Brevet FR3052873A1 — publié le 20171222

COMPOSANT POUR LA DÉTECTION D'UN RAYONNEMENT ÉLECTROMAGNÉTIQUE DANS UNE GAMME DE LONGUEURS D'ONDE ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN TEL COMPOSANT DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne le domaine de la détection des rayonnements électromagnétiques dans la gamme des infrarouges et du visible et a plus précisément pour objet un composant destiné à la détection d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible et le procédé de fabrication d'un tel composant. Dans certaines applications de l'invention, l'invention a également pour objet un composant destiné à permettre la détection de rayonnement électromagnétique dans au moins deux gammes de longueurs d'onde comprises dans la gamme des infrarouges et du visible. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE Pour certaines applications d'imagerie ou de spectroscopie dans l'infrarouge et le visible, il est nécessaire de pouvoir détecter et/ou mesurer uniquement les rayonnements électromagnétiques dont les longueurs d'onde sont comprises dans une gamme de longueurs d'onde prédéfinie. C'est pour répondre à ces besoins que les filtres optiques du type passe bande ont été développés. Ces filtres de type passe-bande peuvent en effet être associés avec des structures aptes à absorber un rayonnement électromagnétique. Ainsi, un tel filtre optique permet de transmettre à ces structures majoritairement la partie du rayonnement électromagnétique se trouvant dans une gamme de longueurs d'onde bien définie. C'est donc majoritairement cette partie du rayonnement électromagnétique qui sera détectée par ces structures. 2 3052873 Par filtre passe bande dans une gamme de longueurs d'onde, il doit être entendu ci-dessus et dans le reste de ce document qu'un tel filtre recevant un rayonnement électromagnétique dont une partie du spectre est comprise dans la gamme de longueurs d'onde transmet majoritairement ladite partie, le reste du spectre étant au moins 5 partiellement réfléchi et/ou absorbé. De tels filtres passe bande sont basés sur les surfaces sélectives en fréquence déjà utilisées pour les radiofréquences. Les travaux de Kristensen et de ses collaborateurs publiés dans la revue scientifique Journal of Applied Physics volume 95 pages 4845 en 2004, illustrent une telle 10 application des surfaces sélectives en fréquence pour former un filtre passe bande dans une gamme de longueurs d'onde comprise dans les infrarouges. Un tel filtre optique, disposé sur un substrat de silicium pouvant intégrer une ou plusieurs structures semiconductrices, comporte : - une première couche de silice recouvrant le substrat, 15 - une couche métallique en aluminium recouvrant la première couche de silice et comprenant des trous traversants régulièrement répartis et dimensionnés pour former une surface sélective en fréquence, - une deuxième couche de silice recouvrant la couche métallique. Les trous traversants de la couche métallique sont également remplis de 20 silice. Ce type de filtre, de la même façon qu'une surface sélective en fréquence dans la gamme de fréquence des radiofréquences, permet de fournir un filtre passe bande dans une gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges. Ainsi, un tel filtre optique permet, en l'associant avec une à plusieurs structures absorbantes, de former un composant pour détecter et/ou mesurer un rayonnement dans une gamme de longueurs d'onde donnée. Ce type de filtre décrit par Kristensen et ses collaborateurs présente néanmoins un certain nombre d'inconvénients. Avec un tel filtre optique la taille moyenne des motifs et donc leur période sont proches de la longueur d'onde de la lumière à filtrer. Or le premier ordre de diffraction apparait à une longueur d'onde égale à la période. Il 3052873 3 résulte ainsi de cette période, et de la diffraction qu'une telle période occasionne, l'apparition d'un pic parasite et une excitation du guidage de photons dans la silice. Cela a pour conséquence un gabarit de transmission avec un tel filtre optique non optimal, le pic de transmission du filtre optique étant fortement asymétrique, et une réjection dégradée. 5 Un autre inconvénient vis-à-vis de ce type de filtre optique est qu'il reste difficile d'en optimiser le taux de réjection sans que cela n'affecte significativement le taux de transmission dans la gamme de longueurs d'onde. En effet, s'il est éventuellement envisageable pour un tel filtre optique de prévoir plusieurs couches métalliques formant une surface sélective en fréquence, le taux de transmission d'un tel filtre serait alors égal à 10 la multiplication des taux de transmission de chacune couche métallique prise individuellement. Il en résulterait donc une baisse significative du taux de transmission. EXPOSÉ DE L'INVENTION La présente invention vise à remédier à plusieurs de ces inconvénients et a donc plus précisément pour objet la fourniture d'un composant destiné à la détection 15 et/ou la mesure d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible dont le filtre optique peut être à même de présenter un taux de transmission optimisé par rapport au filtre optique d'un composant de l'art antérieur. Un autre but de l'invention est de fournir un composant destiné à la 20 détection et/ou la mesure d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible dont le filtre optique comporte plusieurs couches métalliques formant surface sélective en fréquence avec au taux de transmission significativement supérieur à la multiplication des taux de transmission de chacune des couches métalliques prise individuellement. 25 L'invention concerne à cet effet un composant destiné à la détection et/ou la mesure d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible, le composant comportant : 4 3052873 un support comportant une face de réception pour recevoir le rayonnement électromagnétique et au moins une première structure apte à absorber un rayonnement électromagnétique, un filtre optique dont au moins une première portion 5 associée à la première structure est du type filtre passe bande dans la première gamme de longueurs d'onde, le filtre optique étant disposé sur la face de réception du support de manière à filtrer le rayonnement électromagnétique transmis au support, le filtre optique comportant: - une zone d'adaptation recouvrant au moins en partie la face de 10 réception du support, la zone d'adaptation présentant un indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde qui est inférieur à 2, - une première couche métallique recouvrant la zone d'adaptation et comprenant des premiers trous traversants régulièrement répartis et dimensionnés pour que la couche métallique forme une surface sélective en fréquence. 15 Chacun des premiers trous traversants contient un matériau de remplissage dont l'indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde est supérieur à 2, et le filtre optique comprend en outre : une deuxième couche métallique, ladite deuxième couche 20 métallique comprenant des deuxièmes trous traversants selon une configuration sensiblement identique aux premiers trous traversants de la première couche métallique, ces deuxièmes trous traversants contenant également du matériau de remplissage, la première et la deuxième couche métallique étant séparées l'une de l'autre d'une distance d par un premier espace creux, la distance d respectant les 25 inégalités suivantes : - REVENDICATIONS1. Composant (2) destiné à la détection et/ou la mesure d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible, ladite première gamme de longueurs d'onde étant centrée autour d'une longueur d'onde À, le composant (1) comportant : un support (10) comportant une -face de réception (121) pour recevoir le rayonnement électromagnétique et au moins une première structure (111, 112) apte à absorber un rayonnement électromagnétique, un filtre optique (20) dont au moins une première portion (21) associée à la première structure (111, 112) est du type filtre passe bande dans la première gamme de longueurs d'onde, le filtre optique (20) étant disposé sur la face de réception (121) du support (10) de manière à filtrer le rayonnement électromagnétique transmis au support (10), le filtre optique (20) comportant: - une zone d'adaptation (220) recouvrant au moins en partie la face de réception (121) du support (10), la zone d'adaptation (220) présentant un indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde qui est inférieur à 2, - une première couche métallique (230) recouvrant la zone d'adaptation (220) et comprenant des premiers trous traversants (231) régulièrement répartis et dimensionnés pour que la couche métallique (230) forme une surface sélective en fréquence, le composant (2) étant caractérisé en ce que chacun des premiers trous traversants (231) contient un matériau de remplissage (232) dont l'indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde est supérieur à 2, et en ce que le filtre optique (20) comprend en outre : une deuxième couche métallique (260), ladite deuxième couche métallique (260) comprenant des deuxièmes trous traversants (261) selon une 3052873 41 configuration sensiblement identique aux premiers trous traversants (231) de la première couche métallique (230), ces deuxièmes trous traversants (261) contenant également du matériau de remplissage (232), la première et la deuxième couche métallique (230, 260) étant 5 séparées l'une de l'autre d'une distance cl par un premier espace creux, la distance d respectant les inégalités suivantes : > d > x. 6 - 3 2. Composant (2) selon la revendication 1, dans lequel dans 10 chacun des premiers et des deuxièmes trous traversants (231, 261) il est prévu un espacecement (233) entre la couche métallique (230, 260) dans laquelle il est compris et le matériau de remplissage (232), ledit espacement contenant un matériau d'interface (234), ledit matériau d'interface (234) présentant un indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde inférieur à 2, préférentiellement à 1,7, voire 1,5. 15 3. Composant (2) selon la revendication 2, dans laquelle du matériau d'interface (234) est également positionné entre le matériau de remplissage (232) et la zone d'adaptation (220). 20 4. Composant (2) selon la revendication 2 ou 3, dans lequel le matériau d'interface (234) est sélectionné dans le groupe comportant les dioxydes de silicium, les sulfures de zinc, les nitrures de silicium. 5. Composant (2) selon l'une quelconque des revendication 1 à 25 4, dans lequel la zone d'adaptation est formée par un deuxième espace creux. 6. Composant (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel la distance d séparant l'une de l'autre la première et la deuxième couche métallique (230, 260) est sensiblement égale à 4. 3052873 42 7. Composant (2) selon l'une quelconques des revendications 1 à 6, dans lequel le matériau de remplissage (232) est un matériau sélectionné dans le groupe comportant les siliciums, les germaniums et les tellurures de plomb. 5 8. Composant (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le matériau de la première et de la deuxième couche métallique (230, 260) est un sélectionné dans le groupe comportant le cuivre, l'argent, l'or, l'aluminium, le tungstène, le titane et leurs alliages. 10 9. Composant (2) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le support (10) comporte : un substrat (100) dans lequel est aménagée au moins partiellement, l'au moins une première structure (111, 112) présentant une surface active par laquelle la première structure (111, 112) absorbe le rayonnement électromagnétique, 15 un capot (120) disposé de manière à encapsuler la surface active de la première structure (111, 112), la face du capot (120) opposée à la surface active (111, 112) de la structure formant la face de détection (121) du support (10). 10. Composant (2) selon l'une quelconque des revendications 20 précédentes qui est adapté pour en outre détecter un rayonnement électromagnétique dans une deuxième gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible, le composant (2) comportant en outre au moins une deuxième structure (112) destinée à la détection de rayonnement électromagnétique, le filtre optique (20) comportant au moins une deuxième portion 25 (22) associée à la deuxième structure (112) et qui est du type filtre passe bande dans la deuxième gamme de longueurs d'onde. 11. Composant (2) selon la revendication 10, dans lequel -la répartition des premiers et des deuxièmes trous traversants (231, 261) dans la première 30 et la deuxième portion (22) du filtre optique est identique, 3052873 43 et dans lequel les premiers et les deuxièmes trous traversants (231) de respectivement la première et la deuxième portion (21, 22) sont dimensionnés pour que respectivement la première portion soit un filtre optique passe bande dans la première gamme de longueurs d'onde et que la deuxième portion soit un filtre optique 5 passe bande dans la deuxième gamme de longueurs d'onde. 12. Procédé de fabrication d'un composant (2) destiné à la détection d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible, ladite première gamme de 10 longueurs d'onde étant centrée autour d'une longueur d'onde À, le procédé comportant les étapes suivantes : - fourniture d'un support (10) comportant au moins une première structure (111, 112) destinée à la détection de rayonnement électromagnétiques et une face de réception (121) pour recevoir le rayonnement 15 électromagnétique, - formation d'une zone d'adaptation (220) recouvrant au moins en partie la face de réception (121) du support (10) et présentant un indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde qui est inférieur à 2, formation d'une première couche métallique (230) 20 recouvrant la zone d'adaptation (220) et comprenant des premiers trous traversants (231) régulièrement répartis et dimensionnés pour former une surface sélective en fréquence, chacun des trous traversants (231) contenant un matériau de remplissage (232) dont l'indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde est supérieur à 2 25 formation d'une deuxième couche métallique (260), ladite deuxième couche métallique (260) comprenant des deuxièmes trous traversants (261) selon une configuration sensiblement identique aux premiers trous. traversants (231) de la première couche métallique (260), ces deuxièmes trous traversants (261) contenant également du matériau de remplissage (232), 3052873 44 la première et la deuxième couche métallique (230, 260) étant séparées l'une de l'autre d'une distance d par un premier espace creux, la distance d respectant les inégalités suivantes : > d > 6 - 3 5 13. Procédé de fabrication d'un composant (2) destiné à la détection d'un rayonnement électromagnétique dans une première gamme de longueurs d'onde comprise dans la gamme des infrarouges et du visible' ladite première gamme de longueurs d'onde étant centrée autour d'une longueur d'onde À., le procédé comportant 10 les étapes suivantes : - fourniture d'un substrat sacrificiel (240), - formation d'une deuxième couche métallique (260), ladite deuxième couche métallique (260) comprenant des deuxièmes trous traversants (261) comprenant des trous traversants (231) régulièrement répartis et dimensionnés pour 15 former une surface sélective en fréquence, ces deuxièmes trous traversants (261) contenant un matériau de remplissage (232) dont l'indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde est supérieur à 2, formation d'une première couche métallique (230) , la première couche métallique comprenant des premiers trous traversants (231) 20 régulièrement répartis et dimensionnés pour former une surface sélective en fréquence, chacun des trous traversants (231) contenant un matériau de remplissage (232) dont l'indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde est supérieur à 2, la première et la deuxième couche métallique (230, 260) étant séparées l'une de l'autre d'une distance d par un premier espace creux, la distance d respectant les inégalités 25 suivantes : À- > d > 6 - 3, formation d'une zone d'adaptation (220) sur la première couche métallique (230) de manière à ce que la zone d'adaptation (220) soit couverte par la première couche métallique (230), la zone d'adaptation (220) présentant un indice de réfraction dans la première gamme de longueurs d'onde qui est inférieur à 2, 3052873 45 fourniture d'un support (10) comportant au moins une première structure (111, 112) apte à absorber un rayonnement électromagnétique et une face de réception (121) pour recevoir le rayonnement électromagnétique ou d'une partie (120) de support (10) destinée à la formation d'un tel support (10) et comportant la face 5 de réception (121) dudit futur support (10), report de l'ensemble zone d'adaptation (220), première couche métallique (230), deuxième couche métallique (260) et substrat sacrificiel (240) sur la face de réception (121) de manière à ce que la zone d'adaptation (220) recouvre au moins en partie la face-de réception (121), 10 suppression au moins en partie le substrat sacrificiel (240). 14. Procédé de fabrication selon la revendication 11 ou 12, dans lequel l'étape de formation de la deuxième couche métallique comporte les sous-étapes suivantes : 15 formation d'une couche sacrificielle sur la première couche métallique (230) à l'opposé de la zone d'adaptation (220), la couche sacrificielle présentant l'épaisseur d dépôt et structuration d'une deuxième couche métallique sur la couche sacrificielle à l'opposé de la première couche sacrificielle, ladite deuxième 20 couche métallique (260) comprenant des deuxièmes trous traversants (261) selon une configuration sensiblement identique aux premiers trous traversants (231) de la première couche métallique (260), ces deuxièmes trous traversants (261) contenant également du matériau de remplissage (232), suppression de la couche sacrificielle de manière à former 25 un premier espace creux séparant la première et la deuxième couche métallique (230, 260) l'une de l'autre d'une distance d. 15. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel au moins l'une des étapes de formation de la première couche 3052873 46 métallique (230) et de l'étape de formation de la deuxième couche métallique (260) comporte les sous-étapes suivantes : - dépôt du matériau de remplissage-1232) de manière à délimiter avec le matériau de remplissage au moins partiellement les trous traversants (231) de la 5 première ou deuxième couche métallique (230, 260), - dépôt d'une couche de matériau métallique de manière à remplir les espaces laissés libres par le matériau de remplissage (232) pour ainsi former la première couche métallique (230). 10 16. Procédé de fabrication selon la revendication 15, dans lequel lors de l'étape de dépôt du matériau de remplissage, le dépôt est réalisé de manière à ce que le matériau de remplissage (232) soit entouré de matériau d'interface (234) ceci pour définir lors du dépôt de matériau métallique un espacement (233) entre la première ou deuxième couche de métallique (230, 260) et le matériau de remplissage (232).