Brevet FR2812454A1 — publié le 20020201

i L'invention concerne une photodiode multispec- trale pour rayonnement infrarouge, constituée par: - un substrat, - une première couche semiconductrice disposée sur le substrat et possédant une première conductivité et une largeur de bande interdite élevée, - une seconde couche semiconductrice, qui est disposée sur la première couche semiconductrice, a une première conductivité et possède une faible largeur de bande interdite, - une première région de diode, qui est formée par une première zone possédant une seconde conductivité avec la première couche semiconductrice, - une seconde région de diode, qui est formée par une deuxième zone possédant une seconde conductivité avec la seconde couche semiconductrice. D'après le brevet US 6 034 407 on connaît une photodiode multispectrale planar pour le rayonnement infrarouge, qui convient pour être disposée selon un réseau. Cette photodiode connue est constituée par un ensemble de couches semiconductrices successives possédant un premier type de conductivité, un substrat, une couche tampon disposée sur le substrat, une première couche active disposée sur cette couche et qui est sensible à la première gamme de longueurs d'onde, une couche de séparation disposée sur la couche précédente, une seconde couche active disposée sur la couche de séparation et qui est sensible à une seconde gamme de longueurs d'onde, et une couche de revêtement disposée sur cette dernière couche. Une première zone possédant une seconde conductivité est insérée dans la première couche active et forme avec cette dernière, une première région de diode. Une seconde zone possédant une seconde conductivité est insérée dans la seconde couche active et forme avec cette dernière une seconde région de diode. Les zones possédant la seconde conductivité sont également recouvertes par la couche de revêtement et sont en contact, par des ouvertures, avec une couche de métallisation structurée. Sur la couche de métallisation sont disposés, et ce en des points de la photodiode surélevés de façon correspondante, ce qu'on appelle des plots d'indium, avec lesquels les première et seconde régions de diode peuvent être reliées à un circuit externe de lecture. Dans ce dispositif connu, la seconde région de diode est disposée autour de la première région de diode qui est située au centre. La première région de diode est située dans un renfoncement, qui s'étend depuis la surface jusque dans la première couche active en tra- versant la couche de séparation. L'irradiation de la pho- todiode s'effectue à partir du côté du substrat. La pre- mière couche active possède une largeur de bande interdite élevée, absorbe le rayonnement possédant une longueur d'onde plus faible et transmet le rayonnement possédant une longueur d'onde plus grande. La seconde couche active possède une faible lar- geur de bande interdite, absorbe un rayonnement possédant une longueur d'onde plus élevée, qui n'a pas été absorbé en traversant la première couche active. Dans le domaine du rayonnement infrarouge pour des longueurs d'onde de 35 gm (MWIR) et 8-10 gm (LWIR), le flux des photons (à des températures de consigne autour de 300 K) diminue rapidement vers des longueurs d'onde plus petites. La photodiode multispectrale planar connue pré- sente cependant l'inconvénient consistant en ce qu'en rai- son des conditions de surface des première et seconde régions de diode, la première région de diode, qui est sensible à la composante de courtes longueurs d'onde, est plus petite que la seconde région de diodes, qui est sensible à la composante de grande longueur d'onde. Mais simultanément un plus grand nombre de photons sont disponibles dans la zone de grande longueur d'onde que dans la zone de courte longueur d'onde. C'est-à-dire que la région de diode, qui possède la surface la plus petite, doit se contenter d'un flux de photons plus faible. Lors du traitement automatisé d'images il faut tenir compte de cette circonstance avec une dépense de calcul accrue, ce qui est indésirable notamment dans le cas d'utilisations critiques dans le temps. C'est pourquoi l'invention a pour but d'indiquer une photodiode multispectrale, dans laquelle les rapports des surfaces de la première région de diode et de la seconde région de diode sont adaptés aux conditions des flux de photons des gammes associées de longueurs d'onde pour des températures devant être considérées. Ce problème est résolu à l'aide d'une photodiode multispectrale du type indiqué plus haut caractérisée en ce que la première région de diode est disposée concentriquement au-dessous de la seconde région de diode. Selon une autre caractéristique de l'invention, la surface de la première région de diode est supérieure à la surface de la seconde région de diode. Selon une autre caractéristique de l'invention, des billes de brasure sont prévues pour l'établissement du contact avec les première et seconde régions de diode. Selon une autre caractéristique de l'invention, les billes de brasure sont disposées sur des bossages de telle sorte qu'elles sont situées dans un plan. Selon une autre caractéristique de l'invention, une multiplicité de photodiodes sont disposées pour former un réseau bidimensionnel. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 représente selon une vue en plan une disposition des photodiodes multispectrales selon un réseau bidimensionnel; et - la figure 2 représente une coupe de la photo- diode multispectrale de la figure 1, prise suivant la ligne de coupe 2-2. Ci-après, on va expliquer l'invention sur la base d'un exemple de réalisation, en se référant aux figures. La photodiode multispectrale planar 1 pour le rayonnement infrarouge est le mieux approprié, comme cela est représenté sur la figure 1, en raison de l'agencement particulier, pour être disposée selon un réseau 10. Dans le présent exemple de réalisation, une seule photodiode multi- spectrale 1 possède une surface de base essentiellement rectangulaire ou carrée. La diode est raccordée à un circuit externe de lecture au moyen des billes de brasure 9.1 et 9.2, qui sont situées au niveau d'un coin ou au centre de la diode. Tout d'abord, on va expliquer l'agencement de la photodiode en référence à la figure 2. La photodiode multispectrale planar 1 est irra- diée à partir du côté du substrat 2. C'est pourquoi le substrat 2 est essentiellement transparent pour la gamme à considérer des longueurs d'onde du rayonnement. Comme matériau du substrat il s'est avéré approprié d'utiliser du tellurure de cadmium et d'étain (CdZnTe) pour des détecteurs d'infrarouge dans les gammes spectrales MWIR 3-5 pm et LWIR 8-10 gm. Une première couche semiconductrice 3 est dispo- sée sur le substrat 2. La largeur de bande interdite Egapl de la première couche semiconductrice 3 est choisie de manière que le rayonnement d'une première gamme de lon- gueurs d'onde soit absorbé. Dans le présent exemple de réa- lisation, la première couche semiconductrice 3 est conduc- trice de type p. La première couche semiconductrice 3 forme conjointement avec la première zone possédant une seconde conductivité 5.1, qui est insérée dans la surface de la première couche semiconductrice 3, une première région de diode 5 servant à détecter un rayonnement dans la première gamme de longueurs d'onde. La première zone possédant la seconde conductivité 5.1 ne recouvre cependant pas complètement la première couche semiconductrice 3. Elle est disposée essentiellement concentriquement autour d'une région centrale. Une seconde couche semiconductrice 4 possédant un premier type de conductivité est disposée sur la surface centrale, non recouverte par la première zone possédant la seconde conductivité 5.1, de la première couche semiconductrice 3 et au niveau des coins de la surface de base. La largeur de bande interdite Egap2 de la seconde couche semiconductrice 4 est choisie de manière que le rayonnement d'une seconde gamme de longueurs d'onde est absorbé. Les largeurs de bande interdite des deux couches semiconductrices 3, 4 sont choisies par ailleurs de telle sorte que la première couche semiconductrice 3 n'absorbe aucun rayonnement de la seconde gamme de longueurs d'onde ou absorbe seulement suffisamment peu un rayonnement de la seconde gamme de longueurs d'onde, qui doit être détecté par la seconde couche semiconductrice 4. Habituellement cela signifie que la largeur de bande interdite Egapl de la première couche semiconductrice est supérieure à la largeur de bande interdite Egap2 de la seconde couche semiconductrice. Une seconde zone 6.1 possédant la seconde conductivité est insérée dans la surface centrale de la seconde couche semiconductrice 4. Cette zone forme, conjointement avec la seconde couche semiconductrice 4, une seconde région de diode 6 servant à détecter un rayonnement dans la seconde gamme de longueurs d'onde. Le centre d'une cellule unité du réseau est constitué par un bossage central, qui est formé par la seconde région de diode 6. La première région de diode 5 est disposée autour de la seconde région de diode. Elle est située essentiellement au niveau de la première couche semiconductrice 3. Grâce à un dimensionnement approprié, les surfaces des deux régions de diodes 5, 6 sont réglées l'une sur l'autre grâce à un dimensionnement approprié de telle sorte qu'on obtient les rapports mentionnés plus haut des sensibilités dans les deux gammes de longueurs d'onde. Pour la lecture des deux régions de diode, il est prévu un circuit de lecture séparé, non représenté sur les figures et qui est relié à la photodiode multispectrale 1 par l'intermédiaire de billes de brasure 9.1, 9.2, ce qu'on appelle des plots d'indium. Pour chaque région de diode 5, 6 de chaque cellule il est prévu un plot d'indium particulier 9.1, 9.2, au moyen duquel la liaison est éta- blie entre la région de diode considérée et le système électronique d'évaluation. Afin de garantir une telle liaison, il est nécessaire que tous les plots d'indium 9.1, 9.2 soient disposés essentiellement dans un plan sur la photodiode multispectrale. Pour obtenir ceci, des seconds bossages sont prévus en dehors des bossages centraux des secondes régions de diode 6, dans chaque cellule, bossages au moyen desquels est établi le contact avec les premières régions de diode 5. Le contact pour la première région de diode 5 est disposé avantageusement au niveau de l'un des coins E des cellules de sorte que dans l'agencement en réseau, comme représenté sur la figure 1, en chacun des quatre coins d'une cellule est disposé respectivement un contact pour une première région de diode. Trois des contacts font partie de cellules voisines. Au centre de la cellule est disposé le contact prévu pour la seconde région de diode 6. Etant donné que tous les bossages sont réalisés lors de la même étape opératoire et sont constitués essentiellement par la seconde couche semiconductrice 4, ils possèdent une même hauteur et peuvent être reliés sans problème au circuit de lecture au moyen des plots d'indium 9.1, 9.2. La surface de la photodiode multispectrale 1 est complètement recouverte par une couche de passivation 7. La couche de passivation 7 comporte des ouvertures, ce qu'on appelle des trous traversants, qui, à travers la métallisation 8.1, 8.2 disposée sur la couche de passiva- tion 7, établissent un contact avec les zones possédant la seconde conductivité le type de conductivité n dans l'exemple de réalisation. La métallisation 8.1, 8.2 est structurée de telle sorte que des régions aussi grandes que possible des photodiodes sont recouvertes par la métallisation. Ceci est obtenu par le fait qu'un rayonne- ment, qui n'est pas absorbé par les couches semiconduc- trices 3, 4, est réfléchi par la métallisation 8.1, 8.2 dans les couches semiconductrices et par conséquent le rendement quantique est accru. La photodiode 1 possède essentiellement deux régions de la métallisation 8.1, 8.2. La première région 8.1 est disposée, en étant séparée par la couche de passivation 7, sur la première région de diode et conduit au bossage associé à la première région de diode 5. Une bille de brasure 9.1 est disposée sur le bossage. La seconde région de la métallisation 8.2 est située au-dessus de la seconde région de diode 6. Une autre bille de brasure 9.2 est disposée par-dessus. Afin qu'une photodiode - notamment une photodiode disposée sur un pixel dans un réseau - présente simultanément la même scène dans les deux couleurs, il est nécessaire que les zones, dans lesquelles les deux régions de diode 5.6 collectent des photons, doivent se chevaucher dans le cadre de la résolution en matière d'optique. Dans le cas de la photodiode selon l'invention, ceci est obtenu par le fait que la première région de diode 5 entoure concentriquement la seconde région de diode 6. Il est particulièrement avantageux que la surface de la première région 5, qui répond à la composante de courte longueur d'onde du rayonnement, soit plus étendue que la surface de la seconde région de diode 6, qui répond à la composante de grande longueur d'onde du rayonnement. Ces rapports de surface sont adaptés à des flux de photons effectivement présents à des températures de consigne d'environ 300 K. Par conséquent pour la gamme de courtes longueurs d'onde du rayonnement, dans laquelle le flux de photons est faible, on dispose d'une surface plus étendue de la région de diode, c'est-à-dire d'une surface de détection plus étendue et par conséquent également d'une meilleure sensibilité. REVENDICATIONS 1. Photodiode multispectrale (1) pour rayonnement infrarouge, constituée par: - un substrat (2), - une première couche semiconductrice (3) disposée sur le substrat (2) et possédant une première conductivité et une largeur de bande interdite élevée, - une seconde couche semiconductrice (4), qui est disposée sur la première couche semiconductrice (3), a une première conductivité et possède une faible largeur de bande interdite, - une première région de diode (5), qui est formée par une première zone possédant une seconde conductivité (5.1) avec la première couche semiconductrice (3), - une seconde région de diode (6), qui est formée par une deuxième zone possédant une seconde conductivité (6.1) avec la seconde couche semiconductrice (4), caractérisée en ce que - la première région de diode (5) est disposée concentri- quement autour de la seconde région de diode (6). 2. Photodiode multispectrale selon la revendica- tion 1, caractérisée en ce que la surface de la première région de diode (5) est supérieure à la surface de la seconde région de diode (6). 3. Photodiode multispectrale selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que des billes de brasure (9.1, 9.2) sont prévues pour l'établissement du contact avec les première et seconde régions de diode (5,6). 4. Photodiode multispectrale selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que les billes de brasure (9.1, 9.2) sont disposées sur des bossages de telle sorte qu'elles sont situées dans un plan. 5. Photodiode multispectrale selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'une multipli- cité de photodiodes (1) sont disposées pour former un réseau bidimensionnel.