Brevet FR2701164A1 — publié le 19940805

La présente invention se rapporte à un photodétecteur comportant un groupe d'éléments de test (que l'on appellera ci-après TEG). La figure 10 est une vue en perspective illustrant un dispositif imageur conventionnel à infrarouges Le dispositif imageur à infrarouges 90 comporte une série bidimensionnelle de photodiodes 1, par exemple 128 x 128 photodiodes, pour produire des signaux électriques en réponse à de la lumière infrarouge 4 incidente sur les photodiodes respectives La série des photodiodes est montée et est électriquement connectée à un substrat 2 en silicium qui contient un montage de traitement de signaux Chaque photodiode est en communication électrique avec un circuit respectif de traitement de signaux dans le substrat 2 par un corps en colonne 3 tel qu'un volume cylindrique d'indium. L'agencement électrique général de la série 90 de l'imageur est schématiquement illustré à la figure 11 pour une série de 3 x 3 photodiodes la à li Le montage de traitement de signaux dans le substrat 2 comporte un CCD horizontal (dispositif à couplage de charge) 2 b auquel sont connectés trois CCD verticaux 2 a Un circuit de sortie 5 est connecté au CCD horizontal 2 b. On décrira le fonctionnement. La lumière infrarouge incidente 4 force les photodiodes la à li à produire des charges électriques qui sont conduites par les connecteurs 3 aux circuits respectifs de traitement de signaux dans le substrat 2 Le circuit de traitement 2 de signaux stocke les charges électriques et les transfère éventuellement en une séquence dans le temps à travers les CCD verticaux 2 a vers le CCD horizontal 2 b Le CCD horizontal 2 b transfère de plus les charges électriques stockées en séquence dans le temps, par le circuit de sortie 5, vers l'extérieur Dans la détection d'une lumière infrarouge ayant des longueurs d'onde d'environ 10 jlm, la série bidimensionnelle de photodiodes 1 peut employer Cdo,2 Hg O 8 Te. La figure 8 est une vue en plan illustrant un photodétecteur employant Cdo 2 Hg O,8 Te et la figure 9 en est une vue en coupe, faite suivant la ligne IX- Ix. Sur ces figures, une couche 8 en Cd O,2 Hg O,8 Te est disposée sur un substrat 9 en Cd Te Le chiffre de référence 11 désigne une région sensible à la lumière Dans la région sensible à la lumière 11, une série bidimensionnelle de jonctions, p-n 10, servant d'éléments d'image, est disposée dans la couche 8 en Cd(,2 Hgo,8 Te et N plots d'électrode de côté 13 sont disposés sur les jonctions p- n respectives 10 Des plots d'électrode 14 côté p sont disposés sur un métal 15 d'électrode côté p Le métal 15 d'électrode côté p est disposé sur la couche 8 en Cd Q,2 Hg 0,8 Te Un TEG pour surveiller les caractéristiques des jonctions p-n 10 dans la région sensible à la lumière 11 est disposé sur la même surface que la région 11 sensible à la lumière mais en dehors de cette région 11 Le TEG 12 se compose de jonctions p-n 10 a qui sont disposées dans la couche 8 en Cdo,2 Hgo,Te, de plots d'électrode 13 a côté N qui sont disposés sur les jonctions p-n respectives 10 a et d'un plot d'électrode 14 a côté p, disposé sur le métal d'électrode 15 côté p Les jonctions p-n 10 dans la région 11 sensible à la lumière et les jonctions p-n la dans le TEG 12 sont produites en même temps. Un film isolant 16 qui est transparent à la lumière infrarouge, tel qu'un film en Zn S, est sélectivement disposé sur la couche 8 en Cd( 2 Hg,18 Te pour séparer les plots d'électrode 13, 13 a, 14 et 14 a Bien que la région 11 sensible à la lumière montrée à la figure 8 comprennent, pour la simplification, 3 x 3 éléments d'image 10, la région sensible à la lumière contient usuellement plus d'éléments d'image, par exemple 128 x 128 éléments d'image. Le TEG 12 est prévu pour surveiller les caractéristiques des jonctions p- n 10 dans la région 11 sensible à la lumière Plus particulièrement, les sondes d'une carte de sondes sont appliquées au plot 14 a d'électrode côté p et à l'un des plots 13 a d'électrode côté N pour mesurer les caractéristiques I-V de la jonction p-n 1 Oa opposée au plot d'électrode 13 a côté n, les caractéristiques des jonctions p-n 10 dans la rangée correspondant à la jonction p-n sondée i Qa étant ainsi mesurées Cette mesure des caractéristiques utilisant TEG est effectuée après le travail sur la pastille, c'est-à-dire après avoir fabriqué un certain nombre de photodétecteurs sur une pastille, et ensuite les photodétecteurs sur la pastille sont triés en photodétecteurs défectueux et photodétecteurs non défectueux selon les résultats de la mesure Après, les connecteurs d'indium 3 sont formés sur les plots délectrode 13 côté N et les plots d'électrode 14 côté p du photodétecteur non défectueux et le photodétecteur est monté en étant retourné sur le substrat 2 du CCD en silicium pour compléter le dispositif imageur à infrarouge de la figure 10. Cependant, à partir des caractéristiques I-V du TEG 12 qui sont mesurées, seule la présence ou l'absence de la jonction p-n 10 dans la région sensible à la lumière 11 est détectée Même si un photodétecteur a une résolution spatiale insuffisante provoquée par une longueur excessive de diffusion des porteurs de charge minoritaires dans la couche de semiconducteur 8 o sont formées les jonctions p-n 10, la résolution spatiale insuffisante n'est pas détectée à partir des caractéristiques I- V du TEG 12 et ce photodétecteur est choisi comme étant non défectueux Par conséquent, même un dispositif imageur à infrarouges comprenant un photodétecteur choisi comme étant non défectueux forme quelquefois une image indistincte ou dans le pire des cas, ne forme pas d'image. Afin de résoudre les problèmes ci-dessous, on a pensé que la mesure des caractéristiques du photodétecteur pouvait être effectuée en utilisant un appareil conventionnel de mesure de la résolution spatiale. La figure 12 est un schéma illustrant l'appareil de mesure de la résolution spatiale L'appareil de mesure 110 se compose d'un Dewar 54 devant contenir et refroidir un dispositif imageur la, d'un système optique 52 pour recueillir la lumière infrarouge 4 provenant d'une source 51 de lumière infrarouge et qui irradie le dispositif imageur la dans le Dewar 54 au moyen d'une lumière ponctuelle, d'un amplificateur 56 pour détecter la lumière à la sortie du dispositif imageur la et d'un oscilloscope 55 pour présenter la lumière de sortie sur un écran Le chiffre de référence 53 désigne un vibreur pour interrompre périodiquement la lumière infrarouge continue 4 Le chiffre de référence 54 a désigne un refroidisseur pour refroidir le Dewar 54 qui est rempli d'azote liquide. En fonctionnement, la lumière ponctuelle produite par la source de lumière infrarouge 51 et le système optique 52 est appliquée à la région sensible à la lumière du dispositif à infrarouges, et la lumière à la sortie du dispositif à infrarouges est mesurée par l'oscilloscope 55 La résolution spatiale de la région sensible à la lumière est évaluée par la position de la lumière ponctuelle et la tension à la sortie de la jonction p-n dans la région sensible à la lumière. Cependant, il est impossible que le Dewar 54 contienne une pastille de grande dimension comprenant un certain nombre de photodétecteurs 1 De plus, l'espace entre le système optique 52 et le Dewar 54 n'est pas variable Par conséquent, il est impossible d'évaluer la résolution spatiale du photodétecteur sur la pastille par irradiation du photodétecteur par la lumière ponctuelle en utilisant l'appareil de la figure 12. La présente invention a pour objet de procurer un photodétecteur comportant un TEG qui détecte la résolution spatiale de la région sensible à la lumière. Selon un aspect de la présente invention, un photodétecteur comprend un élément sensible à la lumière comprenant une couche en semi-conducteur ayant un certain nombre de premières jonctions p-n espacées pour produire des signaux électriques en réponse à une lumière incidente, un groupe d'éléments de test pour tester une caractéristique électrique des premières jonctions p-n, lequel groupe d'éléments de test comporte un certain nombre de secondes jonctions p-n espacées dans la couche en semi-conducteur et un masque protégeant de la lumière couvrant les secondes jonctions p-n espacées et empêchant la lumière incidente d'atteindre les secondes jonctions p-n espacées Le masque protégeant de la lumière comporte au moins une fenêtre transmettant la lumière et la fenêtre est espacée de chacune des secondes jonctions p-n espacées Lorsqu'on mesure la caractéristique électrique du photodétecteur en utilisant le groupe d'éléments de test, la lumière n'est pas directement incidente sur la seconde jonction p-n du groupe d'éléments de test mais est incidente sur la couche en semi-conducteur à travers la fenêtre qui est espacée de la seconde jonction p-n. La seconde jonction p-n, qui est espacée de la région de la couche en semi- conducteur o la lumière est incidente d'une distance plus courte que la longueur maximale de diffusion des porteurs de charge minoritaires, capte la lumière et la seconde jonction p-n, qui est espacée de la région o la lumière est incidente d'une distance plus longue que la longueur maximale de diffusion des porteurs de charge minoritaires ne capte pas la lumière Par conséquent, en mesurant les signaux des secondes jonctions p-n respectives, on peut surveiller la résolution spatiale des premières jonctions p-n de l'élément sensible à la lumière. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: la figure 1 est une vue en plan illustrant un photodétecteur selon le premier mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne II-II de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan illustrant un photodétecteur selon un second mode de réalisation de la présente invention; la figure 4 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne IV- IV de la figure 3; la figure 5 est une vue en plan illustrant un TEG incorporé dans un photodétecteur selon un troisième mode de réalisation de la présente invention; la figure 6 est une vue en plan illustrant un TEG incorporé dans un photodétecteur selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention; 2701164 la figure 7 est une vue en perspective illustrant un appareil pour mesurer les résolutions spatiales dans des régions sensibles à la lumière des photodétecteurs sur une pastille; la figure 8 est une vue en plan illustrant un photodétecteur selon l'art antérieur; la figure 9 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne IX- IX de la figure 8; la figure 10 est une vue en perspective illustrant un dispositif imageur à infrarouges de l'art antérieur; la figure 11 est un schéma de circuit illustrant un exemple du dispositif imageur à infrarouges de la figure 10; et -la figure 12 est un schéma illustrant un appareil pour mesurer une résolution spatiale d'un dispositif imageur à infrarouges selon l'art antérieur. La figure 1 est une vue en plan illustrant un photodétecteur selon un premier mode de réalisation de la présente invention et la figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne II-Il de la figure 1 Sur ces figures, les mêmes chiffres de référence que ceux des figures 8 et 9 désignent des pièces identiques ou correspondantes Le photodétecteur l A de ce mode de réalisation comporte un TEG 101, dont une partie est couverte d'un masque 102 pour protéger les jonctions p-n 10 al à 10 a 3 de la lumière infrarouge Des fenêtres 103 a à 103 c de transmission de la lumière infrarouge traversent des portions prescrites du masque 102 Les fenêtres 103 a à 103 c correspondent aux jonctions p-n 10 al à a 3, respectivement Les espaces respectifs entre la jonction p-n 10 al et la fenêtre 103 a, entre la jonction p-n 10 a 2 et la fenêtre 103 b et entre la jonction p- N 10 a 3 et la fenêtre 103 c augmentent dans cet ordre Le masque 102 protégeant de la lumière comprend un matériau qui n'est pas transparent à la lumière infrarouge, tel que Si O 2 et il couvre des portions des plots d&électrode 13 al à 13 a 3 côté N et une portion du film isolant 16 à proximité des plots d'électrode côté n Le diamètre de chaque fenêtre de transmission de la lumière infrarouge est d'environ 20 gm. On décrira maintenant la méthode de mesure de la résolution spatiale de la région sensible à la lumière 11 du photodétecteur l A en utilisant le TEG 101. La figure 7 est une vue en perspective illustrant schématiquement un appareil de mesure de la résolution spatiale selon un premier mode de réalisation de la présente invention Sur la figure, le chiffre de référence 100 A désigne une pastille comportant un certain nombre de photodétecteurs l A tel que celui de la figure 1 L'appareil de mesure de la résolution spatiale se compose d'une source de lumière infrarouge 502, d'un conteneur 501 dans lequel est disposé un piédestal 507 contenant un mécanisme de refroidissement, d'un vibreur 503 pour interrompre périodiquement la lumière infrarouge continue 4 incidente sur la pastille 100 A et d'une carte de sondes 504 pour détecter des signaux du TEG 101 du photodétecteur l A incorporé dans la pastille 100 A Les chiffres de référence 505 et 506 désignent des sondes et les lignes de signaux de la carte de sondes 504. Initialement, la pastille l OOA est placée sur le piédestal 507 et les sondes 505 de la carte 504 sont appliquées au plot d'électrode 14 a côté p et à l'un des plots 13 al à 13 a 3 d'électrode côté N du TEG 101 tandis que les lignes de signaux 506 sont connectées à un amplificateur (non représenté) et à un synchroscope (non représenté) A cet état, la lumière infrarouge 4 de la source de lumière 502 est appliquée à la totalité de la surface de la pastille 1 OOA tout en interrompant périodiquement la lumière infrarouge 4 par le vibreur 503. Comme les jonctions p-n l Oal à l Oa 3 du TEG 101 sont couvertes du masque 102 protégeant de la lumière, seuls les porteurs de charge minoritaires qui sont produits en réponse à la lumière incidente sur la couche en semi-conducteur 8 par les fenêtres 103 a à 103 c de transmission de la lumière atteignent les jonctions p-n l Oal à l Oa 3 Par conséquent, si des signaux sont détectés des jonctions p-n l Oal et l Oa 2 quand la sonde est appliquée aux plots d'électrode côté N correspondants 13 al et 13 a 2 mais qu'aucun signal n'est détecté de la jonction p-n l Oa 3 quand la sonde est appliquée au plot d'électrode côté n correspondant 13 a 3, on suppose que la longueur maximale de diffusion du porteur de charge minoritaire est plus petite que l'intervalle entre la jonction p-n l Oa 3 et la fenêtre 103 c de transmission de la lumière infrarouge. La résolution spatiale de la région 11 sensible à la lumière est surveillée en mesurant les signaux des plots d'électrode 13 a et 13 c correspondant aux jonctions p-n l Oal à l Oa 3 respectivement De cette manière, les résolutions spatiales des photodétecteurs incorporés dans la pastille sont surveillées et les photodétecteurs défectueux sont séparés des photodétecteurs non défectueux selon les résolutions spatiales. Tandis que dans le premier mode de réalisation ci-dessus décrit, la région 11 sensible à la lumière comprend 3 x 3 éléments d'image pour la simplification, la région 11 comporte usuellement environ 128 x 128 éléments d'image et, par conséquent, le TEG 101 comporte usuellement plus de jonctions p-n, de plots d'électrode côté N et de fenêtres de transmission de la lumière infrarouge selon le nombre d'éléments d'image. La figure 3 est une vue en plan illustrant un photodétecteur selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention et la figure 4 est une vue en coupe transversale faite suivant la ligne IV-IV de la figure 3 Sur ces figures, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 1 et 2 désignent les mêmes pièces ou des pièces correspondantes Dans ce second mode de réalisation, le photodétecteur 1 B comporte un TEG 201 ayant un masque 202 protégeant de la lumière qui est disposé sur la surface arrière du substrat 9 Le masque 202 protège les jonctions p-n 10 al à 10 a 3 et une région à proximité des jonctions p- n de la lumière infrarouge incidente sur la surface arrière du substrat 9 Le masque 202 protégeant de la lumière a trois fenêtres de transmission de la lumière infrarouge 203 a à 203 b qui correspondent aux jonctions p-n 10 al à a 3 sur la surface opposée, respectivement Les intervalles respectifs entre la jonctionp-n 10 al et la fenêtre 203 a, entre lajonctionp-n 10 a 2 et la fenêtre 203 b et entre la jonction p- n 10 a 3 et la vitesse 203 c augmentent dans cet ordre Le masque 202 protégeant de la lumière comprend un matériau qui ne transmet pas la lumière infrarouge, tel que Si O 2 et le diamètre de chaque fenêtre est d'environ 20 lim. On décrira ci-dessous la méthode de mesure de la résolution spatiale de la région sensible à la lumière 11 du photodétecteur lb en utilisant le TEG 201. Les sondes 505 de la carte 504 sont appliquées au plot d'électrode 14 a côté p et à l'un des plots 13 al à 13 a 3 d'électrode côté N du TEG 201 tout en irradiant la surface arrière du substrat 9 par de la lumière infrarouge, et les signaux du TEG 201 sont détectés, ainsi la résolution spatiale de la région 11 sensible à la lumière du photodétecteur lb est surveillée De cette manière, les résolutions spatiales des photodétecteurs incorporés dans la pastille sont surveillées et des photodétecteurs défectueux sont séparés des photodétecteurs non défectueux selon les résolutions spatiales. La figure 5 est une vue agrandie d'une partie d'un TEG incorporé dans un photodétecteur selon un troisième mode de réalisation de la présente invention Sur cette figure, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 1 et 2 désignent des pièces identiques ou correspondantes. Dans ce troisième mode de réalisation, une fenêtre 303 de transmission de la lumière infrarouge traversant le masque 302 protégeant de la lumière est annulaire et son centre est formé de la jonction p-n opposée (sur la figure 5, la jonction p-n 10 al) Un certain nombre de fenêtres annulaires sont formées dans le masque 302 en des positions opposées aux jonctions p-n respectives bien que cela ne soit pas représenté à la figure 5 Dans cette structure, la quantité de lumière infrarouge incidente sur le TEG 301, tout en surveillant la résolution spatiale de la région sensible à la lumière, est accrue en comparaison avec les photodétecteurs selon les premier et second modes de réalisation, ce qui facilite la mesure des signaux et améliore la précision de la surveillance. La figure 6 est une vue agrandie d'un TEG incorporé dans un photodétecteur selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. Sur la figure 6, les mêmes chiffres de référence que sur les figures 1 et 2 désignent des pièces identiques ou correspondantes. Dans ce quatrième mode de réalisation, seule une fenêtre 403 de transmission de la lumière infrarouge traverse le masque 402 protégeant de la lumière qui couvre les jonctions p-n l Oal à l Oa 3 et une région à proximité des jonctions p-n Dans cette structure, la fenêtre 403 de transmission de la lumière infrarouge est commune aux jonctions p-n l Oal à 1 Oa 3 et elle est très près de la jonction p-n l Oa 3 et le plus loin de la jonction p-n l Oal Comme le masque protégeant de la lumière 402 n'a qu'une fenêtre 403, la grandeur de ce masque est réduite, ce qui donne un photodétecteur d'une plus petite taille. Tandis que dans les troisième et quatrième modes de réalisation ci- dessus décrits, le masque protégeant de la lumière est disposé à la surface de la couche en semi-conducteur 8, il peut être disposé à la surface arrière du substrat si la lumière infrarouge est incidente sur la surface arrière. REVENDICATIONS 1 Photodétecteur caractérisé en ce qu'il comprend: un élément ( 11) recevant la lumière, comportant un certain nombre de premières jonctions p-n ( 10) pour produire des signaux électriques en réponse à une lumière incidente, disposés dans un substrat semi-conducteur ( 9) ou une couche en semi-conducteur ( 8) disposée sur le substrat semi-conducteur ( 9), un groupe d'éléments de test ( 101) pour surveiller les caractéristiques électriques desdites premières jonctions p-n ( 10), comprenant un certain nombre de secondes jonctions p-n ( 10 al, 10 a 2, 10 a 3) qui sont produites dans la même étape de procédé que lesdites premières jonctions p-n ( 10), un masque ( 102) protégeant de la lumière pour protéger les secondes jonctions p-n ( 10 al, 10 a 2, 10 a 3) et une région à proximité des secondes jonctions p-n de la lumière, et un certain nombre de fenêtres de transmission de la lumière ( 103 a, 103 b, 103 c) traversant des portions prescrites dudit masque ( 102), lesdites fenêtres ( 103 a, 103 b, 103 c) étant disposées en des positions séparées des secondes jonctions p-n respectives ( 10 al, 10 a 2, 10 a 3) par des espaces différents. 2 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'une fenêtre ( 403) de transmission de la lumière commune à toutes les secondes jonctions p-n (O 10 al, 10 a 2, 10 a 3) traverse le masque protégeant de la lumière ( 402). 3 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacune des fenêtres de transmission de la lumière ( 303) a la forme d'un anneau avec la jonction p-n opposée ( 10 al) comme centre. 4 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque ( 202) protégeant de la lumière avec les fenêtres ( 203 a, 203 b, 203 c) est disposé sur la surface arrière du substrat semi-conducteur. 5.Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur ( 9) se compose de Cd Te et en ce que la couche en semi-conducteur ( 8) se compose de Cd 0,2 Hg 0,g Te. 6 Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le masque protégeant de la lumière ( 102) est un film en Si O 2.