sur la zone 103 n sur laquelle les zones respectives sont ainsi formées, un film d'oxyde 107 sur lequel sont formées l'électrode porte 108 d'un transistor MOS à canal p et une électrode condensateur 109 ayant une zone prédéterminée.L'électrode condensateur 109 est opposée 35 à la zone p 104, un film d'oxyde 107 étant formé entre elles pour constituer un condensateur. En plus, une électrode émetteur 110 reliée à la zone n. 106, une électrode 111 reliée à la zone p 105 et une électrode collecteur 112 sur l'arrière du substrat 101 sont formées, avec une zone de contact ohmique disposée entre elles. Le fonctionnement de base de ce dispositif est décrit ci-après. En supposant tout d'abord que la zone p 104 qui est la base du transistor bipolaire est à un potentiel 10 initial négatif, la lumière entre dans la zone p 104 pour produire des paires de trous positifs d'électrons, dont les trous positifs sont emmagasinés dans la zone p 104 pour augmenter le potentiel de la zone p 104 dans la direction positive. Ensuite, l'électrode émetteur 110 est rendue flottante et on applique une impulsion positive de tension de lecture sur l'électrode condensateur 109. Ceci fait en sorte que le potentiel de la zone p 104 qui est la base du transistor augmente de façon à appliquer ainsi une polarisation directe à travers la base-et l'émetteur. Ceci provoque un courant correspondant à un changement dans le potentiel de base pendant l'opération d'accumulation, qui s'écoule à travers l'émetteur et le collecteur. Par conséquent, un signal électrique correspondant à la quantité 25 de lumière incidente apparaît sur l'électrode émetteur flottante 110 (opération de lecture). A ce moment, la quantité de charges électriques emmagasinées dans la base ou dans la zone p 104 ne décroît pas sensiblement de sorte que les mêmes informations optiques peuvent être lues de 30 facon répétée. Une opération de rafraîchissement pour éliminer les trous positifs accumulés dans la zone p 104 va maintenant être décrite. Les figures 2A et 2B constituent des diagrammes 35 de formes d'ondes de tension illustrant l'opération de rafraîchissement. Comme montré à la figure 2A, le transistor MOS ne conduit que lorsqu'une tension négative plus élevée que la valeur de seuil est appliquée à l'électrode porte 108. A la figure 2B, pour réaliser l'opération de rafraichissement, l'électrode émetteur 110 est mise à la masse et l'électrode 111 est mise à un potentiel de masse. Tout d'abord, une tension négative est appliquée sur l'électrode porte 101 pour faire conduire le transistor MOS à canal p. Ceci fait en sorte que le potentiel de la zone de base p 104 soit d'une valeur constante en dépit du niveau du potentiel d'accumulation. Ensuite, une impulsion de tension positive de rafraîchissement est appliquée sur l'électrode condensateur 109 pour polariser directement la zone p 104 par rapport 15 à la zone n+ 106 afin d'éliminer ainsi les trous positifs emmagasinés à travers l'électrode émetteur mise à la masse 110. Lorsque l'impulsion de rafraîchissement tombe, la zone p 104 est retournée à son potentiel négatif initial (opération de rafraîchissement). Comme mentionné ci-dessus, puisque le 20 potentiel de la zone p de base 104 est à un niveau fixe au moyen du transistor MOS, et qu'une impulsion de rafraîchissement est alors appliquée de manière à rendre nulles les charges électriques restantes, une nouvelle opération d'emmagasinement peut être réalisée sans dépendre du potentiel 25 précédemment accumulé. Ainsi, les charges restantes peuvent être mises à zéro rapidement,ce qui donne une opération à grande vitesse. Ensuite, et de façon similaire, on répète les opérations respectives d'accumulation, de lecture et de rafraîchissement. Cependant, un problème avec ce dispositif est qu'un transistor bipolaire et un transistor MOS sont formés sur une seule cellule détectrice,de sorte que beaucoup de bornes sont formées et qu'il est difficile d'obtenir une structure assez petite dans le système classique. L'objet principal de la présente invention est de fournir un appareil de conversion photo-électrique qui élimine les problèmes classiques ci-dessus. Un autre objet de la présente invention est de fournir un appareil de conversion photo-électrique comprenant un transistor ayant une zone principale d'électrode de semiconducteurs d'un type de conductivité. et une zone d'électrode de commande de semi-conducteurs d'un type opposé de conductivité, et un condensateur pour commander le potentiel de la zone d'électrode de commande à l'état flottant dans 10 lequel des porteurs produits optiquement sont emmagasinés dans la zone de l'électrode de commande en commandant le potentiel de la zone d'électrode de commande au moyen du condensateur, l'appareil comprenant une structure à plusieurs couches dans laquelle on forme des moyens de commutation pour 15 fixer la zone d'électrode de commande à un potentiel désiré sur une couche différente de celle sur laquelle sont formés le transistor et le condensateur. La présente invention va maintenant être expliquée dans la description suivante de plusieurs formes de réalisa20 tion à la lumière des dessins annexés, sur lesquels: la figure 1A est une vue en plan schématique d'un appareil de conversion photo-électrique classique; la figure lB est une vue en section transversale prise le long de la ligne A-A' de la figure 1A; la figure 1C est un diagramme de circuit équivalent de l'appareil; la figure 2A est un diagramme d'une forme d'ondes de tension illustrant le fonctionnement d'un transistor MOS; la figure 2B est un diagramme d'une forme d'ondes 30 de tension illustrant l'opération de rafraîchissement; la figure 3A est une vue schématique en section transversale d'une forme de réalisation d'un appareil de conversion photo-électrique selon la présente invention; la figure 3B est un diagramme de circuit équivalent 35 de l'appareil; la figure 4A est un diagramme de circuit équivalent d'une seconde forme de réalisation de l'invention; la figure 4B est un diagramme de forme d'ondes de tension pour illustrer l'opération de rafraîchissement; la figure 5A est un diagramme de circuit équivalent d'une troisième forme de réalisation de l'invention; la figure 5B est un diagramme d'une forme d'ondes de tension illustrant l'opération de rafraîchissement; la figure 6A est un diagramme de circuit équivalent 10 d'une quatrième forme de réalisation de l'invention; la figure 6B est un diagramme d'une forme d'ondes de tension illustrant l'opération de rafraîchissement; la figure 7 est un graphique illustrant la relation entre la dimension du noyau rc et l'énergie libre G dans le 15 processus de formation d'une couche mince; les figures 8A et 8B sont des illustrations du procédé sélectif de dépôt; la figure 9 est un graphique montrant le changement en fonction du temps de la densité de nucléation (ND) sur la 20 surface de dépôt de SiO2 et la surface de dépôt de nitrure de silicium; les figures 10A à 1OD sont des illustrations des étapes de formation montrant une première forme de réalisation du procédé pour former un cristal selon la présente 25 invention; les figures 11A et 11B sont des vues en perspective du substrat des figures 10A à 1OD; la figure 12 est un graphique montrant la relation entre le débit de SiH4 et NH3 et le rapport de composition 30 de Si-et N dans le film de nitrure de silicium formé; la figure 13 est un graphique montrant la relation entre le rapport de composition Si/N et la densité de nucléation; la figure 14 est un graphique montrant la relation entre la quantité injectée d'ions Si et la densité de nucléation; et les figures 15A à 15C sont des illustrations des étapes pour former un cristal de silicium unique et un transistor dans les formes de réalisation de l'invention. - Les formes de réalisation de la présente invention vont maintenant être décrites avec plus de détails en référence aux dessins. La figure 3A est une vue schématique en section transversale d'une forme de réalisation d'un appareil de conversion photo-électrique selon l'invention et la figure 3B 1i est un diagramme de circuit équivalent de l'appareil. Les mêmes pièces ont les mêmes numéros de référence dans la figure 1 montrant l'art antérieur et dans la figure 3. A la figure 3A, une couche épitaxiale n 103 est formée sur un substrat n 101. Une zone de base p 104 est 15 formée dans la zone 103; elle est entourée par une zone de séparation d'éléments 102. La zone de base p 104 a une + zone d'émetteur n 106 qui est formée sur elle. On forme sur la couche épitaxiale n 103 sur laquelle les diverses zones sont formées, une couche isolante 20 107 sur laquelle une électrode condensateur 109 est formée en face de la zone de base p 104. On forme sur un tel transistor bipolaire en tant que couche inférieure, une couche isolante 113 en SiO2 ou analogue ayant une cavité dans laquelle est développé un 25 cristal de silicium unique 114 de type n en utilisant un procédé de croissance de cristal unique qui sera décrit plus en détail ci-après. Un trou de contact est formé dans la zone d'émetteur n+ 106 pour constituer une électrode émetteur 110. On forme sur la couche de cristal de silicium 30 unique 114 formée par le procédé de croissance de cristal unique, un film d'oxyde formant porte, une électrode porte 108 et une zone de source et de drain pour constituer un transistor MOS 115. La zone de drain est reliée par un conducteur 116 à la zone inférieure de base p 104. On forme 35 sur le transistor MOS 115 un film de passivation 117, la zone de source du transistor MOS 115 étant reliée à l'électrode 111. Un circuit équivalent de cette forme de réalisation ayant une telle structure est montré à la figure 3B. Si une 5 électrode reliée à la couche de silicium du type n 114,qui est le substrat du transistor MOS 115, est formée et reliée à l'électrode 112, le circuit devient le même que celui de l'art antérieur. Par conséquent, les opérations respectives fondamentales d'accumulation, de lecture et de rafraîchisse10 ment de cette forme de réalisation sont les mêmes que l'exemple de l'art antérieur mentionné déjà ci-dessus. En d'autres termes, dans l'opération de rafraîchissement, lorsque le transistor MOS 115 est tout d'abord conducteur, les charges électriques dans la zone de base p 104 sont éliminées de 15 l'électrode 111 mise à la masse par l'intermédiaire du conducteur 116 et du transistor MOS 115. Après que la zone de base p 104 est ainsi mise à un potentiel fixe, on applique une impulsion de tension positive de rafraîchissement sur l'électrode condensateur 109 pour mettre à zéro les charges 20 restantes de la zone de base p 104. Si l'électrode reliée à la couche de silicium du type n 114 et l'électrode 111 sont reliées l'une à l'autre, on obtient une structure simplifiée qui permet une opération de rafraîchissement ressemblant à l'opération de rafraîchis25 sement ci-dessus. Ce système a également l'avantage de permettre l'échappement des charges en excès emmagasinées dans la zone de base p 104. Ceci sert à empêcher la survenance d'une sorte de floraison lorsque le détecteur de zone est construit. La figure 4A est un diagramme de circuit équivalent d'une seconde forme de réalisation de l'invention et la figure 4B montre une forme d'ondes de tension produites pendant l'opération de rafraîchissement. Cette forme de réalisation est obtenue en rempla35 çant le transistor MOS 115 de la figure 3A par un transistor MOS à canal n. L'autre structure est la même que celle de la première forme de réalisation. Comme le transistor est du type à canal n, il ne conduit plus lorsque l'électrode porte 108 a un potentiel 5 négatif, tandis qu'il conduit seulement lorsque le potentiel de porte est plus grand que son seuil, comme montré à la figure 4B. En outre, dans ce cas, l'opération de rafraîchissement est réalisée comme décrit ci-dessus. La figure 5A est un diagramme de circuit équiva10 lent d'une troisième forme de réalisation de l'invention et la figure 5B illustre la forme d'ondes de tension produite pendant l'opération de rafraîchissement. Dans cette forme de réalisation, une diode est formée au lieu d'un transistor MOS 115. A la figure 1A, un 15 cristal de silicium unique est développé dans une cavité dans la couche isolante 113 pour former une jonction pn. Un conducteur 116 est connecté à la zone n et l'électrode 111 est connectée à la zone p. Selon cette structure, même si le potentiel de 20 la zone de base p 104 est augmenté pendant l'opération de lecture, on applique un potentiel négatif-à l'électrode 111 pour ainsi polariser inversement la diode,de sorte que - les charges emmagasinées dans la zone de base p 104 sont maintenues. Par contre, pendant l'opération de rafraîchis25 sement, tout d'abord une tension plus élevée que le niveau de base est appliquée à l'électrode 111 pour polariser directement la diode afin de régler ainsi le potentiel de la zone de base p 104 à une valeur fixe. Ensuite, une impulsion de tension de rafraîchissement positive est appliquée à l'électrode condensateur 109 pour mettre à zéro les charges restantes. La figure 6A est un diagramme de circuit équivalent d'une quatrième forme de réalisation de l'invention et la figure 6 B est un diagramme d'une forme d'ondes de tension 35 produite pendant l'opération de rafraîchissement. Dans cette forme de réalisation, un transistor bipolaire pnp est utilisé à la place d'un transistor MOS 115. En fait, un transistor bipolaire pnp est formé sur un cristal de silicium unique en forme de couche 114 utilisant 5 un processus régulier, la zone collecteur p étant connectée par un conducteur 116 à la zone de base p 104 et la zone d'émetteur p étant connectée à l'électrode 111. La zone de base n est mise à la masse. Dans ce système, pendant l'opération de lecture, 10 l'électrode 111 est au niveau de la masse et le transistor bipolaire pnp n'est pas conducteur bien que le potentiel de la zone de base p 104 soit augmenté.- Pendant l'opération de rafraîchissement, on applique tout d'abord'une impulsion de tension positive à l'électrode 111 pour rendre conducteur le transistor bipolaire pnp pour ainsi mettre la zone de base p 104 à un potentiel fixe. Ensuite, une impulsion de tension de rafraîchissement positive est appliquée à l'électrode condensateur 109 pour mettre à zéro les charges restant dans 20 la zone de base p 104. On va maintenant décrire en détail un procédé de croissance de cristal unique qui permet de développer un cristal de silicium unique dans une cavité dans la couche isolante 113. Pour mieux comprendre la présente invention, le processus général de formation d'une couche mince de métal pour semi-conducteurs est tout d'abord expliqué. Lorsque la surface de dépôt est faite d'une matière de type différent de l'atome volant, en particulier une matière amorphe, les atomes volants sont diffusés librement sur la surface du substrat ou à nouveau sont évaporés (relâchés). Comme conséquence de la collision mutuelle entre les atomes, un noyau est formé et lorsque sa dimension a la valeur rc (= -2 ao/gv) à laquelle son énergie libre G 35 devient un maximum (noyau critique), G est réduit et le noyau continue à grandir de façon stable sous trois dimensions de manière à former un ilôt. Le noyau ayant une dimension supérieure à rc est appelé noyau stable, et à moins qu'on ne l'appelle autrement, le mot "noyau" dans la description fondamentale suivante de la présente invention se réfère à ce "noyau stable". En outre, parmi les noyaux stables, ceux ayant un petit r sont appelés "noyaux initiaux". L'énergie libre produite par la formation du noyau est représentée comme suit: G = 4wf(8) (o r2 + 1/3-gvir3) f(e) = 1/4(2 - 3cosO + cos28) dans laquelle r = rayon de courbure du noyau 9 = angle de contact du noyau _15 gv = énergie libre par dépôt unitaire oo = énergie de surface entre le noyau et le vide. La figure 7 montre la façon dont G est changé. Sur la même figure, le rayon de courbure du noyau stable lorsque G est maximal, est rc. Ainsi, les noyaux se développent pour prendre la forme d'ilôts et se développent encore de sorte qu'un contact mutuel entre il1ts progresse jusqu'à ce qu'une coalescence ait lieu à un moment donné et,par l'intermédiaire d'une structure en réseau, il y a finalement un film continu qui 25 recouvre complètement la surface du substrat. Après un tel processus, un film mince est déposé sur le substrat. Dans le procédé de dépôt indiqué ci-dessus, la densité de noyaux formés par unité de surface de la surface de substrat, la dimension du noyau et la vitesse de nucléa30 tion sont déterminées en fonction de l'état du système de dépôt,et particulièrement l'interaction entre les atomes volants et la matière de surface du substrat constitue un facteur important. En outre, une direction spécifique de cristal se développe en parallèle au substrat à cause 35 de l'anisotropie par rapport à la surface de cristal de * 11 l'énergie d'interface au niveau de l'interface entre la matière déposée et le substrat, et lorsque le substrat est amorphe,le sens du cristal à l'intérieur du plan du substrat n'est pas constant. Pour cette raison, des limites de grains sont formées par collisions mutuelles entre les noyaux ou les ilôts, et en particulier dans le cas de collisions mutuelles entre des ilôts ayant certaines dimensions ou même plus grands, des limites de grain sont formées en tant que telles et une coalescence n'a pas lieu. Comme les limites 10 de grainsformées se déplacent avec difficulté dans la phase solide, les dimensions de grains sont déterminées en ce point. Ensuite, le procédé de dépôt sélectif pour former un film déposé sélectivement sur la surface de dépôt va être 15 décrit. Le procédé de dépôt sélectif est un procédé dans lequel on forme sélectivement un film mince sur le substrat en utilisant les différences entre les matières par rapport aux facteurs influençant la formation du noyau dans le processus de formation du film mince, tels que l'énergie de 20 surface, le coefficient d'attachement, le coefficient de relâchement, la vitesse de diffusion en surface, etc. Les figures 8A et 8B sont des illustrations du procédé de dépôt sélectif. D'abord, comme montré à la figure 2A sur le substrat 1, un film mince 2 comprenant une matière 25 différente en ce qui concerne les facteurs ci-dessus du substrat 1 est formé à une position désirée. Lorsque le dépôt d'un film mince comprenant une matière appropriée est effectué dans des conditions appropriées de dépôt, un film mince 3 ne se développe que sur le film mince 2, de sorte qu'il est possible de promouvoir un phénomène consistant en ce qu'il n'y ait aucune croissance sur le substrat 1. En utilisant ce phénomène, le film mince 3 formé par adaptation automatique peut être développé si bien qu'il devient possible d'omettre l'étape lithographique en utilisant une réserve comme 35 selon l'art antérieur. En tant que matière permettant le dépôt selon un tel procédé de formation sélectif, on peut utiliser par exemple SiO2 pour le substrat 1, Si, GaAs, nitrure de silicium pour le film mince 2 et Si, W, GaAs, InP, etc. pour le film mince 3 à déposer. La figure 9 est un graphique montrant le changement en fonction du temps de la densité de nucléation sur la surface déposée de SiO2 et la surface déposée de nitrure de silicium. Comme montré sur le même graphique, aussitôt après le début du dépôt, la densité de nucléation sur SiO2 est saturée à 103 cm 2 ou moins, et la valeur n'est pas sensiblement modifiée même après 20 minutes. Au contraire, sur le nitrure de silicium (Si3N4) 15 il y a une fois saturation à environ 4 x 105 cm-2 ou moins, et il n'y a pas de changement sensible 10 minutes après, mais ensuite il y a un accroissement abrupt. Cet exemple de mesure montre le cas dans lequel du gaz SiC14 est dilué avec H2 et déposé selon le procédé CVD dans les conditions 20 d'une pression de 22,6 kPa et d'une température de 1000 C. Autrement, la même action peut être obtenue en utilisant SiH4, SiH2C12, SiHC13, SiF4, etc., en tant que gaz de réaction, et en contrôlant la pression, la température, etc. En outre, on peut utiliser le dépôt par vapeur sous vide. 25 Dans ce cas, la nucléation sur SiO2 ne pose sensiblement aucun problème, mais en ajoutant du gaz HC1 dans le gaz de réaction, on peut supprimer la nucléation sur SiO2 de façon à rendre parfaitement nul le dépôt de Si sur SiO2. Un tel phénomène dépend grandement de la différence en coefficient d'adsorption, en coefficient de relâchement, en coefficient de diffusion en surface, etc. par rapport à Si des surfaces de matière de SiO2 et de nitrure de silicium, mais le fait que SiO2 lui-même est attaqué chimiquement par la réaction de SiO2 avec l'atome Si lui-même pour former un monoxyde de silicium avec une pression de vapeur plus élevée, tandis qu'un tel phénomène d'attaque n'a pas lieu sur le nitrure de silicium, peut également être considéré comme étant la cause d'un dépôt sélectif (T. Yonehara, S. Yoshioka, S. Miyazawa, Journal of Applied Physics 53, 6839, 1982). Ainsi, en choisissant SiO2 et du nitrure de silicium en tant que matières de la surface de dépôt et le silicium en tant que matière à déposer, on peut obtenir 10 une différence de densité de nucléation suffisante comme montré dans le même graphique. Ici, bien que SiO2 soit désirable en tant que matière pour la surface de dépôt, ceci n'est pas limitatif et on peut obtenir suffisamment une différence pratique de densité de nucléation, mêime en utili15 sant SiO (0 x Bien entendu, la présente invention n'est pas limitée à ces matières, mais la différence de densité de nucléation (AND) peut être suffisante, 1000 fois ou plus en densité de noyaux comme montré par le même graphique et une formation sélective suffisante de film déposé peut être réalisée avec les matières montrées à titre d'exemple ci-dessous. Une autre méthode pour obtenir cette différence de densité de nucléation (AND) consiste à injecter des ions 25 de Si ou N localement dans la surface de SiO2 pour former une région ayant du Si ou N en excès. La présente invention utilise une déposition sélective basée sur une telle différence de densité de nucléation (AND) et, en formant une couche suffisamment fine de 30 sorte qu'un noyau unique puisse cro5tre sur la surface de dépôt d'un type différent de matière ayant une densité de nucléation suffisamment plus élevée que la matière de la surface de dépôt, un cristal unique peut être développé sélectivement seulement à l'endroit o ladite sorte différente 35 de matière existe. Sous ce rapport, comme la croissance sélective d'un cristal unique est déterminée en fonction de l'état des électrons de la surface de dépôt, en particulier l'état des liaisons pendantes, la matière ayant une densité de nucléation plus faible (par exemple SiO2) n'a pas besoin d'être une matière volumineuse, mais elle peut être formée seulement sur la surface de toute matière désirée, substrat, etc. pour constituer la surface de dépôt ci-dessus. On décrit dans ce qui suit la présente invention 10 en détail en référence aux dessins. Les figures 1OA à 1OD sont des illustrations des étapes de formation montrant une première forme de réalisation du procédé pour former un cristal selon la présente invention et les figures 11A et 11B sont des vues en perspective des 15 substrats des figures i10A et 10D. D'abord, comme montré sur la figure 10A et sur la figure 10B, on forme sur le substrat 4 une fine pellicule 5 (surface de dépôt (SNDs)) avec une faible densité de nucléation qui permet le dépôt sélectif et on dépose une matière différente de la matière formant la pellicule fine 5 ayant une densité de nucléation plus élevée et ceci en couche mince, avec ensuite une mise en forme selon la lithographie etc. pour former une surface de dépôt suffisamment fine 6 (SNDL) (ou appelée "germe") comprenant une sorte différente de matière. Cependant, la dimension, la structure du cristal et la composition du substrat 4 peuvent être tels qu'on le désire et un substrat ayant un dispositif fonctionnel formé sur lui préparé selon la technique des semi-conducteurs classique peut être utilisé. En outre, la surface de dépôt (SNDL) 6 comprenant une sorte différente 30 de matière comprend aussi des régions modifiées ayant du Si ou du N en excès formés par une implantation d'ions de Si ou N dans le film mince 5 comme décrit ci-dessus. Ensuite, par une sélection de conditions de dépôts appropriées, on forme un cristal unique d'une matière de 35 film fine seulement sur la surface de dépôt (SNDL) 6. En d'autres termes, la surface de dépôt (SNDL) 6 a besoin d'être formée suffisamment finement de sorte que seul un noyau unique puisse être formé sur elle. La dimension de la surface de dépôt (SNDL) 6 qui peut différer en fonction du type de 5 matière peut être de plusieurs microns ou moins. En outre, le noyau se développe tout en maintenant une structure de cristal unique de manière à devenir un seul grain de cristal 7 en forme d'ilôt comme montré à la figure 10B. Pour former un seul grain de cristal en forme d'ilôt 7, il est désirable de déterminer les conditions de manière qu'aucune nucléation ne puisse survenir sur le film mince 5, comme déjà mentionné. Le grain de cristal unique en forme d'ilôt 7 se développe davantage tout en maintenant la structure de cristal unique avec la surface de dépôt (SNDL) 6 formant le centre 15 (surcroissance latérale) de sorte qu'elle puisse couvrir toutela pellicule mince 5 comme montré à la figure 10C (cristal unique 7A). Subséquemment et si nécessaire, le cristal unique 7A est aplati par attaque chimique ou polissage et une couche 20 à cristal unique 8 capable de former le dispositif désiré peut être créée sur le film mince 5 comme montré aux figures D et 11B. Pour former ainsi le film mince 5 constituant la surface de nonnucléation (SNDS) sur le substrat 4, on peut 25 utiliser toute matière désirée pour former le substrat 4 qui est l'élément de support. De plus, dans un tel cas, même lorsque le substrat 4 peut être un substrat ayant un dispositif fonctionnel,etc. qui est formé sur lui selon la technique classique des semi-conducteurs, la couche à cristal unique 8 peut être constituée facilement sur lui. Dans la forme de réalisation ci-dessus, la surface de non-nucléation (SNDS) est formée de film mince 5, mais un substrat comprenant une matière ayant une faible densité de nucléation (ND) permettant une nucléation sélective peut être utilisé en tant que tel et des surfaces de nucléation (SNDL) peuvent être fournies dans toutes positions désirées de manière à constituer de façon similaire des couches à cristal unique par-dessus. La figure 12 est un graphique montrant un exemple 5 de la relation entre le rapport des débits de SiH4 et de NH3 et le rapport de composition de Si et N dans le film de nitrure de silicium formé. Les conditions de dépôt à ce moment étaient un signal de sortie de fréquence radio-électrique de 175 W, une 10 température de substrat de 380 C et le débit du gaz NH3 - a été modifié tandis que le débit du gaz SiH4 était fixé à quelques cc/minute. Comme montré sur le même graphique, en faisant varier le rapport de débit de gaz de NH3/SiH4 de 4 à 10, le rapport Si/N dans' le film de nitrure de silicium 15 a été trouvé comme ayant varié de 1,1 à 0,58 selon la spectrophotométrie d'électrons de Auger. Par contre, la composition du film de nitrure de silicium formé selon le procédé CVD à pression réduite en introduisant du gaz SiH2Cl2 et du gaz NH3 dans les condi20 tions d'une pression réduite de 40 Pa et d'une température d'environ 800 C, a été trouvée comme étant Si3N4 (Si/N = 0,75) , ce qui est approximativement le rapport stoechiométrique. En outre, le film de nitrure de silicium formé par traitement thermique à environ 1200 C dans l'ammoniac 25 ou N2 (procédé de nitrification à chaud) peut être obtenu avec une composition plus approximative par rapport au rapport stoechiométrique puisque le procédé de formation est réalisé avec un équilibre thermique. En utilisant des nitrures de silicium formés par 30 les divers procédés décrits ci-dessus en tant que matière pour former une surface de nucléation (SNDL) avec une densité de nucléation plus élevée que SiO2, le noyau ci-dessus de Si peut être développé sur la surface de nucléation (SNDL) comprenant du nitrure de silicium pour constituer un cristal unique 35 de Si basé sur la densité de nucléation (AND) correspondant au rapport de composition chimique du nitrure de silicium. La figure 13 est un graphique montrant la relation entre le rapport de composition Si/N et la densité de nucléation (AND). Comme montré sur le même graphique, en faisant 5 varier le rapport de composition chimique du film de nitrure de silicium, la densité de nucléation du noyau de cristal unique formé par-dessus change considérablement. Les conditions de nucléation dans le graphique montré à la figure 13 correspondent au cas o le noyau à cristal unique de Si est 10 formé en faisant réagir du gaz SiCl4 réduit à 23,27 kPa avec H2 à 1000 C. Bien sûr, on obtiendrait un autre graphique si les conditions de nucléation telles que sorte de gaz, pression, température, etc. étaient changées. Le phénomène de densité de nucléation changeante 15 en fonction du rapport de composition chimique du nitrure de silicium affecte la dimension (aire) de la surface de nucléation (SNDL) lorsqu'on utilise du nitrure de silicium comme matière pour former la surface de nucléation (SNDL) qui est formée suffisamment finement dans la mesure o un seul noyau peut être développé. En d'autres termes, lorsqu'on emploie du nitrure de silicium ayant une composition d'une grande densité de nucléation (ND), on ne peut former qu'un cristal unique sur la surface de nucleation (SNDL) en formant la surface de nucléation (SNDL) de façon extrêmement 25 fine en comparaison du nitrure de silicium qui a une densité de nucléation relativement plus faible (ND). Ce point s'applique en tant que tendance similaire à d'autres matières permettant de former une surface de nucléation (SNDL). Par conséquent, selon la présente invention, pour réaliser effi30 cacement les objectifs, il est désirable de choisir une densité de nucléation (ND) et une dimension de surface de nucléation (SNDL) formée de nitrure de silicium, etc.,qui puisse former seulement un cristal unique de façon appropriée comme on le désire. Par exemple, dans la condition de nuclé35 ation pour obtenir une densité de nucléation (ND) d'environ cm-2 ou moins, il est possible de former sélectivement -seulement un seul noyau si la dimension de la surface de nucléation (SNDL) comprenant du nitrure de silicium est d'environ 4 hm ou moins. Le rapport Si/N dans ce cas est d'environ 0,5. (Formation de surface de nucléation (SNDL) par implantation ionique). Une autre méthode pour réaliser une.différence de densité de nucléationlorsqu'on forme un noyau à cristal unique de Si consiste à effectuer localement une implantation ionique de Si, N, P, B, F, Ar, He, C, As, Ga, Ge, etc., sur la surface comprenant SiO2 qui est une matière pour former une surface de non-nucléation (SNDs) ayant une densité de nucléation plus faible pour former une région modifiée 15 ayant la dimension désirée sur la surface de SiO2, et on utilise cette région modifiée en tant que surface de nucléation (SNDL) ayant une densité de nucléation plus grande (ND). Par exemple, la surface de couche de SiO2 est couverte d'une couche de photoréserve et les portions désirées sont exposées, développées et dissoutes pour avoir une exposition de la surface de couche de SiO2. Subséquemment, en utilisant le gaz SiF4 comme gaz de source, des ions de Si sont implantés sur la surface de couche SiO2 exposée à 10 keV à une densité de 1 x 1016 X 25 1 x 1018 cm 2. La distance de vol projetedans ce cas est de 0,0114 micron et la concentration de Si sur la surface exposée de couche de SiO2 atteint environ 1022 cm-3 ou moins. Comme la couche de SiO2 est d'origine amorphe, la couche modifiée rendue excessivement riche en Si par implan30 tation d'ions Si est également amorphe. Pour la formation d'une région modifiée, on peut effectuer l'implantation ionique avec l'utilisation d'une réserve en tant que masque, mais il est également possible d'injecter un faisceau ionique rétréci de Si sélectivement 35 à une position désirée sur la surface de couche SiO2 à Z601503 l'intérieur de la zone désirée sans utiliser un masque de réserve, en utilisant la technique du faisceau ionique en convergence. Apres avoir ainsi effectué une implantation ionique de Si par pelage de la réserve sur la partie restante, la région modifiée ayant du Si en excès est formée sur la surface de la couche de SiO2 à la position désirée avec la dimension désirée. Sur la région modifiée de la surface de couche de SiO2 ayant une telle région modifiée formée, on laisse se 10 développer en phase vapeur un cristal unique de Si. La figure 14 est un graphique montrant la relation entre la quantité des ions Si implantés et la densité de nucléation (ND). Comme montré sur le même graphique, on peut com15 prendre que la densité de nucléation (ND) s'accroit à mesure qu'augmente la quantité de Si+ implantée. 1 De la même manière, en formant une région modifiée de façon suffisamment fine, on ne peut faire croître qu'un seul noyau de Si, la région modifiée étant la surface de nucléation (SNDL), de sorte qu'un cristal unique peut croître comme décrit ci-dessus. Ceci peut aisément être accompli en conformant une réserve ou en rétrécissant le faisceau du faisceau ionique en convergence pour constituer la région modifiée de façon 25 suffisamment fine dans une mesure telle que seul un noyau unique peut croître. (Procédé pour la formation d'un noyau à cristal unique de Si autre que le procédé CVD). Dans la croissance d'un cristal unique par nucléation sélective de Si, on peut utiliser non seulement le procédé CVD, mais également le procédé par évaporation de Si dans le vide ( 1983). En utilisant ce phénomène, on peut former des noyaux à cristal unique de Si avec une sélectivité parfaite sur les régions de nitrure de silicium fines qui peuvent 10 exister dans des points de la couche de SiO2 et on peut y faire croître un cristal unique de Si. Les conditions de croissance du cristal unique constituant un exemple préférentiel à ce moment peuvent être par exemple un degré de vide de 133.10 8 Pa ou moins, l'intensité du faisceau de Si 15 étant de 9,7 x 1014 atomes/cm2.sec, et une température de substrat de 900 C, 1000 C. Dans ce cas, par la réaction SiO2 + Si -2SiO+, on forme un produit de réaction de SiO avec une pression de vapeur notablement élevée et une attaque du SiO2 lui-même 20 par Si a lieu par cette évaporation. Au contraire, aucun phénomène d'attaque de ce genre tel que mentionné cidessus n'a lieu sur le nitrure de silicium, mais il y a une nucléation du cristal unique de Si et une croissance d'un seul cristal. De cette façon, en tant que matière pour former une surface de nucléation (SNDL) ayant une densité de nucléation élevée (ND), on peut utiliser de l'oxyde de tantale I(Ta205),de l'oxyde -nitrure de silicium (SiON), etc., en plus du nitrure de silicium pour obtenir le même effet. En d'autres 30 termes, en formant la surface de nucléation ci-dessus (SNDL) avec ces matières dans des zones fines, des cristaux uniques de Si peuvent croître de façon similaire. Comme décrit ci-dessus, on forme une couche de silicium à cristal unique dans chacune des cavités dans des 35 couches isolantes 113 des formes de réalisation en utilisant le procédé de croissance à cristal unique tel que décrit ci-dessus. Les figures 15A à 15C illustrent les étapes de formation d'un cristal de silicium unique et de formation d'un transistor dans les formes de réalisation respectives. A la figure 15A, on forme une cavité dans la couche d'isolement 113 de SiO2 par attaque ainsi qu'une zone faible d'une matière différente 120 (ici, Si3N4) dans la cavité. Ensuite, on mélange un gaz à impureté du type n 10 pour faire croître un cristal de silicium unique pour remplir la cavité par le silicium à cristal unique du type n comme montré à la figure 15B, et la zone résultante est aplatie pour former une couche de silicium à cristal unique du type n 114. Comme montré à la figure 15C, un film d'oxyde formant porte 121 est ensuite formé sur la couche de silicium unique 114 et l'électrode porte 108 est réalisée avec une matière telle que du polysilicium ou analogue. Des ions d'impureté du type p sont ensuite implan20 tés en utilisant l'électrode porte 108 en tant que masque et des zones de source et de drain 122 et 123 sont alors formées par un traitement thermique subséquent. Comme décrit ci-dessus en détail, selon cette forme de réalisation, on forme des moyens dè commutation pour régler la zone d'électrode de commande sur le potentiel désiré sur une couche différente de celle sur laquelle on forme un transistor et un condensateur, de sorte qu'on peut réaliser plus rapidement une structure-plus petite bien que beaucoup de bornes doivent y être prévues, en formant un 30 dispositif de densité et de résolution accrues. Il est à noter que des moyens de commutation selon la présente invention incluent des dispositifs de commutation à semi-conducteurs tels que des transistors à effet de champ, des transistors bipolaires ou des diodes à jonction pn. - REVENDICATIONS 1. Appareil de conversion photo-électrique comprenant un transistor (115) ayant une zone principale d'électrode en semi-conducteur d'un type de conductibilité 5 et une zone d'électrode de commande (108) en semiconducteur d'un type opposé de conductibilité, et un condensateur (109) pour commander le potentiel de la zone d'électrode de commande dans un état flottant dans lequel des porteurs produits optiquement sont emmagasinés dans la zone de l'électrode de commande en commandant le potentiel de la zone de l'électrode de commande (108) par l'intermédiaire du condensateur (109), appareil caractérisé en ce qu'il comporte une structure à couches multiples dans laquelle un moyen de commutation pour régler la zone de l'électrode de commande (108) sur un poten15 tiel désiré est formé sur une couche différente de celle sur laquelle le transistor (115) et le condensateur (109) sont formés. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le moyen de commutation comprend un moyen de commu20 tation à semi-conducteur formé sur une couche isolante. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commutation à semi-conducteur comprend un transistor du type à porte isolante. 4. Appareil selon la revendication 2, caractérisé 25 en ce que le moyen de commutation à semi-conducteur comprend une diode à jonction pn. 5. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que le moyen de commutation à semi-conducteur comprend un transistor bipolaire.