Brevet FR3127824A1 — publié le 20230407

Architecture de cellule et structure de nanoradiateur de cellule plane pour des filtres à changement de phase programmables La présente description concerne un filtre à modification de phase comprenant : - une pluralité de points, chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase ; et - une couche de chauffage en un matériau électriquement conducteur. Figure pour l'abrégé : Fig. 1 Architecture de cellule et structure de nanoradiateur de cellule plane pour des filtres à modification de phase programmables La présente description concerne de façon générale des filtres à modification de phase programmable et, en particulier, une architecture de cellule et une structure de nano-radiateur de cellule plane pour filtres à modification de phase programmable. La modification d'indice de réfraction activée par des matériaux à modification de phase a été utilisée pour obtenir une commutation dans des circuits photoniques intégrés, la modulation de modes électromagnétiques dans des structures périodiques et la manipulation de contraste optique local. Un mode de réalisation prévoit un radiateur en forme de nano-trou pour un contrôle optimal du front thermique adapté pour filtrer une géométrie particulière et qui permette d'atteindre de façon optimale des températures de modification de phase critiques dans le filtre à modification de phase. Un mode de réalisation prévoit une adaptation de géométrie spécifique et de niveau de courant pour minimiser une variabilité de champ de température à l'intérieur de la région de filtre. Un mode de réalisation prévoit un découplage de régions de haute température par rapport à des régions de basse température permettant la coexistence de lentilles optiques organiques à proximité de la région de cellule à matériau à modification de phase en utilisant des matériaux transparents afin de : - protéger l'empilement optique d'une dégradation induite par la température ; - minimiser le cycle chauffage – refroidissement ; et - tout en permettant une transmission élevée de la lumière. Un mode de réalisation prévoit un filtre à modification de phase comprenant : - une pluralité de points, chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase ; et - une couche de chauffage en un matériau électriquement conducteur, la couche de chauffage comprenant une pluralité de zones de chauffage, chaque zone de chauffage comprenant un ou plusieurs doigts conducteurs, dans lequel un point correspondant parmi les points est placé sur chaque zone de chauffage de la couche de chauffage. Un mode de réalisation prévoit également un filtre à modification de phase comprenant : - une pluralité de points, chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase, dans lequel les points sont formés en colonnes et en lignes espacées régulièrement, le pas des points dans les colonnes et les lignes étant dans la plage allant de 500 nm à 1000 nm. Selon un mode de réalisation, le nombre de doigts conducteurs dans chaque zone de chauffage de la couche chauffante est égal à deux. Selon un mode de réalisation, les points sont formés en colonnes et en lignes espacées régulièrement. Selon un mode de réalisation, le pas des points dans les colonnes et/ou lignes est dans la plage allant de 500 nm à 1000 nm. Selon un mode de réalisation, le pas des points dans les colonnes et/ou lignes est tel que les longueurs d'onde de la lumière dans une plage de filtrage sont atténuées d'au moins 40 pour cent et, de préférence, d'au moins 50 pour cent ou d'au moins 60 pour cent, lorsque les points sont dans un premier état, dans lequel la plage de filtrage est comprise dans la plage de longueurs d'ondes allant de 900 nm à 1000 nm. Selon un mode de réalisation, la plage de filtrage est comprise dans la plage de longueurs d'onde allant de 920 nm à 960 nm. Selon un mode de réalisation, le filtre à modification de phase est un filtre coupe-bande, la bande du filtre coupe-bande étant par exemple centrée sur une fréquence centrale dans la plage allant de 900 nm à 1000 nm et, de préférence, dans la plage allant de 920 nm à 960 nm, la fréquence centrale étant par exemple égale à 940 nm, ou à environ 940 nm. Selon un mode de réalisation, les longueurs d'onde de lumière dans la plage de filtrage sont atténuées de moins de 20 pour cent lorsque les points sont dans un deuxième état. Selon un mode de réalisation, le premier état est un état amorphe et le deuxième état est un état cristallin. Selon un mode de réalisation, le pas des points dans les colonnes et les lignes est tel que des longueurs d'onde de la lumière dans une plage de filtrage de décalage sont atténuées d'au moins 40 pour cent et, de préférence, d'au moins 50 pour cent ou d'au moins 60 pour cent, lorsque les points sont dans un deuxième état, dans lequel la plage de filtrage de décalage ne chevauche par exemple pas la plage de filtrage. Selon un mode de réalisation, le matériau électriquement conducteur de la couche de chauffage comprend de l'oxyde d'étain et d'indium (ITO). Selon un mode de réalisation, le matériau et l'épaisseur de la couche de chauffage sont choisis pour être transparent à la lumière dans la plage de filtrage, dans lequel transparent signifie une atténuation de 20 pour cent ou moins. Selon un mode de réalisation, la couche de chauffage a une épaisseur comprise entre 10 nm et 40 nm et, de préférence, d'environ 20 nm. Selon un mode de réalisation, chaque doigt conducteur a une largeur la plus faible dans le plan de la couche de chauffage dans la plage allant de 50 nm à 150 nm, et de préférence dans la plage allant de 75 nm à 125 nm, par exemple dans la plage allant de 85 nm à 115 nm et, par exemple, égale à environ 100 nm. Selon un mode de réalisation, un intervalle entre les doigts a une largeur maximale dans le plan de la couche de chauffage dans la plage allant de 50 nm à 150 nm, et de préférence dans la plage allant de 75 nm à 125 nm, par exemple dans la plage allant de 85 nm à 115 nm et, par exemple, égale à environ 100 nm. Selon un mode de réalisation, une longueur de chacun des doigts dans le plan de la couche de chauffage est d'au moins 250 nm et, de préférence, d'au moins 300 nm, par exemple comprise entre 400 nm et 500 nm. Un mode de réalisation prévoit également un capteur d'image comprenant : - une couche d'éléments sensibles à la lumière, tels que des photodiodes ; - une couche de filtres de couleur et/ou infrarouge, telle qu'une couche de filtrage RGBZ comprenant des filtres R, G, B et Z ; et - un filtre à modification de phase, tel que défini précédemment, empilé avec chaque filtre de couleur/infrarouge. Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un filtre à modification de phase, le procédé comprenant : - la formation d'une couche de chauffage en un matériau électriquement conducteur, la couche de chauffage comprenant une pluralité de zones de chauffage, chaque zone de chauffage comprenant un ou plusieurs doigts conducteurs ; et - la formation d'une pluralité de points, chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase, un point correspondant parmi les points étant placé sur chaque zone de chauffage de la couche de chauffage. Un mode de réalisation prévoit également un procédé de fabrication d'un filtre à modification de phase, le procédé comprenant : - la formation d'une pluralité de points, chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase, dans lequel les points sont formés en colonnes et en lignes espacées régulièrement, le pas des points dans les colonnes et les lignes étant dans la plage allant de 500 nm à 1000 nm. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la est une vue en coupe transversale simplifiée partielle d'un mode de réalisation d'un filtre à modification de phase programmable ; la représente un agencement de points à modification de phase d'une couche de cristal photonique du filtre à modification de phase programmable de la ; la représente des courbes de l'évolution de la transmittance du cristal photonique du filtre à modification de phase programmable de la en fonction de la longueur d'onde du rayonnement incident ; la est une vue en perspective simplifiée d'un mode de réalisation d'une couche de chauffage et de points à modification de phase du filtre à modification de phase de la ; la est vue de dessous de la couche de chauffage du filtre à modification de phase de la ; la est vue de dessous détaillée d'une partie de la couche de chauffage et du point à modification de phase associé du filtre à modification de phase de la ; la est vue de dessous détaillée d'une partie d'un autre mode de réalisation de la couche de chauffage et du point à modification de phase associé du filtre à modification de phase de la ; la représente la variation de la température fourni par la couche de chauffage ayant la structure représentée en en fonction du courant circulant dans la couche de chauffage et du temps pour une épaisseur de la couche de chauffage ; la est une figure similaire à la pour une autre épaisseur de la couche de chauffage ; la représente des courbes d'évolution d'un rapport Tndiff en fonction du courant circulant dans la couche de chauffage pour plusieurs épaisseurs de la couche de chauffage ; la représente des courbes d'évolution d'une température minimale Tmin en fonction du temps pour plusieurs épaisseurs de la couche de chauffage ; la représente la variation du rapport le plus élevé Tndiff en fonction de l'intensité de courant circulant dans la couche de chauffage et l'épaisseur de la couche de chauffage ; la représente des courbes d'évolution d'une température moyenne Tavg en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs largeurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution d'un rapport Tmax_min en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs largeurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution de la température moyenne Tavg en fonction de la largeur des doigts de la couche de chauffage pour plusieurs longueurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution du rapport Tmax_min en fonction de la largeur des doigts de la couche de chauffage pour plusieurs longueurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution de la température moyenne Tavg en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs largeurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution du rapport Tmax_min en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs largeurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution de la température moyenne Tavg en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs longueurs des doigts ; la représente des courbes d'évolution du rapport Tmax_min en fonction de l'intervalle entre les doigts de la couche de chauffage pour plusieurs longueurs des doigts ; la est une vue en coupe transversale simplifiée partielle d'un mode de réalisation d'un capteur d'image ; la représente l'évolution de la température maximale dans une couche constituée d'un revêtement organique recouvrant la couche de protection du filtre à modification de phase en fonction de l'épaisseur de la couche de protection ; la représente l'évolution de la température moyenne Tavg dans le point à modification de phase en fonction de l'épaisseur de la couche de protection ; la représente des courbes d'évolution de la température moyenne Tavg en fonction du temps pour deux épaisseurs de la couche de protection ; la représente l'évolution du rapport Tmax_min en fonction de l'épaisseur de la couche de protection ; la représente des courbes d'évolution de la fréquence de fonctionnement en fonction de l'intensité de courant de cellule ; la représente la structure obtenue à une étape d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du filtre à modification de phase de la ; la représente une autre étape du procédé de fabrication ; la représente une autre étape du procédé de fabrication ; et la représente une autre étape du procédé de fabrication. Filtre à modification de phase (10) comprenant : - une pluralité de points (24), chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase ; et - une couche de chauffage (22) en un matériau électriquement conducteur, la couche de chauffage comprenant une pluralité de zones de chauffage (33), chaque zone de chauffage comprenant un ou plusieurs doigts conducteurs (32), dans lequel un point correspondant parmi les points est placé sur chaque zone de chauffage de la couche de chauffage. Filtre à modification de phase selon la revendication 1, dans lequel le nombre de doigts conducteurs (32) dans chaque zone de chauffage (33) de la couche de chauffage (22) est égal à deux. Filtre à modification de phase selon la revendication 1, dans lequel les points (24) sont formés en colonnes et en lignes espacées régulièrement. Filtre à modification de phase selon la revendication 3, dans lequel le pas (Pr, Pc) des points (24) dans les colonnes et/ou lignes est dans la plage allant de 500 nm à 1000 nm. Filtre à modification de phase selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le pas (Pr, Pc) des points (24) dans les colonnes et/ou lignes est tel que des longueurs d'onde de la lumière dans une plage de filtrage sont atténuées d'au moins 40 pour cent et, de préférence, d'au moins 50 pour cent ou d'au moins 60 pour cent, lorsque les points sont dans un premier état, dans lequel la plage de filtrage est comprise dans la plage de longueurs d'onde allant de 900 nm à 1000 nm. Filtre à modification de phase selon la revendication 5, dans lequel la plage de filtrage est comprise dans la plage de longueurs d'onde allant de 920 nm à 960 nm. Filtre à modification de phase selon la revendication 5 ou 6, dans lequel le filtre à modification de phase (10) est un filtre coupe-bande, la bande du filtre coupe-bande étant par exemple centrée sur une fréquence centrale dans la plage allant de 900 nm à 1000 nm et, de préférence, dans la plage allant de 920 nm à 960 nm, la fréquence centrale étant par exemple égale à 940 nm, ou à environ 940 nm. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 5 à 7, dans lequel les longueurs d'onde de lumière dans la plage de filtrage sont atténuées de moins de 20 pour cent lorsque les points sont dans un deuxième état. Filtre à modification de phase selon la revendication 8, dans lequel le premier état est un état amorphe et le deuxième état est un état cristallin. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 5 à 9, dans lequel le pas des points (24) dans les colonnes et les lignes est tel que les longueurs d'onde de la lumière dans une plage de filtrage de décalage sont atténuées d'au moins 40 pour cent et, de préférence, d'au moins 50 pour cent ou d'au moins 60 pour cent, lorsque les points sont dans un deuxième état, dans lequel la plage de filtrage de décalage ne chevauche par exemple pas la plage de filtrage. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel le matériau électriquement conducteur de la couche de chauffage (22) comprend de l'oxyde d'étain et d'indium (ITO). Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 5 à 11, dans lequel le matériau et l'épaisseur (Th) de la couche de chauffage (22) sont choisis pour être transparent à la lumière dans la plage de filtrage, dans lequel transparent signifie une atténuation de 20 pour cent ou moins. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel la couche de chauffage (22) a une épaisseur (Th) comprise entre 10 nm et 40 nm et, de préférence, d'environ 20 nm. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel chaque doigt conducteur (32) a une largeur la plus faible (W) dans le plan de la couche de chauffage (22) dans la plage allant de 50 nm à 150 nm, et de préférence dans la plage allant de 75 nm à 125 nm, par exemple dans la plage allant de 85 nm à 115 nm et, par exemple, égale à environ 100 nm. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel un intervalle (G) entre les doigts (32) a une largeur maximale dans le plan de la couche de chauffage dans la plage allant de 50 nm à 150 nm, et de préférence dans la plage allant de 75 nm à 125 nm, par exemple dans la plage allant de 85 nm à 115 nm et, par exemple, égale à environ 100 nm. Filtre à modification de phase selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel une longueur (L) de chacun des doigts (32) dans le plan de la couche de chauffage (22) est d'au moins 250 nm et, de préférence, d'au moins 300 nm, par exemple comprise entre 400 nm et 500 nm. Capteur d'image (40) comprenant : - une couche d'éléments (PH) sensibles à la lumière, tels que des photodiodes ; - une couche de filtres de couleur et/ou infrarouge (46), telle qu'une couche de filtrage RGBZ comprenant des filtres R, G, B et Z ; et - un filtre à modification de phase (10), selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, empilé avec chaque filtre de couleur/infrarouge. Procédé de fabrication d'un filtre à modification de phase (10), le procédé comprenant : - la formation d'une couche de chauffage (22) en un matériau électriquement conducteur, la couche de chauffage comprenant une pluralité de zones de chauffage (33), chaque zone de chauffage comprenant un ou plusieurs doigts conducteurs (32) ; et - la formation d'une pluralité de points (24), chaque point étant constitué d'un matériau à modification de phase, un point correspondant parmi les points étant placé sur chaque zone de chauffage de la couche de chauffage.