Brevet FR2681476A1 — publié le 19930319

L'invention concerne une structure de ligne ou structure de guide d'ondes planaire, pour émetteurs et récepteurs dans lesquels des éléments semiconducteurs actifs sont agencés sur le côté avant d'un substrat semiconducteur. L'invention est applicable à la réalisation d'émetteurs et de récepteurs intégrés monolithiques dotés d'éléments conformateurs de rayonnement, par exemple pour des émetteurs et récepteurs radar à bord de véhicules automobiles. Une structure de guide d'ondes "planaire" (c'est-à-dire à configuration plane, souvent appelée "planar" dans la littérature technique) est constituée par une métallisation structurée, dans un ou plusieurs plans, d'un susbstrat qui est éventuellement en plusieurs couches En recourant à une configuration géométrique spéciale de la métallisation, on peut former, par exemple, des coupleurs, des résonateurs et des antennes. Les structures de lignes planaires, permettent de guider des micro-ondes Ces structures peuvent être assemblées et/ou connectées à des éléments semiconducteurs actifs, de manière à constituer des circuits intégrés monolithiques Le substrat semiconducteur doit alors avoir une forte résistance ohmique, ou être semi-isolant Le silicium convient comme substrat à forte résistance ohmique, et le Ga As comme substrat semi- isolant. Vers "le haut", une structure de ligne planaire rayonne par exemple dans l'air et, vers "le bas", dans le substrat. Le rayonnement dans le substrat est généralement plus important. Des émetteurs et récepteurs d'ondes millimétriques dotés de structures de lignes planaires sont décrits, par exemple, dans la publication périodique en langue allemande "Mikrowellen & HF Magazin", vol 14, No 8, pages 750 à 760. Les émetteurs et récepteurs d'ondes millimétriques présentés dans cette publication sont réalisés en technologie dite SIMMWIC ("Silicon Monolitic Microwave Integrated Circuit", signifiant: "circuit intégré monolithique au silicium, pour micro-ondes"). Pour conformer ou former d'une manière déterminée le rayonnement de tels émetteurs et récepteurs, on utilise par exemple des antennes ou des lentilles. L'invention a pour but d'obtenir une structure de ligne planaire, pour récepteurs et émetteurs, avec laquelle le rayonnement entrant et/ou sortant sera conformé ou configuré sans recourir à des éléments conformateurs supplémentaires, de manière à permettre une réalisation techniquement simple d'émetteurs et récepteurs intégrés, monolithiques, peu encombrants. Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le côté arrière du substrat semiconducteur est réalisé, en totalité ou en partie, en tant que surface réceptrice et/ou émettrice de rayonnement; et par le fait que cette surface du substrat semiconducteur, ou des couches appliquées en plus, est ou sont géométriquement configurée(s) de manière telle que les caractéristiques électromagnétiques du rayonnement entrant et/ou du rayonnement sortant soient modifiables d'une manière désirée. Parmi les différentes formes de mise en oeuvre possibles, l'invention prévoit notamment: que le côté arrière, géométriquement configuré, du substrat semiconducteur est constitué par des surfaces planaires et des surfaces lenticulaires partielles; que le côté arrière du substrat semiconducteur est réalisé en tant que réseau de diffraction; que des structures métalliques réfléchissantes sont agencées sur le côté arrière du substrat semiconducteur; que le côté arrière du substrat semiconducteur est réalisé sous forme de dômes diélectriques ou ferromagnétiques; que les éléments semiconducteurs actifs disposés sur le côté avant du substrat semiconducteur et les structures conductrices planaires produisent et rayonnent des micro- ondes et/ou reçoivent et/ou détectent des micro-ondes; que, sur le côté avant du substrat semiconducteur, est intégré un circuit d'émetteur comportant une diode du type dit IMPATT et un résonateur à fente; que, sur le côté avant du substrat semiconducteur, est intégré un circuit récepteur comportant une diode Schottky en agencement planaire et un résonateur à fente; que plusieurs éléments d'émission et/ou éléments de réception sont agencés sur un substrat semiconducteur. Les divers avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront plus complètement à l'aide d'exemples de réalisation non limitatifs constitués par les dessins annexés et par la description non limitative suivante, présentée en se référant à ces dessins. Les figures des dessins représentent schématiquement: la figure 1, un émetteur sur substrat en silicium, réalisé en technologie dite Si-MMWIC, la face dorsale inférieure 12 du substrat étant configurée selon l'invention; la figure 2, un récepteur sur substrat semiconducteur, avec face dorsale inférieure 12 structurée selon l'invention. Sur la figure 1, on a représenté en coupe transversale en tant qu'exemple de réalisation, un émetteur prévu pour 77 G Hz, réalisé en technologie Si-MMWIC Une couche de semiconducteur enfouie 2, par exemple en silicium dopé à l'As, ayant une résistance de couche de 10 Q/surface, est disposée dans un substrat en Si ayant une résistivité de 10000 Qcm. Sur le côté avant 11 du substrat 1 est disposée, sur la couche de semiconducteur 2, une diode IMPATT, 3, diode pn à structure submicrométrique (structure "submicron"), selon l'état de la technique. Cette diode IMPATT possède par exemple une forme de mesa ou plateau avec un diamètre de 20 Fn Une structure de ligne ou structure conductrice, 4, faite d'une couche de chrome épaisse de 0,1 mm et d'une couche d'or épaisse de 1 pm, est aménagée sur un côté afin de constituer un résonateur à fente La diode IMPATT 3 est reliée à la structure conductrice 4 par la couche de semiconducteur enfouie 2 et par un conducteur électrique 6 qui est par exemple en or Dans le cas de cet émetteur, le côté arrière ou côté dorsal 12 du substrat 1 est structuré de manière à posséder une configuration présentant des surfaces planaires (surfaces "planar") parallèles à la surface du substrat et des surfaces lenticulaires partielles perpendiculaires à celle-ci La phase des micro-ondes rayonnées s'en trouve influencée. Une petite partie du rayonnement, 21, est émise par le côté avant de la structure de ligne planaire, également dite "structure de ligne planar" Cette petite partie du rayonnement peut avantageusement être utilisée par des moyens de mesure et/ou de régulation de fréquence et de puissance couplés par rayonnement, ou encore être fournie, comme une production d'un oscillateur local, à un mélangeur de réception Pour étendre la structure de ligne planaire, afin d'obtenir un récepteur planaire, on intègre, à la place de la diode IMPATT 3 de l'exemple de réalisation selon la figure 1, une diode Schottky 7 dans ladit structure de ligne planaire Dans le cas d'un récepteur de ce genre, le côté arrière structuré 12 du substrat 1 est utilisé en tant que face d'entrée de rayonnement (figure 2). L'invention n'est pas limitée à des éléments émetteurs et/ou récepteurs individuels, mais peut tout aussi bien être appliquée à un dispositif de circuit(s) constitué par une pluralité d'émetteurs et/ou de récepteurs Par exemple, on formera des structures de ligne(s) planaires possédant une pluralité de résonateurs à fente qui rayonnent et sont disposés les uns à côté des autres Dans le cas d'un tel système à rangée(s) d'émetteurs, c'est par le côté structuré du substrat que le rayonnement est émis. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemple(s) non limitatif(s), sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Structure de guide d'ondes planaire pour émetteurs et récepteurs dans lesquels des éléments semiconducteurs actifs sont agencés sur le côté avant d'un substrat semiconducteur, caractérisée par le fait que le côté arrière ( 12) du substrat semiconducteur ( 1) est réalisé, en totalité ou en partie, en tant que surface réceptrice et/ou émettrice de rayonnement; et par le fait que cette surface ( 12) du substrat semiconducteur ( 1), ou des couches appliquées en plus, est ou sont géométriquement configurée(s) de manière telle que les caractéristiques électromagnétiques du rayonnement entrant et/ou du rayonnement sortant ( 22) soient modifiables d'une manière désirée. 2 Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le côté arrière ( 12), géométriquement configuré, du substrat semiconducteur ( 1) est constitué par des surfaces planaires et des surfaces lenticulaires partielles. 3 Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le côté arrière ( 12) du substrat semiconducteur est réalisé en tant que réseau de diffraction. 4 Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que des structures métalliques réfléchissantes sont agencées sur le côté arrière ( 12) du substrat semiconducteur ( 1). Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que le côté arrière du substrat semiconducteur ( 1) est réalisé sous forme de dômes diélectriques ou ferromagnétiques. 6 Structure selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments semiconducteurs actifs ( 3; 7) disposés sur le côté avant du substrat semiconducteur ( 1) et les structures conductrices planaires ( 4) produisent et rayonnent des micro-ondes ( 22) et/ou reçoivent et/ou détectent des micro-ondes. 7 Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par l'intégration, sur le côté avant du substrat semiconducteur, d'un circuit d'émetteur comportant une diode du type dit IMPATT ( 3) et un résonateur à fente ( 5). 8 Structure selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée par l'intégration, sur le côté avant du substrat semiconducteur ( 1), d'un circuit récepteur comportant une diode Schottky ( 7) en agencement planaire et un résonateur à fente ( 5). 9 Structure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que plusieurs éléments d'émission et/ou éléments de réception ( 3, 4, 5, 7) sont agencés sur un substrat semiconducteur ( 1).