INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Ainsi, le substrat de croissance 10 comporte des mésas de différentes catégories M (i) présentant des niveaux de porosification P (i) différents, autorisant des taux de relaxation R (i) différents. Un tel substrat de croissance 10 permet alors de réaliser une matrice de diodes D (i) adaptées à émettre ou à recevoir, de manière native, un rayonnement lumineux à différentes longueurs d’onde. Ce substrat de croissance 10 est obtenu à partir d’un empilement cristallin original 20 fait de deux couches inférieure 23 et supérieure 24, au contact l’une de l’autre, et non pas séparées deux à deux par une couche isolante. Ces différents niveaux de porosification sont obtenus par la mise en œuvre d’une porosification électrochimique différenciée des portions inférieures 13 et supérieures 14 des mésas M (i) . On obtient ainsi les différentes catégories de mésas M (i) , sans qu’il soit nécessaire de réaliser des étapes d’implantation spatialement localisée de dopants comme dans le procédé de fabrication de l’art antérieur mentionné précédemment. L’absence d’une couche isolante dans les mésas autorise alors de polariser électriquement les diodes par le substrat de croissance 10.
Les figures 3A à 3E illustrent différentes étapes d’un procédé de fabrication d’un substrat de croissance 10 similaire à celui de la , puis d’une matrice de diodes D (i) . Dans cet exemple, les diodes sont électroluminescentes et forment un micro-écran à émission native RGB. Le procédé de fabrication met en œuvre une porosification PECE de portions supérieures 14 des mésas M (i) , suivies d’une porosification ECE de portions inférieures 13.
En référence à la , on fournit tout d’abord un empilement cristallin 20 comportant, sur une couche support 11 qui s’étend dans le plan principal XY : une couche tampon 12, une couche continue inférieure dopée 23, une couche continue supérieure 24, et ici une couche continue de reprise d’épitaxie 25. Ces couches s’étendent dans le plan XY de manière continue sur toute l’étendue de la couche support 11. Les différentes couches sont obtenues par des étapes successives d’épitaxie à partir de la couche support 11.
En référence à la , on réalise ici une gravure localisée de l’empilement cristallin 20 de manière à former les mésas M (i) . On grave ainsi, de préférence par gravure sèche, la couche continue de reprise d’épitaxie 25 pour former des portions de reprise d’épitaxie 15, la couche continue supérieure 24 pour former des portions supérieures 14, la couche continue inférieure 23 pour former des portions inférieures 13, et déboucher ici dans la couche tampon 12. Les portions inférieures 13 sont donc distinctes les unes des autres dans le plan XY (pas de continuité de matière). La gravure peut notamment être réalisée par un procédé de type plasma ICP-RIE en gaz chloré. Les mésas M (i) sont donc séparées deux à deux dans le plan XY par une tranchée. On dépose ensuite une électrode 3 sur et au contact de la couche tampon 12, qui permet d’appliquer un potentiel électrique aux mésas M (i) .
Notons que, en variante (non représentée), la tranchée peut séparer les mésas M (i) d’une catégorie à l’autre. En revanche, les mésas d’une même catégorie peuvent être séparées deux à deux par une tranchée moins profonde. Elles peuvent ainsi être raccordées physiquement par une partie non gravée de la couche inférieure 23.
En référence à la , on effectue une première étape de porosification électrochimique des mésas M (i) . Il s’agit ici de porosifier certaines portions supérieures 14 de manière photo-assistée. Les couches inférieure 23 et supérieure 24 ont été configurées en termes de proportion d’indium (respectivement x1 et x2) de sorte que, lors de la porosification PECE où un rayonnement lumineux d’illumination de longueur d’onde centrale λ c prédéfinie est émis en direction des mésas M (i) , les portions supérieures 14 peuvent être porosifiées, alors que les portions inférieures 13 ne sont pas porosifiées. De plus, dans cet exemple où les portions de reprise d’épitaxie 15 sont réalisées avant la porosification, le matériau de ces portions 15 a été réalisé en termes de proportion d’indium x3 de manière à ne pas être porosifié lors de la porosification PECE.
- le procédé comporte une étape d’isolation électrique de l’au moins un système photovoltaïque si la puissance électrique mesurée est supérieure à la puissance de référence, le module de commande comportant un organe de couplage électrique configuré pour, sélectivement, raccorder ledit au moins un système photovoltaïque au réseau électrique domestique, l’organe de couplage électrique étant configuré dans un état fermé et, désaccoupler ledit au moins un système photovoltaïque du réseau électrique domestique, l’organe de couplage électrique étant configuré dans un état ouvert. Cette configuration avantageuse permet de proposer une fonction sécuritaire embarquée directement dans le module de commande. Dans le contexte de la présente invention, l’organe de couplage électrique est un dispositif électrique pouvant être sélectivement configuré pour établir une connexion électrique ou pour isoler électriquement le système photovoltaïque du réseau électrique domestique. A titre d’exemple non limitatif, l’organe de couplage électrique peut être du type d’un interrupteur, d’un relai électrique ou encore d’un ou plusieurs transistors électriques.
Selon une deuxième exploitation du procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention, l’invention vise à proposer une analyse automatique de la performance de l’au moins un système photovoltaïque raccordé au réseau électrique domestique. A cet effet, le procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention comporte au moins un des perfectionnements suivants :
- le procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention comporte (i) une étape de transmission du courant et de la tension mesurés et du déphasage déterminé par le module de commande, l’étape de transmission étant mise en œuvre par des moyens de communication du module de commande, et (ii) une étape d’analyse de la puissance électrique mesurée de l’au moins un système photovoltaïque au regard de données comparatives. Ainsi, le procédé de mesure selon l’invention permet désormais de pouvoir transmettre les données mesurées par le module de commande – courant et/ou tension et/ou déphasage au serveur distant. Complémentairement, l’étape de transmission peu transmettre des paramètres complémentaires relatifs au système photovoltaïque et/ou à son installation, tel que par exemple des coordonnées GPS de l’installation dudit système photovoltaïque, son altitude, son orientation cardinale, son inclinaison par rapport à l’horizontal, la superficie de panneaux photovoltaïques, une date, une heure, un modèle ou un numéro de série ;
- comme évoqué précédemment, les moyens de communication sont du type d’une communication sans fil, ou éventuellement du type d’une communication filaire. Dans le cas d’une communication sans fil, l’étape de communication est par exemple du type d’une télécommunication, par exemple selon l’une des normes 3G, 4G, 5G ou ultérieure, ou encore selon un protocole de communication radiofréquence tel que par exemple le protocole longue distance LoRa, acronyme anglais de « Long Range », voire selon l’un des protocoles régis par la norme IEEE802.11 – connu sous le nom de wifi – ou IEEE 802.15 connue sous le nom de Bluetooth. Dans le cas d’une communication filaire, l’étape de communication est par exemple réalisée au travers d’une communication par courant porteur, au travers d’une fibre optique ou au travers d’un câble réseau, ou encore au travers d’une liaison série ;
- l’étape d’analyse comporte une étape de comparaison de la puissance électrique mesurée de l’au moins un système photovoltaïque et des puissances électriques d’autres systèmes photovoltaïques raccordés à d’autres réseaux électriques domestiques et bénéficiant de conditions d’exploitation identiques ou semblables. Cette configuration avantageuse permet ainsi de détecter un éventuel fonctionnement anormal du système photovoltaïque, de manière simple et efficace par comparaison. Dans le contexte de la présente invention, l’identité ou la ressemblance des conditions d’exploitation correspond respectivement à une même région ou à une région voisine, une même orientation cardinale ou une orientation cardinale proche – une différence d’orientation cardinale étant inférieure à 10°, une même inclinaison ou une inclinaison proche – une différence d’inclinaison étant inférieure à 10° ;
- l’étape d’analyse comporte une étape de rapprochement de la puissance électrique mesurée de l’au moins un système photovoltaïque avec des abaques. Cette configuration avantageuse permet de comparer les données transmises par le module de commande avec des valeurs théoriques attendues, rendant ainsi possible de détecter un écart inapproprié par rapport à celles-ci ;
- l’étape de rapprochement comporte une étape d’intégration de données météorologiques associées à l’au moins un système photovoltaïque. Les données météorologiques comportent une température extérieure, une pression, une hygrométrie et/ou un ensoleillement ;
- l’étape d’analyse forme ainsi une étape de diagnostic d’un état de fonctionnement de l’au moins un système photovoltaïque en fonction de l’étape de rapprochement et/ou de l’étape de comparaison.
Selon une troisième exploitation du procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention, l’invention vise à proposer une fonction d’anti-réjection de courant pour l’au moins un système photovoltaïque raccordé au réseau électrique domestique. A cet effet, le procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention comporte au moins un des perfectionnements suivants :
- le procédé de mesure comporte une étape recoupement entre la puissance électrique mesurée de l’au moins un système photovoltaïque et une puissance électrique consommée par le réseau électrique domestique auquel l’au moins un système photovoltaïque est raccordé. Cette configuration avantageuse permet ainsi de comparer la puissance électrique mesurée et produite par le système photovoltaïque et la puissance électrique consommée par le réseau électrique domestique ;
- le procédé comporte une étape d’isolation électrique de l’au moins un système photovoltaïque si la puissance électrique mesurée de l’au moins un système photovoltaïque est inférieure à la puissance électrique du réseau électrique domestique correspondant, le module de commande comportant un organe de couplage électrique configuré pour, sélectivement, raccorder ledit au moins un système photovoltaïque au réseau électrique domestique, l’organe de couplage électrique étant configuré dans un état fermé et, désaccoupler ledit au moins un système photovoltaïque du réseau électrique domestique, l’organe de couplage électrique étant configuré dans un état ouvert. Dans le contexte de la présente invention, l’organe de couplage électrique est un dispositif électrique pouvant être sélectivement configuré pour établir une connexion électrique ou pour isoler électriquement le système photovoltaïque du réseau électrique domestique. A titre d’exemple non limitatif, l’organe de couplage électrique peut être du type d’un interrupteur, d’un relai électrique ou encore d’un ou plusieurs transistors électriques.
- un module de commande relié électriquement à l’onduleur et au dispositif de connexion électrique, le module de commande étant configuré pour mettre en œuvre tout ou partie des étapes du procédé de mesure conforme au premier aspect de l’invention ou selon l’un quelconque de ses perfectionnements.
La couche support 11 est réalisée ici en un matériau non porosifiable, de sorte qu’il reste non poreux (dense) lors de la porosification des mésas. Il peut s’agir d’un matériau inerte à la réaction électrochimique de porosification, tel qu’un matériau isolant (saphir…) ou un matériau semiconducteur (SiC, Si…) non intentionnellement dopé (nid) ou faiblement dopé. Il peut également s’agir d’un matériau semiconducteur à base de GaN dont le niveau de dopage N D est inférieur à une valeur minimale N D,min (V ECE ) de la tension électrique appliquée lors de la porosification ECE (non photo-assistée) : il peut alors être non intentionnellement dopé ou faiblement dopé. De préférence, la couche support est non porosifiable à la tension électrique de porosification des mésas. A titre d’exemple, la couche support peut être réalisée en saphir, en silicium, en SiC, en GaN autoportant ( freestanding en anglais), entre autres. Elle présente une épaisseur par exemple comprise entre 200µm et 1.2mm environ. Des couches intermédiaires peuvent être présentes entre la couche support 11 et la couche tampon 12, réalisées par exemple à base d’AlN. Ainsi, à titre d’exemples, on peut utiliser les empilements suivants : Si/AlN/AlGaN/GaN ; saphir/GaN nid ; SiC/AlN/AlGaN etc…
Une couche tampon 12 peut être présente, comme l’illustrent les et 1B. La couche tampon 12 permet ici d’appliquer un potentiel électrique aux portions inférieures 13 des mésas M (i) à partir d’une électrode de polarisation 3 (cf. par exemple ). En effet, les portions inférieures 13 sont ici distinctes les unes des autres dans le plan XY (pas de continuité du matériau de ces portions inférieures). Pour cela, la couche tampon 12 est réalisée en un matériau cristallin à base de GaN dopé (ici de type n) sur au moins une partie de son épaisseur. La couche tampon 12 est réalisée par épitaxie à partir de la couche support 11. Elle peut présenter une épaisseur comprise entre 1 et 10µm environ.
La couche tampon 12 peut être réalisée en un matériau non porosifiable lors des porosification ECE et PECE. Il est alors faiblement dopé pour, d’une part permettre le transport des porteurs de charge, et d’autre part ne pas être porosifiable lors de la porosification ECE. Plus précisément, il présente un niveau de dopage N D inférieur à une valeur minimale prédéfinie N D,min (V ECE ) du niveau de dopage N D à partir de laquelle, pour une valeur V ECE de tension électrique appliquée lors d’une porosification ECE, un matériau cristallin à base de GaN est porosifié. Le niveau de dopage N D peut être inférieur à 10 18 cm -3 pour une valeur V ECE de la tension électrique de l’ordre de 30V environ. De plus, pour ne pas être porosifiable lors de la porosification PECE, la couche tampon 12 présente une proportion d’indium insuffisante pour absorber le rayonnement lumineux d'illumination. En variante, la couche tampon 12 peut être réalisée en un matériau porosifiable lors de la polarisation ECE.
En variante, comme l’illustre la , la couche tampon 12 peut être absente. Aussi, le substrat de croissance 10 comporte une couche continue inférieure 23 à partir de laquelle sont formées les portions inférieures 13 des mésas M (i) . Autrement dit, cette couche inférieure 23 s’étend continûment dans le plan XY et raccorde les portions inférieures 13 entre elles. L’électrode de polarisation 3 repose alors au contact de la couche inférieure 23.
Les mésas M (i) comportent deux portions superposées suivant l’axe Z, au contact l’une sur l’autre, à savoir une portion inférieure 13 située du côté de la couche support 11, et une portion supérieure 14 qui repose sur et au contact de la portion inférieure 13. Elles sont réalisées en un matériau porosifiable de manière différenciée, selon qu’il s’agisse d’une porosification électrochimique non photo-assistée ECE ou d’une porosification électrochimique photo-assistée PECE. Une portion de reprise d’épitaxie 15 réalisée à base d’InGaN repose sur la portion supérieure 14. Elle peut être réalisée avant ou après la porosification électrochimique des mésas M (i) .
Chacune des portions inférieures 13 et supérieures 14 est réalisée en un matériau semiconducteur cristallin à base de GaN. Le matériau peut être choisi parmi l’InGaN, l’AlGaN, l’InAlGaN, et/ou le GaN. Dans cet exemple, les portions inférieures 13 sont réalisées en GaN, et les portions supérieures 14 sont réalisées en InGaN. Elles présentent une épaisseur par exemple comprise entre 50nm et 1µm environ, ici égale à 800nm environ. Les portions inférieures 13 et supérieures 14 d’une même mésa M (i) peuvent présenter une même épaisseur ou une épaisseur différente. Les mésas M (i) peuvent avoir été formées par une ou plusieurs opérations de gravure d’un empilement cristallin initial (cf. par exemple la ), par exemple par gravure sèche, de sorte que leurs flancs peuvent être sensiblement verticaux.
Rappelons ici qu’une réaction de porosification électrochimique est une réaction sélective dans le sens où, pour une même tension électrique E p de valeur V ECE , un matériau semiconducteur cristallin dopé à base de GaN sera porosifié si son niveau de dopage N D est supérieur ou égal à un niveau de dopage minimal N D,min (V ECE ) prédéfini. Dans le cas contraire, il ne sera pas porosifié et restera intègre (dense). A ce titre, la illustre un exemple du domaine d’existence de la porosification électrochimique en fonction du niveau de dopage N D (ici en donneurs) du matériau cristallin à base de GaN et de la tension électrique E p appliquée, tel que décrit notamment dans le document EP3840016A1.
Le niveau de dopage minimal N D,min dépend de la valeur de la tension électrique E p selon une fonction décroissante : plus la tension électrique E p est élevée, moins le niveau de dopage minimal N D,min requis pour porosifier le matériau cristallin est élevé. Autrement dit, pour une valeur prédéfinie V ECE de la tension électrique E p appliquée lors de l’étape de porosification ECE, le matériau cristallin ayant un niveau de dopage N D inférieur à la valeur minimale N min (V ECE ) ne sera pas porosifié (rendu poreux) et restera donc intègre ou dense (non poreux) : ce matériau peut donc être qualifié de « non porosifiable ». En revanche, ce même matériau, lorsqu’il présente un niveau de dopage N D au moins égal à la valeur minimale N D,min (V ECE ), sera porosifié (rendu poreux) et peut donc être qualifié de « porosifiable ». Notons que le domaine d’existence dépend également de la bande d’énergie interdite du matériau, et donc ici de la proportion d’indium du matériau. En effet, plus cette proportion d’indium est importante dans le matériau, plus le potentiel de porosification est faible. Aussi, il est préférable que la proportion d’indium de la portion supérieure 14 ne soit pas beaucoup plus élevée (par ex. de l’ordre de 2%) que celle de la portion inférieure 13 (par ex. de l’ordre de 0% pour du GaN).
La porosification de toutes les portions inférieure et supérieure des mésas M (i) , ou de seulement l’une d’entre elles, permet d’obtenir une relaxation plus ou moins importante au sein des mésas M (i) . Ainsi, une portion porosifiée devient déformable, et autorisera une relaxation partielle ou totale de la portion supérieure(s) non poreuse(s), qu’il s’agisse de la portion supérieure 14 si elle est non poreuse et/ou de la portion de reprise d’épitaxie 15. Aussi, le substrat de croissance 10 peut présenter les caractéristiques suivantes : dans les mésas M (2) où le niveau de porosification P (2) est maximal, le fait que toutes les portions inférieure 13 et supérieure 14 soient devenues poreuses les rend déformables vis-à-vis des contraintes mécaniques générées par la portion de reprise d’épitaxie 15, de sorte que celle-ci se relaxe et présente un paramètre de maille effectif a e cre(2) pouvant alors être sensiblement égal à celui de son matériau massif a m cre : a e cre(2) ≈ a m cre ; dans les mésas M (0) où le niveau de porosification P (0) est minimal, comme aucune des portions inférieure 13 et supérieure 14 n’ait été rendue poreuse et donc déformable, la portion de reprise d’épitaxie 15 continue de subir les contraintes mécaniques générées par la couche support 11 ou par la couche tampon 12 (le cas échéant), et présente donc un paramètre de maille effectif a e cre(0) pouvant être sensiblement égal (moyennant une légère relaxation due à la gravure de la mésa) à celui de la couche tampon 12 : a e cre(0) ≈ a e ct ; dans les mésas M (1) où le niveau de porosification P (1) est intermédiaire, une portion porosifiée sera donc rendue déformable et permettra à la portion supérieure non poreuse (la portion supérieure 14 et/ou la portion de reprise d’épitaxie 15) de relaxer en partie : si la portion poreuse est la portion inférieure 13 et que la portion supérieure 14 est non poreuse et est réalisée en InGaN, ou si la portion poreuse est la portion supérieure 14, alors la portion de reprise d’épitaxie 15 présente un paramètre de maille effectif a e cre(1) qui pourra être supérieur à a e cre(0) . On pourra alors avoir un substrat de croissance 10 où : a e cre(0) e cre(1) e cre(N) .
Les portions inférieures 13 des mésas M (i) sont réalisées en un matériau qui est porosifiable lors de la porosification électrochimique non photo-assistée ECE, et qui est non porosifiable lors de la porosification électrochimique photo-assistée PECE.
Ainsi, pour être porosifiable lors de la porosification ECE au cours de laquelle une tension électrique E p de valeur V ECE est appliquée au substrat de croissance 10, le matériau des portions inférieures 13 présente un niveau de dopage N D au moins égal à la valeur minimale V D,min (V ECE ) à partir de laquelle la porosification du matériau a lieu, par exemple compris entre 3×10 18 cm -3 et 1.5×10 19 cm -3 , par exemple égal à 6×10 18 cm -3 environ. Les portions inférieures 13 sont de préférence dopées de type n au silicium, voire également au germanium, mais un dopage de type p est possible.
De plus, pour être non porosifiable lors de la porosification PECE au cours de laquelle un rayonnement lumineux d’illumination de longueur d’onde λ c est émis en direction des mésas, le matériau présente une proportion d’indium x1≥0 telle que le rayonnement lumineux d’illumination n’est pas absorbé. La proportion d’indium x1 des portions inférieures 13 est telle que le rayonnement lumineux d’illumination n’est pas absorbé, même en prenant en compte l’effet Franz Keldysh. Elle est de préférence inférieure à la proportion d’indium x2 des portions supérieures 14.
Par ailleurs, les portions supérieures 14 des mésas M (i) sont réalisées en un matériau non porosifiable lors de la porosification électrochimique non photo-assistée ECE, mais est porosifiable lors de la porosification électrochimique photo-assistée PECE.
Ainsi, pour être non porosifiable lors de la porosification ECE, le matériau des portions supérieures 14 présente un niveau de dopage N D inférieur à la valeur minimale V D,min (V ECE ) à partir de laquelle la porosification du matériau a lieu. Les portions supérieures 14 peuvent être non intentionnellement dopées mais de préférence sont faiblement dopées, et par exemple peuvent présenter un niveau de dopage au plus égal à 5×10 17 cm -3 . Le dopage peut être de type n, comme pour les portions inférieures.
De plus, pour être porosifiable lors de la porosification PECE, le matériau présente une proportion d’indium x2>0 suffisante pour absorber le rayonnement lumineux d’illumination au niveau des pores. Notons ici que l’absorption du rayonnement lumineux d’illumination par les portions supérieures 14 peut reposer sur l’effet Franz-Keldysh, comme mentionné notamment dans l’article de Toguchi et al. intitulé Anisotropic Electrochemical Etching pf Porous Gallium Nitride by Sub-Bandgap Absorption Due to Franz-Keldysh Effect , J. Electrochem. Soc. 2019, 166, H510. En effet, la longueur d’onde centrale λ c est légèrement inférieure à l’énergie de bande interdite du matériau des portions supérieures 14, mais la présence d’un champ électrique au niveau des pores en formation autorise l’absorption du rayonnement lumineux d’illumination. Ainsi, la portion supérieure 14 est porosifiée et non pas entièrement gravée.