INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Le dispositif comporte une unité de traitement 30, comportant un microprocesseur, programmée pour effectuer des opérations de traitement d’image décrites par la suite, en lien avec les figures 5A à 5C. Les opérations de traitement d’image sont programmées et stockées dans une mémoire 31, à laquelle l’unité de traitement est reliée. L’unité de traitement peut être connectée à un écran 32.
Dans le dispositif décrit en lien avec la , la source de lumière de détection 11 est distincte de la source de lumière d’excitation 12. L’intensité d’émission de la source de lumière de détection 11 peut être ajustée pour éviter qu’une partie de l’intensité de la source de lumière de détection soit détectée dans la bande spectrale d’émission Δλm, par diaphonie (cross-talk). L’ajustement consiste à obtenir un rapport signal sur bruit suffisant pour détecter correctement la position de chaque spermatozoïde sur les images de détection. Il s’agit de « minimiser » l’intensité de source de lumière de détection de façon à obtenir un rapport signal sur bruit dépassant un seuil acceptable.
La représente différentes bandes passantes de filtres pouvant être utilisés. La courbe a représente la bande spectrale d’un filtre de détection 11’ (référence Thorlabs 650-10) définissant une bande passante centrée sur 650 nm. La courbe b représente la bande spectrale d’un autre filtre de détection 11’ (référence Thorlabs 430-10) définissant une bande passante centrée sur 430 nm. La courbe c montre la bande spectrale d’un filtre d’excitation 14. La courbe d montre la bande spectrale de transmission du miroir dichroïque inclus dans le cube 15. La courbe e montre la bande spectrale de transmission du filtre d’émission 18.
Les courbes c, d et e sont obtenues avec un jeu de filtres Semrock DA/FI/TR/3X-A. Les courbes c, d e illustrent la possibilité de définir simultanément plusieurs bandes spectrales d’excitation Δλe (cf. bandes passantes de la courbe c) et plusieurs bandes spectrales d’émission de fluorescence Δλm (cf. bandes passantes des courbes d et e, qui bloquent les bandes spectrales d’excitation). Cela permet d’adresser simultanément plusieurs fluorophores, présentant des bandes spectrales de fluorescence Δλm différentes les unes des autres. Cela permet également d’utiliser une des bandes passantes, définies par le filtre d’émission, pour transmettre bande spectrale de détection Δλd.
Dans le mode de réalisation représenté sur la , le capteur d’image 20 est un capteur d’image couleur. Ainsi, c’est le même capteur d’image qui permet l’acquisition d’une l’image de détection I d , dans la bande spectrale de détection Δλd et d’une image d’émission de fluorescence I m dans la bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm.
Par image de détection I d , on entend une image permettant de détecter la position du spermatozoïde dans l’échantillon. L’image de détection I d correspond à une composante spectrale de l’image acquise par le capteur d’image, dans la bande spectrale de détection Δλd.
L’image d’émission de fluorescence I m correspond à une composante spectrale de l’image acquise par le capteur d’image, dans la bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm. Lorsque l’on souhaite adresser simultanément plusieurs images d’émission de fluorescence I m , chaque image d’émission fluorescence correspond à une composante spectrale de l’image acquise par le capteur d’image, dans une bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm.
La représente un autre exemple de dispositif selon l’invention, dans lequel le capteur d’image 20 est formé d’un premier capteur d’image élémentaire 21 et un deuxième capteur d’image élémentaire 22, séparés l’un de l’autre. Selon cette configuration, le capteur d’image comporte un séparateur 23 configuré pour : diriger la lumière émise par l’échantillon, dans la bande spectrale de détection Δλd, vers le premier capteur d’image élémentaire 21 ; diriger la lumière émise par l’échantillon, dans la bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm, vers le deuxième capteur d’image élémentaire 22.
L’image de détection I d correspond à l’image acquise par le premier capteur d’image élémentaire 21. L’image d’émission de fluorescence I m correspond à l’image acquise par le deuxième capteur d’image élémentaire 22.
L’inventeur a mis en œuvre une configuration telle que décrite en lien avec la , le capteur d’image couleur étant un capteur RGB IDS UI-3160CP-C-HQ. L’objectif 16 était un objectif de grandissement x20 – ouverture numérique 0.4 – référence Olympus Plan Achromat 20x/0.4NA. On a utilisé le jeu de filtres décrit en lien avec la . L’échantillon 2 comportait des spermatozoïdes.
Dans les figures 4A, 4B, 6A, 6B, 7, 8A, 8B, 8C, on a représenté les images inversées : les niveaux de gris sombres correspondent aux forts niveaux d’intensité lumineuse.
Dans une première série d’essais, la bande spectrale de détection Δλd était dans la bande spectrale rouge, centrée sur 650 nm (Filtre Thorlabs FB650-10). Les spermatozoïdes étaient marqués avec un marqueur fluorescent Hoechst. La source de lumière d’excitation 12 était une LED émettant à 375 nm. Afin de tenir compte du mouvement des spermatozoïdes, les images ont été acquises selon un temps de pose faible : 10 ms.
La montre un exemple d’une image de détection I d formée, à partir de l’image acquise par le capteur d’image, dans une composante spectrale correspondant à la bande spectrale de détection Δλd centrée sur 650 nm. La montre l’image de fluorescence I m formée, à partir de l’image acquise par le capteur d’image, dans une composante spectrale correspondant la bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm.
L’image de détection I d et l’image de fluorescence I m correspondent aux composantes d’une même image acquise par le capteur d’image, respectivement dans la bande spectrale de détection Δλd et la bande spectrale d’émission de fluorescence Δλm.
Sur l’image de détection (cf. ), on a détecté la position de chaque spermatozoïde. Autour de chaque spermatozoïde, une région d’intérêt ROI a été définie, qui est matérialisée sur la par des cadres clairs.
On observe que le signal de fluorescence est particulièrement faible : cf. . Une seule image d’émission de fluorescence n’est pas suffisante pour former une image de qualité acceptable. C’est la conséquence du faible temps de pose, ainsi que du faible rendement de fluorescence. Sur la , on a représenté les régions d’intérêt ROI’ extraites, sur l’image d’émission de fluorescence, à partir des positions des spermatozoïdes obtenues sur l’image de détection ( ).
Un but de la présente invention est de proposer un dispositif microélectronique de type FET dont la structure soit compatible avec tout type de matériau semi-conducteur dont les matériaux 2D ou d’autres matériaux de type oxydes semiconducteurs, et ne présentant pas les inconvénients d’une configuration « side contact ».
Pour cela, la présente invention propose un dispositif microélectronique FET comprenant au moins : - un substrat ; - une couche de semi-conducteur comprenant au moins une première zone formant une portion semi-conductrice en forme d’ailette et servant de canal de conduction électrique du dispositif microélectronique FET ; - une grille de commande électrostatique ; - une couche de diélectrique de grille ou une couche mémoire ferroélectrique, disposée entre la grille de commande électrostatique et la première zone de la couche de semi-conducteur en recouvrant plusieurs faces distinctes de la première zone de la couche de semi-conducteur ; - des espaceurs diélectriques disposés contre des flancs de la grille de commande électrostatique ; - des régions de source / drain en forme d’ailettes, couplées électriquement à la première zone de la couche de semi-conducteur par des deuxièmes zones de la couche de semi-conducteur, les deuxièmes zones de la couche de semi-conducteur s’étendant entre les régions de source / drain et les espaceurs diélectriques ; et dans lequel les deuxièmes zones de la couche de semi-conducteur ne sont pas disposées directement contre la grille de commande électrostatique et forment, avec la première zone, une couche continue.
Lorsque le dispositif comporte la couche de diélectrique de grille, le dispositif peut correspondre à un transistor de type FinFET. Lorsque le dispositif comporte la couche mémoire ferroélectrique, le dispositif peut correspondre à un dispositif mémoire de type FeFET.
La couche de semi-conducteur peut comporter un matériau bidimensionnel ou tout autre matériau semi-conducteur déposé par exemple par MOCVD (« Metal Organic Chemical Vapor Deposition » en anglais, ou dépôt chimique en phase vapeur aux organométalliques), CVD (« Chemical Vapor Deposition » en anglais, ou dépôt chimique en phase valeur) ou ALD (« Atomic Layer Deposition » en anglais, ou dépôt en couche atomique). Dans ce cas, le dispositif microélectronique peut être réalisé avec de très faibles dimensions. La couche de semi-conducteur peut notamment comporter au moins un matériau 2D et/ou un matériau de type oxyde semiconducteur.
La grille de commande électrostatique et la couche de diélectrique de grille, ou la grille de commande électrostatique et la couche mémoire ferroélectrique, peuvent recouvrir ensemble plusieurs faces distinctes de la portion semi-conductrice.
De manière avantageuse, le dispositif microélectronique FET peut être tel que : - chacune des régions de source / drain soit disposée dans une cavité comprenant des parois latérales formées au moins par les espaceurs diélectriques et par un matériau diélectrique d’isolation ; - les deuxièmes zones de la couche de semi-conducteur recouvrent au moins une partie, et de préférence entièrement, des parois des cavités dans lesquelles sont disposées les régions de source / drain.
La couche de semi-conducteur peut comporter plusieurs premières zones formant plusieurs portions semi-conductrices distinctes en forme d'ailettes, disposées sur le substrat et telles que la couche de diélectrique de grille ou la couche mémoire ferroélectrique soit disposée entre la grille de commande électrostatique et chacune des premières zones de la couche de semi-conducteur en recouvrant ensemble plusieurs faces distinctes de chacune des premières zones de la couche de semi-conducteur.
De façon optionnelle également, la partie de base de l’empilement épitaxial comprend : une couche de substrat, de préférence constituée d’un des éléments suivants : Si, SiC, Sapphire, GaN et substrats composites tel que SicOI; une couche de nucléation s’étendant directement sur la couche de substrat, la couche de nucléation étant constituée de préférence de AlGaN ; et une couche de tampon s’étendant directement sur la couche de nucléation, la couche de tampon étant constituée de préférence de GaN et d’un élément sélectionné parmi : Fe, C et AlGaN, la couche de canal s’étendant sur la couche de tampon, soit directement, soit indirectement avec au moins une couche intercalaire.
De façon optionnelle également, la couche intermédiaire a une épaisseur inférieure à 5 nm, par exemple comprise entre 1 et 3 nm. Les inventeurs ont constaté qu’une telle épaisseur est suffisante pour obtenir une couche cap permettant de stabiliser mécaniquement la couche de barrière en AlN monocristallin, compte-tenu que l’oxydation a pour effet d’oxyder complètement la couche intermédiaire en AlN polycristallin et/ou amorphe.
De façon optionnelle également, la croissance de la couche intermédiaire est mise en œuvre à une température comprise entre 750°C et 900°C, par exemple par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur à précurseurs métallo-organiques ou bien par une méthode d’épitaxie par jets moléculaires. De préférence, la croissance de la couche intermédiaire est mise en œuvre dans le réacteur ayant préalablement servi la croissance des couches de la partie de base de l’empilement épitaxial et dans une même phase de croissance.
Ainsi, à cette température, le risque d’endommager la couche de barrière et/ou la couche de canal est faible.
De façon optionnelle également, l’oxydation comprend un recuit, dit principal, lors duquel l’empilement épitaxial est chauffé sous une atmosphère de dioxygène.
De façon optionnelle également, le recuit principal est réalisé à une température comprise entre 750°C et 900°C.
De façon optionnelle également, le procédé comprend, après le recuit principal, un recuit, dit de stabilisation, lors duquel l’empilement épitaxial de base est chauffé sous une atmosphère d’argon.
Ce recuit permet de stabiliser la surface de la couche cap en AlO et réduit le nombre de sites de piégeage dans l’hétérostructure, en particulier dans la couche de barrière et/ou la couche cap.
De façon optionnelle également, le recuit de stabilisation est réalisé à une température comprise entre 500°C et 900°C. À nouveau, à cette température, le risque d’endommager la couche de barrière et/ou la couche de canal est faible.
De façon optionnelle également, le procédé comprend, après le recuit de stabilisation, un recuit d’optimisation, lors duquel l’empilement épitaxial est chauffé dans une atmosphère sous vide, de préférence à une pression inférieure ou égale à 10 -6 Torr.
De façon optionnelle également, le recuit d’optimisation est réalisé à une température inférieure à 550°C.
Ainsi, le recuit d’optimisation permet d’optimiser les propriétés de transport électronique des électrons dans le gaz d’électrons à deux dimensions, telles que la densité, la vitesse de saturation et de mobilité des électrons. En outre, à nouveau, à cette température, le risque d’endommager la couche de barrière et/ou la couche de canal est faible. Cette condition de température permet en outre d’assurer que les propriétés de transport des électrons au sein du gaz d’électrons à deux dimensions entre la couche de canal et la couche de barrière ne sont pas détériorées.
De façon optionnelle également, les recuits sont réalisées tout en gardant l’empilement épitaxial de base dans un même four.
Ainsi, il n’est pas nécessaire de déplacer l’empilement épitaxial avant la formation complète de la couche cap, alors que ce déplacement pourrait détériorer le processus d’oxydation.
Il est également proposé un empilement épitaxial comprenant : une couche de barrière en AlN monocristallin ; et une couche cap en AlO polycristallin et/ou amorphe s’étendant directement sur la couche de barrière.
FIGURES La schématise un dispositif permettant une mise en œuvre de l’invention.
La montre une zone d’illumination et une zone de détection formées à la surface d’un échantillon.
La montre les principales étapes permettant une mise en œuvre de l’invention.
La représente un exemple de fonction de calibration d’absorption.
La montre un exemple de détermination d’une fonction de correction.
Les figures 5A à 5D montrent des résultats obtenus, par simulation, en mettant en œuvre l’invention selon une première configuration.
Les figures 6A à 6D montrent des résultats obtenus, par simulation, en mettant en œuvre l’invention selon une deuxième configuration.
Les figures 7A à 7D montrent des résultats obtenus, par simulation, en mettant en œuvre l’invention selon une troisième configuration.
EXPOSE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS La représente un dispositif 1 configuré pour estimer des propriétés optiques d’absorption dans un objet 20. Dans cet exemple, l’objet est un tissu biologique, par exemple une partie de la tête d’un individu, animal ou être humain.
Le dispositif comporte une source de lumière 10. La source de lumière est configurée pour émettre un faisceau lumineux 11, se propageant en direction de l’objet 20 à analyser. L’échantillon 20 est délimité par une surface 21. L’intersection du faisceau d’illumination 11 et de la surface 21 de l’échantillon forme une zone d’illumination 12, spatialement délimitée. La zone d’illumination est de préférence ponctuelle : elle est par exemple inscrite dans un cercle de diamètre inférieur à 1mm, voire inférieur à quelques centaines de µm, par exemple 100 µm ou 1 mm. La zone élémentaire d’illumination 12 est représentée sur la .
La source de lumière peut être disposée au contact de l’objet 20 ou à distance de ce dernier. La source de lumière peut être un laser, une LED ou OLED (ou tout autre source de photons). Dans l’exemple représenté, la source de lumière est disposée à distance de l’échantillon. Le faisceau lumineux 11 est transporté jusqu’à la surface 21 de l’échantillon par une fibre optique d’illumination 10’. La source de lumière peut être filtrée en longueur d’onde par un filtre 10 f .
Les photons formant le faisceau d’illumination 11 se propagent dans le tissu biologique à analyser. Le tissu biologique 20 est formé d’un milieu diffusant, susceptible d’absorber les photons, les propriétés de propagation des photons dans le milieu dépendant notamment de propriétés d’absorption ou de diffusion dans le milieu. De façon usuelle, les propriétés d’absorption peuvent être quantifiées par un coefficient d’absorption linéaire . De façon connue, le coefficient d’absorption linéaire quantifie une probabilité d’absorption par le milieu par unité de longueur, à la longueur d’onde λ. Il est usuellement exprimé en cm -1 . Les propriétés de diffusion peuvent être quantifiées par un coefficient de diffusion ou un coefficient de diffusion réduit , qui quantifient une probabilité de diffusion par le milieu par unité de longueur, à la longueur d’onde λ. Il est usuellement exprimé en cm -1 .
Le dispositif comporte au moins trois photodétecteurs élémentaires 16 1 , 16 2 , 16 3 formant un photodétecteur 16.Les photons détectés par le photodétecteur 16 émanent d’une zone élémentaire de détection 14 à la surface 21 de l’échantillon 20. La zone de détection 14 est de préférence ponctuelle, en étant, à l’instar de la zone d’illumination 12, inscrite dans un diamètre inférieur à 1 mm voire à 250 µm. La zone de détection 14 est séparée de la zone d’illumination 12. La distance entre la zone d’illumination 12 et la zone de détection 14 est une distance détection d. Elle peut être de quelques centimètres ou de l’ordre du centimètre, voire peut être inférieure à 1 cm.
Chaque photodétecteur peut être un ou plusieurs pixels d’un capteur d’image, un compteur de photons, un photodétecteur organique, une photodiode (ou tout autre composant permettant la détection de photons)
Le dispositif est configuré pour former : une première zone de détection 14 1 , s’étendant à une première distance de détection d1 de la zone d’illumination ; une deuxième zone de détection 14 2 , s’étendant à une deuxième distance de détection d2 de la zone d’illumination, la deuxième distance de détection étant supérieure à la première distance de détection ; une troisième zone de détection 14 3 , s’étendant à une troisième distance de détection d3 de la zone d’illumination, la troisième distance de détection étant supérieure à la deuxième distance de détection.
Par exemple pour des raisons de simplification du procédé de fabrication de la cellule mémoire, la structure de grille du transistor de sélection peut être du type à double grille, comme représenté en , les deux grilles étant de préférence connectées entre elles de sorte à ne former qu'une seule grille. En variante, la structure de grille du transistor de sélection peut être à simple grille.
La première région de drain D1 du transistor d’état 410 est couplée à la deuxième région de source S2 du transistor de sélection 420.
Dans l’exemple représenté en figures 4A, 4B et 4C, chaque transistor de commutation 430 est positionné sur le même substrat semiconducteur 404 que le transistor d’état 410 et le transistor de sélection 420 de chaque cellule mémoire 401. A l’inverse de la cellule mémoire 401, il n’y a pas de caisson profond formé dans le substrat semiconducteur sous les transistors de commutation 430.
Chaque transistor de commutation 430 est, par exemple, un transistor de type NMOS, c'est-à-dire un transistor dont les régions de source et de drain sont dopées de type N. En variante, chaque transistor de commutation pourrait être un transistor de type PMOS, c'est-à-dire un transistor dont les régions de source et de drain sont dopées de type P. Le circuit de commutation 402 peut également comporter plusieurs circuits inverseurs comportant chacun un transistor PMOS en série avec un transistor NMOS.
Le transistor de commutation 430 comporte une zone active 436 formée dans le substrat semiconducteur 404, ainsi qu’une structure de grille 432, 434 surmontant la zone active 436, la structure de grille 432, 434 étant entre une troisième région de source S3 et une troisième région de drain D3 de la zone active 436. La structure de grille du transistor de commutation peut être du type à double grille, comme représenté en , les deux grilles étant de préférence connectées entre elles de sorte à ne former qu'une seule grille. En variante, la structure de grille du transistor de commutation peut être à simple grille. Cette structure de grille est commune à plusieurs transistors de commutation dans la direction Y. La zone active 436 peut être continue avec des zones actives d’autres transistors de commutation dans la direction X.
Dans le substrat semiconducteur 404, sont formées des premières régions d’isolation 440, qui sont, dans l’exemple représenté, des tranchées d’isolation peu profondes. Ces premières régions d’isolation 440 permettent notamment d’isoler chaque transistor de commutation 430 d’autres transistors de commutation du circuit de commutation 402 ainsi que des cellules mémoire 401, et d’isoler tout ou partie des cellules mémoire 401 entre elles. Les premières régions d’isolation 440 s’étendent jusqu’à une première profondeur P1 dans le substrat semiconducteur 404.
Le plan mémoire 40 des figures 4A, 4B et 4C se distingue du plan mémoire 30 des figures 3A et 3B, en ce que, entre les zones actives 436 des transistors de commutation 430 adjacents dans la direction Y, sont formées des deuxièmes régions d’isolation 442 (visibles en figures 4A et 4C), plus profondes que les premières régions d’isolation 440. En d’autres termes, les deuxièmes régions d’isolation 442 s’étendent jusqu’à une deuxième profondeur P2 dans le substrat semiconducteur 404, la deuxième profondeur P2 étant supérieure à la première profondeur P1.
Ces deuxièmes régions d’isolation 442 permettent d’isoler davantage les zones actives 436 des transistors de commutation 430 entre elles. Dans l’exemple représenté, les deuxièmes régions d’isolation 442 sont des tranchées d’isolation profondes.
Par exemple, les premières régions d’isolation 440 ont une profondeur P1 comprise entre 250 et 450 nm, voire entre 300 et 400 nm, par exemple égale à environ 400 nm, et la différence entre la deuxième profondeur P2 et la première profondeur P1 est supérieure ou égale à 100 nm, par exemple comprise entre 100 et 200 nm. Par exemple, les deuxièmes régions d’isolation ont une profondeur comprise entre 500 et 600 nm.
Ces deuxièmes régions d’isolation 442 permettent de réduire l’espacement SP entre les zones actives 436 des transistors de commutation 430 adjacents, sans pour autant augmenter le courant de fuite entre ces transistors, voire en réduisant ce courant de fuite, comme on peut le voir dans la décrite plus après. En effet, le fait d’avoir des régions d’isolation plus profondes localisées entre les zones actives des transistors de commutation permet de limiter le passage des porteurs de charge d’une zone active à l’autre.
En fonction de la distance entre les zones actives de transistors adjacents, et, par exemple, également en fonction de la tension de fonctionnement, on peut choisir de former entre lesdites zones actives soit l’une des premières régions d’isolation, soit l’une des deuxièmes régions d’isolation. Ainsi, une cellule de transistors peut comprendre au moins deux premiers transistors adjacents ayant des zones actives séparées par une première distance et isolées entre elles par au moins une des premières régions d’isolation, et des deuxièmes transistors adjacents ayant des zones actives séparées par une deuxième distance inférieure à la première distance et isolées entre elles par au moins une des deuxièmes régions d’isolation. La première distance est, par exemple, supérieure ou égale à 400 nm et la deuxième distance est, par exemple, inférieure à 350 nm.