Brevet FR2600460A1 — publié le 19871224

L'invention concerne un procédé de commande d'un photodétecteur conçu pour améliorer la réponse à la lumière. Le procédé de commande d'un photodétecteur selon l'invention peut être appliqué à un photo5 détecteur utilisé dans une unité d'entrée d'images, telle qu'une machine de télécopie, un copieur ou un scanner numérique, ou à un photodétecteur destiné à la lecture d'une information d'image avec un agrandissement égal à l'unité. Les équipements électroniques de bureau tels que les machines de télécopie ou les copieurs numériques étant de plus en plus répandus, il existe une demande croissante portant sur un dispositif d'entrée d'images peu volumineux et peu coûteux. Ainsi, 15 un détecteur de ligne à agrandissement égal à l'unité, pouvant être placé en contact direct avec un document et n'exigeant pas de dispositifs de mise au point ou permettant au dispositif de mise au point de travailler sur une courte distance, a suscité une large 20 attention. Le détecteur de ligne à agrandissement égal à l'unité présente la même longueur qu'un côté du document et comprend un certain nombre de photocapteurs agencés à une haute densité pour parvenir 25 à une haute définition. Cependant, pour lire rapidement une information au moyen d'un tel nombre de photocapteurs, il est important d'améliorer le temps de réponse photo-électrique du photodétecteur. Un photodétecteur comportant. une électrode 30 auxiliaire formée sur une couche photoconductrice une couche isolante étant intercalée entre l'électrode et la couche photoconductrice, a été proposé (par exemple comme décrit dans la demande de brevet japonais N 239072/1985). La présence de l'électrode auxiliaire 35 a pour effet de stabiliser le signal de sortie du photodétecteur et de produire un signal de sortie proportionnel à l'intensité de la lumière. Les figures 1 et 2 des dessins annexés et décrits ci-après représentent des structures de photodétecteu2 comportant des électrodes auxiliaires. Sur la figure 1, une électrode auxiliaire 2 et une couche isolante 3 sont formées sur un substrat isolant 1 tel qu'un substrat de verre ou de céramique, et une couche semiconductrice 4, par exemple en CdS.Se 10 ou en a-Si:H, est formée sur la couche 3, en tant que couche photoconductrice. Deux électrodes principales 6 et 7 sont formées sur des couches semiconductrices dopées 5 de contact ohmique, et une fenêtre 8 de photodétection est formée entre elles. Dans le photodétecteur montré sur la figure 2, les éléments assumant les mêmes fonctions que celles des éléments du photodétecteur de la figure 2 sont désignés par les mêmes références numériques. Le substrat 1 est transparent afin que la lumière soit reçue 20 à travers ce substrat 1. Les figures 3A et 3B montrent des formes d'ondes permettant d'expliquer un procédé de commande de photodétecteur de l'art antérieur. Une tension de commande de niveau élevé 25 par rapport au potentiel de l'électrode principale 6 est appliquée à l'électrode principale 7, et une tension de niveau bas V = -3V est appliquée à l'électrode auxiliaire 2. Dans ces conditions, le nombre d'électrons présents dans la couche semiconductrice 30 4 est faible et le courant de sortie CS circulant dans les électrodes principales est faible, à moins que de la lumière soit appliquée. Sur la figure 3A, lorsqu'une lumière de 100 lux est appliquée, des impulsions de tension sont 35 appliquées à l'électrode auxiliaire 2 et la lecture commence. Lorsque la tension des impulsions s'élève, la tension V de l'électrode auxiliaire 2 atteint g -4V. Etant donné que des charges positives correspon5 dant à la capacité de l'électrode auxiliaire 2 sont courtes, les électrons présents dans la couche semiconductrice 4 sont balayés hors de l'électrode principale 7. En conséquence, la densité des électrons diminue et le courant de sortie CS chute rapidement. Lors10 que la tension Vg de l'électrode auxiliaire 2 revient à -3V sous l'effet de la chute de la tension des impulsions, les charges positives sont excédentaires et les électrons excédentaires sont injectés de l'électrode principale 6 dans la couche semiconductrice 4, 15 de sorte que le courant de sortie s'élève rapidement (la variation du courant de sortie CS étant illustrée en traits pleins). Lorsque la lumière des impulsions chute, le courant de sortie diminue progressivement. En emmagasinant des charges sous l'effet du courant 20 de sortie dans la période de lecture d'un condensateur, les charges emmagasinées représentent l'information lumineuse de l'impulsion lumineuse incidente. Lorsquela tension V de l'électrode auxig liaire 2 est fixée à -3V au lieu de l'application 25 de la tension des impulsions, le courant de sortie s'élève en même temps que l'impulsion lumineuse s'élève, comme représenté en trait interrompu, et elle diminue progressivement avec la chute de l'impulsion lumineuse. Sur la figure 3B, lorsque la lumière de 30 100 lux est éteinte et qu'un état sombre est établi, une impulsion de tension est appliquée à l'électrode auxiliaire 2 pour commencer la lecture. La variation du courant de sortie CS est illustrée en trait plein. Lorsque la tension V de l'électrode auxiliaire 2 g35 atteint -4V, le courant de sortie diminue rapidement atteint -4V, le courant de sortie diminue rapidement et lorsque la tension V revient à -3V, il s'élève g rapidement. Comme précédemment, les charges emmagasinées dans le condensateur par le courant de sortie pendant la période de lecture représentent l'informa5 tion lumineuse de l'impulsion lumineuse. Lorsque la tension des impulsions n'est pas appliquée, mais que la tension V de l'électrode g auxiliaire 2 est fixée à -3V, le courant de sortie change en fonction de la montée et de labaisse de l'im10 pulsion lumineuse, comme représenté en traits discontinus sur la figure 3B. Dans le procédé de commande ci-dessus, il apparaît que la montée du courant de sortie est accrue par l'application de l'impulsion de tension 15 à l'électrode auxiliaire 2 comme montré sur la figure 3A, mais que la lecture de l'information lumineuse en fonction des charges emmagasinées n'apporte pas d'avantage important. Comme montré sur la figure 3B, le courant 20 de sortie précédent subsiste, même après l'application de l'impulsion de tension, et le signal de sortie ne représente pas exactement la lumière incidente. L'invention a pour objet de proposer un procédé de commande d'un photodétecteur qui résout 25 les problèmes rencontrés dans le procédé de l'art antérieur. Un autre objet de l'invention est de proposer un procédé de commande d'un photodétecteur qui peut produire un signal qui représente exactement 30 la lumière incidente et qui est stable. Conformément à l'invention, il est proposé un procédé de commande d'un photodétecteur comportant une paire d'électrodes principales formées sur une couche semiconductrice, une zone de photodétection 35 étant agencée entre elles, et la couche semiconductrice et une électrode auxiliaire étant apposées sur au moins la zone de photodétection par l'intermédiaire d'une couche isolante, le procédé étant caractérisé en ce qu'une tension de polarisation est appliquée à l'électrode auxiliaire en fonction de porteurs d'un courant de la couche semiconductrice, et une tension de la même polarité que la tension de polarisation, mais de valeur absolue plus faible que celle de la tension de polarisation, est appliquée pendant un 10 temps prédéterminé, durant une période de non-lecture du photodétecteur. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple nullement limitatif et sur lesquels: - les figures 1 et 2 sont des coupes transversales schématiques montrant des structures de photodétecteurscomportant des électrodes auxiliaires; - les figures 3A et 3B montrent des formes d'ondes permettant d'expliquer le procédé de commande 20 d'un photodétecteur de l'art antérieur; - la figure 4A est une vue en plan d'un élément de photodétecteur agencé en ligne; - la figure 4B est une coupe suivant la ligne I-I de la figure 4A; - la figure 5 montre des formes d'ondes de tension permettant d'expliquer une forme du procédé de commande d'un photodétecteur selon l'invention; et - les figures 6A et 6B montrent des formes 30 d'ondes permettant de commenter une variation du courant de sortie de la forme de réalisation décrite. La figure 4A est une vue en plan d'un élément d'un photodétecteur agencé en ligne, et la figure 4B est une coupe suivant la ligne I-I de la 35 figure 4A. 260È460 Le photodétecteur montré sur les figures 4A et 4B comprend une électrode auxiliaire 12 réalisée en métal, tel que du Cr, formée sur un substrat 11 tel que du verre, une couche isolante 13, une couche 5 semiconductrice 14, une couche 15 de contact ohmique et des électrodes principales 16 et 17. Un procédé de fabrication du photodétecteur montré sur les figures 4A et 4B est appliqué ci-dessous. Sur une plaque de verre servant de substrat 10 11, on dépose du Cr à une épaisseur de 50 nm et du Al à une épaisseur de 50 nm, et ces dépôts sont configurés en une forme souhaitée par photo-lithographie afin de constituer l'électrode auxiliaire 12. Une couche de SiN:H, ayant une épaisseur de 300 nm et servant de couche isolante 13, une couche d'hydrure de silicium amorphe non dopé (a-Si:H) ayant une épaisseur de 400 nm, qui sert de couche semiconductrice + 14, et une couche n ayant une épaisseur de 120 nm qui sert de contacts ohmiques 15, sont formnes en conti20 nu par un procédé d'électrolyse à décharge d'effluves. La couche de SiN:H peut être formée par l'utilisation, dans des conditions normales, de cm3 de SiH4diR avec 10% d'hydrogène et de 14,4 cm3 de NH3, avec une température du substrat de 200 C, une pression interne de 20 Pa, une puissance de radiofréquence de 3,5 watts et un temps de décharge de 2 heures et 40 minutes. La couche de a-Si:H non dopée peut être formée par l'utilisation, dans des conditions normales, 30 de 20 cm3 de SiH4 dilué avec 10 % d 'hydrogène, avec une température du substrat de 200 C, une pression interne de 16 Pa, une puissance de radio-fréquence de 5,5 watts et un temps de décharge de 2 heures. La couche n+ 15 peut être formée par l'uti35 lisation, dans des conditions normales de 5 cm3 de SiH4 dilué avec 10 % d'hydrogène et de 50 cm? de PH3 à 100 millionièmes, avec une température du substrat de 200 C, une pression interne de 16 Pa, une puissance de radio-fréquence de 17,5 watts et un temps de décharge de 45 minutes. Puis l'électrode auxiliaire 12 est détourée et la couche semiconductrice inutile comprise entre les éléments adjacents est éliminée par photo-lithographie. Une couche de Cr de 50 nm d'épaisseur et une 10 couche de A1 de 500 nm d'épaisseur sont ensuite déposées, les électrodes principales 16 et 17 sont formées par photo-lithographie de façon à recouvrir partiellement l'électrode auxiliaire 12, et la zone inutile de la couche n 15 est éliminée par utilisation des électrodes principales comme masques pour former la fenêtre photoréceptrice 18. Etant donné que la largeur de l'électrode auxiliaire 12 est supérieure à la largeur de la fenêtre photoréceptrice 18, la commande de sortie par l'élec20 trode auxiliaire 12 est stabilisée. Cependant, pour éviter la formation d'une capacité inutile entre les électrodes, le chevauchement entre l'électrode auxiliaire 12 et les électrodes principales 16 et 17 doit être aussi faible que possible. Le procédé de l'invention pour la commande du photodétecteur sera à présent expliqué. La figure 5 montre un diagramme des temps permettant d'expliquer une forme du procédé de commande du photodétecteur. Dans la présente forme de réalisa30 tion, la couche semiconductrice 14 est du type n. Une tension V0 est appliquée à l'électrode principale 17, en référence à l'électrode principale 16, V0 >. Une tension V1 de polarisation est appli35 quée à l'électrode auxiliaire 12 pendant le temps 26oo460 de lecture T1 du détecteur. Etant donné que la couche semiconductrice 14 est du type n, V1 Une tension V2 est appliquée à l'électrode auxiliaire 12 dans le temps T2de non-lecture, o V1 V2 En faisant varier la tension de l'électrode auxiliaire 12 à partir de la tension de polarisation dans le sens positif durant le temps de nonlecture T2, on améliore notablement le temps de chute du cou10 rant de sortie. Un circuit de commande pour l'application de la tension de polarisation et de la tension pulsée montrées sur la figure 5, à l'électrode auxiliaire 12, peut être aisément réalisé et il n'est donc pas 15 représenté. Les figures 6A et 6B montrent des formes d'ondes permettant d'expliquer la variation du courant de sortie de la présente forme de réalisation. Sur la figure 6A, une impulsion lumineuse 20 IL est appliquée immédiatement avant le commencement de la lecture, et sur la figure 6B, la lumière est appliquée jusqu'à un instant précédant immédiatement -le commencement de la lecture. Sur la figure 6A, en supposant que la 25 tension de polarisation V1 est de -3V, le tension V2 des impulsionsestds-2,8V, et la lecture commence à la suite de la fixation de l'impulsion de tension V2 à l'électrode auxiliaire 12, le potentiel de l'électrode auxiliaire 12 change dans le sens positif et 30 les électrons sont injectés à partir des électrodes principales 16 afin de mettre en circulation un fort courant de sortie CS. La recombinaison des trous dans la couche semiconductrice 14 est accélérée par les électrons injectés. En conséquence, le nombre de trous 35 est faible et, même si de la lumière est appliquée, la montée du courant de sortie est légèrement retardée en comparaison avec le cas dans lequel le potentiel de l'électrode auxiliaire 12 est fixé (comme représenté en traits discontinus). Cependant, la forme d'onde 5 du courant de sortie suit la forme de l'impulsion lumineuse et les charges emmagasinées par le courant de sortie représentent l'information lumineuse correspondant à la lumière incidente. Par ailleurs, comme montré sur la figure 10 6B, même lorsque la lumière est appliquée jusqu'à un instant précédant immédiatement le commencement de la lecture, l'impulsion de sortie correspond à l'impulsion lumineuse. Lorsque l'impulsion de tension V2 est appliquée à l'électrode auxiliaire 12, la recom15 binaison des trous par les électrons injectés est accélérée et, lorsque le potentiel de l'électrode auxiliaire 12 revient à la tension de polarisation V1, le courant d'obscurité est maintenu, car il n'existe aucun trou inutile et ce courant s'élève jusqu'à l'application 20 de l'impulsion lumineuse. En appliquant l'impulsion de tension V2 à l'électrode auxiliaire 12 immédiatement avant la lecture, on restaure la sortie après la lecture précédente. En conséquence, le signal de sortie suivant n'est 25 pas affecté par le signal de sortie précédent, la différence du cas dans lequel le potentiel de l'électrode 12 est fixé sur la tension de polarisation V1(la variation étant représentée en traits discontinus sur la figure 6B) ou comme dans le procédé de l'art 30 antérieur. En conséquence, le nouveau signal de sortie est lu alors que le signal de sortie du temps de lecture précédent T1 est effacé, et le signal de sortie représentant exactement la lumière d'entrée peut être 35 produit. En conséquence, le temps de réponse à la lumière est amélioré et l'opération de lecture est accélérée. Le procédé de commande selon l'invention peut produire un courant de sortie qui représente 5 exactement la lumière incidente, et il n'est pas limité au système dans lequel le signal de sortie du photodétecteur est enregistré dans le condensateur pour produire l'information lumineuse. Dans la présente forme de réalisation, 10 les porteurs du courant de la couche semiconductrice du photodétecteur sont des électrons. La présente invention peut également être appliquée au système qui utilise un semiconducteur de type p ou de type i et dans lequel les porteurs du courant sont des 15 trous, par inversion des polarités de la tension. Lorsque les porteurs sont des électrons, on a V1 et lorsque les porteurs sont des trous, on a V1)V2>0. Lorsque la couche semiconductrice est 20 du type i, les porteurs du courant sont déterminés par le type de conductivité de la couche de contact ohmique 15. Conformément à la présente forme du procédé de commande de photodétecteur de l'invention, la ten25 sion de même polarité que la tension de polarisation et de valeur absolue inférieure à celle de la tension de polarisation est appliquée à l'électrode auxiliaire au temps de nonlecture afin que le signal de sortie suivant soit lu après que le signal de sortie précédent 30 a été effacé. Ainsi, le temps de réponse à la lumière est amélioré et on obtient, en sortie, un signal stable qui représente exactement la lumière incidente. La réponse à la lumière est donc notablement améliorée par rapport au procédé de l'art antérieur. 1 1 Lorsque l'on utilise un détecteur de ligne comportant un certain nombre de capteurs de pixels, le document peut être lu a grande vitesse et l'information d'image est lue A un agrandissement égal à l'unité. 5 Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au procédé décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande d'un photodétecteur comportant deux électrodes principales (16', 17) formées sur une couche semiconductrice (14) et entre lesquelles une zone de photodétection est agencée, la couche semiconductrice et une couche auxiliaire (12) étant formées sur au moins la zone de photodétection en étant séparées l'une de l'autre par une couche isolante (13), le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste 10 à appliquer à l'électrode auxiliaire une tension de polarisation conforme auxporteurs d'un courant de la couche semiconductrice, et à appliquer une tension de même polarité que la tension de polarisation, mais de valeur absolue inférieure à celle de la tension 15 de polarisation, à l'électrode auxiliaire pendant un temps prédéterminé pendant une période de non-lecture du photodétecteur. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la tension de même polarité que la 20 tension de polarisation, mais d'une valeur absolue inférieure, est appliquée à l'électrode auxiliaire pendant le temps prédéterminé précédant immédiatement la lecture effectuée par le photodétecteur.