Brevet FR2699742A1 — publié le 19940624

DISPOSt HYPERFI#QUENCE A REFLECTIV1IE ELECTROMQUEMENT COMMANDABLE ET PROCEDE DE REALISATION La présente invention a pour objet un dispositif hyperfréquence, dont la réflectivité est électroniquement commandable. Plus précisément, ce dispositif comprend un réseau d'éléments semiconducteurs dont les propriétés électroniques ne sont pratiquement pas modifiées à haute température. Ce type de dispositif est notamment applicable à la protection d'une cible potentielle de type avion ou missile pour lesquels les contraintes thermiques sont grandes. Pour réaliser des dispositifs hyperfréquences à réflectivité commandable il a déjà été envisagé d'utiliser des composants discrets (par exemple diodes sur circuit imprimé). Cependant la réalisation de ces composants exclut l'utilisation de composants de type silicium. En effet le pouvoir de commutation des diodes est très affecté à haute température par la génération thermique de porteurs comme l'illustre la figure 1. D'autre part le silicium en temps que support de lignes hyperfréquences devient le siège de pertes importantes dès que la température s'élève de 150 C comme le montre la figure 2. C'est pourquoi l'invention propose un dispositif utilisant des éléments semiconducteurs réalisés à partir d'un matériau à grand gap réalisé sur un matériau isolant. Notamment il peut s'agir du carbure de silicium qui possède une meilleure stabilité en température que le silicium. En effet, le carbure de silicium présente un gap de 2,2 eV et une conductivité thermique de 5 W.cm-1.C-1 qui permettent d'augmenter la puissance d'un dispositif et ou le faire fonctionner à haute température sans perdre notamment au niveau des propriétés électroniques (mobilité, vitesse de drift permettant des vitesses de commutation comparables à Si ou GaAs).Notons que les gaps et conductivités thermiques du silicium (l,leV et 1,5 W.cm-1.C-1) et de l'arséniure de gallium (1,4eV et 0,5 W.cm-1.C-l) sont nettement inférieurs à ceux du carbure du silicium. ll peut également s'agir de composés tels que GaN ou ZnSe élaborés sur un isolant pouvant être un nitrure. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif hyperfréquence à réflectivité électroniquement commandable comportant une surface réflectrice (R), un réseau d'élément semiconducteurs (Dij) interconnectés selon au moins une ligne, caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs (dix) sont fabriqués à partir d'un matériau à grand gap sur un matériau isolant, le matériau à grand gap pouvant avantageusement être du carbure de silicium cristallin. De préférence, les éléments (D) sont réalisés dans une couche de SiC, ladite couche SiC étant la couche supérieure d'une structure multicouche dans laquelle la couche de SiC est isolée d'un substrat de silicium cristallin par une couche de matériau isolant électrique. Les éléments (D) peuvent avantageusement être des diodes et l'isolant électrique de la silice. Dans le dispositif hyperfréquence, un métal peut être déposé sur la face arrière de la structure tricouche silicium/isolant/carbure de silicium constituant ainsi le réflecteur (R), l'épaisseur de la tricouche pouvant être sensiblement de l'ordre de W4 si X représente la longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif dans le milieu considéré. Ce type de dispositif peut avantageusement être employé à la protection d'une cible potentielle comme il sera explicité ultérieurement. L'invention a aussi pour objet un procédé de fabrication d'éléments hyperfréquences en carbure de silicium cristallin, caractérisé en ce qu'il comprend: - l'épitaxie en phase vapeur réactive d'une structure tricouche de type silicium/isolant/silicium, en présence d'une source de carbone (SC1) pour transformer la couche supérieure de silicium en carbure de silicium cristallin; - l'épitaxie en phase vapeur du produit obtenu par l'épitaxie en phase vapeur réactive, en présence d'une source (SC2) comprenant du silicium et du carbone pour faire croître la couche de carbure de silicium préalablement formée; - la réalisation d'éléments hyperfréquences au sein de la couche de carbure de silicium cristallin. Ces éléments hyperfréquences peuvent avantageusement être des diodes obtenues en dopant localement la couche de carbure de silicium. La source (SC2) peut comprendre du silane et un hydrocarbure. Typiquement l'hydrocarbure peut être du propane. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaltront à la lecture de la description qui va suivre et des figures annexées parmi lesquelles: - la figure 1 illustre l'évolution en température de la résistivité de silicium dopé avec différentes concentrations; - la figure 2 illustre l'évolution des pertes sur un substrat de silicium, en fonction de la température; - la figure 3 illustre un exemple de dispositif hyperfréquence selon l'invention adapté à la protection d'une cible. Le dispositif hyperfréquence selon l'invention utilise de préférence une structure de type semiconducteur/isolant/SiC (SiC étant la couche supérieure). De préférence, le matériau semiconducteur est du silicium cristallin. On peut avantageusement partir d'une structure existante et commercialisée de type SIMOX, caractérisée par l'empilement de matériaux suivants : silicium/silice/silicium. Dans ce type de structure, la couche de silice est obtenue par implantation ionique à forte énergie permettant d'introduire des atomes d'oxygène à l'intérieur d'un substrat de silicium cristallin à une certaine profondeur, laissant ainsi une couche supérieure de silicium cristallin de l'ordre de quelques milliers d'Angstroems.L'intérêt d'une couche intermédiaire de silice est d'isoler électriquement le silicium cristallin servant de plan de masse de la couche supérieure sur laquelle on peut réaliser des composants. li est alors possible de réaliser à partir de la couche de silicium cristallin une couche de matériau SiC. Pour cela, on peut procéder au moins de deux manières. En effet on peut réaliser une croissance classique de silicium cristallin à partir de la couche supérieure de la structure SIMOX, en présence de silane SiH4, par épitaxie en phase vapeur réactive la transformation du silicium en carbure de silicium pour obtenir une couche supérieure de SiC de quelques microns d'épaisseur.On peut également avantageusement réaliser par épitaxie en phase vapeur réactive la transformation de la couche supérieure de Si cristallin en carbure de silicium de type ss-SiC (phase cristalline ss) en présence d'une source de carbone SC1 de type CnH4n#xUx. La réaction qui se produit alors au niveau de la couche supérieure de silicium est la suivante: CnH4n-xClx(g) +nSi(s) --- > SiC(5) +xHCl(g) + (2n-x)H2(g) les indices (g) et (s) étant relatifs à un état gazeux et à un état solide. Le silicium ainsi consommé permet la création d'une couche supérieure de carbure de silicium que l'on est en mesure d'épitaxie en phase vapeur. Pour cela on peut utiliser une source SC2, comprenant un hydrocarbure et du silane ou un précurseur unique pouvant être Si(CH3)H3 de manière à faire croître la couche de carbure de silicium SiC. n est également possible de procéder à la carburation d'une couche de matériau semiconducteur amorphe déposée ou réalisée par tout autre procédé, sur un isolant, puis de procéder à une épitaxie en phase vapeur réactive, laissant un carbure de silicium sur lequel une épitaxie est possible. Dans une structure multicouche ainsi réalisée, on peut alors fabriquer des diodes p-n pouvant fonctionner à haute température. En effet on peut former des jonctions SiC p-n par implantation ionique à haute température de A1+ et N+ dans du ss-SiC. Edmond et al (J.A. Edmond et al. J. Appl. Phys. 63, 922 (1988)) ont démontré à ce titre que des jonctions p-n de grande qualité pouvaient être fabriquées et fonctionner correctement jusqu'à 673 K. Des diodes Schottky et des transistors MESFETS ont également été fabriqués sur des films ss-SiC. Kong et al (H.S. Kong et ai, Appl. Phys. Lett., 51, 442 (1987)) avaient montré pour la première fois que des transistors ss-SiC MESFETS pouvaient fonctionner jusqu'à 623 K. il est donc possible à partir de la structure tricouche Si/SI02/ss-SiC de réaliser des composants électroniques performants à haute température et notamment des réseaux d'éléments semiconducteurs permettant d'obtenir un dispositif hyperfréquence pouvant être utilisé pour la protection de cible. Pour la réalisation d'un tel dispositif le réseau d'éléments semiconducteurs (D) peut être un réseau de diodes (ou de transistors) connectés les unes aux autres par des fils métalliques.Selon l'état de polarisation des diodes le plan contenant la matrice de diodes se trouve être recouvert de réseau de lignes conductrices ou d'éléments conducteurs séparés les uns des autres par une diode non passante. n existe ainsi plusieurs impédances possibles pour le plan comprenant les éléments (dix) résultant de la modulation d'impédance dans le temps. En couplant la structure tricouche à un plan réflecteur (R) espacé des éléments (D) par une distance voisine de #4 si X est la longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif dans un milieu donné, on peut alternativement en jouant sur l'impédance du plan contenant les éléments (Dij) rendre ce dernier soit transparent, la réflexion d'une onde hyperfréquence incidente se faisant alors sur la surface réflective, soit le rendre réfléchissant pour l'onde hyperfréquence incidente considérée. Un dispositif utilisant un réseaux de diodes inscrit dans une couche ss-SiC est illustré à la figure 3 ; ladite couche SiC étant la couche supérieure d'une structure Si/SI02/SiC posée sur une couche métallique. Avec le procédé d'obtention d'une telle structure on est en mesure de réaliser une épaisseur totale Si/Si02/SiC de l'ordre de quelques centaines de microns permettant d'obtenir une épaisseur totale voisine de R14 pour un fonctionnement dans la gamme des hyperfréquences. En modulant temporellement l'état des éléments semiconducteurs (dix) on peut modifier la phase ou l'amplitude d'une onde hyperfréquence incidente. Un tel dispositif hyperfréquence permet la décaractérisation d'un signal radar arrivant sur ledit dispositif. En recouvrant une cible que l'on cherche à protéger par des dispositifs selon l'invention on peut éviter l'écho radar permettant d'identifier une cible puisque celleci renvoie un signal brouillé grâce au dispositif selon l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif hyperfréquence à réflectivité électroniquement commandable, comportant une surface réflectrice (R), un réseau ~) d'éléments semiconducteurs (D) interconnectés selon au moins une ligne, caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs (D) sont fabriqués à partir d'un matériau à grand gap sur un matériau isolant. 2. Dispositif hyperfréquence selon la revendication 1, caractérisé en ce que le matériau à grand gap est du carbure de silicium cristallin. 3. Dispositif hyperfréquence selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les éléments (D) sont réalisés dans une couche de SiC, ladite couche de SiC étant la couche supérieure d'une structure multicouche dans laquelle la couche de SiC est isolée d'un substrat de silicium cristallin par une couche de matériau isolant. 4. Dispositif hyperfréquence selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs (D) sont des diodes. 5. Dispositif hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs (D) sont des transistors. 6. Dispositif hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le matériau isolant est de la silice. 7. Dispositif hyperfréquence selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le réseau d'éléments semiconducteurs (dix) est disposé sensiblement à W4 de la surface réflectrice, A étant la longueur d'onde moyenne de la bande de fréquence de fonctionnement du dispositif dans le milieu considéré. 8. Procédé de fabrication d'éléments hyperfréquences en carbure de silicium cristallin, caractéris~ en ce qu'il comprend: - l'épitaxie en phase vapeur réactive d'une structure tricouche de type silicium/isolant/silicium, en pitance d'une source de carbone (SC1) pour transformer la couche supérieure de silicium en carbure de silicium cristallin; - l'épitaxie en phase vapeur du produit obtenu par l'épitaxie en phase vapeur réactive, en présence d'une source (SC2) comprenant du carbone et du silicium pour faire croître la couche de carbure de silicium préalablement formée; - la réalisation d'éléments hyperfréquences au sein de la couche de carbure de silicium cristallin. 9. Procédé de fabrication d'éléments hyperfréquences, caractérisé en ce que les éléments hyperfréquences sont des diodes obtenues en dopant localement la couche de carbure de silicium. 10. Procédé de fabrication d'éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que la source de carbone (SC1) est un chlorure de type CnH4n#xUx. 11. Procédé de fabrication d'éléments hyperfréquences selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la source (SC2) comprend un hydrocarbure et du silane. 12. Application du dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 à la protection d'une cible potentielle, caractérisée par le fait que le dispositif à réflectivité commandable est disposée sur tout ou partie de la cible.