Brevet FR2767018A1 — publié le 19990205

L'invention concerne le domaine des réseaux bi-périodiques. L'application préférentielle de ces réseaux bi-périodiques concerne des structures de protection de fenêtre optronique vis-à-vis d'ondes hertziennes. Une fenêtre optronique est tout type de hublot ou de dispositif équivalent séparant un équipement optronique du milieu extérieur. Le domaine spectral d'un équipement optronique peut couvrir tout ou partie d'une gamme de fréquences allant de l'ultraviolet à l'infrarouge lointain. Dans toute la suite du texte, sauf mention contraire, les termes optique et optronique seront indifféremment employés. Tout équipement optronique présente un effet cavité plus ou moins marqué. Lorsqu'une onde électromagnétique arrive de l'extérieur sur un équipement optronique, elle traverse la fenêtre optronique perméable aux ondes électromagnétiques car la fenêtre est en matériau diélectrique, puis elle pénètre dans la cavité que constitue l'équipement optronique. Cette onde électromagnétique est ensuite rétrodiffusée vers l'extérieur, éventuellement après de multiples réflexions à l'intérieur de la cavité. Les ondes électromagnétiques appartenant au domaine spectral de sensibilité de l'équipement optronique, c'est-à-dire les ondes optiques, doivent pouvoir traverser la fenêtre optronique. Dans toute la suite du texte, sauf mention contraire, le terme ondes hertziennes signifiera de préférence toutes les ondes électromagnétiques dont la fréquence est inférieure à celle des ondes optiques. Par contre, les ondes hertziennes, n'apportant rien en terme d'information et ne constituant au contraire que des sources de perturbation ou bien des menaces, ne devraient pas pouvoir traverser la fenêtre optronique. L'application préférentielle de l'invention se généralise à la protection contre une première fréquence ou une première bande bande de fréquence de tout équipement de détection ayant de sensibilité dans une deuxième fréquence ou dans une deuxième bande de fréquence, les deux fréquences ou bandes de fréquences étant différentes, ici différentes signifiant qui ne recouvrent pas . Ces ondes hertziennes peuvent se ranger en plusieurs catégories. Une compatibilité électromagnétique, notée CEM, idéale imposerait à la fenêtre optronique d'arrêter toutes les ondes hertziennes qui sont des sources de perturbation. Des catégories plus particulières d'ondes hertziennes peuvent constituer de véritables menaces de destruction de l'équipement optronique. Ce sont les ondes dites hyperfréquences qui se couplent avec les composants conducteurs de l'équipement optronique, et qui créent des courants pouvant véhiculer une énergie énorme dans le cas par exemple des armes hyperfréquences, ces courants pouvant alors détruire certaines parties de l'équipement optronique. Pour une protection optimale, ces ondes hyperfréquences ne doivent pas être transmises par la fenêtre optronique. Les ondes radar, quoique véhiculant des énergies moindres, peuvent présenter un autre type de danger, celui de repérer ou d'identifier l'équipement optronique, grâce à la surface équivalente radar, notée SER, de celui-ci. Ce phénomène de retrodiffusion de l'onde radar est d'autant plus dangereux que, au contraire d'une réflexion spéculaire, il a lieu dans un large secteur angulaire. En effet, I'onde arrivant dans la cavité, subissant de multiples réflexions et diffractions à l'intérieur de cette cavité, est rayonnée vers l'extérieur dans un large secteur angulaire et non pas renvoyée dans une direction déterminée. Le lobe de rayonnement dépend du type de cavité mais est généralement beaucoup plus étendu que lors d'une réflexion spéculaire. Pour une protection optimale, ces ondes ne doivent être d'une part ni transmises, et d'autre part ni réfléchies, au moins pas dans la direction d'émission. La plage spectrale des ondes dont l'équipement optronique doit être protégé est préférentiellement le domaine des ondes centimétriques, éventuellement celui des ondes millimétriques. Une application préférentielle de l'invention concerne la bande allant de 1 à 18 GHz. Une solution consiste à faradiser I'équipement optronique visà-vis d'au moins certaines ondes hertziennes arrivant de l'extérieur, c'est-àdire à le mettre dans une cage de Faraday. Les équipements optroniques comportent généralement une enveloppe métallique en totalité ou en partie. Malheureusement, cette enveloppe a un trou au niveau de la fenêtre optronique. Une solution de l'art antérieur consiste à traiter la fenêtre optronique en la revêtant d'un dépôt infiniment conducteur. Les ondes électromagnétiques ne pénètrent plus dans la cavité, mais les ondes radar sont réfléchies vers l'extérieur. La SER peut être réduite par une optimisation géométrique permettant de traiter des discontinuités de surface, mais non supprimée. Pour diminuer la SER de manière optimale, une autre solution de l'art antérieur préconise une fenêtre optronique ayant de bonnes propriétés d'absorption des ondes utilisées en radar. Ces structures, à base de réseaux bi-périodiques, peuvent généralement absorber d'autres ondes hertziennes selon le type de structure utilisée. Les réseaux bi-périodiques sont alors généralement obtenus par masquage puis gravage. Les figures IA et lB montrent schématiquement les deux étapes du procédé d'obtention selon l'art antérieur. Dans une première étape, représentée sur la figure lA, une plaque 1' de matériau constitutif ayant une conductivité diélectrique élevée est déposée sur un substrat 2. Dans une deuxième étape, représentée sur la figure 1B, la plaque 1' est masquée puis gravée de manière à présenter des pavés 3 de matériau constitutif et des espaces 4 complémentaires. Le réseau 1 comporte alors des zones constituées en matériau constitutif ayant une conductivité diélectrique élevée et des zones complémentaires d'air ayant une conductivité diélectrique faible. Ces zones d'air peuvent être remplacées par un matériau complémentaire ayant une conductivité diélectrique faible, par exemple une colle ou un autre matériau transparent aux ondes optiques. Les zones de conductivité diélectrique élevée, en particulier les zones métalliques, laissent généralement pas ou peu passer les ondes optiques ; il en résulte une dégradation des propriétés optiques du réseau, et par conséquent de celles des structures. II y a un compromis à réaliser entre la protection contre les ondes hertziennes que peut offrir la fenêtre optronique et la qualité de ses propriétés optiques. Les propriétés optiques d'une structure selon l'art antérieur sont dégradées, en particulier la transmission optique et la fonction de transfert de modulation, notée FTM. Les calculs et les expériences de la déposante ont montré que les problèmes causant ces dégradations peuvent être résumés comme suit. La figure 2 représente schématiquement les problèmes d'une structure selon l'art antérieur. Les espaces 4 sont remplis par un matériau complémentaire. Une frontière 5 existe entre les pavés 3 en matériau constitutif et les espaces 4 en matériau complémentaire du réseau 1. Un problème est l'existence d'un déphasage entre l'onde ayant traversé le matériau constitutif des pavés 3 et l'onde ayant traversé le matériau complémentaire des espaces 4.. Un autre problème est la présence d'une diffraction, représentée par des flèches sur la figure 2, sur la frontière 5, ce qui dégrade la FTM. Un autre problème réside, dans le cas préférentiel où l'on veut intercaler une couche 6 antireflet entre le support 2 et le réseau 1, dans l'optimisation de la couche 6 antireflet simultanément pour deux matériaux différents, le matériau constitutif et le matériau complémentaire. La solution proposée par l'invention repose sur l'idée de s'affranchir du compromis précédent. Au lieu d'améliorer les propriétés optiques de la structure au détriment de la qualité de la protection de l'équipement optronique, I'invention permet d'améliorer les propriétés optiques sans diminuer sensiblement la qualité de la protection. Pour cela le ou les réseaux bi-périodiques qui sont utilisés par les structures sont des réseaux présentant les particularités suivantes. Selon l'invention, il est prévu un réseau bi-périodique (1) comportant des premières zones (3) constituées en matériau constitutif ayant une première conductivité électrique et des deuxièmes zones (4) constituées en matériau complémentaire ayant une deuxième conductivité électrique inférieure à la première conductivité électrique, caractérisé en ce que le matériau constitutif et le matériau complémentaire ont des indices complexes de réfraction sensiblement identiques et en ce que le matériau constitutif et le matériau complémentaire forment une couche mécaniquement continue. Selon un mode de réalisation préférentiel d'un réseau selon l'invention, la couche mécaniquement continue est de préférence constituée d'un matériau semi-conducteur, les premières zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une première concentration de dopant et les deuxièmes zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une deuxième concentration de dopant, la deuxième concentration étant inférieure à la première concentration. L'invention sera mieux comprise et d'autres caractéristiques et avantages apparaîtront à l'aide de la description ci-après et des dessins joints, donnés à titre d'exemples non limitatifs, où - les figure 1A et 1B représentent schématiquement les étapes d'obtention d'un réseau bi-périodique selon l'art antérieur. - la figure 2 représente schématiquement les défauts un réseau bipériodique selon l'art antérieur. - les figure 3A et 3B représentent schématiquement une portion de structure incluant un réseau selon l'invention, en vue de profil et en perspective. - la figure 4 représente la variation de l'absorption du germanium en fonction de sa résistivité. - les figure 5A et 5B représentent schématiquement les étapes d'obtention d'un réseau bi-périodique selon l'invention. La figure 3A représente une structure comportant un réseau bipériodique 7 selon l'invention, un plan infiniment conducteur 30, et une couche absorbante 20 située entre le réseau 1 et le plan 30. Le réseau 1 comporte des pavés 3 en matériau constitutif ayant une première conductivité électrique et des espaces complémentaires 4 en matériau complémentaire ayant une deuxième conductivité électrique. D'une part, le matériau constitutif et le matériau complémentaire ont des indices complexes de réfraction sensiblement identiques et d'autre part, le matériau constitutif et le matériau complémentaire forment une couche mécaniquement continue. L'optimum serait d'avoir des indices complexes de réfraction identiques, car plus la différence est importante, plus les performances du réseau I se dégradent. L'optimum serait également d'avoir la couche la plus lisse possible, c'està-dire présentant le moins d'irrégularités possible sur la surface du réseau 1, car les irrégularités dégradent les performances du réseau 1. De façon préférentielle dans la majorité des applications, la première conductivité électrique est suffisamment élevée pour que le matériau constitutif soit substantiellement conducteur et la deuxième conductivité électrique est suffisamment faible pour que le matériau complémentaire soit substantiellement isolant. La différence de conductivité électrique entre le matériau constitutif et le matériau complémentaire dépend de l'application envisagée. La géométrie précise ainsi que la dimension des pavés 3 et des espaces intermédiaires 4 dépend de l'application envisagée et en particulier de la bande de fréquence d'ondes hertziennes contre laquelle l'équipement optronique doit être protégé. Ce réseau 1 présente une bi-périodicité spatiale, c'est-à-dire que les pavés 3 sont périodiquement espacés dans deux directions dans le plan du réseau 1 comme par exemple, mais non limitativement, les pavés 3 de la figure 3B. De préférence ces deux périodicités sont égales. Dans une réalisation préférentielle, les pavés 3 sont des carrés et les deux pas de ce réseau 1 de carrés sont égaux. L'extérieur est du côté du réseau 1 tandis que l'intérieur est du coté du plan 30. L'onde radar par exemple venant de l'extérieur, représentée sur la figure 3A par une flèche, est piégée entre le réseau I et le plan 30. Elle est progressivement absorbée dans la couche 20 absorbante, au cours de ses multiples réflexions. L'onde radar, ni transmise ni réfléchie, a été absorbée. La première conductivité diélectrique étant suffisamment élevée pour que le matériau constitutif soit substantiellement conducteur et la deuxième conductivité diélectrique étant suffisamment faible pour que le matériau complémentaire soit substantiellement isolant, le réseau 1 comportant des pavés 3 ayant une première conductivité diélectrique et des espaces 4 ayant une deuxième conductivité diélectrique est communément appelé grille capacitive, cette grille a un effet filtre passe-bas pour les fréquences des ondes arrivant sur elle. Un réseau qui comporte des pavés 3 ayant une deuxième conductivité diélectrique et des espaces 4 ayant une première conductivité diélectrique est communément appelé grille inductive, cette grille a un effet filtre passe-haut pour les fréquences des ondes arrivant sur elle. Une grille inductive a la propriété de réfléchir les ondes hertziennes, elle est par exemple utilisée dans des structures devant empêcher la transmission d'ondes hyperfréquences et pouvant se contenter de les réfléchir. Le plan conducteur 30 peut être par exemple une grille inductive. D'autres structures plus complexes comportant plusieurs réseaux bipériodiques, éventuellement à la fois des grilles capacitives et des grilles inductives, ainsi qu'une ou plusieurs couches absorbantes. A titre d'exemple, les réseaux bi-périodiques sont décrits dans l'article écrit par R.ULRICH ayant pour titre far-infrared properties of metallic mesh and its complementary structure et dont la référence est lnfrared Physics Vol 7 p.37-55, année 1967 . La figure 3B est une vue en perspective éclatée de la figure 3A. Une structure comportant en plus du plan 30, au moins une grille capacitive 1 et au moins une couche absorbante 20 pour au moins une bande de fréquence donnée, est particulièrement adaptée à la diminution de la SER, car elle peut absorber l'onde radar incidente. D'une façon avantageuse, la couche mécaniquement continue est constituée d'un matériau semi-conducteur, les premières zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une première concentration de dopant et les deuxièmes zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une deuxième concentration de dopant, la deuxième concentration étant inférieure à la première concentration. La première concentration de dopant permet d'obtenir la première conductivité électrique et la deuxième concentration de dopant, qui est inférieure à la première et qui peut même être nulle, permet d'obtenir la deuxième conductivité électrique. Avantageusement, le dopant utilisé pour le matériau constitutif et celui utilisé pour le matériau complémentaire sont identiques. Le matériau semiconducteur utilisé doit alors présenter des propriétés particulières, en particulier il présente des propriétés optiques sensiblement constantes entre la première et la deuxième concentration de dopant. Dans le cas idéal, ces propriétés devraient rester constantes. Plus la variation des propriétés optiques est importante, moins les performances globales du réseau bipériodique sont bonnes. En particulier, sur la figure 4, le germanium présente un plateau , représenté sur la courbe en double trait plein et pointillé, donnant en fonction de la résistivité le taux d'absorption par unité d'épaisseur ou de profondeur, taux qui est relié à la partie imaginaire de l'indice complexe de réfraction, la partie réelle de ce même indice restant sensiblement constante. Plus ce plateau est plat et étendu, meilleur est le matériau. En effet, le paramètre important pour le réseau périodique est la résistance de surface Rs, or celle-ci vaut localement p/e, p étant la résistivité du matériau semiconducteur, dans notre exemple le germanium, et e l'épaisseur de dopage, le dopant étant par exemple de l'étain. Or plus la plage de variation de la résistivité p à propriété optiques sensiblement constantes est importante, plus les contraintes sur l'épaisseur e de dopage sont faibles. En effet, pour obtenir une résistance de surface Rs particulière, que ce soit au niveau des zones en matériau constitutif ou au niveau des zones en matériau complémentaire, si la plage de variation de la résistivité p à propriétés optiques constantes, par exemple ici à absorption constante, est suffisamment étendue, d'une part la gamme de choix de l'épaisseur e de dopage reste importante, la technologie de dopage utilisée pouvant par ailleurs imposer certaines contraintes sur cette épaisseur e, et d'autre part on peut réaliser plus facilement de grandes différences de résistance de surface entre zones en matériau constitutif et zones en matériau complémentaire. De plus, dans l'exemple du germanium, ce plateau est situé à une valeur de l'absorption par unité d'épaisseur qui est faible, à savoir environ 0,02 par cm. L'exemple précédent décrit un matériau semi-conducteur qui est le germanium, et qui est dopé avec de l'antimoine. D'autres couples, matériau semi-conducteur / dopant peuvent être utilisés : le silicium dopé avec du bore ou du phosphore ou de l'arsenic; I'arséniure de gallium dopé avec du silicium ou du sélénium ou du tellure. Les figures 5A et 5B représentent deux étapes d'une méthode préférentielle de dopage, permettant d'obtenir un réseau bi-périodique selon l'invention. Sur la figure 5A, une plaque 1' d'un semi-conducteur non dopé est déposée sur un support 2. Avantageusement, une couche antireflet 6 se situe entre la couche i' de semi-conducteur et le support 2. Une couche de résine par exemple est déposée sur la plaque 1'. Après masquage et irradiation, on obtient, sur la figure 5B, un masque 7 composé d'espaces 70 vides et d'espaces 71 en résine. Avec un implanteur ionique, des ions accélérés, représentés sur la figure 5B par des flèches pointillés, sont envoyés sur l'ensemble constitué par le masque 7 et la plaque 1'. Une autre méthode de réalisation remplace l'implantation ionique par une simple diffusion. Le masque 7 est ensuite retiré. Le réseau 1 obtenu comporte des zones 3 en matériau semi-conducteur pas ou peu dopé, c'est-à-dire en matériau complémentaire, et des zones 4 en matériau fortement dopé, c'est-à-dire en matériau constitutif. La forme des zones 3 et 4, respectivement en matériau complémentaire et en matériau constitutif, dépend de la géométrie du masque 7. De manière avantageuse, la méthode comporte une étape de recuit, encore appelée étape de régénération du matériau, qui permet de supprimer d'éventuels défauts créés par l'implantation ionique. Le coefficient de diffusion des ions implantés et l'épaisseur e de dopage recherchée, épaisseur qui peut être toute l'épaisseur de la plaque 1' ou une fraction seulement, conduisent au cours de l'étape de recuit à une migration plus ou moins importante des ions implantés dans le matériau semi-conducteur. Cette étape de recuit permet d'ajuster la valeur de l'épaisseur e de dopage et donc la valeur de l'épaisseur e du réseau bi-périodique 1. REVENDICATIONS 1. Réseau bi-périodique (1) comportant des premières zones (3) constituées en matériau constitutif ayant une première conductivité électrique et des deuxièmes zones (4) constituées en matériau complémentaire ayant une deuxième conductivité électrique inférieure à la première conductivité électrique, caractérisé en ce que le matériau constitutif et le matériau complémentaire ont des indices complexes de réfraction sensiblement identiques et en ce que le matériau constitutif et le matériau complémentaire forment une couche mécaniquement continue. 2. Réseau (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche mécaniquement continue est constituée d'un matériau semiconducteur, les premières zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une première concentration de dopant et les deuxièmes zones étant formées du matériau semi-conducteur dopé selon une deuxième concentration de dopant, la deuxième concentration étant inférieure à la première concentration. 3. Réseau (1) selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur est tel que ses propriétés optiques sont sensiblement constantes entre la première et la deuxième concentration de dopant. 4. Réseau (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur est du germanium et en ce qu'il est dopé avec de l'antimoine. 5. Réseau (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur est du silicium et en ce qu'il est dopé avec du bore ou du phosphore ou de l'arsenic. 6. Réseau (1) selon la revendication 3, caractérisé en ce que le matériau semi-conducteur est de l'arséniure de gallium et en ce qu'il est dopé avec du silicium ou du sélénium ou du tellure. 7. Structure comportant au moins un réseau (i) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que la structure est utilisée pour faradiser une fenêtre optronique vis-à-vis d'au moins une bande de fréquence du domaine des ondes hertziennes. 8. Structure selon la revendication 7, caractérisée en ce que la structure comporte en aval du réseau (i) bi-périodique, le sens allant du côté extérieur de la structure vers le côté intérieur de la structure, un plan (30) réflecteur pour la bande de fréquence. 9. Structure selon la revendication 8, caractérisée en ce que le réseau (1) bi-périodique est une grille capacitive et en ce que la structure comporte au moins une couche (20) absorbante pour la bande de fréquence et située entre le réseau (i) bi-périodique et le plan (30) réflecteur. 10. Structure selon les revendications 7 à 9, caractérisée en ce que la bande de fréquence s'étend de 1 à 18 Gigatlertzs.