INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Environ la moitié de l'énergie consommée dans le monde est sous forme de l’électricité [1] et plus de 30 % de notre approvisionnement en électricité passe par des composants d'électronique de puissance (PE) [2]. La grande majorité des composants électroniques utilisée actuellement sont à base de silicium. Ceux-ci, cependant, sont limités en puissance et ont des «résistances passantes» élevées pour le fonctionnement HT (haute tension), et donc des pertes irréversibles très importantes. Pour lutter contre ces problèmes, une deuxième génération d’électronique de puissance (PE) basée sur des semi-conducteurs à large bande interdite (WBG) tels que SiC et GaN a été développée au cours des dernières décennies. Cependant, les substrats et/ou les couches actives des deux matériaux sont produits par des techniques gourmandes en énergie et sont encore très onéreux [3].
Par ailleurs, les photodétecteurs (PD) ultraviolets (UV) font leur apparition pour des applications telles que la détection de flammes/étincelles, la détection d'agents chimiques/biologiques, les contre-mesures militaires, la surveillance environnementale, la surveillance de la stérilisation, la détection sans ligne de mire, communications et astronomie spatiale UV [1-4]. Pour minimiser les fausses alarmes et l'encombrement en arrière-plan, bon nombre de ces appareils fonctionnent dans la partie UVC du spectre solaire (SB) inférieur à 290 nm (<290 nm). La plupart des photodétecteurs (PD) actuels utilisent des photomultiplicateurs (PM). Ceux-ci sont basés sur des tubes à vide, qui sont volumineux, fragiles (mécaniquement et électriquement), coûteux et nécessitent des tensions de fonctionnement élevées. Les photodétecteurs PD dits “Solar Blind” ou aveugle au soleil à semi-conducteurs, basés sur des transitions quantiques dans les semi-conducteurs, sont beaucoup plus robustes que les photo- multiplicateurs PM et promettent à la fois des avantages en termes de taille et de coût par rapport aux photo-multiplicateurs (PM). Ils ont également le potentiel d'une efficacité quantique plus élevée, d'une sélectivité intrinsèque de la gamme spectrale, de durées de vie prolongées, d'un bruit plus faible et de besoins en puissance plus faibles.
Les photodiodes au silicium sont utilisées depuis longtemps pour la détection UV. Bien qu'elles fonctionnent bien, leur bande interdite est relativement faible, elles répondent donc aussi bien au spectre visible qu'aux signaux UV et nécessitent des filtres optiques pour être soit visibles, soit aveugles au soleil. Cependant, une classe de matériaux appelés semi-conducteurs à «large bande interdite (WBG)» sont naturellement visibles au spectre solaire. La met en contraste la plage de fonctionnement de la longueur d'onde qui peut être atteinte pour les optosemiconducteurs WBG courants. Le carbure de silicium (SiC), avec une bande interdite à température ambiante de 2,4 à 3,1 eV, a été le premier semi-conducteur WBG à être adopté commercialement comme PD UVC (par exemple dans les détecteurs de flamme) [5]. Cependant, la bande interdite du SiC n'est pas suffisamment élevée pour qu'il soit intrinsèquement invisible au spectre solaire SB, et l'ingénierie de la bande interdite par alliage n'est pas possible. Ainsi, l'insertion de filtres optiques est toujours nécessaire afin d'accorder la photo détection à la gamme UVC. Le nitrure de gallium (GaN), d'autre part, a une bande interdite qui est réglable de la plage UV proche à lointaine grâce à l'alliage avec de l'aluminium, et les dispositifs à base de (Al) GaN ont été largement explorés pour la détection de la lumière UV directement dans la gamme SB [6-8]. Cependant, ce système de matériaux souffre de plusieurs problèmes clés : de grandes densités de dislocations, une faible conductivité et des discordances réseau/expansion thermique (avec le substrat en saphir conventionnel) qui conduisent à la fissuration et à la baisse d'efficacité avec l'augmentation de la teneur en Al. Le résultat est qu'il y a eu un succès limité dans la démonstration de PD aveugles au soleil (Solar Blind Photo Detector ou SBPD) à base de (Al)GaN avec à la fois de faibles signaux de fond et de bons rendements quantiques pour des longueurs d'onde inférieures à 250 nm [9,10]. (Mg)ZnO est basé sur la wurtzite ZnO, qui a une large bande interdite directe de ~ 3,4 eV qui peut être réglée dans la gamme spectre solaire SB en s'alliant avec MgO (par exemple ~ 7,8 eV) [11]. L'ion Mg a un rayon similaire à celui de Zn [12], il y a donc moins de problèmes de perte de contrainte et d'efficacité que pour (Al)GaN. Cependant, à mesure que la teneur en Mg augmente, la phase hexagonal et compactée ou “close packed”, (hcp)ZnO se transforme en phase cubique face centrée (fcc) MgO qui est de nature beaucoup plus isolante et moins adaptée aux applications dans des dispositifs. Ainsi, le fonctionnement spectre solaire, SB est limité à une plage supérieure à environ 250 nm.
Bien que le nitrure de bore (BN) et le diamant (D) aient des «bandes interdites ultra-larges» (UWBG) intrinsèques (de 6,1 et 5,5 eV, respectivement) qui sont très attrayantes pour le fonctionnement SB [13,14], ils sont difficiles à développer sous forme de film mince à grande surface avec une haute qualité cristalline et de faibles densités de défauts. Quant au SiC, ils ont également tous une portée limitée pour l'ingénierie de la bande interdite plus loin dans l'UV. Par conséquent, il existe un besoin pour un système semi-conducteur plus approprié pour la détection sélective en longueur d'onde dans la plage UVC de 200 à 250 nm.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEUR Récemment, une troisième génération très prometteuse d’électronique de puissance PE et de photodetecteur,PD basée sur le WBG Ga2O3 (Eg = 4,9 eV, qui peut être amélioré par addition d'Al [4]), est apparue [5]. Cela résulte de la découverte de la dopabilité de type n dans le matériau Ga2O3 qui était auparavant considéré comme un isolant. Par conséquent, il y a eu une augmentation de la recherche & du développement (R&D) axée sur l'électronique de puissance de communication/amplification à base de β-Ga2O3 et la photodétection UVC [6] (principalement aux États-Unis, en Asie et en Allemagne). L'application électronique de puissance, PE est également fondée sur le potentiel d'une résistance à l'état passant beaucoup plus faible accompagnée d'un claquage (~8MV/cm) et d'un facteur de mérite de Baliga (~1 GW/cm2) qui dépasse largement ceux de Si, GaN ou SiC [5]. De nombreuses techniques standard de croissance de couches minces ont été adoptées pour la fabrication de dispositifs à base de Ga2O3 (par exemple MBE, ALD, MOCVD, HVPE) [13], [14] &NiO [15]. Étant donné que les dopants peu profonds de type p ne sont pas disponibles ou très peu efficace à ce jour pour Ga2O3 [7], les dispositifs bipolaires à homojonction Ga2O3 ne sont cependant pas possibles. En effet, utilisation d'architectures de jonction p-n, telles que celles utilisées dans les dispositifs à base de GaN.
Pour l'électronique de puissance, il s'agit d'un facteur clé limitant le potentiel de réduction de la résistance à l'état passant tout en maintenant le champ de claquage (Vbr) élevé. Ainsi, la capacité de dopage de type p est de la plus haute importance dans la quête de performances ultimes.
De même, l'éventail des possibilités avec les capteurs UVC à base de Ga2O3 est également limité par le manque de disponibilité de l'homojonction p-n. Par exemple, ils sont limités dans leur autonomie car ils nécessitent une tension de polarisation pour fonctionner, ce qui n'est pas le cas des dispositifs à base de jonction p-n fonctionnant en mode photovoltaïque.
A une étape S20, on soumet l’élément ferroélectrique 10 sélectivement enrichi en hydrogène à un recuit à une température comprise entre 400°C et 800°C, préférablement entre 500 et 700°C, plus préférablement entre 550°C et 600°C. Cette étape de recuit entraîne une inversion de la première polarisation P1 de l’élément ferroélectrique 10 seulement au niveau des volumes V enrichis en hydrogène pour donner une deuxième polarisation P2, de même direction d’alignement que la première polarisation P1 mais de sens opposé à celle-ci, spécifique aux volumes V enrichis en hydrogène comme illustré en (C0). On définit comme polarisations antiparallèles des polarisation alignées selon des directions parallèles mais de sens opposés. Inversement, on définit des polarisations parallèles des polarisations alignées selon des directions parallèles et de même sens. L’inversion de la polarisation seulement au niveau des volumes V entraîne le passage d’une configuration de polarisations parallèles entre les volumes V et le reste de l’élément ferroélectrique 10 à une configuration de polarisations antiparallèles. Le recuit se fait de préférence sous atmosphère d’oxygène pour réduire l’exodiffusion d’oxygène de la couche ferroélectrique, mais peut aussi se faire par exemple sous atmosphère d’azote ou d’air, à une pression atmosphérique pour une durée comprise entre 100 secondes et 10 heures.
Les volumes V définissent une deuxième zone ayant une deuxième polarisation P2 différente, et en fait opposée, à une première polarisation P1 d’une première zone définie par le volume du matériau ferroélectrique compris dans l’élément ferroélectrique 10 d’où la deuxième zone est retirée. Ainsi, la première et la deuxième zone sont complémentaires, leur somme formant le volume total du matériau ferroélectrique compris dans l’élément ferroélectrique 10, c’est-à-dire la totalité d’un cristal ferroélectrique lorsque l’élément ferroélectrique 10 est constitué d’un tel cristal. La première zone et la deuxième zone peuvent être formées de volumes disjoints ou bien former des volumes continus, selon la forme donnée à la région d’implantation sélective et sa profondeur. Au cours du procédé de fabrication, la deuxième zone est enrichie en hydrogène, de sorte que la deuxième zone présente une concentration d’hydrogène supérieure à la première zone.
La illustre en (C0 P ) l’état de polarisation de l’élément ferroélectrique 10 au niveau de la face supérieure Sup au moyen d’une vue d’en haut dans le plan YX à l’issue de l’étape S20, avec des domaines de polarisations opposées de géométrie définie par les volumes V obtenus suite à l’enrichissement sélectif en hydrogène au moyen du masque M.
La illustre en (C1) et (C2) des géométries pour les volumes V obtenues pour des énergies d’implantations croissantes et plus élevées que pour la géométrie illustrée en (C0). En particulier, en (C2), l’inversion de polarisation est effective sur la totalité de l’épaisseur du cristal, ce qui est obtenu par une énergie d’implantation suffisamment élevée, dépendante de la distance entre les faces Sup et Inf.
La illustre une vue en coupe (C3) et une vue plane (C3 P ) correspondant respectivement à (C0) et (C0 P ) illustrant une variante dans le procédé au niveau de l’étape S10, dans laquelle le masque M n’est pas retiré suite à l’implantation d’hydrogène et l’étape S20 est appliquée alors que le masque est toujours présent. L’inversion de polarisation au niveau des zones sélectivement enrichies en hydrogène se déroule normalement à l’étape S20. Cette variante peut être utilisée par exemple dans le cas où il serait souhaitable d’aligner précisément des électrodes à des zones de polarisation inversée. Dans un tel cas, on procède de fait à un auto-alignement des zones enrichies en hydrogène sur les électrodes utilisées comme masque pour l’enrichissement sélectif en hydrogène.
Le procédé d’inversion sélective de polarisation décrit ci-dessus est mis en œuvre en n’agissant que sur une seule face de l’élément ferroélectrique. Cette caractéristique offre donc la possibilité de contrôler la polarisation d’un élément ferroélectrique dont la face arrière est inaccessible ou trop éloignée de la face avant, assurant une grande flexibilité à l’application du procédé et son applicabilité à différentes géométries.
Comme déjà mentionné, ce premier mode de réalisation est illustratif et n’est pas limité au contrôle de la polarisation d’un simple cristal ferroélectrique, mais peut également s’appliquer à des structures plus complexes, comme cela deviendra apparent dans la suite de cet exposé.
Intégration sur un support – Solution 1 Le procédé d’inversion sélective de polarisation décrit ci-dessus est illustré dans les figures 1 à 3 dans la situation où il est appliqué à un cristal ferroélectrique seul, utilisé comme l’élément ferroélectrique 10. Ce procédé d’inversion sélective peut également s’appliquer à un ensemble formé d’un cristal ferroélectrique intégré sur un substrat, cet ensemble pouvant alors constituer l’élément ferroélectrique 10 illustré par les figures 1 à 3.
La représente un procédé de fabrication d’une structure Struct intégrée illustrée en (D), comportant une couche ferroélectrique Ferro lay fixée sur un support Sprt par l’intermédiaire d’une couche diélectrique Diel. La couche Diel est en contact direct avec chacun du support Sprt et de la couche ferroélectrique Ferro lay .
De manière conventionnelle, la structure Struct peut se présenter sous la forme d'une plaquette circulaire dont le diamètre peut être de 100, 200, 300 voire même 450mm, mais l'invention n'est nullement limitée à ces dimensions ou à cette forme.
Optionnellement, le support Sprt peut être muni d’une couche de piégeage de charge qui est une couche non monocristalline présentant des défauts structurels tels que des dislocations, des joints de grains, des zones amorphes, des interstices, des inclusions, des pores… Ces défauts structurels forment des pièges pour les charges susceptibles de circuler dans le matériau, par exemple au niveau de liaisons chimiques non complètes ou pendantes. On prévient ainsi la conduction dans la couche de piégeage qui présente en conséquence une résistivité élevée. Son épaisseur, notamment lorsqu'elle est formée sur un support résistif, peut être comprise entre 0,1 µm à 3 µm. Mais d'autres épaisseurs inférieures ou supérieures à cet intervalle sont tout à fait envisageables, selon le niveau de performance attendu de la structure 1. De manière avantageuse, et pour des raisons de simplicité de mise en œuvre, cette couche de piégeage est formée d'une couche de silicium polycristallin. Elle peut également comprendre des couches, ou être formée entièrement, d’un alliage de silicium et de carbone. Cette couche de piégeage est, lorsqu’elle est présente, située du côté de la couche diélectrique Diel. D’autres couches, diélectrique ou électriquement conductrices, ayant des fonctionnalités jugées utiles par le praticien selon le type d’applications envisagées peuvent également être présentes, adjacentes à la couche diélectrique Diel.
La couche diélectrique Diel peut quant à elle présenter une épaisseur comprise entre quelques nanomètres et plusieurs micromètres, par exemple 5 micromètresou plus. Elle peut typiquement être formée d’un matériau amorphe, tel que de l’oxyde de silicium, de l’oxynitrure de silicium ou du nitrure de silicium dioxyde de silicium. Il peut également s’agir d’un oxyde tel que le Ta2O5, le ZrO2 ou le HfO ou d’Al2O3.
En référence à la , la structure Struct peut être réalisée par un procédé de fabrication par report de couche comprenant : la préparation du support Sprt illustré en (A) ; l’éventuelle préparation d’un substrat donneur ferroélectrique Ferro sub illustré en (B); l’assemblage, via la couche diélectrique Diel, d’une première face du support Sprt et d’une face du substrat donneur ferroélectrique Ferro s ub afin de constituer une structure intermédiaire Struct inter illustrée en (C) ; et le détachement d’une partie du substrat donneur Ferro sub de la structure intermédiaire pour définir la couche ferroélectrique Ferro lay sur le support Sprt et obtenir la structure Struct illustrée en (D).
À l’instar du deuxième connecteur 8, le premier connecteur 6 est formé d’une base 28 et d’une portion de liaison 30 formant une saillie verticale, par rapport à l’axe V, et configurée pour coopérer avec la monture 4. La base 28 comprend, tel que visible sur la , un logement 32 de réception du support 26 qui, tel qu’évoqué précédemment, est destiné à supporter la lame d’essuyage 10.
Les éléments de rigidification 34 sont légèrement flexibles et participent notamment à plaquer la lame d’essuyage 10 contre la surface vitrée du véhicule pour assurer le nettoyage de cette dernière. Plus particulièrement, la combinaison de l’organe de maintien 27 et des éléments de rigidification 34 permet à la lame d’essuyage 10 d’épouser la forme de la surface vitrée. Cette combinaison permet, par exemple, à la lame d’essuyage 10 de prendre une forme légèrement courbée, tout en assurant le placage de la lame d’essuyage 10 sur la surface vitrée pour permettre, lors des mouvements de va-et-vient du balai d’essuyage 2, de chasser les particules, l’eau et/ou les salissures de la surface vitrée.
Dans le mode de réalisation représenté par la , chacun des premier et deuxième connecteurs 6 et 8 comprend un conduit d’acheminement 36. Ce conduit d’acheminement 36 s’étend selon la direction longitudinale tout du long des premier et deuxième connecteurs 6 et 8. Plus spécifiquement, le conduit d’acheminement 36 s’étend longitudinalement entre deux canules destinées à être logées dans le canal de circulation 38 de l’élément de déflection 12.
Les conduits d’acheminement 36 des premier et deuxième connecteurs 6 et 8 forment chacun un moyen de raccordement 37 qui permet d’assurer la continuité du canal de circulation 38 entre les différentes portions de l’élément de déflection 12. Plus précisément, les moyens de raccordement 37 formés, dans le mode de réalisation représenté, par les conduits d’acheminement 36 permettent d’assurer la continuité du canal de circulation 38 entre d’une part la première portion latérale 16 et la portion centrale 14, et d’autre part entre la portion centrale 14 et la deuxième portion latérale 18.
La illustre une vue de coupe du balai d’essuyage 2 au niveau d’une portion du balai d’essuyage 2 distincte des premier et deuxième connecteurs 6 et 8. Plus précisément, cette vue de coupe représentée par la illustre la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12.
Cette portion centrale 14 comprend, à l’instar de la première portion latérale 16 et de la deuxième portion latérale 18, le canal de circulation 38 qui s’étend selon la direction longitudinale tout du long de chaque portion de l’élément de déflection 12. En outre, l’élément de déflection 12 comprend un déflecteur d’air 40 participant à plaquer la lame d’essuyage 10 contre la surface vitrée du véhicule.
Le balai d’essuyage 2 est assemblé par un procédé d’assemblage objet de l’invention, mettant en œuvre une première étape au cours de laquelle la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12 est reliée au support 26 par coulissement de la portion centrale 14 par rapport au support 26. Dans le mode de réalisation représenté par la , le coulissement de la portion centrale 14 par rapport au support 26 est opéré selon la direction d’allongement principal longitudinale du support 26. On comprend qu’une extrémité de la portion centrale 14 vient coulisser longitudinalement depuis une extrémité du support 26.
La représente plus spécifiquement le procédé d’assemblage d’un balai d’essuyage selon un mode de réalisation de l’invention. Cette permet de mettre en évidence une deuxième étape du procédé d’assemblage au cours de laquelle les premier et deuxième connecteurs 6 et 8 sont positionnés sur le support 26 au niveau de chacune des extrémités longitudinales de la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12.
Dans le mode de réalisation représenté, au moins l’un des connecteurs 6, 8 est placé sur la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12 par un mouvement parallèle à la direction longitudinale le long de laquelle s’étend le support 26. Plus spécifiquement, les premier et deuxième connecteurs 6 et 8 sont placés à chacune des extrémités longitudinales de la portion centrale 14 avec un angle qui, dans le mode de réalisation représenté, est de 180° par rapport à leur position finale lorsque le balai d’essuyage 2 est assemblé.
Une canule de chaque connecteur 6, 8 est logée dans le canal de circulation 38 de la portion centrale 14, chacune à une extrémité différente de la portion centrale 14.
Le support 26 est alors relié à la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12 par coulissement de la portion centrale 14 par rapport au support 26 selon la direction longitudinale. Ce coulissement est avantageusement permis, dans le mode de réalisation représenté, au moyen du placement des premier et deuxième connecteurs 6 et 8 avec un angle de 180° par rapport à leur position finale sur le balai d’essuyage 2. Il convient de noter que l’angle d’inclinaison des premier et deuxième connecteurs 6 et 8 peut être différent dès lors que cette inclinaison desdits connecteurs permet à la base 28 de ne pas gêner le coulissement de la portion centrale 14 par rapport au support 26.
Il est à noter que dans le mode de réalisation représenté, les premier et deuxième connecteurs 6 et 8 sont placés sur la portion centrale 14 puis l’ensemble formé des connecteurs 6 et 8 et de la portion centrale 14 est coulissé par rapport au support 26. Dans un mode de réalisation alternatif de l’invention, la portion centrale 14 peut être coulissée par rapport au support 26 dans un premier temps, puis dans un second temps les premier et deuxième connecteurs 6 et 8 placés sur la portion centrale 14 tel que décrit précédemment.
Il est également à noter que sans sortir du contexte de l’invention, le premier connecteur 6 et le deuxième connecteur 8 peuvent être, au cours de la deuxième étape, positionnés sur le support 26 au niveau de chacune des extrémités longitudinales de la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12 simultanément ou l’un après l’autre.
Une fois le support 26 relié à la portion centrale 14 de l’élément de déflection 12, au moins l’un des connecteurs 6, 8 est positionné sur le support 26 par un mouvement de rotation du connecteur 6, 8 autour d’un axe parallèle à la direction d’allongement principal longitudinale du support 26. Ce mouvement de rotation correspond plus précisément à une rotation, dans le mode de réalisation représenté, de 180° des premier et deuxième connecteurs 6 et 8 autour d’un axe parallèle à la direction longitudinale. Cette rotation permet aux premier et deuxième connecteurs 6, 8 de venir en prise sur le support 26.
Tel que visible sur la , deux éléments de rigidification 34 sont insérés selon la direction longitudinale dans l’organe de maintien 27. Plus précisément, chaque élément de rigidification 34 est inséré dans l’organe de maintien 27 par coulissement depuis une extrémité longitudinale opposée dudit organe de maintien 27. On comprend que les éléments de rigidification 34 sont alors alignés dans un prolongement longitudinal l’un avec l’autre, le balai comportant ici deux éléments de rigidification. Chacun des éléments de rigidification 34 est ensuite solidarisé avec le connecteur 6, 8 situé du côté où chaque élément de rigidification 34 a été inséré. À titre d’exemples illustratifs et non limitatifs de l’invention, cette solidarisation peut être réalisée au moyen d’une soudure ou encore par une liaison mécanique réalisée par une coopération entre un élément faisant saillie depuis la base 28 d’un connecteur 6, 8 et une encoche ménagée dans l’élément de rigidification 34, en regard dudit élément faisant saillie.
En outre, le procédé d’assemblage met en œuvre une étape postérieure à la deuxième étape au cours de laquelle au moins l’une des portions latérales 16, 18 est reliée au support 26 par coulissement de la portion latérale 16, 18 par rapport au support 26. Le coulissement d’au moins l’une de ces première et deuxième portions latérales 16 et 18 est réalisé selon la direction longitudinale de telle sorte que, dans le mode de réalisation représenté, les canules des premier et deuxième connecteurs 6 et 8, opposées aux canules logées dans le canal de circulation 38 de la portion centrale 14, viennent se loger respectivement dans le canal de circulation 38 de la première portion latérale 16 et dans le canal de circulation 38 de la deuxième portion latérale 18.