INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
En référence à la , on réalise ensuite une échancrure intermédiaire périphérique 26, destinée à la réalisation ensuite de la portion intermédiaire périphérique 27 à base de SiGe et de Ge monocristallins. Pour cela, on dépose tout d’abord une couche diélectrique de manière à recouvrir la surface supérieure des portions latérales périphériques 25 (on augmente ainsi l’épaisseur de la couche isolante supérieure 23 qui recouvre ainsi les portions latérales périphériques 25). Puis on réalise, par photolithographie et gravure, l’échancrure intermédiaire périphérique 26 au sein de la couche isolante supérieure 23 et de la portion de détection 10, en regard d’une zone périphérique située à distance dans le plan XY d’une part des portions latérales périphériques 25 et d’autre part d’une zone centrale destinée à former l’échancrure centrale 28. Elle peut présenter une largeur comprise entre 0.3µm et 5µm par exemple, et être par exemple égale à 1µm. L’échancrure intermédiaire périphérique 26 présente une profondeur non nulle au sein de la portion de détection 10, par exemple d’une à quelques centaines de nanomètres. De préférence, sa profondeur par rapport au plan de la première face 22a est au moins égale à celle de la portion centrale 29 de germanium dopé n+, de manière à limiter efficacement la diffusion latérale des dopants de la portion centrale 29.
En référence à la , on réalise ensuite la portion intermédiaire périphérique 27 à base d’une alternance de couches minces monocristallines de SiGe et de Ge. Ces couches minces sont réalisées par épitaxie localisée à partir de la surface libre de la portion de détection 10, i.e. à partir de la surface rendue libre du germanium de la portion de détection 10 dans l’échancrure intermédiaire périphérique 26. Ainsi, on réalise par épitaxie plusieurs périodes de paires formées d’une couche mince monocristalline de SiGe et d’une couche mince monocristalline de Ge. Le nombre de périodes dépend de la profondeur de l’échancrure intermédiaire périphérique 26, qui elle-même dépend de la profondeur ici de la portion centrale 29 de Ge dopé n+. Il peut être compris entre 2 et 100nm, voire davantage. Comme indiqué précédemment, les couches minces sont dites monocristallines dans la mesure où elles ne présentent pas de défauts structuraux tels que des dislocations. Pour cela, elles présentent une épaisseur inférieure à l’épaisseur critique à partir de laquelle les contraintes mécaniques relaxent de manière plastique (ce qui génère des défauts structuraux), de sorte que la portion intermédiaire périphérique 27 présente une très bonne qualité cristalline, réduisant ainsi la composante de surface du courant d’obscurité. Leur épaisseur est donc inférieure ou égale à 4nm environ, et peut être de l’ordre de 3nm environ. Le matériau de ces couches minces monocristallines n’est pas dopé intentionnellement de type n. En revanche, il peut être intrinsèque (non dopé intentionnellement), voire peut être dopé de type p (par exemple comme le matériau de la région intermédiaire 13). Ainsi, la portion intermédiaire périphérique 27 pourra limiter la diffusion latérale des dopants de type n de la première région 11 dopée n+, réduisant ainsi la composante de surface du courant d’obscurité. De préférence, chaque couche mince de SiGe comporte de préférence une proportion atomique d’au moins 70% de silicium, de manière à limiter efficacement la diffusion latérale des dopants provenant de la première région 11 dopée n+. Par ailleurs, la portion intermédiaire périphérique 27 pourra être entourée d’une zone d’inter-diffusion formée de SiGe (trait en pointillés à partir de la ) située dans la portion de détection 10, qui assure une ouverture de gap réduisant encore le courant d’obscurité. Cette zone d’inter-diffusion pourra être formée lors de la réalisation de la portion centrale 29 dopée n+ et de la première région 11 dopée n+.
En référence à la , on réalise ensuite une échancrure centrale 28, destinée à la réalisation ensuite de la portion centrale 29 en germanium épitaxié et dopé n+ à la croissance. Pour cela, on dépose tout d’abord une couche diélectrique de manière à recouvrir la surface supérieure de la portion intermédiaire périphérique 27 (on augmente ainsi l’épaisseur de la couche isolante supérieure 23). Puis on réalise, par photolithographie et gravure, l’échancrure centrale 28 au sein de la couche isolante supérieure 23 et de la portion de détection 10, en regard d’une zone centrale située au centre de la portion de détection 10, entourée dans le plan XY par la portion intermédiaire périphérique 27. Elle peut présenter une largeur comprise entre 0.3µm et 5µm par exemple, par exemple égale à 2µm. L’échancrure centrale 28 présente une profondeur non nulle au sein de la portion de détection 10, de préférence au plus égale à celle de la portion intermédiaire périphérique 27 (par rapport au plan de la première face 22a), de manière à limiter efficacement la diffusion latérale des dopants provenant de la portion centrale 29 dopée n+.
En référence à la , on réalise ensuite la portion centrale 29 en germanium dopé n+ par épitaxie localisée à partir de la surface libre de la portion de détection 10 située dans l’échancrure centrale 28. La portion centrale 29 peut être épitaxiée par dépôt chimique en phase vapeur à pression réduite (RPCVD, pour Reduced Pressure Chemical Vapor Deposition en anglais), par exemple à une température comprise entre 400°C et 800°C. La portion centrale 29 est réalisée en un matériau identique à celui de la portion de détection 10, donc ici en germanium. De plus, il est dopé de type n à la croissance (et donc non pas par implantation ionique), par exemple au phosphore ou à l’arsenic, de manière à présenter un dopage de l’ordre de 1018 à 1020 cm-3. La portion centrale 29 remplit donc une épaisseur telle qu’elle remplit l’espace délimité par l’échancrure centrale 28, et peut faire saillie hors de la couche supérieure isolante 23. Une étape de polissage mécanochimique (CMP) est ensuite effectuée, avec arrêt sur la face supérieure de la couche isolante supérieure 23, pour éliminer le germanium en excès et planariser la face supérieure formée par la couche isolante supérieure 23 et le germanium de la portion centrale 29. La profondeur de la portion centrale 29 dans la portion de détection 10 peut être comprise entre 50nm et 1µm environ, et peut être de l’ordre de 200nm. Notons que, préalablement à l’étape d’épitaxie du germanium dopé n+, la surface libre du germanium de l’échancrure centrale 28 peut être nettoyée à l’acide fluorhydrique suivi d’un recuit sous H2 pour s’affranchir de la contamination résiduelle à l’oxygène, au carbone, et au fluor. Par ailleurs, un recuit d’activation des dopants peut être effectué ou non, en fonction de la température d’épitaxie de la portion centrale 29. Ainsi, à titre d’exemple, dans le cas d’une épitaxie à basse température (par ex. 400°C), une étape d’activation est prévue avec par exemple un recuit thermique rapide (RTA pour Rapid Thermal Annealing, en anglais) entre 500°C et 600°C pendant 10 à 30 sec. Dans le cas d’une épitaxie au-dessus de 600°C, il n’est pas nécessaire de rajouter cette étape de recuit car les dopants de type n sont déjà activés.
On obtient ainsi une portion centrale 29 en germanium dopé n+ présentant une bonne qualité cristalline, ce qui contribue à réduire le courant d’obscurité. Notons également que les dopants de type n de la portion centrale 29, à savoir ici le phosphore ou l’arsenic, diffusent dans le germanium de la portion de détection 10 lors de cette étape d’épitaxie. Aussi, on obtient une première région 11 dopée n+ formée d’une part de la portion centrale 29 en germanium épitaxié et dopé n+ in situ, et d’autre part de la zone 11.1 adjacente dopée n+. Notons enfin que la diffusion latérale dans le plan XY de ces dopants est fortement limitée par la présence de la portion intermédiaire périphérique 27 en SiGe et en Ge monocristallins, ce qui se traduit par une réduction de la composante de surface du courant d’obscurité.
En particulier, un tournevis 130 muni d’une tige 131 est ici utilisé.
La tige 131 du tournevis 130 est pourvue d’une extrémité 132 qui est ici introduite dans le logement 171 de la butée de positionnement 170, avec la tige 131 qui est mise en appui contre la face de déverrouillage 152 de l’organe de manipulation 150. Le tournevis 130 est alors dans une première position de déverrouillage.
Une force suffisante doit être exercée pour déplacer suffisamment l’organe de manipulation 150 et ainsi entrainer en mouvement l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 et donc la deuxième portion 125 de l’organe de sécurité 124 jusqu’à ce que cette dernière ne sollicite plus l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 vers la fenêtre 120 et donc vers la garniture (non visible), et que le doigt 128 soit extrait de la deuxième protubérance 122.
Sur la est représentée la force F1 nécessaire à exercer avec le tournevis 130 pour déplacer l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 à l’encontre des forces F2 et F3 exercées par l’organe de sécurité 124.
Le tournevis 130 n’agit pas directement sur l’organe de sécurité 124, évitant ainsi toute détérioration de ce dernier.
D’ailleurs, dans l’exemple illustré, il n’est pas possible d’agir directement sur l’organe de sécurité 124 du fait de la présence de la paroi 160 formant obstacle qui empêche l’insertion de la tige 131 de tournevis 130.
En outre, la butée de positionnement 170 peut servir d’anti-ripage lors de l’actionnement du tournevis 130, sécurisant d’autant l’action de verrouiller ou déverrouiller le porte-garniture 106.
Sur la , le tournevis 130 est montré après actionnement, dans une deuxième position de déverrouillage. Cela montre qu’un encombrement E particulièrement réduit est nécessaire pour passer le porte-garniture 106 de sa configuration verrouillée à sa configuration déverrouillée.
Dans la configuration déverrouillée du porte-garniture 106, telle que visible sur les figures 9 et 10, les points d’attache de l’organe de sécurité 124 sont tels que cet organe se trouve dans une deuxième position stable dans laquelle il sollicite l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 à distance de la fenêtre 120 et donc de la garniture (non visible).
Autrement dit, le doigt 128 est extrait de la deuxième protubérance 122, l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 ne sollicite plus la garniture (non visible), qui peut ainsi être désinstallée du porte-garniture 106 pour son remplacement.
La illustre le verrouillage du porte-garniture 106 après le remplacement de la garniture (non visible).
Le tournevis 130 passe donc d’une première position de verrouillage non représentée mais qui est identique à celle de la , sauf en ce que la tige 131 du tournevis 130 est en appui contre la face de verrouillage 151 de l’organe de manipulation 150 plutôt que contre sa face de déverrouillage 152, à une deuxième position de verrouillage visible sur la .
Autrement dit, il s’agit ici de solliciter l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 et sa deuxième portion 125 dans le sens inverse à celui des figures précédentes, en vue de rapprocher l’organe de verrouillage et de déverrouillage 123 de la fenêtre 120 et donc de la garniture (non visible).
Le porte-garniture 106 illustré sur la diffère de celui illustré sur les figures 5 à 11 en ce qu’il est pourvu d’un organe de verrouillage et de déverrouillage 223 qui présente une patte de manipulation 280, ou portion de préhension, ayant un orifice traversant 281 plutôt que l’organe de manipulation décrit plus haut.
Dans cette variante, la tige de tournevis est introduite dans l’orifice traversant 281 plutôt que sur une face de verrouillage/déverrouillage.
Le mouvement est assez similaire pour passer le porte-garniture d’une configuration à l’autre.
Dès que la couche superficielle en phase delta est obtenue, c’est-à-dire ici dès la fin de la durée d ini , le fil subit successivement une première étape 90 de refroidissement lent, immédiatement suivie d’une deuxième étape 92 de refroidissement rapide.
Lors de l’étape 90, le refroidissement du fil est suffisamment lent pour maintenir la température de la couche superficielle en dessous de 559 °C et au-dessus d'une température T 90min pendant une durée d 1 comprise entre d 1min et d 1max . La température T 90min est supérieure ou égale à 350 °C et, de préférence, supérieure ou égale à 400 °C ou 500 °C.
La durée d 1min est la durée minimale pendant laquelle la température de l'alliage cuivre-zinc en phase delta doit être maintenue en dessous de 559°C pour que : - une partie de l'alliage cuivre-zinc en phase delta se transforme en alliage cuivre-zinc en phase gamma et forme une texture lamellaire en alliage cuivre-zinc en phase gamma qui contient la majorité de l'alliage cuivre-zinc en phase gamma, et - en parallèle, l'autre partie de l'alliage cuivre-zinc en phase delta se transforme en alliage cuivre-zinc en phase epsilon qui remplit les interstices entre les lamelles de la texture lamellaire en alliage cuivre-zinc en phase gamma.
La durée d 1max est la plus petite durée au delà de laquelle la texture lamellaire en alliage cuivre-zinc disparaît pour laisser la place à une sous-couche dont 90% de la masse est formée par un alliage cuivre-zinc en phase gamma.
Il a été observé que la durée d 1 est généralement comprise entre 0,1 s et 1,5 s. Pour maintenir la température de la couche superficielle entre 559 °C et 350 °C, il faut donc que la vitesse de refroidissement lors de l’étape 90 soit inférieure à 2100 °C/s. De préférence, lors de l’étape 90, la vitesse de refroidissement est inférieure à 1000 °C/s ou inférieure à 400 °C/s. Ici, lors de l’étape 90, le fil est refroidi en le sortant rapidement du four et en le plaçant dans l’air à la température ambiante pendant toute la durée d 1 . La vitesse de refroidissement dans l’air à la température ambiante est généralement comprise entre 50 °C/s et 200 °C/s et souvent proche ou égale à 100 °C/s.
Ici, la durée d 1 a été choisie égale à 0,6 s. Pour cela, le fil est sorti du four puis maintenu dans l’air à température ambiante pendant une seconde. En effet, dans ces conditions, il faut environ 0,4 s pour que la température du fil passe de 600 °C à 559 °C. Ainsi, le fil est maintenu à une température comprise entre 559 °C et 350 °C pendant 0,6 s. Dans ce cas, à l’issue de la durée d 1 , la température de la couche superficielle est d’environ 500 °C et donc bien supérieure à 350 °C.
A l’issue de l’étape 90, la texture lamellaire 40 est formée à l’intérieur de la couche 18. Toutefois, comme précédemment expliqué, à ce stade, cette texture lamellaire n’est pas stable.
L’étape 92 a pour but de figer la texture lamellaire 40 obtenue à l’issue de l’étape 90 et donc de l’amener dans un état métastable à la température ambiante. Pour cela, immédiatement après l’étape 90, lors de l’étape 92, le fil est soumis à un refroidissement rapide pendant une durée d 2 qui fait brusquement descendre la température de la texture lamellaire 40 en dessous de 30 °C.
Ce deuxième refroidissement est qualifié de rapide car la durée d 2 est deux fois et, typiquement dix fois ou cinquante fois plus courte que la durée d 1 . La durée d 2 est inférieure à 0,05 s et, le plus souvent, inférieure à 0,03 s.
Pour obtenir une durée d 2 aussi courte, la vitesse de refroidissement pendant l’étape 92 est beaucoup plus élevée que pendant l’étape 90. Typiquement, cette vitesse de refroidissement est supérieure 10000 °C/s pendant l’étape 92. Par exemple, ici, à la fin de la durée d 1 , le fil est trempé dans de l’eau à température ambiante. Dans ce cas, la vitesse de refroidissement pendant l’étape 92 est de l’ordre de 20000 °C/s et la durée d 2 est d’environ 0,02 s.
A l’issue de l’étape 92, la texture lamellaire 40 est dans un état métastable et ne varie donc plus de façon perceptible tant que le fil est conservé à température ambiante.
Ensuite, lors d’une étape 94, le fil obtenu à l’issue de l’étape 92 est tréfilé pour obtenir le fil électrode 2. Cette étape 94 de tréfilage permet d’amener le diamètre du fil électrode au diamètre souhaité, c’est-à-dire ici à un diamètre de 250 µm. L’étape 94 fracture les couches 16 et 18. Ainsi, c’est lors de cette étape 94 que la plupart des fractures situées dans les couches 16 et 18 sont créées.
CHAPITRE III : Variantes
De nombreux autres procédés de fabrication du fil 2 sont possibles. Par exemple, le procédé de fabrication décrit dans le chapitre II peut être mis en œuvre avec un fil d'ébauche qui n'est pas nécessairement réalisé entièrement en cuivre. Par exemple, en variante, le fil d'ébauche comporte seulement une couche superficielle dont la concentration en cuivre est supérieure à 50% ou 60% atomiques et inférieure à 95% ou 90 % atomiques. De même il peut aussi être mis en œuvre avec un revêtement dont la concentration en zinc est inférieure à 100 % atomiques. Toutefois, de préférence, la concentration en zinc du revêtement est élevée, c'est-à-dire supérieure à 95 % atomiques ou à 98 % atomiques.
Il existe différents procédés pour obtenir la couche d'alliage cuivre-zinc en phase delta qui est ensuite refroidie une première fois lors de l'étape 90 puis une seconde fois lors de l'étape 92. Par exemple, selon une première variante, pour obtenir cette couche d'alliage cuivre-zinc en phase delta, il est procédé comme suit : - déposer à la surface du fil d’ébauche une couche de nickel d’environ 5 µm d’épaisseur, - tremper ce fil d’ébauche revêtu de nickel dans un bain de cuivre et de zinc en fusion ayant une concentration en zinc comprise entre 72 % et 77 % atomiques et le complément en cuivre, et laissez diffuser à une température comprise entre 559 °C et 700 °C, de préférence entre 559 °C et 600 °C, encore de préférence de 600 °C, de façon à créer la couche superficielle en alliage cuivre-zinc en phase delta qui est stable tant que sa température est maintenue entre 559 °C et 700 °C.
la représente la structure porteuse après son recul,
la représente un détail de réalisation de la structure porteuse,
la illustre le positionnement de la structure porteuse de l’installation de la en vue de son dégagement, et
la représente la structure porteuse après son recul pour la dégager.
Ces différentes configurations peuvent être obtenues en modifiant de nombreux systèmes de propulsion existant, notamment dans les exemples de mise en œuvre de l’invention dans lesquels un alignement entre les axes des arbres des machines électriques n’est pas requis.
Comme on le verra par la suite, le deuxième moyen de couplage sélectif peut présenter deux configurations différentes lorsqu’il est fermé :
- une configuration dans laquelle il dirige le couple vers le deuxième réducteur, ou reçoit le couple depuis ce deuxième réducteur, et
- une configuration dans laquelle il dirige le couple vers le troisième réducteur, ou reçoit le couple depuis ce troisième réducteur.
Grâce à cette disposition en parallèle du deuxième et du troisième réducteur, vis-à-vis du couple fourni par la deuxième machine électrique ou au couple fourni par le moteur thermique, on augmente encore le nombre de configurations possibles pour le système de propulsion. On peut ainsi disposer d’un système de propulsion avec une plage d’utilisation plus grande, un meilleur rendement énergétique, et des performances dynamiques améliorées.
Le premier et le deuxième axe peuvent être alignés. En variante, le premier axe et le deuxième axe ne sont pas alignés.
- l’axe du premier arbre et l’axe du deuxième arbre ne sont pas alignés signifie que le premier arbre et le deuxième arbre ne sont pas confondus ou ne sont pas disposés dans le prolongement l’un de l’autre, deux axes non alignés pouvant être parallèles,
- « entrée » et « sortie » se réfèrent au trajet du couple depuis le moteur thermique ou une machine électrique, vers les roues du véhicule, et
- « le troisième réducteur et le deuxième réducteur sont disposés en parallèle » signifie dans le cas présent que ces deux réducteurs forment deux chemins alternatifs respectifs, exclusifs l’un de l’autre ou pouvant être combinés le cas échéant, au couple fourni par la deuxième machine électrique, ou au couple fourni par le moteur thermique.
La portion intermédiaire périphérique peut s’étendre dans une échancrure dite intermédiaire périphérique de la portion de détection située au niveau de la première face.
La photodiode planaire peut comporter une portion centrale réalisée en un second matériau semiconducteur cristallin dopé de type n, identique au premier matériau semiconducteur cristallin, située au contact de la portion de détection au niveau de la première face, et participant à former la première région dopée.
La photodiode planaire peut comporter une couche supérieure isolante recouvrant la portion de détection au niveau de la première face ainsi que la portion intermédiaire périphérique, et entourant latéralement une partie de la portion centrale qui fait saillie hors de la portion de détection.
La photodiode planaire peut comporter une portion supérieure située sur et au contact de la portion centrale, réalisée en un matériau semiconducteur cristallin dopé de type n.
La photodiode planaire peut comporter une portion supérieure située sur et au contact de la portion de détection, réalisée en un matériau semiconducteur cristallin dopé de type n.
La photodiode planaire peut comporter des contacts métalliques destinés à assurer la polarisation électrique de la photodiode, dont au moins un contact métallique central assurant la polarisation électrique de la première région dopée et au moins un contact métallique latéral venant au contact de la portion latérale périphérique.
La portion de détection peut être réalisée en germanium, et la portion latérale périphérique peut être réalisée à base de silicium.
L’invention porte également sur un procédé de fabrication d’au moins une photodiode planaire selon l’une quelconque des caractéristiques précédentes, comportant les étapes suivantes : réalisation d’un empilement comportant une première sous-couche destinée à former la deuxième région et une deuxième sous-couche destinée à former la région intermédiaire, recouvertes par une couche isolante supérieure réalisation de la portion latérale périphérique au travers de l’empilement pour déboucher sur la première sous-couche réalisation d’une échancrure intermédiaire périphérique dans la portion de détection au travers de la couche isolante supérieure et d’une partie de la deuxième sous-couche, entourant une zone destinée à former la première région dopée réalisation de la portion intermédiaire périphérique, dans l’échancrure intermédiaire périphérique, par épitaxie à partir de la deuxième sous-couche.
Le procédé de fabrication peut comporter l’étape suivante, postérieure à la réalisation de la portion intermédiaire périphérique : réalisation d’une échancrure centrale dans la portion de détection au travers de la couche isolante supérieure, entourée dans le plan principal par la portion intermédiaire périphérique réalisation d’une portion centrale réalisée en un second matériau semiconducteur cristallin identique au premier matériau semiconducteur cristallin, dans l’échancrure centrale, par épitaxie à partir de la deuxième sous-couche, et dopage de type n de la portion centrale à la croissance, la portion centrale participant ainsi à former la première région dopée.
L’échancrure centrale peut présenter une profondeur par rapport à un plan passant par la première face au plus égale à celle de l’échancrure intermédiaire périphérique.