Brevet FR2848729A1 — publié le 20040618

DETECTEUR PHOTOELECTRIQUE A GEOMETRIE COPLANAIRE La présente invention se rapporte à un détecteur photoélectrique à géométrie coplanaire. Les détecteurs photoélectriques actuels sont généralement de deux types principaux: ceux à géométrie coplanaire et ceux à géométrie non coplanaire comme les détecteurs à jonctions pn et diodes Schottky. Ces détecteurs, bien que présentant de bonnes qualités de conversion photoélectrique, sont relativement complexes à fabriquer du fait qu'ils 10 nécessitent plusieurs niveaux de lithographie ou de métallisation. Les électrodes ne peuvent pas être déposées en une seule opération, ce qui peut poser des problèmes d'alignement relatif des électrodes. Par contre, les détecteurs à géométrie coplanaire comportent sur un substrat semiconducteur des électrodes positive et négative en matériau de même 1 5 nature, ce qui permet de déposer ces électrodes en une seule opération. Ces détecteurs sont appelés détecteurs MSM ( Métal - Semiconducteur - Métal). La présente invention se rapporte plus particulièrement aux détecteurs photoélectriques à géométrie coplanaire de type MSM. Les détecteurs connus de ce type comportent des électrodes positive et négative 20 en forme de peignes interdigités. Les " doigts " des électrodes de l'une des polarités ont des formes et dimensions identiques à celles des électrodes de l'autre polarité. Lorsqu'un tel détecteur est illuminé et qu'aucune tension n'est appliquée à ses bornes, il ne produit aucun photocourant. Dès qu'une faible tension de polarisation est appliquée à ses bornes, il produit un photocourant 25 dont l'intensité augmente, jusqu'à une certaine valeur maximale, en fonction de l'augmentation de cette tension de polarisation et selon une loi qui est fonction du matériau le constituant et de la géométrie de ses électrodes. La présente invention a pour objet un détecteur photoélectrique de type MSM coplanaire pouvant produire un photocourant plus élevé que celui 30 des détecteurs MSM coplanaires connus de même type, et peut produire un photocourant même en l'absence de tension de polarisation. Le détecteur photoélectrique conforme à l'invention est un détecteur photoélectrique à géométrie coplanaire de type MSM, comportant, sur une couche semiconductrice active, deux électrodes en regard l'une de 35 l'autre, auxquelles est appliquée une tension de polarisation, et il est caractérisé en ce que, dans une direction transversale par rapport à la direction d'extension de l'espace inter- électrodes, la largeur de l'une des électrodes est supérieure à celle de l'autre. Selon une autre caractéristique de l'invention, le rapport entre les largeurs respectives des électrodes est compris entre 1,5 et 20 environ. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation, pris à titre d'exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est une vue de dessus simplifiée d'un détecteur de type MSM de l'art antérieur, - la figure 2 est une vue partielle en coupe selon 11-Il de la figure 1, - la figure 3 est une vue de dessus simplifiée d'un détecteur de type MSM conforme à l'invention, - la figure 4 est une vue partielle en coupe selon IV-IV de la 15 figure 1, et - la figure 5 est un diagramme d'exemples de courbes caractéristiques typiques du détecteur des figures 3 et 4. Le détecteur photoélectrique 1 représenté en figures 1 et 2 comporte, sur une couche semiconductrice active 2, que l'on appellera par la 20 suite, par commodité, substrat, des électrodes 3 et 4 en forme de peignes interdigités. La couche 2 est formée sur un substrat de support inactif (non représenté). Les largeurs des " doigts " des électrodes 3 et 4 sont identiques. Pour faciliter la fabrication du détecteur, les deux électrodes sont déposées en même temps et sont donc de même nature. Elles forment un 25 contact bloquant de type diode Schottky. Lorsque l'on n'applique aucune tension aux bornes des électrodes 3 et 4, le seul champ électrique présent est celui qui règne sous les contacts électrodessubstrat, dans une zone appelée zone de désertion. Quand le détecteur est illuminé par l'arrière, du côté du substrat ( flèche 5 en figure 2), des paires électron-trou sont créées 30 dans le substrat au voisinage des électrodes. Dans les zones de champ électrique, les électrons et les trous sont séparés. Dans un matériau semiconducteur de type n, les trous sont collectés par les électrodes, tandis que les électrons sont chassés vers le semiconducteur. Dans un matériau de type p, l'inverse se produit. La largeur des doigts de l'électrode 3 étant la même que celle des doigts de l'électrode 4, aucune tension ou aucun photocourant n'apparaît aux bornes de ces électrodes en l'absence de tension de polarisation. On peut considérer le détecteur comme la somme de deux générateurs de courant 5 fonctionnant en sens inverses, neutralisant leurs effets respectifs. Un photocourant apparaît lorsqu'une tension de polarisation est appliquée aux bornes des électrodes, et augmente progressivement lorsque la tension de polarisation augmente. Le détecteur photoélectrique 6 de l'invention, schématiquement 10 représenté en figures 3 et 4, comporte, sur une couche active en matériau semiconducteur 7, des électrodes 8 et 9, qui ont également la forme de peignes interdigités. Comme dans le cas du détecteur 1, la couche active 7 est formée sur un substrat inactif (non représenté). Par commodité, la couche 7 sera appelée substrat par la suite. Par contre, à la différence du 15 photodétecteur connu, dans celui de l'invention, la largeur des doigts de l'électrode 8 est différente de celle des doigts de l'électrode 9, et en l'occurrence, les doigts de l'électrode 8 sont plus larges que les doigts de l'électrode 9. Dans une telle structure, les paires électron-trou sont également séparées sous les électrodes et des charges sont collectées. 20 Mais, contrairement au cas précédent, grâce à la différence de largeur des doigts des électrodes, le courant généré sous l'électrode à doigts plus larges est supérieur à celui créé sous l'autre électrode, et les deux courants ne s'annulent pas mutuellement. On obtient un photocourant même lorsque la tension de polarisation des électrodes est nulle. Si on applique une tension 25 de polarisation négative ( pour un substrat 7 de type n) sur l'électrode large, le photocourant augmente. Si on applique une tension de polarisation positive croissante, le photocourant diminue, puis s'annule, et finalement change de signe. Le régime de fonctionnement de ce photodétecteur est évidemment celui obtenu pour une tension de polarisation négative ou nulle 30 appliquée sur l'électrode à doigts plus larges et pour un matériau de substrat de type n (ou, inversement pour une tension de polarisation nulle ou positive si ce matériau est de type p). Si on désire obtenir un courant d'obscurité nul, on fait fonctionner le détecteur avec une tension de polarisation nulle, avec une réponse non nulle. Si on désire une réponse plus grande, on fait fonctionner le détecteur avec une tension de polarisation négative, avec, en contrepartie, un courant d'obscurité non nul. Le comportement du détecteur de l'invention est similaire à celui d'un détecteur classique ayant une électrode de type Schottky et une 5 électrode à contact ohmique. Cependant, les électrodes de ce détecteur connu sont fabriquées successivement, et la lithographie de fabrication de la seconde série d'électrodes doit être alignée par rapport à la première, ce qui rend son procédé de fabrication complexe et onéreux, alors que les deux électrodes du détecteur de l'invention sont fabriquées simultanément, donc 10 de façon beaucoup plus simple. Il existe une limite supérieure à la largeur de l'électrode la plus large. En effet le champ électrique latéral sous cette électrode décroît lorsque l'on s'éloigne de son bord, sous cette électrode, en direction du milieu de sa largeur. Pour une électrode très large, les charges électriques 15 créées loin du bord ne sont plus collectées à tension de polarisation nulle ou faible. Il existe donc un optimum pour la largeur de l'électrode la plus large et pour le rapport des largeurs des deux électrodes. Selon un exemple de réalisation, avec un substrat en AlGaN, ce rapport optimal est inférieur à 10, la largeur de l'électrode la plus étroite étant d'environ 2 pm, et la distance 20 entre les bords en regard des électrodes étant d'environ 5 pm. On a représenté en figure 5 un exemple de trois courbes A, B, C d'évolution du photocourant, en traits pleins ( à une longueur d'onde de 270 nm et pour une fréquence de rafraîchissement de 80 Hz, pour un substrat en AlGaN), et de trois courbes correspondantes du courant d'obscurité, 25 respectivement D, E, F, en traits interrompus. Les courbes A, B, C d'une part, et les courbes D, E, F, d'autre part, correspondent respectivement à des peignes dont les dimensions, en pm, de l'électrode étroite, de l'électrode large et de l'espace inter- électrodes, sont respectivement de 2/25/5, 2/40/5 et 2/90/5. On constate une forte asymétrie des courbes d'évolution du 30 photocourant en fonction de la tension de polarisation, et une réponse d'amplitude variable pour une tension de polarisation nulle. Le détecteur de l'invention a des domaines d'application très variés, car il peut fonctionner à diverses longueurs d'onde, dans tout le domaine visible et autour. S'il est illuminé par l'arrière, le matériau du 35 substrat semiconducteur doit, bien entendu, être transparent à la longueur d'onde d'illumination. Cette limitation n'existe pas si le détecteur est illuminé par l'avant, mais dans ce cas, son rendement peut être beaucoup plus faible que dans le premier cas du fait de la faible surface de substrat illuminée. REVENDICATIONS 1. Détecteur photoélectrique à géométrie coplanaire de type MSM, comportant, sur une couche semiconductrice active (7), 5 deux électrodes en regard l'une de l'autre (8, 9), auxquelles est appliquée une tension de polarisation, caractérisé en ce que, dans une direction transversale par rapport à la direction d'extension de l'espace inter-électrodes, la largeur de l'une des électrodes est supérieure à celle de l'autre. 10 2. Détecteur photoélectrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rapport entre les largeurs respectives des électrodes est compris entre 1,5 et 20 environ. 3. Détecteur photoélectrique selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, pour une couche 15 semiconductrice active de type n, une tension de polarisation nulle ou négative est appliquée sur l'électrode la plus large, et sur l'électrode la moins large pour une couche semiconductrice de type p. 4. Détecteur photoélectrique selon l'une des revendications 20 précédentes, caractérisé en ce que les électrodes sont en forme de peignes interdigités.