INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
La est une vue en coupe, selon le plan AA de la , illustrant une étape ultérieure au cours de laquelle le substrat de support 153 est retiré de façon à découvrir la face supérieure (dans l’orientation de la ) de la couche semiconductrice de type N 155. Le substrat 153 est par exemple retiré par meulage et/ou gravure à partir de sa face opposée à l’empilement actif 151. À titre de variante, dans le cas d’un substrat 153 transparent, par exemple un substrat en saphir ou en corindon, le substrat 153 peut être détaché de l’empilement actif 151 au moyen d’un faisceau laser projeté à travers le substrat 153 depuis sa face opposée à l’empilement actif 151 (procédé de type laser lift-off). Plus généralement, toute autre méthode permettant de retirer le substrat 153 peut être utilisée. Après le retrait du substrat 153, une étape supplémentaire de gravure peut être prévue pour retirer d’éventuelles couches tampon subsistant du côté de la face supérieure de la couche semiconductrice 155. En outre, une partie de l’épaisseur de la couche semiconductrice 155 peut être retirée, par exemple par gravure.
La est une vue en coupe, selon le plan AA de la , illustrant une étape ultérieure de retrait de l’intégralité de la couche conductrice 271. Selon un mode de réalisation, la couche conductrice 271 est retirée par gravure, la couche isolante 273 servant par exemple de couche d’arrêt.
Les figures 2N et 2O sont des vues, respectivement de dessus et en coupe selon le plan AA de la , illustrant une étape ultérieure de retrait de l’intégralité de la couche isolante 273.
Les figures 2P et 2Q sont des vues, respectivement de dessus et en coupe selon le plan AA de la , illustrant une étape ultérieure de retrait localisé de la couche conductrice 275, par exemple par photolithographie puis gravure. À titre d’exemple, lors de cette étape, un masque de gravure (non représenté), par exemple formé par photolithographie, peut être disposé sur la face supérieure de la structure, ce masque étant ouvert en vis-à-vis de portions de la couche conductrice 275 à retirer. Le masque peut ensuite être retiré après la gravure.
Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l’homme du métier ne sont pas décrites en détail.
Dans cette description des exemples détaillés de modes de réalisation sont d'abord décrits dans un chapitre I en référence aux figures. Ensuite, dans un chapitre II, des variantes de ces modes de réalisation sont présentées. Enfin, les avantages des différents modes de réalisation sont présentés dans un chapitre III.
Chapitre I - Exemples de mode de réalisation : Le procédé de réalisation d’un siliciure de vanadium supraconducteur sur une couche de silicium va maintenant être décrit dans le cas particulier d’un procédé de fabrication d’un transistor, et plus précisément d’un transistor à effet de champ Josephson plus connu sous l’acronyme JoFET (« Josephson Field Effect Transistor »). De tels transistors sont, par exemple, utilisés pour fabriquer des ordinateurs quantiques, des SQUID (Superconducting QUantum Interference Device), des amplificateurs à la limite quantique et autres. Toutefois, l’enseignement donné dans ce cas particulier s’applique à tout autre composant dans lequel du siliciure de vanadium supraconducteur doit être réalisé sur une couche de silicium. De tels exemples d’autres composants sont donnés dans le chapitre III à la fin de cette description.
Les figures 2 à 9 représentent différents états de fabrication du transistor. Sur ces figures, les épaisseurs des différentes couches ne sont pas à l’échelle pour faciliter leur lecture. Sur ces figures, les différentes couches s’étendent principalement horizontalement. Les directions horizontales sont représentées par deux directions X et Y d’un repère orthogonal XYZ. La direction Z est la direction verticale. Ici, la direction Y est perpendiculaire au plan de la feuille et n’a pas été représentée. Les termes tels que « supérieur », « inférieur », « dessus », « dessous » et similaires sont définis par rapport à cette direction Z.
Par la suite, l’expression "un élément réalisé en X" ou "élément en X" ou "élément de X" signifie qu’au moins 90 % de la masse de cet élément et, de préférence, au moins 95 % ou 98 % de la masse de cet élément est formé par le matériau X.
Lors d’une étape 10, une grille 12 ( ) du transistor est réalisée sur une couche 14 de silicium. La grille 12 est réalisée dans un matériau électriquement conducteur ou en matériau semiconducteur. Ici, l’expression « matériau électriquement conducteur » désigne un matériau dont la conductivité électrique à 20 °C est supérieure à 10 2 S/m et, de préférence, supérieure à 10 5 S/m. Par exemple, ici, la grille 12 est réalisée en silicium polycristallin dopé (de type n ou p). La grille 12 peut aussi être réalisée par un empilement de métaux ou d’alliage ayant ou non des propriétés supraconductrices.
La grille 12 est électriquement isolée de la couche 14 par une fine couche en matériau électriquement isolant. Ici, un matériau électriquement isolant est un matériau dont la conductivité électrique à 20 °C est inférieur à 10 -7 ou 10 -11 S/m. Par exemple, la couche 16 est réalisée en oxyde de silicium ou en oxydes métalliques ayant une haute permittivité (connue sous le nom de « high k » en anglais) ou en silicate.
Les faces verticales de la grille 12 sont isolées de l’extérieur par des espaceurs 18, 20. Les espaceurs 18, 20 sont réalisés dans un matériau électriquement isolant comme du nitrure de silicium ou de l'oxyde de silicium ou un empilement de ceux-ci.
De préférence, la couche 14 est réalisée en silicium monocristallin. Une face supérieure de cette couche 14 est directement en contact avec une face inférieure de la couche 16. L’épaisseur de la couche 14 est généralement comprise entre 5 nm et 500 nm et, de préférence, comprise entre 5 nm et 50 nm ou entre 7 nm et 30 nm. La face inférieure de la couche 14 s’étend directement sur une couche 22 en matériau électriquement isolant.
La couche 22 est typiquement réalisée en oxyde de silicium. Son épaisseur est par exemple comprise entre 1 nm et 150 nm. La couche 22 peut aussi être omise.
La couche 22 repose directement sur un support 24 qui rigidifie les différentes couches qui sont empilées dessus. Par exemple, l’épaisseur du support 24 est supérieure à 10 µm et, typiquement, supérieure à 500 µm ou 700 µm. Ici, ce support 24 est réalisé en silicium tel que du silicium monocristallin, amorphe ou polycristallin. Typiquement, le support 24 et les couches 22 et 14 correspondent aux trois couches d’un substrat SOI (« Silicon On Insulator »).
Pour isoler le transistor des autres transistors fabriqués en parallèle sur le même support 24, des tranchées 26 et 28 d’isolation profonde sont réalisées autour du transistor à fabriquer. Ces tranchées 26 et 28 sont connues sous l’acronyme STI (« Shallow Trench Isolation »). Elles sont réalisées dans un matériau électriquement isolant tel que de l’oxyde de silicium ou du nitrure et de l'oxyde de silicium. La profondeur des tranchées 26 et 28 est typiquement de l'ordre de 250 nm. Ainsi, la profondeur de ces tranchées est généralement comprise entre 200 nm et 300 nm. Par "profondeur des tranchées 26 et 28" on désigne ici la plus grande dimension des tranchées 26 et 28 dans une direction perpendiculaire au plan dans lequel s'étant principalement le support 24. Les différentes étapes pour obtenir, à partir d’un substrat SOI, l’état représenté sur la , sont connues. Ainsi, l’étape 10 n’est pas décrite ici plus en détail.
Lors d’une étape 30, une couche 32 ( ) de matériau électriquement isolant est déposée sur la face supérieure de la couche 14 pour encapsuler complètement la grille 12 à l’intérieur de cette couche 32. Ici, la couche 32 est réalisée en oxyde de silicium.
Ensuite, la face supérieure de la couche 32 est polie pour obtenir l’état représenté sur la . Par exemple, le procédé de polissage mis en œuvre est un procédé de polissage mécano-chimique connu sous l’acronyme CMP (« Chemical-Mechanical Polishing »).
Lors d’une étape 40, des trous 42 et 44 ( ) sont creusés de part et d’autre de la grille 12 aux emplacements où doivent être réalisées les électrodes du transistor. Dans le cas d'un transistor JoFET, ces électrodes sont, respectivement, le drain et la source. Les trous 42 et 44 débouchent chacun directement sur la face supérieure de la couche 14. Ainsi, une partie de la face supérieure de la couche 14 est mise à nu par l’intermédiaire de ces trous 42, 44.
Lors d’une étape 50, un traitement de la face supérieure de la couche 14 mise à nu est réalisé pour la préparer à recevoir un dépôt de siliciure de vanadium. Ici, la préparation de la face supérieure de la couche 14 mise à nu consiste à incorporer des atomes d’argon 52 ( ) en surface de cette couche 14, ainsi qu’à nettoyer la face supérieure de cette couche pour, notamment, la désoxyder.
les figures 2A, 2B, 2C, 2D, 2E, 2F, 2G, 2H, 2I, 2J, 2K, 2L, 2M, 2N, 2O, 2P, 2Q, 2R, 2S, 2T, 2U et 2V sont des vues schématiques et partielles illustrant d’autres étapes successives d’un exemple d’un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation ;
les figures 3A, 3B, 3C, 3D, 3E, 3F et 3G sont des vues en coupe, schématiques et partielles, illustrant encore d’autres étapes successives d’un exemple d’un procédé de fabrication d’un dispositif optoélectronique selon un mode de réalisation.
Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, la réalisation des diodes photosensibles, ou photodétecteurs, des diodes électroluminescentes (LED) et des circuits intégrés de contrôle des dispositifs décrits n’a pas été détaillée, la réalisation détaillée de ces éléments étant à la portée de la personne du métier à partir des indications de la présente description. De plus, les diverses applications pouvant mettre en œuvre les dispositifs décrits n’ont pas détaillées, les modes de réalisation décrits étant compatibles avec toutes ou la plupart des applications susceptibles de tirer profit d’un dispositif combinant une fonction d’émission lumineuse et une fonction de capture optique (photodétection).
Selon une réalisation, au moins une rainure du deuxième groupe et/ou au moins une rainure du troisième groupe : présente une profondeur, dans une direction transversale au second axe, inférieure à la profondeur d’au moins une rainure du premier groupe ; ou comprend au moins un support de segment conducteur agencé pour réduire la profondeur de ladite rainure de sorte à ce que ladite profondeur soit inférieure à la profondeur d’au moins une rainure du premier groupe. Cela permet de simplifier le maintien des épingles conductrices dans le dispositif intermédiaire.
Selon une réalisation, l’ensemble d’assemblage comporte, en outre, un support de maintien radial agencé pour maintenir les épingles conductrices après leur étape de chargement respective dans les espaces latéraux. Par exemple, le support de maintien radial est agencé pour bloquer un mouvement radial, vers l’extérieur par rapport à l’axe du corps de broche, des segments conducteurs.
Selon une réalisation, l’ensemble comporte, en outre, un dispositif d’immobilisation d’au moins une épingle conductrice d’alimentation ou de connexion dans le corps de broche, ladite épingle conductrice d’alimentation ou de connexion présentant une hauteur, dans une direction axiale, différente d’une hauteur, dans une direction axiale, d’une épingle conductrice standard. Ce dispositif d’immobilisation permet d’effectuer le procédé d’assemblage décrit précédemment en une seule fois même lorsque le bobinage électrique à insérer présente différents types d’épingles conductrices. Cela permet de simplifier ledit procédé et de le standardiser quel que soit le type d’épingles conductrices utilisé.
La représente schématiquement une vue en perspective d’un exemple d’étape de chargement du dispositif de transfert via le dispositif intermédiaire.
La représente schématiquement une vue en perspective d’un autre exemple d’étape de chargement du dispositif de transfert via le dispositif intermédiaire.
La représente schématiquement une vue détaillée de l’étape de chargement de la figure.
La représente une vue en perspective plus précise de l’étape de chargement de la via l’ensemble d’assemblage.
La représente schématiquement une vue agrandie de la dans laquelle le dispositif intermédiaire est retiré.
La représente schématiquement et partiellement une vue en coupe axiale d’un premier exemple d’étape d’agencement.
La représente schématiquement et partiellement une vue en coupe axiale d’une variante d’agencement des épingles conductrices dans les rainures.
Dans un mode de réalisation, chaque doigt DTi possède un indice, les indices étant attribués de manière croissante et continue entre le premier doigt extrême et le deuxième doigt extrême, la longueur des doigts DTi ayant un indice pair étant différentes de la longueur des doigts DTi ayant un indice impair.
Dans un mode de réalisation, la longueur des doigts DTi est choisie de sorte qu’une partie au moins de chaque doigt DTi n’est pas séparée du doigt DTi suivant ou précédent par une grille de mesure EM. Autrement dit, la partie de chaque grille de mesure EM de la pluralité de grilles de mesure EM en dehors de la partie commune reliant la pluralité de doigts DTi a une longueur inférieure à la longueur des doigts DTi de la pluralité de doigts DTi. Cette configuration permet notamment de faciliter la reprise de contact lors de la réalisation de la première électrode de contact CO1, de la deuxième électrode de contact CO2 et de la pluralité de quatrièmes électrodes de contact COi.
Comme détaillé dans la suite, le dispositif DI selon un premier aspect de l’invention qui vient d’être décrit peut être utilisé pour réaliser un dispositif quantique comprenant une matrice de boites quantiques QD.
Un deuxième aspect de l’invention concerne un dispositif DI quantique comprenant une matrice d’ilots, ladite matrice étant définie à l’aide d’une pluralité de grilles. De plus, les îlots de la matrice sont susceptibles d’être opérés en tant que boites quantiques QD lorsqu’un potentiel électrique est appliqué à chaque grille QG1,QG2 de la pluralité de grilles QG1,QG2, par exemple à l’aide d’une ou plusieurs sources de tension. Dans la suite de cette description fonctionnelle, ces îlots QD seront désignés pas le terme boite quantique QD afin de souligner la fonction qu’ils sont amenés à remplir.
Dans un mode de réalisation, cette matrice est obtenue à l’aide d’un dispositif DI selon un premier aspect de l’invention, chaque boite quantique QD étant formée au niveau de chaque îlot QD à l’aide des grilles QG1,QG2 délimitant l’îlot en question.
Le dispositif DI quantique selon un deuxième aspect de l’invention est en outre configuré pour permette, au niveau de chaque boite quantique QD, le chargement d’une ou plusieurs particules chargées PC de sorte à adopter un état de charge supérieur ou égal à zéro. Autrement dit, le dispositif DI est configuré de sorte à permettre à une boite quantique QD de contenir zéro, une ou plusieurs particules chargées PC. Par exemple, les particules chargées PC peuvent être des électrons ou bien encore des trous.
Dans un mode de réalisation, le dispositif DI selon un deuxième aspect de l’invention est réalisé à l’aide d’un dispositif DI selon un premier aspect de l’invention et le chargement des boites quantiques QD est effectué par le biais du ou des réservoirs RE de particules chargées PC en jouant sur les potentiels électrostatiques définissant les différentes boites quantiques QD (et donc sur les tensions appliquées à la pluralité de grilles QG1,QG2).
De plus, dans le dispositif DI selon un deuxième aspect de l’invention, la matrice de boites quantiques QD comprend une pluralité de lignes LQD de boites quantiques QD, chaque ligne LQD de boites quantiques QD comprenant une pluralité de boites quantiques QD. De manière similaire, il est possible de définir une pluralité de colonnes CQD de boites quantiques QD, de préférence perpendiculaire aux lignes LQD de boites quantiques QD.
Le dispositif quantique selon un deuxième aspect de l’invention comprend en outre un ou plusieurs moyens de mesure configurés pour mesurer l’état de charge de chaque boite quantique QDE située à une extrémité de la pluralité de lignes LQD de boites quantiques QD, dite boite quantique extrême QDE. Les boites quantiques extrêmes QDE de la pluralité de lignes LQD de boites quantiques QD forment ainsi une colonne CQDE de boites quantiques extrêmes QDE dont l’état de charge peut être mesuré à l’aide du ou des moyens de mesure du dispositif selon un deuxième aspect de l’invention.
Dans un mode de réalisation, le dispositif DI selon un deuxième aspect de l’invention est réalisé à l’aide d’un dispositif DI selon un premier aspect de l’invention et le ou les moyens de mesure sont formés à l’aide de la ou des grilles de mesure EM. On notera qu’un moyen de mesure peut comprendre une seule grille de mesure EM ou bien encore une pluralité de grilles de mesure EM. De préférence, un moyen de mesure est disposé en regard de chaque ligne LQD de boites quantiques QD.
Dans un mode de réalisation, chaque moyen de mesure de l’état de charge comprend une troisième grille EM de détection configurée de sorte à former un électromètre en regard de la boite quantique extrême QDE. Dans les exemples illustrés aux à , la troisième grille EM est parallèle aux grilles QG1 de confinement de la pluralité de premières grilles QG1 de confinement et disposée en regard de la boite quantique extrême QDE. Bien entendu, d’autres configurations peuvent être envisagées afin d’obtenir un électromètre au niveau de chaque boite quantique extrême QDE.
Dans un mode de réalisation illustré aux et , les grilles EM de détection forment une pluralité de grilles EM de détection et le dispositif DI comprend une première électrode de contact CO1 et une deuxième électrode de contact CO2 situées de part et d’autre de la pluralité de troisièmes grilles EM, de sorte qu’un courant I circulant de la première électrode de contact CO1 à la deuxième électrode de contact CO2 circule entre les boites quantiques extrêmes QDE de chaque ligne LQD de boites quantiques QD et les grilles de mesure EM qui leur sont associées. Dans cette configuration, la mesure de l’état de charge des boites quantiques extrêmes QDE ne peut se faire que ligne LQD par ligne LQD, à partir de la variation du courant I mesuré entre les deux électrodes CO1,CO2 de mesure. En effet, si une lecture simultanée de plusieurs ligne est effectuée, il n’est alors pas possible de déterminer à quelle boite quantique extrême QDE le changement dans le courant I mesuré entre les deux électrodes CO1,CO2 de mesure doit être attribué.
Dans un mode de réalisation alternatif illustré aux à , le dispositif DI comprend une pluralité de quatrièmes de contact COi, chaque grille de mesure EM étant associée à deux électrodes COi situées de part et d’autre de la grille de mesure EM considérée de sorte qu’un courant I circulant entre chacune de ces deux électrodes COi de mesure circule entre la grille de mesure EM et la boite quantique extrême QDE qui lui est associée. Contrairement à la configuration précédente, cette configuration permet la lecture simultanée de l’état de charge de la boite quantique extrême QDE de plusieurs lignes LQD de boites quantiques QD. Cette utilisation simultanée peut par exemple être mise en œuvre en appliquant une modulation à chaque grille (connu sous le nom de lock-in en anglais) ou bien encore en effectuant de la mesure par réflectométrie par la grille (aussi connue sous le nom de gate-réflectométrie), mesure dans laquelle un circuit résonant est connecté à chacune des grilles. Bien entendu, d’autres techniques peuvent être utilisées comme une mesure de réflectométrie par la source, etc.
Un premier mode de fonctionnement possible pour la lecture de l’état de charge est illustré à la . Dans cette configuration, une grille de mesure EM sur deux est configurée (par l’application d’une tension) pour empêcher de courant de circuler entre ladite grille EM est la colonne extrême QG2E. Un potentiel est ensuite appliqué à la pluralité électrode de contacts COi de sorte qu’un courant passe entre les grilles de mesure EM non bloquantes et la colonne extrême QG2E. Comme illustré sur cette figure, dans un mode de réalisation, les tensions appliquées sur les électrodes de contacts COi correspondent à une alternance de deux tensions, chaque électrode de contact COi se voyant appliquée une tension différente de l’électrode de contact COi précédente ou suivante. En inversant le rôle des grilles de mesure EM, il possible de mesurer l’état de charge de la totalité de boites quantiques extrêmes QDE.
Un deuxième mode de fonctionnement possible pour la lecture de l’état de charge est illustré à la . La configuration des tensions appliquées dans ce mode de réalisation est identique au mode de réalisation précédent. Dans un mode de réalisation, une modulation de tension est appliquée sur chaque grille de mesure EM afin de décorréler la composante du signal venant des autres détecteurs (ici formés par chaque grille de mesure EM – cette technique de mesure est parfois appelée mesure lock-in ou bien encore détection synchrone). Ce deuxième mode présente l’avantage de permettre une lecture simultanée de l’ensemble des boites quantiques extrêmes QDE. En revanche, il est nécessaire de prendre en compte l’influence que peuvent avoir les détecteurs les uns sur les autres.
Dans le dispositif quantique DI selon un deuxième aspect de l’invention, la pluralité de grilles QG1,QG2 est également configurée de sorte à permettre un transfert de particules chargées PC d’une boite quantique QD donnée de la ligne de boites quantiques QD à une boite quantique QD adjacente à la boite quantique QD donnée, la boite quantique QD adjacente appartenant également à la ligne LQD de boites quantiques QD considérée. Autrement dit, le transfert de particules chargées PC se fait entre les boites quantiques QD d’une même ligne LQD de boites quantiques QD. Plus particulièrement, comme illustré à la , cette pluralité de grilles QG1,QG2 de confinement permet de créer une pluralité de barrières de potentiel PE de sorte à définir les boites quantiques QD de la matrice de boites quantiques QD, ces dernières QD permettant de confiner une ou plusieurs particules chargées PC dans un puit de potentiel. Au sein de ce puit de potentiel (et donc d’une boite quantique QD), la ou les particules chargées PC peuvent adopter plusieurs états d’énergie NE chacun associé à un état de spin. Par ailleurs, la pluralité de grilles QG1,QG2 de confinement permet de moduler la barrières de potentiel PE séparant deux boites quantiques QD adjacentes de sorte à isoler ces dernières l’une de l’autre ou bien encore à permettre un transfert de particules chargées PC de l’une à l’autre.
Selon l’invention, le déplacement des organes mobiles permet de décaler les points de référence A1, A2, A3, A4, A5, A6 de la pièce 12 à fabriquer.
Des exemples d’organes mobiles 26, 28 sont représentés sur la . En figure 2A et 2B sont représentés un même organe mobile 26, illustrés selon deux orientations spatiales différentes. L’organe mobile 26 comprend donc une extrémité libre 26A débouchant à l’intérieur du moule. L’organe mobile 26 peut être actionné en translation suivant l’une des première X, deuxième Y et troisième Z directions par une partie manipulable 30 depuis l’extérieur du moule. Dans l’exemple d’un organe mobile de la figure 2C, l’organe mobile 28 est également actionné par un partie 30 de manipulation depuis l’extérieur du moule. L’organe mobile 28 comprend également une extrémité libre 28A agencée à l’intérieur du moule.