EP4241317A1 - Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide - Google Patents

Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide

Info

Publication number
EP4241317A1
EP4241317A1 EP21811417.1A EP21811417A EP4241317A1 EP 4241317 A1 EP4241317 A1 EP 4241317A1 EP 21811417 A EP21811417 A EP 21811417A EP 4241317 A1 EP4241317 A1 EP 4241317A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
growth
crystal
conversion crystal
conversion
seed crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP21811417.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Marie Verilhac
Smaïl AMARI
Eric Gros D'aillon
Julien Zaccaro
Alain Ibanez
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP4241317A1 publication Critical patent/EP4241317A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/12—Halides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B7/00—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions
    • C30B7/14—Single-crystal growth from solutions using solvents which are liquid at normal temperature, e.g. aqueous solutions the crystallising materials being formed by chemical reactions in the solution
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/10—Deposition of organic active material
    • H10K71/12—Deposition of organic active material using liquid deposition, e.g. spin coating
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
    • H10K85/50—Organic perovskites; Hybrid organic-inorganic perovskites [HOIP], e.g. CH3NH3PbI3
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/26—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition
    • H10P14/265—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using liquid deposition using solutions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/27—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using selective deposition, e.g. simultaneous growth of monocrystalline and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H10P14/271—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using selective deposition, e.g. simultaneous growth of monocrystalline and non-monocrystalline semiconductor materials characterised by the preparation of substrate for selective deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/27—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using selective deposition, e.g. simultaneous growth of monocrystalline and non-monocrystalline semiconductor materials
    • H10P14/271—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using selective deposition, e.g. simultaneous growth of monocrystalline and non-monocrystalline semiconductor materials characterised by the preparation of substrate for selective deposition
    • H10P14/274—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials using selective deposition, e.g. simultaneous growth of monocrystalline and non-monocrystalline semiconductor materials characterised by the preparation of substrate for selective deposition using seed materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P14/00—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars
    • H10P14/20—Formation of materials, e.g. in the shape of layers or pillars of semiconductor materials
    • H10P14/34—Deposited materials, e.g. layers
    • H10P14/3402—Deposited materials, e.g. layers characterised by the chemical composition
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/549—Organic PV cells

Definitions

  • the conversion crystal layer has a crystallinity close to that of a single crystal and with a high density to limit the ability of radiation to be able to pass through the conversion crystal layer. .
  • the surface of the layer must be several tens or even several hundred square centimeters.
  • the document “Nature 550 (2017) 87” proposes a technique for depositing thick layers by liquid means. They use an ink of MAPI microparticles suspended in a solvent. These microparticles are then deposited on the surface (for example on an active transistor matrix) by coating. After removal of the solvent, the layer consists of an agglomerate of microparticles (whose typical dimensions are of the order of 30 micrometers) which percolate with each other. The layer thus produced is porous. In the case of photodetectors, this morphology is not favorable for the extraction of the photogenerated charge carriers which must percolate from one microcrystal to another. In addition, due to the porosity, the layer is less dense, which is not favorable for the absorption of energetic radiation (X, gamma).
  • WO 2017/046390 Al proposes to deposit a first perovskite layer (nucleation layer) on the surface of the substrate, then to grow, in solution, a second layer of perovskite, thicker, from the first layer. .
  • the technique described requires the use of a nucleation layer different from the layer to be grown, which can pose problems in the case of a detector device by blocking the collection of charge carriers.
  • the layer thus produced is highly polycrystalline (many grain boundaries). Grain boundaries are discontinuous and disturbed zones which can lead to a decrease in performance (zone with a higher density of electronic traps, zone more favorable to ionic migration).
  • the final thickness is very inhomogeneous due to the natural disorientation of the crystallographic axes of the nucleation layer, and due to the different possible growth kinetics depending on the inhomogeneities of the nucleation layer. Finally, the conditions for resuming growth on the thin nucleation layer without dissolving it will be very delicate.
  • the present invention aims to respond to all or part of the problems presented above.
  • one aim is to provide a solution that meets at least one of the following objectives: to obtain a thick layer, of satisfactory quality, of conversion crystal directly in an optoelectronic device; obtaining a conversion crystal of satisfactory crystallinity and having a controlled thickness.
  • This object can be achieved through the implementation of a process for the oriented manufacture of a conversion crystal by the liquid route, the process comprising the following steps: a) supplying a seed crystal allowing the growth of the conversion crystal at to manufacture; b) forming a growth mask on the seed crystal, the growth mask being configured to prevent the growth of the conversion crystal to be fabricated at the location where the growth mask is formed on the seed crystal, the growth mask being formed so as to cover on the one hand an upper edge of the seed crystal arranged distally with respect to a support face of a substrate on which the seed crystal is positioned in step c), on the other hand on a part of the seed crystal with the exception of at least one growth opening delimited in the growth mask ; c) positioning the seed crystal on the support face of the substrate so that the seed crystal is oriented so that a first crystalline plane, corresponding to a stable growth orientation face of the seed crystal, is parallel to the face support and so that at least one growth face of the seed crystal is arranged transversely to the support face of the
  • the method comprises the following additional step: dO) configuring the liquid precursor of the conversion crystal so that it is in an under-saturated state at least at the level of the planar portion and smooth of the growth face, step dO) being carried out before step d).
  • the growing conversion crystal comprises a planar upper facet, parallel to the support face, and whose dislocations are non-active.
  • step c) the orientation of the seed crystal is carried out to within at least 0.1°.
  • the growth mask is formed so as to cover a lower edge of the seed crystal arranged proximally with respect to the support face of the substrate.
  • the upper edge of the growth opening is parallel to the support face of the substrate.
  • step b) at least one additional growth opening is arranged on at least one additional growth face of the seed crystal arranged transversely to the support face of the substrate.
  • the seed crystal and the conversion crystal to be manufactured have a cubic atomic structure.
  • the conversion crystal to be manufactured is an ABX3, A'2C 1+ D 3+ Xe, A2B 4+ Xe or AsB2 3+ Xg type perovskite with A, A', C, D and B are cations and X is an anion; A, B, C, D, X being a single element or a mixture of at least two elements.
  • the conversion crystal to be manufactured is an organic-inorganic hybrid perovskite of formula xp, respecting the rule of electron neutrality, with A (n) and B (n) cations, X (n) an anion and n, m, p integers.
  • the growth face has a crystallographic orientation of a ⁇ 1,0,0 ⁇ plane or a ⁇ 1,1,0 ⁇ plane.
  • the growth mask is formed by an adhesive.
  • the method comprises the following step, implemented after step d): e) treating the conversion crystal so as to make straight at least one of the faces of the crystal of conversion.
  • the seed crystal is composed of several seeds assembled together.
  • step d a temperature of the liquid precursor of the conversion crystal is gradually modified over time.
  • step c) the positioning of the seed crystal is carried out so that the seed crystal is offset with respect to a zone of the substrate where the conversion crystal to be manufactured is formed .
  • the method comprises the following step implemented after step d): f) treating the conversion crystal so as to make the seed crystal and the conversion crystal independent the one another.
  • the invention also relates to an optoelectronic device comprising a conversion crystal obtained by growth in the device optoelectronics and according to such a method, in which the conversion crystal has a thickness greater than or equal to 100 micrometers.
  • FIG. 1 illustrates in a schematic sectional view the steps of an example of a method according to the invention where a seed crystal is positioned on a substrate and is partly covered by a growth mask, which does not cover the lower edge seed crystal.
  • FIG. 2 illustrates in a schematic sectional view, before and during the growth of the conversion crystal, steps of an example of a process according to the invention where a seed crystal is positioned on a substrate and is partly covered by a mask of growth that covers the lower edge of the seed crystal.
  • FIG. 3 illustrates, in a schematic top view, steps of an example of a method according to the invention where the seed crystal is first offset with respect to a zone of the substrate where the conversion crystal to be manufactured must be formed then, during the growth of the conversion crystal, the conversion crystal covers this area and the seed crystal is made independent of the conversion crystal obtained by growth.
  • FIG. 4 illustrates a sectional view of a seed crystal whose growth mask is produced with an adhesive.
  • Figure 5 illustrates a temperature profile applied to the liquid conversion crystal precursor during growth of the conversion crystal.
  • FIG. 6 illustrates an example of a method according to the invention where, during step b), an additional growth opening is arranged on a face of the seed crystal opposite the growth face.
  • FIG. 7 illustrates an example of a manufacturing device implementing an example of a manufacturing method according to the invention.
  • the invention relates essentially to a process for the manufacture of a conversion crystal by liquid means, which will be described in detail below.
  • the fields of application targeted by this manufacturing process are in particular the processes for obtaining X-ray or gamma-ray detectors for medical radiography, the processes for manufacturing non-destructive testing sensors, sensors dedicated to systems, processes for manufacturing sensors dedicated to the nuclear field, or even processes for manufacturing detectors or sensors for detection in large scientific instruments for astronomy and particle physics.
  • these areas are not limiting.
  • obtaining photoelectric crystals entering into the constitution of scintillation lateu rs adapted to the conversion of X or gamma photons into visible photons can be envisaged.
  • the invention can find an application in X-ray imaging for all radiography modalities, whatever the format, for example fluoroscopy, mammography, dental imaging or scanner.
  • the invention can be used in modalities for which it is important to have a strong signal for a minimum dose administered to the patient such as in the case of cardiac imaging, a strong image frequency such as surgical imaging and 3D or high spatial resolution such as mammography or dental imaging.
  • a strong image frequency such as surgical imaging and 3D or high spatial resolution such as mammography or dental imaging.
  • Some applications also concern those where the energy of each X photon is measured, in particular dual energy (bone densitometry, angiography, security application such as baggage checks in airports).
  • conversion crystal it should be understood that one or more crystals produce, for example, an electrical response when photons or charged or uncharged particles pass through them.
  • the crystals making up the conversion layer can also, depending on the application and their physical nature, be chosen for their ability to absorb energetic radiation such as X rays, gamma rays or charged or uncharged particles, and convert them into another more easily measurable.
  • the term crystal is equivalent to the terms “crystalline layer” and represents a monocrystalline or polycrystalline layer. A monocrystalline layer is thus made up of a single grain with a single crystalline orientation.
  • a polycrystalline layer consists of an assembly of grains of different crystalline orientations.
  • liquid route it is meant that the conversion crystal is obtained from at least one element dissolved in at least one solvent, the whole being in a liquid form called “liquid precursor” in the following.
  • liquid precursor By varying parameters such as the temperature of the liquid precursor, it is possible to promote the growth of the conversion crystal.
  • the conversion crystal to be manufactured can be a hybrid perovskite combining an organic part and an inorganic part such as CHsNHsPbBrs. It can also be an entirely inorganic perovskite of general chemical formula ABX3, or mixed compositions such as A (1) i-( y 2+...+ y n)A (2) y 2... A (n) yn B (1) i- (z2+...+zm)B (2) z2... B (m) zmX (1) 3-(x2+...+xp)X (2) x2 ...X (p) xp respecting the rule of electronic neutrality, with A and B cations, X an anion and n, m, p integers.
  • compositions are given below: MAPbh, MAPbCh, MAPbl3- x Br x , MA y GAi- y Pbl3, FAPbBrs, CsPbBrs, Cs2AgBiBre, CsFAPbh, Cs y FAi- y Pbl3-xBr x , Csi- y . z MA y FAzPbl3-xBr x .
  • MA stands for methylammonium [CHsNHsP.
  • FA corresponds to formamidinium [HC(NH2)2] +
  • GA corresponds to guanidinium [C(NH2)s] + .
  • the conversion crystal to be manufactured can also be doped with ionic or non-ionic, organic or non-organic impurities.
  • the conversion crystal to be manufactured can also be formed according to other compositions similar to perovskites known under the following names according to the Anglo-Saxon terminologies: "vacancy-ordered double perovskite", “2D layered perovskite”, “perovskite -like materials”, “defect perovskites”, “elpasolites”, “double perovskite”.
  • other types of materials can make up the conversion crystal, such as materials of the Ruddlesden-Popper, Dion-Jacobson, Chalcogenide or even Rudorffites types.
  • the solvent used can be a mixture of solvents.
  • the solvent is preferably of the polar and aprotic type. It can be, for example, N,N dimethylformamide, dimethyl sulfoxide, gamma-butyrolactone, acetonitrile, N-methyl-2-pyrrolidone. It can also be an aqueous solution based on hydrogen halide.
  • the method of the invention comprises a first step a) consisting in providing a seed crystal 20 whose nature, that is to say the composition and the crystalline phase, allows the growth of the conversion crystal 30 to be manufactured.
  • the seed crystal 20 can be a crystal of the same composition and crystalline phase (homoepitaxy) as those of the conversion crystal 30.
  • the seed crystal can also be of a different nature from that of the conversion crystal to be grown (heteroepitaxy). In the case of the variant of growth from several germs, these germs can be of identical or different natures.
  • seed crystal 20 is massive. This advantageously allows it to be reusable or recyclable several times.
  • the thickness of the seed crystal 20 must be greater than the thickness of the conversion crystal 30 to be manufactured.
  • the seed crystal 20 is formed by an assembly of several small seed crystals 20 for a seed crystal 20 of the desired dimensions.
  • This configuration has the advantage of being technically easier to obtain because it is easier to obtain small seeds of well-calibrated size and quality than long, highly elongated seeds. It is thus possible to obtain a row of seeds pressed against each other, all the faces and edges of which are masked with the exception of faces in contact with one of the other crystals. In this case, the different growth fronts of each nucleus will meet to form a dense photoelectric crystalline layer with grain boundaries.
  • the layer which will grow is also monocrystalline (that is to say without grain boundaries).
  • the layer that will be grown will be polycrystalline and will present grain boundaries, in particular at the joint front of the different small seed crystals 20 .
  • the method also comprises a step b) consisting in forming a growth mask 12 on the seed crystal 20.
  • the growth mask 12 is configured to prevent the growth of the conversion crystal 30 to be fabricated where the growth mask 12 is formed on the seed crystal 20.
  • the growth mask 12 is formed so as to cover an edge upper edge 20b of the seed crystal 20. As illustrated in FIGS. 1, 2, 4 and 6, this upper edge 20b is arranged distally with respect to the support face 11a of the substrate 11 on which the seed crystal 20 is positioned in step c).
  • the part of the growth mask covering the upper edge 20b corresponds to the masking of at least one zone having a height of at least 10 micrometers counted from the upper edge 20b in the direction of the substrate 11, this height preferably being at least 100 micrometers and ideally of the order of a few hundred microns.
  • edge means an acute or angular portion of the seed crystal 20 or even areas comprising changes of planes or else an angle area between two faces of crystalline orientations. different.
  • growth mask 12 also covers a portion of seed crystal 20 except for at least one growth opening 12a delineated in growth mask 12. In other words, all of the faces of the seed crystal 20 not having to undergo growth recovery must not be in contact with the liquid precursor.
  • the material making up the growth mask 12 is, during the growth of the conversion crystal, brought into contact with a growth solution otherwise called liquid precursor 40. It must therefore be resistant to this liquid precursor 40 under the conditions of temperature and pressure used.
  • the growth mask 12 can be formed using organic, inorganic materials or a mixture of the two, such as parylene or parylene C, a photolithography resin such as an orthogonal resin, BCB or SU8, silicone, a thermally crosslinkable material or to ultraviolet rays such as epoxy or acrylate compounds, a fluorinated solvent (CYTOP ⁇ ), a layer of A Os, of SiO2 or even a metal layer (Cr, Cu, Pt).
  • the growth mask 12 can be produced in one layer, or several layers superimposed or deposited one beside the other so as to cover the seed crystal 20 while avoiding any visible zone outside of said growth opening 12a.
  • the deposition can be done by liquid means, such as for example with methods of sprinkling, dipping, by "slot-die", by inkjet, by 3D printing or by brush deposition, by vacuum techniques such as evaporation, sputtering, ALD atomic layer deposition, chemical vapor deposition or any other technique known to those skilled in the art.
  • the thickness of the growth mask 12 is greater than 10 nanometers, preferably greater than 100 nanometers and even more preferably greater than 1 micrometer.
  • the thickness of the growth mask 12 is preferably sufficient to prevent the liquid precursor 40 from coming into contact with certain areas of the seed crystal 20 in order to avoid initiating parasitic growths from the seed crystal 20.
  • growth opening 12a is either present as soon as the mask is deposited of growth 12, or obtained after the deposition of the growth mask 12. In the latter case, the growth opening 12a is obtained either by so-called additive techniques by not masking this zone during the deposition of the growth mask 12, or by so-called subtractive techniques such as laser ablation, photolithography, etching, or the lift-off technique well known to those skilled in the art.
  • the growth of the conversion crystal would take place in all directions in space with the exception of the face on which the seed is stuck.
  • the conversion crystal being formed would also grow in the direction perpendicular to the plane of the substrate 11, which would not make it possible to precisely control both the thickness of the conversion crystal and the surface of the substrate to be covered.
  • the growth mask 12 can also have the function of an adhesive in order to mechanically maintain the seed crystal 20 on the substrate 11.
  • one face of the seed crystal 20 in contact with the substrate 11 is not covered by the growth mask 12. This configuration must nevertheless make it possible to ensure that the liquid precursor 40 does not penetrate between the seed crystal 20. Thus, parasitic growth cannot occur.
  • the manufacturing method further comprises a step c) which consists in positioning the seed crystal 20 on the support face 11a of the substrate 11. This positioning is entirely constrained by two imperatives .
  • the seed crystal 20 must be oriented so that the direction perpendicular to a plane corresponding to a face of a crystal plane 20d, corresponding to a face of stable growth orientation, is parallel to the support face 11a.
  • the seed crystal may present, on its external face oriented opposite to the support face IIa, an orientation different from the orientation of the crystalline plane 20d corresponding to an orientation face of steady growth; the positioning of the seed crystal 20 will all the same make it possible to achieve the object of the invention as long as the orientation of the crystalline plane 20d corresponding to the stable growth orientation face is parallel to the support face IIa.
  • the crystal plane 20d corresponding to the face of stable growth orientation can be arranged inside the seed crystal 20, regardless of the orientation of the apparent outer face of the seed crystal. germination 20. In particular, it does not matter whether the visible external face has defects or is cut.
  • the stable growth orientation face is a face in which several chains of periodic bonds run.
  • the corresponding crystalline planes are necessarily crystalline planes which are generally dense planes therefore with low Miller indices h, k, I ⁇ 3.
  • An equivalent means for implementing this first condition is to position the crystalline plane 20d corresponding to a stable growth orientation face on the side of the support face IIa and parallel to the support face IIa.
  • the positioning of the seed crystal 20 must be such that at least one of its growth faces 20a is present and arranged transversely to the support face of the substrate 11.
  • transversely means that the growth face 20a forms, with the substrate 11, an angle as close as possible to 90°.
  • a crystal having a cubic crystallographic structure can achieve this angle.
  • the orientation of the growth face 20a advantageously ensures that large areas can be covered.
  • the orientation of the seed crystal 20 is carried out precisely, typically to within 1°, or even preferentially to within 0.1° or 0.01°.
  • the crystallographic orientation of the seed crystal 20 can be easily controlled, even when the outer face of the seed crystal 20 has an orientation different from the orientation of the crystal plane 20d corresponding to the stable growth orientation face, by carrying out characterizations under X-ray diffraction, of the Laue type, 0/20, or even of the "rocking curve" type according to the established Anglo-Saxon terminology.
  • Mechanical parts can also be used to set the orientation of the seed crystal 20 relative to the surface of the substrate 11.
  • the orientation of the seed crystal is different from 90°. This allows the conversion crystal to grow by inducing a continuous thickness gradient, increasing or decreasing, as the conversion crystal advances on the surface and during growth.
  • seed crystal 20 and conversion crystal 30 to be fabricated have a cubic crystal system.
  • the growth face 20a has as crystallographic orientation a plane of type ⁇ 1,0,0 ⁇ or of type ⁇ 1,1,0 ⁇ .
  • the seed crystal 20 is composed of several seeds assembled together.
  • the seed crystal 11 can be manufactured in a single block by conventional self-supported monocrystal growth techniques. Its surface may optionally be treated mechanically, for example by polishing and/or cutting adapted to the correct dimensions and/or chemically. It is also possible to use a solvent to adjust the surface state of the seed crystal and/or to use one or more physical treatment(s), for example plasma or laser on each starting face. of growth of the germ, so as to voluntarily generate defects which will favor the resumption of growth.
  • the seed crystal 20 can grow directly from the surface of the substrate.
  • the method according to the invention also comprises a step d) which consists in applying the liquid precursor 40 of the conversion crystal 30, from the support face IIa of the substrate 11 up to at least the level of the flat and smooth portion of the growth face 20a to obtain a free growth of the conversion crystal 30, from the flat and smooth portion of the growth face 20a, along a growth thickness 30b contained between the support face 11a of the substrate 11 and an upper edge 12b of the growth opening 12a arranged distally relative to the support face IIa of the substrate 11.
  • the term "distal" equivalently means that the upper edge 12b is arranged opposite the substrate 11.
  • the upper edge 12b can have any shape induced by the way of masking the crystal.
  • the upper edge 12b is jagged or in the form of slots in order to obtain a suitable topology of the upper surface of the crystal in formation.
  • the cutting of the upper edge 12b should be such that it allows the growth of stable faces.
  • the vertical parts of the slots must correspond to stable faces just like the part of the slots being horizontal.
  • Growth thickness 30b may be slightly greater than growth opening 12a. Indeed, in the case where the growth mask 12 covers the lower edge 20c of the seed crystal 20, the growth disturbances induced in this zone close to the substrate induce that the seed crystal tends to grow until reaching the substrate 11. Nevertheless, the upper facet of the conversion crystal being formed remains flat.
  • free growth means growth without mechanical constraint.
  • free growth is different from growth of a crystal or a polycrystal constrained between two walls and mechanically leaving only one growth direction or two opposite growth directions possible. This is advantageous for obtaining a very flat and uniform surface state, corresponding to stable crystalline faces.
  • growth corresponds to a formation, a homoepitaxy, a heteroepitaxy or else a crystallization.
  • substrate can correspond either to an inert surface, or to all or part of an electronic or optoelectronic device.
  • the substrate 11 can be passive by being a simple support or can be active, that is to say have an additional functionality.
  • the substrate 11 can comprise an active matrix, for example with transistors, or a passive matrix, as with discrete pixels without transistors.
  • the matrix is active, it is possible to use numerous existing technologies of known transistors (a-Si, IGZO, organic transistors, polycrystalline silicon).
  • CMOS complementary metal-oxide-semiconductor
  • CMOS complementary metal oxide
  • the substrate 11 can for example be made of glass, of plastic such as polyimide, PET, PEN, or else based on silicon.
  • the surface of the substrate 11 can be prepared beforehand so as to guarantee correct adhesion of the conversion crystal 30 to the substrate 11.
  • the substrate 11 can be prepared so as to guarantee contact on the molecular scale between the crystal of conversion and the support side lia.
  • the perovskite conversion crystal may have a strong chemical affinity with the support face 11a representing a surface of a conductive electrode of an optoelectronic device so as to facilitate the transfer of charge from one to the other.
  • the adhesion of the conversion crystal 30 to the substrate 11 is ensured by covalent bonds, ionic or Van Der Waals bonds between the conversion crystal 30 and all or part of the surface of the substrate 11, or by the roughness and the topology thereof.
  • the mode of lateral growth obtained via the manufacturing method described in this document allows the growth front to grow gradually and in intimate contact with the surface of the substrate 11, which promotes adhesion on this surface.
  • the adhesion of the conversion crystal 30 to the surface of the substrate 11 is ensured mechanically via the topology and the roughness of the surface, or chemically via the presence of chemical groups adapted to the surface by known self-assembled monolayers under the Anglo-Saxon terminology “Self-assembled monolayers” of the aminopropyltriethoxysilane (APTES) or cysteamine type. It can also be a mixture of these different possibilities.
  • APTES aminopropyltriethoxysilane
  • cysteamine type cysteamine type
  • the surface of the substrate 11 is preferably planar, but it can if necessary have a curved or inclined surface, or any non-planar configuration.
  • the upper facet 30a of the conversion crystal 30 being a flat crystalline face, the growth obtained via the manufacturing process described here involves a variation in thickness of the conversion crystal 30 which follows the curvature of the side in contact with the substrate 11.
  • At least one growth opening 12a is arranged at the level of the growth face 20a so that only a flat and smooth portion of the growth face 20a is capable of being in contact with the liquid precursor 40 of the crystal of conversion 30.
  • All the geometries of the growth opening 12a can be envisaged, such as for example square or rectangular in shape. It suits nevertheless to ensure that the seed crystal 20 is large enough to cover the entire area of interest of the substrate.
  • a flat and smooth portion of the growth face corresponds to a natural face of the crystal and which does not include an edge. In other words, it must be a face portion present in the morphology of the crystal 30 under the growth conditions used (solvent, temperature).
  • the portion of the crystal transverse to the planar and smooth portion of the growth face 20a does not depolarize the light.
  • the solute concentration of the conversion crystal 30 is lower than the solubility limit of the solute of the conversion crystal in the liquid precursor 40. This state makes it possible to slightly dissolve the face growth of seed crystal 20 at growth opening 12a. Thus, surface defects (chips, stresses, pollution) are dissolved before carrying out a subsequent growth phase.
  • the growth face 20a can grow to form the conversion crystal 30.
  • the concentration of conversion crystal 30 dissolved in the liquid precursor 40 must be slightly higher, at least of the order of 0.5 to 1%, than the solubility limit of the conversion crystal 30 dissolved in the liquid precursor 40. In this state, the crystallization of the conversion crystal from the face of Growth at growth opening 12a is spontaneous.
  • the state of under-saturation or over-saturation is generally controlled by the temperature, the conversion crystal concentration 30, the nature of the solvent, the use of a non-solvent or else the pressure.
  • the conditions allowing the growth are conventional and known to those skilled in the art.
  • temperature it is possible to implement crystallization by increasing temperature in the case of retrograde solubility, or by decreasing temperature in the case of direct solubility, or by setting constant temperature and concentration conditions to maintain an adequate level of supersaturation.
  • the conditions allowing the growth are known to those skilled in the art, for example by varying the temperature of the solution as illustrated in FIG. 5 or by the use of a non-solvent.
  • Oriented growth relies on controlling the supersaturation applied so that only screw dislocation growth is active, corresponding to a spiral mode of growth.
  • only the screw dislocations originating from the growth face 20a, at the level of the opening of growth 12a are active and allow growth.
  • a single crystal seed crystal having flat, smooth faces that do not depolarize light is selected.
  • This seed crystal 20 is bonded to a silicon substrate with a silicone glue.
  • the substrate is glued to the bottom of a glass reactor, with this same silicone glue.
  • the seed crystal 20 is covered with the growth mask 12 except at the level of a growth opening 12a.
  • a liquid precursor 40 of MAPbBrs at 1 mol/L is obtained by dissolving the PbBr2 and MABr precursors in a 1:1 ratio at room temperature and in N,N-Dimethylformamide. Seed crystal 20 and liquid precursor 40 are temperature adjusted separately for a period of 1 hour at a temperature of 55°C.
  • the liquid precursor 40 thus heated is then poured onto the seed crystal 40.
  • the substrate 11 is in a horizontal position.
  • the growth of the conversion crystal 30 is carried out in the liquid precursor 40 between 58° C. and 70° C. and following the temperature profile presented in FIG. 5.
  • the liquid precursor 40 is for example stirred using a propeller or renewed and set in motion by a device described in Figure 7.
  • the liquid precursor 40 can be obtained by dissolving a nourishing body, formed for example of an excess solid perovskite, in a reaction chamber, which can be an accumulator 70.
  • a reaction chamber which can be an accumulator 70.
  • a constant temperature difference is then maintained between the accumulator 70 and a reactor containing the substrate 11 and the seed crystal 20.
  • the liquid precursor 40 is sucked up by a pumping system 71, then filtered by a filtration system 72 before power the reactor. Then, the liquid precursor 40 is again put into circulation towards the accumulator 70, and so on, according to a closed circuit organization.
  • the retentate 73 which is retained by the filtration system 72 is reintroduced into the accumulator 70. Coupled with the manufacturing process described above, these arrangements make it possible to obtain that all of the nourishing body dissolved in the accumulator 70 is deposited on the substrate 11 in the form of the conversion crystal 30, which implies a gain for the manufacturing cost.
  • the growing conversion crystal 30 comprises an upper planar facet 30a parallel to the support face IIa and whose dislocations are non-active.
  • the non-active dislocations are, for example, of the wedge type or else of screw character but not being perpendicular to the upper facet 30a. They do not allow crystal growth.
  • Active dislocations are screw-like dislocations perpendicular to the growth face. They are walking sources that provide solute incorporation sites and are therefore favorable for crystal growth.
  • the conversion crystal 30 comprises from the start and during its growth an upper facet 30a naturally planar, parallel to the support face and without active dislocation, that is to say whose dislocations are only non-active dislocations.
  • This makes it possible to control the thickness of the conversion crystal 30 obtained by maintaining it at the height of the upper edge 20b of the growth opening 12a.
  • non-active dislocations do not allow growth to resume and the thickness of the crystal, during its growth, therefore does not increase.
  • This is advantageous for very precisely controlling the thickness of the conversion crystal 30 obtained and therefore ultimately the quantity of radiation absorbed by the conversion crystal 30 when it is installed in an optoelectronic device.
  • the conversion crystal 30 obtained via the manufacturing process described above contains defects of the screw dislocation type whose line is parallel to the direction of growth, in a plane parallel to the substrate 11. These dislocations will be perpendicular to the direction of drainage of the charges in the devices, which is the direction in the thickness of the conversion crystal 30. Insofar as these dislocations can be a source of ionic migration in the perovskites, the configuration thus obtained is very favorable for avoiding the phenomena of ionic migration in the thickness of the conversion crystal 30, and thus limit electrical instabilities.
  • the thickness of the conversion crystal 30 is mainly controlled by the size of the growth opening 12a.
  • the conversion crystal 30, once formed preferably has a thickness greater than 1 micrometer, preferably greater than 100 micrometer and even more preferably greater than 300 micrometer.
  • the thickness of the conversion crystal 30 to be manufactured is defined so as to absorb the greater part of the incident radiation at the energy targeted for the application.
  • the thickness of the conversion crystal 30 to be manufactured is defined so as to absorb the greater part of the incident radiation at the energy targeted for the application.
  • the thickness of the conversion crystal 30 to be manufactured is defined so as to absorb the greater part of the incident radiation at the energy targeted for the application.
  • it is necessary to form a conversion crystal 30 having a thickness of 600 micrometers in CHsNHsPbh or 1300 micrometers in CHsNHsPbBrs at RQA 5 (X-ray spectrum centered on 50keV according to standard IEC62220-1), or a thickness of 450 micrometers in CHsNHsPbh, or 800 micrometers in CHsNHsPbBrs at RQ.A9 X-ray spectrum centered on 70keV according to standard I EC62220-1).
  • the method comprises the additional step d0) which consists in configuring the liquid precursor 40 of the conversion crystal 30 so that it is in a state of under-saturation at least at the level of the portion plane and smooth of the growth face 20a.
  • Step dO) is carried out before step d). This allows the growth face of the seed crystal 20 to be slightly dissolved at the level of the growth opening 12a. Thus, a defect-free surface is advantageously obtained before carrying out a subsequent growth phase according to step d).
  • the growth mask 12 is also formed so as to cover a lower edge 20c of the seed crystal 20 arranged proximally with respect to the support face 11a of the substrate 11.
  • the length of the seed crystal 20 is greater than or equal to the lateral dimension of the zone of the substrate 11 to be covered.
  • the case can also be envisaged where the length of the seed crystal 20 is smaller than the lateral dimension of the zone of the substrate 11 to be covered.
  • the upper edge 12b of the growth opening 12a is parallel to the support face 11a of the substrate 11. This configuration makes it possible to control the flatness of the conversion crystal 30 and therefore the uniformity of conversion yield of radiation.
  • an additional growth opening 12a is arranged on a face of the seed crystal 20 opposite the growth face 20a. It goes without saying that, therefore, the face of the seed crystal 20 opposite the growth face 20a is also a stable growth face.
  • the conversion crystal 30 can grow in two opposite directions. This makes it possible to increase production rates and further reduce costs. More generally, more than two growth openings can be arranged so as to grow the crystal in several directions with respect to the starting seed.
  • the growth mask 12 is formed by an adhesive 60.
  • the adhesive may be inert with respect to the seed crystal 20.
  • the glue 60 can overflow from the seed crystal 20 so as to completely cover the face of the seed crystal 20 arranged opposite the support face IIa of the substrate 11.
  • step d a temperature of the liquid precursor 40 of the conversion crystal 30 is gradually increased over time. This keeps the solution in a state of supersaturation most favorable for growth and thus reduces the content of crystal defects in the growing conversion crystal.
  • step c) the positioning of the seed crystal 20 is carried out so that the seed crystal 20 is offset with respect to a zone 50 of the substrate 11 where the conversion crystal 30 to be manufactured is shape. This is advantageous for homogeneously covering a determined zone of the substrate 11.
  • the manufacturing method comprises a step f) implemented after step d).
  • Step f) consists in treating the conversion crystal 30 so as to make the seed crystal 20 and the conversion crystal 30 independent after the formation of the crystal 30.
  • the seed crystal 20 can be left on the surface and/or be removed from the surface by mechanical or physical cutting (laser) and/or by peeling it off from the surface of the substrate 11.
  • the method comprises step e) which is implemented after step d).
  • Step e) consists in treating the conversion crystal 30 so as to make at least one of its faces rectilinear.
  • masking step b) can be repeated several times.
  • steps c) and d) are implemented to obtain a first part of the conversion crystal 30.
  • the growth is then stopped.
  • the conversion crystal 30 thus obtained then serves as seed crystal 20 in a new iteration of step a).
  • the conversion crystal 30 is then masked in a new step b) then the rest of the process is carried out again. It may thus be envisaged to repeat the process several times.
  • This technique makes it possible to avoid the fact that over too long growth times, defects are generated on the upper facet 30a and that these defects induce growth in the direction normal with respect to the substrate 11 and the support face 11a.
  • the growth is stopped before these defects are formed, a new masking is formed and the growth is then restarted following steps c) and d). This approach involves the masking being removed from the top facet 30a at the end of the process.
  • the conversion crystal 30 has been obtained, its surface can be mechanically or mechanically chemically treated, for example by chemical-mechanical polishing, and/or chemically, for example by solvent cleaning, chemical grafting to modify the surface state and /or physically by UV-O3 or plasma treatment. It is for example possible to re-polish the upper face of the crystal 30 to guarantee better uniformity of the thickness of the conversion crystal 30 over the entire surface of the substrate 11. In some cases, the edges of the conversion crystal 30 can be cut to obtain the desired side dimensions.
  • An optoelectronic device can be manufactured from the conversion crystal 30 obtained with the manufacturing method described above.
  • an upper electrode is deposited on the conversion crystal 30.
  • the upper electrode is deposited continuously over at least the entire surface of the active matrix covered by the conversion crystal 30.
  • a single upper electrode is common to all the pixels of the matrix.
  • This electrode can have the same nature as the lower electrode constituting the part of the substrate 11 on which the conversion crystal 30 is obtained or be of a different nature, as for a photodiode device.
  • metals Au, Cr, Pt, Pd, Ag
  • conductive oxides ITO, AZO, GZO
  • conductive organic materials PEDOT-PSS, PANI, grapheme, carbon ink
  • one or more layers of interfaces on the electrode to fix the work function and the chemical compatibility with the perovskite (PEIE, C60, MoOs, V2O5, BCP, SPIRO).
  • PEIE, C60, MoOs, V2O5, BCP, SPIRO The upper electrode is then electrically connected to the external circuit, for example by means of a conductive wire or a conductive line produced by printing.
  • the conversion crystal 30 can finally be encapsulated in air, or in an inert atmosphere (N2, Ar), or in an anhydrous atmosphere. This can be achieved using a glass cover glued to a surface of the substrate 11, which is not covered by the conversion crystal 30, using a bead of glue, or using an adhesive such as a glue or a pressure-sensitive adhesive and a plastic film with barrier layers.
  • the encapsulation is transparent or opaque to visible light, but allows the radiation to be detected to pass.
  • the contact pads of the pixel matrix are then connected to a reading electronics using flexible hoses and adhesives of the ACF (Anisotropic Conductive Film) type.
  • the matrix can be characterized with the usual reading methods of pixelated imagers.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion (30) par voie liquide comprenant les étapes : a) fournir un cristal de germination (20); b) former un masque de croissance (12) sur le cristal de germination (20; c) positionner le cristal de germination (20) de sorte que le cristal de germination (20) soit orienté pour qu'un premier plan cristallin (20d), soit parallèle à une face support (11a) d'un substrat (11) et pour qu'au moins une face de croissance (20a) du cristal de germination (20) soit agencée transversalement à la face support du substrat (11); d) appliquer le précurseur liquide (40) du cristal de conversion (30) configuré dans un état de sursaturation relative au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance (20a) pour obtenir une croissance libre du cristal de conversion (30).

Description

Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention porte sur un procédé de fabrication d'un cristal de conversion par voie liquide.
ETAT DE LA TECHNIQUE ANTERIEURE
Dans le domaine des détecteurs de rayonnements ionisants (rayons X, gamma, particules chargées ou non chargées de type alpha, beta, protons, neutrons...), il est important de détecter le plus précisément la quantité de rayonnement reçue, idéalement pour un coût acceptable. Il est ainsi très intéressant d'obtenir une couche de cristal de conversion présentant une épaisseur élevée, c'est-à-dire supérieure à 1 micromètre, voire supérieure à 100 micromètres afin d'absorber efficacement le rayonnement incident. Cela permet de mesurer une grande quantité de rayonnement sans que celui-ci ne réussisse à traverser le cristal de conversion. Ce rayonnement est converti directement en charges électriques. On parle de détecteur à conversion directe. Pour une qualité et une fiabilité de mesure, il est également important que la couche de cristal de conversion ait une cristallinité proche de celle d'un monocristal et avec une densité élevée pour limiter la capacité des rayonnements à pouvoir traverser la couche de cristal de conversion. Pour de nombreuses applications, telles que la radiographie, la surface de la couche doit être de plusieurs dizaines voire plusieurs centaines de centimètres carrés.
Dans ce contexte, il est connu de réaliser des dépôts par voie liquide, par exemple par centrifugation à la tournette ou par des méthodes connues sous la terminologie anglosaxonne « slot-die » ou « doctor blade ». Ces méthodes sont adaptées pour obtenir des couches minces dont l'épaisseur est inférieure à 1 micromètre, mais elles ne permettent pas l'obtention de couches présentant des épaisseurs supérieures à plusieurs dizaines de micromètres tout en gardant une structure cristalline la plus proche d'un monocristal.
Plusieurs techniques de couplage sur une surface de couches épaisses de pérovskites, par voie liquide, ont déjà été néanmoins proposées.
Ainsi le document « Kovalenko, Nat. Phot. 9 (2015) 444 » décrit un procédé de dépôt par spray-coating pour déposer une couche épaisse (10-100 micromètres) de CHsNHsPbh (MAPI) sur une surface avec une électrode métallique pour réaliser un dispositif détecteur. Ce procédé est difficilement maîtrisable sur des couches supérieures à 100 micromètres. De plus, les couches obtenues ont une morphologie mal maîtrisée et très polycristalline, avec beaucoup de joints de grains, ce qui n'est pas favorable pour les propriétés optoélectroniques. L'épaisseur et l'état de surface sont également difficilement contrôlables.
Le document « Nature 550 (2017) 87 » propose une technique pour déposer des couches épaisses par voie liquide. Ils utilisent une encre de microparticules de MAPI en suspension dans un solvant. Ces microparticules sont ensuite déposées sur la surface (par exemple sur une matrice active de transistor) par enduction. Après élimination du solvant, la couche consiste en un agglomérat de microparticules (dont les dimensions typiques sont de l'ordre de 30 micromètres) qui percolent les unes avec les autres. La couche ainsi fabriquée est poreuse. Dans le cas des photodétecteurs, cette morphologie n'est pas favorable pour l'extraction des porteurs de charges photogénérés qui doivent percoler d'un microcristal à un autre. De plus, du fait de la porosité, la couche est moins dense, ce qui n'est pas favorable pour l'absorption des rayonnements énergétiques (X, gamma).
Le document « WO 2017/046390 Al » propose de déposer une première couche pérovskite (couche de nucléation) sur la surface du substrat, puis de faire croître, en solution, une deuxième couche de pérovskite, plus épaisse, à partir de la première couche. La technique décrite nécessite d'utiliser une couche de nucléation différente de la couche à faire croître, ce qui peut poser des problèmes dans le cas d'un dispositif détecteur en bloquant la collection des porteurs de charges. La couche ainsi fabriquée est fortement polycristalline (beaucoup de joint de grains). Les joints de grains sont des zones discontinues et perturbées qui peuvent entraîner une diminution des performances (zone avec une plus forte densité de pièges électroniques, zone plus favorable à la migration ionique). De plus, il est fortement probable que l'épaisseur finale soit très inhomogène du fait de la désorientation naturelle des axes cristallographique de la couche de nucléation, et du fait des différentes cinétiques de croissance possible en fonction des inhomogénéités de la couche de nucléation. Enfin, les conditions de reprise de croissance sur la couche mince de nucléation sans la dissoudre, seront très délicates.
Le document « Huang J., Nat. Phot. 11 (2017) 315 » propose de faire croître un monocristal de MAPbBrs, mesurant environ 1cm de dimension latérale, sur une surface en initiant la nucléation à partir d'un germe posé sur la surface. Dans cette configuration, le cristal ne pourra pas pousser latéralement à la surface sans également croître dans la direction normale à la surface impliquant une augmentation de l'épaisseur. Il est difficilement envisageable d'étendre cette technique à de plus grandes surfaces (supérieures à quelques centimètres carrés). Dans le cas ou plusieurs germes seraient initialement disposés sur la surface, la croissance en parallèle de ces différents germes poserait des problèmes en terme d'homogénéité d'épaisseur et désorientation de ces germes mais aussi de joints de grains et de fortes contraintes associées entre les cristaux.
Enfin, le document « Adv. Mater. 2017, 1602639 » décrit une technique pour coupler une couche épaisse (comprise entre 100 et 800 micromètres) de MAPbBrs en confinant la croissance entre deux plaques décrivant deux surfaces opposées. Dans ce document, une surface de recouvrement de 120 centimètres carrés est démontrée. Néanmoins, cette technique est difficile à mettre en œuvre car elle nécessite de renouveler en continue la solution de croissance entre les deux plaques très rapprochées pour nourrir en continu la croissance du cristal. La couche finale présente de fortes inhomogénéités d'épaisseur et en nombre de joints de grains. Or ces deux paramètres sont critiques car ils impactent directement les performances de conversion.
EXPOSE DE L'INVENTION
La présente invention a pour but de répondre à tout ou partie des problèmes présentés ci-avant.
Notamment, un but est de fournir une solution répondant à au moins l'un des objectifs suivants : obtenir une couche épaisse, de qualité satisfaisante, de cristal de conversion directement dans un dispositif optoélectronique ; obtenir un cristal de conversion de cristallinité satisfaisante et ayant une épaisseur contrôlée.
Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d'un procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) fournir un cristal de germination permettant la croissance du cristal de conversion à fabriquer ; b) former un masque de croissance sur le cristal de germination, le masque de croissance étant configuré pour empêcher la croissance du cristal de conversion à fabriquer à l'emplacement où le masque de croissance est formé sur le cristal de germination, le masque de croissance étant formé de sorte à recouvrir d'une part une arête supérieure du cristal de germination agencée de façon distale par rapport à une face support d'un substrat sur laquelle le cristal de germination est positionné à l'étape c), d'autre part sur une partie du cristal de germination à l'exception d'au moins une ouverture de croissance délimitée dans le masque de croissance ; c) positionner le cristal de germination sur la face support du substrat de sorte que le cristal de germination soit orienté pour qu'un premier plan cristallin, correspondant à une face d'orientation de croissance stable du cristal de germination, soit parallèle à la face support et pour qu'au moins une face de croissance du cristal de germination soit agencée transversalement à la face support du substrat, l'ouverture de croissance étant agencée au niveau de la face de croissance de sorte que seule une portion plane et lisse de la face de croissance soit apte à être en contact avec un précurseur liquide du cristal de conversion ; d) appliquer le précurseur liquide du cristal de conversion configuré dans un état de sursaturation relative au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance pour obtenir une croissance libre du cristal de conversion, à partir de la portion plane et lisse de la face de croissance, selon une épaisseur de croissance contenue entre la face support du substrat et une arête supérieure de l'ouverture de croissance agencée de façon distale par rapport à la face support du substrat.
Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé de fabrication sont les suivants, pris isolément ou en combinaison.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le procédé comporte l'étape supplémentaire suivante: dO) configurer le précurseur liquide du cristal de conversion de sorte qu'il soit dans un état de sous-saturation au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance, l'étape dO) étant réalisée avant l'étape d).
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, au cours de l'étape d), le cristal de conversion en croissance comprend une facette supérieure plane, parallèle à la face support, et dont les dislocations sont non-actives.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, au cours de l'étape c), l'orientation du cristal de germination est réalisée à au moins 0,1° près.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, au cours de l'étape b), le masque de croissance est formé de sorte à recouvrir une arête inférieure du cristal de germination agencée de façon proximale par rapport à la face support du substrat.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, l'arête supérieure de l'ouverture de croissance est parallèle à la face support du substrat.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, au cours de l'étape b), au moins une ouverture de croissance supplémentaire est agencée sur au moins une face de croissance supplémentaire du cristal de germination agencée transversalement à la face support du substrat.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le cristal de germination et le cristal de conversion à fabriquer ont une structure atomique cubique.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le cristal de conversion à fabriquer est une pérovskite de type ABX3, A'2C1+D3+Xe, A2B4+Xe ou AsB23+Xg avec A, A', C, D et B des cations et X un anion ; A, B, C, D, X étant un élément simple ou un mélange d'au moins deux éléments.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le cristal de conversion à fabriquer est une pérovskite hybride organique-inorganique de formule xp, respectant la règle de neutralité électronique, avec A(n) et B(n) des cations, X(n) un anion et n, m, p des entiers.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, la face de croissance a pour orientation cristallographique un plan {1,0,0} ou un plan {1,1,0}.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, au cours de l'étape b), le masque de croissance est formé par une colle.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le procédé comprend l'étape suivante, mise en œuvre après l'étape d) : e) traiter le cristal de conversion de sorte à rendre rectiligne au moins l'une des faces du cristal de conversion .
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le cristal de germination est composé de plusieurs germes assemblés entre eux.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, durant l'étape d), une température du précurseur liquide du cristal de conversion est modifiée graduellement dans le temps.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, durant l'étape c), le positionnement du cristal de germination est réalisé de sorte que le cristal de germination est décalé par rapport à une zone du substrat où le cristal de conversion à fabriquer est formé.
Dans une mise en œuvre du procédé de fabrication, le procédé comprend l'étape suivante mise en œuvre après l'étape d) : f) traiter le cristal de conversion de sorte à rendre le cristal de germination et le cristal de conversion indépendants l'un de l'autre.
L'invention porte également sur un dispositif optoélectronique comprenant un cristal de conversion obtenu par croissance dans le dispositif optoélectronique et selon un tel procédé, dans lequel le cristal de conversion a une épaisseur supérieure ou égale à 100 micromètres.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels :
La figure 1 illustre en vue schématique en coupe des étapes d'un exemple de procédé selon l'invention où un cristal de germination est positionné sur un substrat et est recouvert en partie par un masque de croissance, lequel ne recouvre pas l'arête inférieure du cristal de germination.
La figure 2 illustre en vue schématique en coupe, avant et pendant la croissance du cristal de conversion, des étapes d'un exemple de procédé selon l'invention où un cristal de germination est positionné sur un substrat et est recouvert en partie par un masque de croissance qui recouvre l'arête inférieure du cristal de germination.
La figure 3 illustre, en vue schématique de dessus, des étapes d'un exemple de procédé selon l'invention où le cristal de germination est d'abord décalé par rapport à une zone du substrat où le cristal de conversion à fabriquer doit être formé puis, lors de la croissance du cristal de conversion, le cristal de conversion recouvre cette zone et le cristal de germination est rendu indépendant du cristal de conversion obtenu par croissance.
La figure 4 illustre une vue en coupe d'un cristal de germination dont le masque de croissance est réalisé avec une colle.
La figure 5 illustre un profil de température appliqué au précurseur liquide de cristal de conversion pendant la croissance du cristal de conversion.
La figure 6 illustre un exemple de procédé selon l'invention où, durant l'étape b), une ouverture de croissance supplémentaire est agencée sur une face du cristal de germination opposée à la face de croissance.
La figure 7 illustre un exemple de dispositif de fabrication mettant en œuvre un exemple de procédé de fabrication selon l'invention.
EXPOSE DETAILLE DE MODES DE REALISATION PARTICULIERS
Sur les figures 1 à 7 annexées et dans la suite de la description, des éléments identiques ou similaires en terme fonctionnel sont repérés par les mêmes références. De plus, les différents éléments ne sont pas représentés à l'échelle de manière à privilégier la clarté des figures pour en faciliter la compréhension.
Par ailleurs, les différents modes ou exemples et variantes ne sont pas exclusifs les uns des autres et peuvent, au contraire, être combinés entre eux.
L'invention porte essentiellement sur un procédé de fabrication d'un cristal de conversion 30 par voie liquide, lequel va être décrit en détails ci-après.
Les domaines d'application visés par ce procédé de fabrication sont en particulier les procédés d'obtention de détecteurs de rayons X ou de rayons gamma pour la radiographie médicale, les procédés de fabrication de capteurs de contrôle non destructif, de capteurs dédiés à des fonction de sécurité, des procédé de fabrication de capteurs dédiés au domaine du nucléaire, ou encore des procédés de fabrication de détecteurs ou de capteurs pour la détection dans les grands instruments scientifiques d'astronomie et de physique des particules. Toutefois, il est insisté sur le fait que ces domaines ne sont pas limitatifs. Par exemple, l'obtention de cristaux photo-électriques entrant dans la constitution de scintil lateu rs adaptés à la conversion des photons X ou gamma en photons visibles peut être envisagée. Il en va de même pour la fabrication de détecteurs fonctionnant dans d'autres longueurs d'onde de rayonnement électromagnétique, comme par exemple les photons visibles de longueur d'onde comprise entre 400 et 800 nm ou proche-infrarouge de longueur d'onde supérieure à 800 nm. Enfin, l'invention peut trouver une application dans l'imagerie X pour toutes les modalités de radiographie, quel que soit le format, par exemple la fluoroscopie, la mammographie, l'imagerie dentaire ou le scanner.
En particulier, l'invention peut être utilisée dans les modalités pour lesquelles il est important d'avoir un fort signal pour une dose minimum administrée au patient comme dans le cas de l'imagerie cardiaque, une forte fréquence image comme l'imagerie chirurgicale et 3D ou une forte résolution spatiale comme la mammographie, ou l'imagerie dentaire. Certaines applications concernent aussi celles où l'énergie de chaque photon X est mesurée, notamment la biénergie (ostéodensitométrie, angiographie, application en sécurité tel que le contrôle de bagages dans les aéroports).
Par « cristal de conversion », il convient de comprendre qu'un ou plusieurs cristaux produisent par exemple une réponse électrique lorsque des photons ou des particules chargées ou non-chargées les traversent. Les cristaux composant la couche de conversion peuvent également, suivant l'application et leur nature physique, être choisis pour leur capacité à absorber des rayonnements énergétiques comme des rayons X, gamma ou des particules chargées ou non, et les convertir en un autre rayonnement plus facilement mesurable. Le terme cristal est équivalent aux termes « couche cristalline » et représente une couche monocristalline ou polycristalline. Une couche monocristalline est ainsi constituée d'un seul grain avec une seule orientation cristalline. Une couche polycristalline est constituée d'un assemblage de grains d'orientations cristallines différentes.
Par « voie liquide », on entend que le cristal de conversion est obtenu à partir d'au moins un élément dissout dans au moins un solvant, le tout étant sous une forme liquide appelé « précurseur liquide » dans la suite. En faisant varier des paramètres comme la température du précurseur liquide, il est possible de favoriser la croissance du cristal de conversion.
Le cristal de conversion à fabriquer peut être une pérovskite hybride alliant une partie organique et une partie inorganique comme CHsNHsPbBrs. Il peut également s'agir d'une pérovskite intégralement inorganique de formule chimique générale ABX3, ou de compositions mixtes telles que A(1)i-(y2+...+yn)A(2) y2...A(n) ynB(1)i- (z2+...+zm)B(2)z2... B(m)zmX(1)3-(x2+...+xp)X(2)x2...X(p)xp respectant la règle de neutralité électronique, avec A et B des cations, X un anion et n, m, p des entiers. Quelques exemples de compositions sont donnés ci-après: MAPbh, MAPbCh, MAPbl3-xBrx, MAyGAi-yPbl3, FAPbBrs, CsPbBrs, Cs2AgBiBre, CsFAPbh, CsyFAi-yPbl3-xBrx, Csi-y. zMAyFAzPbl3-xBrx. MA correspond au méthylammonium [CHsNHsP. FA correspond au formamidinium [HC(NH2)2]+ et GA correspond au guanidinium [C(NH2)s]+. Le cristal de conversion à fabriquer dont la formule est explicitée ci-dessus peut également être dopé par des impuretés ioniques ou non ioniques, organiques ou non organiques. Le cristal de conversion à fabriquer peut également être formé selon d'autres compositions s'apparentant à des pérovskites connues sous les noms suivants d'après les terminologies anglosaxonne consacrées : « vacancy-ordered double perovskite », « 2D layered perovskite », « perovskite-like materials », « defect perovskites », « elpasolites », « double perovskite ». Enfin, d'autres types de matériaux peuvent composer le cristal de conversion, comme les matériaux de types Ruddlesden-Popper, Dion-Jacobson, Chalcogenide ou encore Rudorffites.
Le solvant utilisé peut être un mélange de solvant. Le solvant est de préférence de type polaire et aprotique. Il peut être par exemple du N, N diméthylformamide, du Diméthyl sulfoxide, de la gamma-Butyrolactone, de l'acétonitrile, de la N-methyl-2-pyrrolidone. Il peut également être une solution aqueuse à base d'halogénure d'hydrogène.
Le procédé de l'invention comprend une première étape a) consistant à fournir un cristal de germination 20 dont la nature, c'est-à-dire la composition et la phase cristalline, permet la croissance du cristal de conversion 30 à fabriquer. Le cristal de germination 20 peut être un cristal de même composition et phase cristalline (homoépitaxie) que ceux du cristal de conversion 30. Le cristal de germination peut également être de nature différente de celui du cristal de conversion à faire croître (hétéroépitaxie). Dans le cas de la variante de croissance à partir de plusieurs germes, ces germes peuvent être de natures identiques ou différentes.
Dans un exemple, le cristal de germination 20 est massif. Cela permet avantageusement d’être réutilisable ou recyclable plusieurs fois.
L'épaisseur du cristal de germination 20 doit être plus grande que l'épaisseur du cristal de conversion 30 à fabriquer.
Dans un exemple, le cristal de germination 20 est formé par un assemblage de plusieurs petits cristaux de germination 20 pour un cristal de germination 20 aux dimensions souhaitées. Cette configuration a l'avantage d'être techniquement plus facile à obtenir car il est plus aisé d'obtenir des petits germes de dimension et de qualité bien calibrées, que de longs germes fortement allongés. Il est ainsi possible d'obtenir une rangée de germes plaqués les uns contre les autres dont toutes les faces et les arêtes sont masquées à l'exception de faces en contact avec l'un des autres cristaux. Dans ce cas, les différents fronts de croissance de chaque germe vont se rencontrer pour former une couche cristalline photo-électrique dense et avec des joints de grains.
Dans le cas où le germe de départ, c'est-à-dire le cristal de germination 20, est un bloc monocristallin, la couche qui va croître est également monocristalline (c'est à dire sans joints de grains). En revanche, si on part d'un assemblage de plusieurs petits cristaux de germination 20, la couche que l'on va faire croître va être polycristalline et va présenter des joints de grains, notamment au front de jointure des différents petits cristaux de germination 20.
Le procédé comprend également une étape b) consistant à former un masque de croissance 12 sur le cristal de germination 20.
Le masque de croissance 12 est configuré pour empêcher la croissance du cristal de conversion 30 à fabriquer à l'emplacement où le masque de croissance 12 est formé sur le cristal de germination 20. Le masque de croissance 12 est formé de sorte à recouvrir une arête supérieure 20b du cristal de germination 20. Comme cela est illustré sur les figures 1, 2, 4 et 6, cette arête supérieure 20b est agencée de façon distale par rapport à la face support lia du substrat 11 sur laquelle le cristal de germination 20 est positionné à l'étape c).
La partie du masque de croissance recouvrant l'arête supérieure 20b correspond au masquage d'au moins une zone ayant une hauteur d'au moins 10 micromètres comptée à partir de l'arête supérieure 20b en direction du substrat 11, cette hauteurétant de préférence d'au moins 100 micromètres et idéalement de l'ordre de quelques centaines de microns.
Dans la suite du texte, le terme « arête » s'entend d'une portion aigüe ou anguleuse du cristal de germination 20 ou encore à des zones comprenant des changements de plans ou bien une zone d'angle entre deux faces d'orientations cristallines différentes.
Comme cela est illustré sur les figures 1, 2, 4 et 6, le masque de croissance 12 recouvre également une partie du cristal de germination 20 à l'exception d'au moins une ouverture de croissance 12a délimitée dans le masque de croissance 12. Autrement dit, l'ensemble des faces du cristal de germination 20 ne devant pas faire l'objet d'une reprise de croissance ne doivent pas être en contact avec le précurseur liquide.
Le matériau composant le masque de croissance 12 est, lors de la croissance du cristal de conversion, mis en contact avec une solution de croissance autrement appelée précurseur liquide 40. Il doit donc être résistant à ce précurseur liquide 40 dans les conditions de température et de pression utilisées. Le masque de croissance 12 peut être formé en utilisant des matériaux organiques, inorganiques ou un mélange des deux, comme du parylène ou parylène C, une résine de photolithographie comme une résine orthogonale, BCB ou SU8, de la silicone, un matériau réticula ble thermiquement ou aux rayons ultraviolets comme des composés époxy ou acrylate, un solvant fluoré (CYTOP©), une couche d'A Os, de SiÛ2 ou encore une couche métallique (Cr, Cu, Pt). Le masque de croissance 12 peut être réalisé en une couche, ou plusieurs couches superposées ou déposées les unes à côté des autres de manière à recouvrir le cristal de germination 20 en évitant toute zone apparente en dehors de ladite ouverture de croissance 12a.
Le dépôt peut se faire par voie liquide, comme par exemple avec des méthodes d'aspersion, de trempage, par « slot-die », par jet d'encre, par une impression 3D ou par dépôt au pinceau, par des techniques sous vide comme l'évaporation, la pulvérisation, le dépôt par couche atomique ALD, le dépôt par vapeur chimique ou toute autre technique connue de l'homme du métier. L'épaisseur du masque de croissance 12 est supérieure à 10 nanomètres, de préférence supérieure à 100 nanomètres et encore plus préférentiellement supérieure à 1 micromètre. L'épaisseur du masque de croissance 12 est préférentiellement suffisante pour empêcher le précurseur liquide 40 d'entrer en contact avec certaines zones du cristal de germination 20 afin d'éviter d'initier des croissances parasites à partir du cristal de germination 20. L'ouverture de croissance 12a est soit présente dès le dépôt du masque de croissance 12, soit obtenue après le dépôt du masque de croissance 12. Dans ce dernier cas, l'ouverture de croissance 12a est obtenue soit par des techniques dites additives en ne masquant pas cette zone pendant le dépôt du masque de croissance 12, soit par des techniques dites soustractives comme l'ablation laser, la photolithographie, la gravure, ou la technique du lift-off bien connue de l'homme du métier.
Si le cristal de germination 20 n'était pas masqué, la croissance du cristal de conversion se ferait dans toutes les directions de l'espace à l'exception de la face sur laquelle le germe est collé. Notamment, le cristal de conversion en formation se développerait également dans la direction perpendiculaire au plan du substrat 11, ce qui ne permettrait pas de contrôler avec précision à la fois l'épaisseur du cristal de conversion et la surface du substrat à recouvrir.
Dans un exemple, le masque de croissance 12 peut aussi disposer de la fonction d'une colle afin de maintenir mécaniquement le cristal de germination 20 sur le substrat 11.
Dans un exemple illustré sur la figure 1, une face du cristal de germination 20 en contact avec le substrat 11 n'est pas recouverte par le masque de croissance 12. Cette configuration doit néanmoins permettre d'assurer que le précurseur liquide 40 ne pénètre pas entre le cristal de germination 20. Ainsi, une croissance parasite ne peut pas se produire.
Comme illustré sur les figures 1, 2, 4 et 6, le procédé de fabrication comprend en outre une étape c) qui consiste à positionner le cristal de germination 20 sur la face support lia du substrat 11. Ce positionnement est entièrement contraint par deux impératifs.
En premier lieu, le cristal de germination 20 doit être orienté de sorte que la direction perpendiculaire à un plan correspondant à une face d'un plan cristallin 20d, correspondant à une face d'orientation de croissance stable, soit parallèle à la face support lia. Pour la mise en œuvre de cette condition, le cristal de germination peut présenter, sur sa face externe orientée à l'opposé de la face support lia, une orientation différente de l'orientation du plan cristallin 20d correspondant à une face d'orientation de croissance stable ; le positionnement du cristal de germination 20 permettra tout de même de réaliser l'objet de l'invention tant que l'orientation du plan cristallin 20d correspondant à la face d'orientation de croissance stable est parallèle à la face support lia. En d'autres termes, le plan cristallin 20d correspondant à la face d'orientation de croissance stable peut être agencé à l'intérieur du cristal de germination 20, peu importe l'orientation de la face externe apparente du cristal de germination 20. Notamment, il importe peu que la face externe apparente ait des défauts ou soit coupée.
En d'autres termes, la face d'orientation de croissance stable est une face dans laquelle courent plusieurs chaînes de liaisons périodiques. Les plans cristallins correspondants sont nécessairement des plans cristallins qui sont généralement des plans denses donc avec de bas indices de Miller h, k, I < 3.
Un moyen équivalent pour mettre cette première condition en œuvre est de positionner le plan cristallin 20d correspondant à une face d'orientation de croissance stable du côté de la face support lia et parallèle à la face support lia. Ainsi, même si le cristal de germination présente, sur sa face externe agencée vers la face support lia, une orientation différente de l'orientation du plan cristallin 20d correspondant à la face d'orientation de croissance stable ; le positionnement du cristal de germination 20 permettra de réaliser l'objet de l'invention du moment que l'orientation du plan cristallin 20d correspondant à la face d'orientation de croissance stable est parallèle à la face support lia.
Ensuite, le positionnement du cristal de germination 20 doit être tel qu'au moins une de ses faces de croissance 20a soit présente et agencée transversalement à la face support du substrat 11. Le terme « transversalement » signifie que la face de croissance 20a forme, avec le substrat 11, un angle le plus proche possible de 90°. Dans un exemple, un cristal ayant une structure cristallographique cubique peut permettre d'obtenir cet angle.
L'orientation de la face de croissance 20a assure avantageusement de pouvoir couvrir de grandes surfaces.
Dans un exemple, à l'étape c), l'orientation du cristal de germination 20 est réalisée précisément, typiquement à 1° près, voire préférentiellement à 0,1° ou 0,01° près. L'orientation cristallographique du cristal de germination 20 peut être facilement contrôlée, même lorsque la face externe du cristal de germination 20a une orientation différente de l'orientation du plan cristallin 20d correspondant à la face d'orientation de croissance stable, en réalisant des caractérisations sous diffraction de rayons X, de type Laue, 0/20, ou encore de type « rocking curve » selon la terminologie anglo-saxonne consacrée. Des pièces mécaniques peuvent également être utilisées pour caler l'orientation du cristal de germination 20 par rapport à la surface du substrat 11.
Dans un cas particulier de l'invention, l'orientation du cristal de germination est différente de 90°. Cela permet de faire croître le cristal de conversion en induisant un gradient d'épaisseur continu, croissant ou décroissant, au fur et à mesure de l'avancement du cristal de conversion sur la surface et lors de la croissance.
Dans un exemple supplémentaire, le cristal de germination 20 et le cristal de conversion 30 à fabriquer ont un système cristallin cubique.
Dans cet exemple, la face de croissance 20a présente comme orientation cristallographique un plan de type {1,0,0} ou de type {1,1,0}.
Dans cet exemple, si la face de croissance est d'orientation cristallographique (100), le plan cristallin 20d peut être, entre autres, le plan associé à la face de croissance stable d'orientation (010) ou (001). Si la face de croissance est d'orientation cristallographique (110), le plan cristallin 20d peut être, entre autres, le plan associé à la face de croissance stable d'orientation (-110). En d'autres termes, il convient de choisir, parmi toutes les faces stables possibles, une face de croissance d'indices de Miller (hkl) et une face perpendiculaire d'indices de Miller différents (abc). Dans cet exemple, la structure étant cubique, n'importe quel couple de faces stables dont les indices vérifient la relation h.a+k.b+l.c=0 peut être sélectionné.
Cependant, tous les couples d'orientation cristallines donnant lieu à des faces cristallines stables, de sorte qu'un premier plan cristallin 20d du cristal de germination 20 soit parallèle à la face support lia et de sorte qu'au moins une face de croissance 20a du cristal de germination 20 soit agencée transversalement à la face support du substrat 11, sont envisageables dans le cadre de cette invention.
Dans un exemple de mise en œuvre du procédé de fabrication, le cristal de germination 20 est composé de plusieurs germes assemblés entre eux.
Le cristal de germination 11 peut être fabriqué d'un seul bloc par les techniques de croissance classiques de monocristaux autosupporté. Sa surface peut éventuellement être traitée de manière mécanique, par exemple par polissage et/ou découpage adapté aux bonnes dimensions et/ou de manière chimique. Il est également envisageable d'utiliser un solvant pour ajuster l'état de surface du cristal de germination et/ou d'utiliser un ou plusieurs traitement(s) physique(s), par exemple au plasma ou au laser sur chaque face de départ de croissance du germe, de manière à générer volontairement des défauts qui vont favoriser la reprise de croissance.
Dans un cas particulier de l'invention, le cristal de germination 20 peut croître directement à partir de la surface du substrat.
Comme illustré sur les figures 2, 3 et 6, le procédé selon l'invention comprend également une étape d) qui consiste à appliquer le précurseur liquide 40 du cristal de conversion 30, de la face support lia du substrat 11 jusqu'à au moins le niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance 20a pour obtenir une croissance libre du cristal de conversion 30, à partir de la portion plane et lisse de la face de croissance 20a, selon une épaisseur de croissance 30b contenue entre la face support lia du substrat 11 et une arête supérieure 12b de l'ouverture de croissance 12a agencée de façon distale par rapport à la face support lia du substrat 11. Le terme « distal » signifie de façon équivalente que l'arête supérieure 12b est agencée à l'opposé du substrat 11. L'arête supérieure 12b peut avoir une forme quelconque induite par la façon de masquer le cristal. Dans un exemple, l'arête supérieure 12b est dentelée ou en forme de créneaux afin d'obtenir une topologie idoine de la surface supérieure du cristal en formation. Il convient néanmoins que la découpe de l'arête supérieure 12b soit telle qu'elle permette la croissance de faces stables. Dans l'exemple d'une découpe en créneaux, les parties verticales des créneaux doivent correspondre à des faces stables tout comme la partie des créneaux étant horizontale.
L'épaisseur de croissance 30b peut être légèrement supérieure à l'ouverture de croissance 12a. En effet, dans le cas où le masque de croissance 12 couvre l'arrête inférieure 20c du cristal de germination 20, les perturbations de croissance induites dans cette zone proche du substrat induisent que le cristal de germination a tendance à croître jusqu'à atteindre le substrat 11. Néanmoins la facette supérieure du cristal de conversion en formation reste plane.
Dans la suite du texte, une « croissance libre » s'entend d'une croissance sans contrainte mécanique. Ainsi, une croissance libre est différente d'une croissance d'un cristal ou d'un polycristal contrainte entre deux parois et ne laissant mécaniquement qu'une direction de croissance ou deux directions de croissance opposées possibles. Ceci est avantageux pour obtenir un état de surface très plan et uniforme, correspondant à des faces cristallines stables.
Dans la suite du texte, le terme « croissance » correspond à une formation, une homoépitaxie, une hétéroépitaxie ou encore une cristallisation.
Le terme « substrat » peut correspondre soit à une surface inerte, soit à tout ou partie d'un dispositif électronique ou optoélectronique.
Le substrat 11 peut être passif en étant un simple support ou peut être actif, c'est-à-dire avoir une fonctionnalité supplémentaire. En particulier, le substrat 11 peut comporter une matrice active, par exemple avec des transistors, ou une matrice passive, comme avec des pixels discrets sans transistors. Dans le cas où la matrice est active, il est possible d'utiliser de nombreuses technologies existantes de transistors connues (a-Si, IGZO, transistors organiques, silicium polycristallin). Il est également possible d'utiliser des technologies dites CMOS permettant d'intégrer de nombreux transistors au sein d'un même pixel et faire du traitement de signal au niveau du pixel. L'utilisation du CMOS est en particulier avantageux dans le cas des applications en spectrométrie X et gamma. Le substrat 11 peut être par exemple en verre, en plastique comme du polyimide, PET, PEN, ou encore à base de silicium.
La surface du substrat 11 peut être préalablement préparée de manière à garantir une adhésion correcte du cristal de conversion 30 sur le substrat 11. De même, le substrat 11 peut être préparé de manière à garantir un contact à l'échelle moléculaire entre le cristal de conversion et la face support lia. Par exemple, le cristal de conversion en pérovskite peut présenter une affinité chimique forte avec la face support lia représentant une surface d'une électrode conductrice d'un dispositif optoélectronique de manière à faciliter le transfert de charge de l'un à l'autre. L'adhésion du cristal de conversion 30 sur le substrat 11 est assurée par des liaisons covalentes, des liaisons ioniques ou de Van Der Waals entre le cristal de conversion 30 et tout ou partie de la surface du substrat 11, ou par la rugosité et la topologie de celle- ci. En particulier, le mode de croissance latérale obtenu via le procédé de fabrication décrit dans ce document permet au front de croissance de croître progressivement et en contact intime avec la surface du substrat 11, ce qui favorise l'adhésion sur cette surface.
Dans un exemple, l'adhésion du cristal de conversion 30 sur la surface du substrat 11 est assurée mécaniquement via la topologie et la rugosité de la surface, ou chimiquement via la présence de groupements chimiques adaptés sur la surface par des monocouches auto-assemblées connues sous la terminologie anglosaxonne « Selfassembled monolayers » de type aminopropyltriéthoxysilane (APTES) ou cystéamine. Cela peut également être un mélange de ces différentes possibilités.
La surface du substrat 11 est de préférence plane, mais elle peut si besoin avoir une surface courbée ou inclinée, ou toute configuration non planaire. Dans ce cas, la facette supérieure 30a du cristal de conversion 30 étant une face cristalline plane, la croissance obtenue via le procédé de fabrication décrit ici implique une variation d'épaisseur du cristal de conversion 30 qui suit la courbure du côté en contact avec le substrat 11.
De façon générale, au moins une ouverture de croissance 12a est agencée au niveau de la face de croissance 20a de sorte que seule une portion plane et lisse de la face de croissance 20a est apte à être en contact avec le précurseur liquide 40 du cristal de conversion 30.
Toutes les géométries de l'ouverture de croissance 12a peuvent être envisagées, comme par exemple de forme carrée ou rectangulaire. Il convient néanmoins de s'assurer que le cristal de germination 20 soit suffisamment large pour recouvrir toute la zone d'intérêt du substrat.
Dans la suite du texte, une portion plane et lisse de la face de croissance correspond à une face naturelle du cristal et qui ne comprend pas d'arête. Autrement dit, il doit s'agir d'une portion de face présente dans la morphologie du cristal 30 dans les conditions de croissance utilisées (solvant, température).
Dans un exemple, la portion du cristal transversale à la portion plane et lisse de la face de croissance 20a ne dépolarise pas la lumière.
Lorsque le précurseur liquide 40 est dans l'état sous-saturé, la concentration en soluté du cristal de conversion 30 est inférieure à la limite de solubilité du soluté du cristal de conversion dans le précurseur liquide 40. Cet état permet de dissoudre légèrement la face de croissance du cristal de germination 20 au niveau de l'ouverture de croissance 12a. Ainsi, les défauts de surfaces (éclats, contraintes, pollutions), sont dissous avant de réaliser une phase de croissance ultérieure.
A l'inverse, lorsque le précurseur liquide 40 est dans l'état sursaturé, la face de croissance 20a peut croître pour former le cristal de conversion 30. Pour cela, la concentration en cristal de conversion 30 dissous dans le précurseur liquide 40 doit être légèrement supérieure, au moins de l'ordre de 0,5 à 1%, à la limite de solubilité du cristal de conversion 30 dissous dans le précurseur liquide 40. Dans cet état, la cristallisation du cristal de conversion à partir de la face de croissance au niveau de l'ouverture de croissance 12a est spontanée.
L'état de sous-saturation ou de sursaturation est généralement contrôlé par la température, la concentration en cristal de conversion 30, la nature du solvant, l'utilisation d'un non-solvant ou encore la pression. Les conditions permettant la croissance sont classiques et connues de l'homme de l'art. Dans le cas de l'utilisation de la température comme paramètre, il est possible de mettre en œuvre la cristallisation par augmentation de température dans le cas d'une solubilité rétrograde, ou par diminution de température dans le cas d'une solubilité directe, ou en fixant des conditions de température et une concentration constantes pour maintenir un niveau adéquat de sursaturation.
Les conditions permettant la croissance sont connues de l'homme de l'art, par exemple en faisant varier la température de la solution comme illustré sur la figure 5 ou par l'utilisation d'un non-solvant. La croissance orientée s'appuie sur le contrôle de la sursaturation appliquée de sorte que seule la croissance par dislocation vis soit active, ce qui correspond à un mode de croissance par spirale. Ainsi, seules les dislocations vis issues de la face de croissance 20a, au niveau de l'ouverture de croissance 12a, sont actives et permettent la croissance. Afin de réaliser la croissance exclusivement par dislocation vis, il convient d'une part d'assurer un niveau de pureté suffisant pour éviter le blocage de la croissance par des impuretés à plus faible sursaturation et d'autre part de limiter la sursaturation pour éviter la croissance par nucléation 2D.
Il est donné ci-après un exemple de conditions adaptées au procédé de fabrication de l'invention. Un cristal de germination 20 monocristallin ayant des faces planes, lisses et qui ne dépolarisent pas la lumière est sélectionné. Ce cristal de germination 20 est collé sur un substrat en silicium par une colle silicone. Le substrat est collé au fond d'un réacteur en verre, avec cette même colle silicone. Le cristal de germination 20 est recouvert du masque de croissance 12 sauf au niveau d'une ouverture de croissance 12a. Un précurseur liquide 40 de MAPbBrs à lmol/L est obtenu par dissolution des précurseurs PbBr2 et MABr au ratio 1:1 à température ambiante et dans du N,N-Dimethylformamide. Le cristal de germination 20 et le précurseur liquide 40 sont ajustés en température séparément durant une période de lh à une température de 55°C. Le précurseur liquide 40 ainsi chauffé est ensuite versé sur le cristal de germination 40. Le substrat 11 est en position horizontale. La croissance du cristal de conversion 30 est effectuée dans le précurseur liquide 40 entre 58°C et 70°C et en suivant le profil de température présenté sur la Figure 5. Le précurseur liquide 40 est par exemple brassé à l'aide d'une hélice ou encore renouvelé et mis en mouvement par un dispositif décrit sur la figure 7.
Dans l'exemple illustré sur la figure 7, le précurseur liquide 40 peut être obtenu par dissolution d'un corps nourricier, formé par exemple d'une pérovskite solide en excès, dans une chambre de réaction, qui peut être un accumulateur 70. Une différence de température constante est alors maintenue entre l'accumulateur 70 et un réacteur contenant le substrat 11 et le cristal de germination 20. Le précurseur liquide 40 est aspiré par un système de pompage 71, puis filtré par un système de filtration 72 avant d'alimenter le réacteur. Ensuite, le précurseur liquide 40 est à nouveau mis en circulation vers l'accumulateur 70, et ainsi de suite, selon une organisation en circuit fermé. Le retentât 73 qui est retenu par le système de filtration 72 est réintroduit dans l'accumulateur 70. Couplé au procédé de fabrication précédemment décrit, ces dispositions permettent d'obtenir que l'intégralité du corps nourricier dissout dans l'accumulateur 70 soit déposé sur le substrat 11 sous la forme du cristal de conversion 30, ce qui implique un gain pour le coût de fabrication.
Il est avantageux d'assurer un renouvellement efficace de la solution en contact avec le cristal de conversion 30. En effet, cela limite les phénomènes de couche limite qui conduisent pour de grandes dimensions à des instabilités de croissance, par mise en paquet de marche ou louvoiement de marches, propices à la formation de défauts structuraux néfastes pour les performances optoélectroniques et à des instabilités de croissance, en particulier à la jonction entre le substrat 11 et la face en croissance du cristal de conversion 30, ce qui dégrade le contact mécanique et/ou chimique entre le cristal de conversion 30 et la surface du substrat 11.
Dans un exemple, au cours de l'étape d), le cristal de conversion 30 en croissance comprend une facette supérieure 30a plane parallèle à la face support lia et dont les dislocations sont non-actives.
Les dislocations non-actives sont, par exemple, de type coin ou alors à caractère vis mais n'étant pas perpendiculaires à la facette supérieure 30a. Elles ne permettent pas la croissance du cristal.
Les dislocations actives sont des dislocations à caractère vis perpendiculaires à la face de croissance. Elles constituent des sources de marche qui fournissent des sites d'incorporation de soluté et sont donc favorables à la croissance du cristal.
Ainsi, grâce au procédé de fabrication décrit dans ce document, le cristal de conversion 30 comprend dès le début et pendant sa croissance une facette supérieure 30a naturellement plane, parallèle à la face support et sans dislocation active, c'est-à-dire dont les dislocations sont uniquement des dislocations non-actives. Cela permet de contrôler l'épaisseur du cristal de conversion 30 obtenu en la maintenant à la hauteur de l'arrête supérieure 20b de l'ouverture de croissance 12a. En effet, les dislocations non-actives ne permettent pas de reprise de croissance et l'épaisseur du cristal, pendant sa croissance, n'augmente donc pas. Cela est avantageux pour contrôler très exactement l'épaisseur du cristal de conversion 30 obtenu et donc finalement la quantité de rayonnement absorbé par le cristal de conversion 30 lorsqu'il est installé dans un dispositif optoélectronique.
Le cristal de conversion 30 obtenu via le procédé de fabrication précédemment décrit contient des défauts de type dislocations vis dont la ligne est parallèle à la direction de croissance, dans un plan parallèle au substrat 11. Ces dislocations vont être perpendiculaires à la direction de drainage des charges dans les dispositifs, qui est la direction dans l'épaisseur du cristal de conversion 30. Dans la mesure où ces dislocations peuvent être une source de migration ionique dans les pérovskites, la configuration ainsi obtenue est très favorable pour éviter les phénomènes de migrations ioniques dans l'épaisseur du cristal de conversion 30, et ainsi limiter les instabilités électriques. L'épaisseur du cristal de conversion 30 est majoritairement contrôlée par la taille de l'ouverture de croissance 12a. Le cristal de conversion 30, une fois formé, a préférentiellement une épaisseur supérieure à 1 micromètres, de préférence supérieure à 100 micromètres et encore plus préférentiellement supérieure à 300 micromètres. Dans le cas des détecteurs de rayons X à conversion directe, l'épaisseur du cristal de conversion 30 à fabriquer est définie de manière à absorber la plus grande partie du rayonnement incident à l'énergie visée pour l'application. Par exemple, pour absorber les rayons X de manière équivalente à 600 micromètres de Csl, qui est aujourd'hui le matériau convertisseur le plus utilisé en radiographie médicale, (85% d'absorption des rayons X à RQ.A5 et 50% à RQ.A9), il convient de former un cristal de conversion 30 ayant une épaisseur de 600 micromètres en CHsNHsPbh ou de 1300 micromètres en CHsNHsPbBrs à RQA 5 (spectre de rayons X centré sur 50keV d'après la norme IEC62220-1), ou une épaisseur de 450 micromètres en CHsNHsPbh, ou 800 micromètres en CHsNHsPbBrs à RQ.A9 (spectre de rayons X centré sur 70keV d'après la norme I EC62220-1).
Dans un exemple illustré sur la figure 2, le procédé comporte l'étape supplémentaire dO) qui consiste à configurer le précurseur liquide 40 du cristal de conversion 30 pour qu'il soit dans un état de sous-saturation au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance 20a. L'étape dO) est réalisée avant l'étape d). Cela permet de dissoudre légèrement la face de croissance du cristal de germination 20 au niveau de l'ouverture de croissance 12a. Ainsi, une surface sans défaut est avantageusement obtenue avant de réaliser une phase de croissance ultérieure selon l'étape d).
Selon un exemple du procédé de fabrication, à l'étape b), le masque de croissance 12 est formé, en outre, de sorte à recouvrir une arête inférieure 20c du cristal de germination 20 agencée de façon proximale par rapport à la face support lia du substrat 11. Ces dispositions sont avantageuses car, sinon, la croissance du cristal de conversion est perturbée et peut conduire à un polycristal à la place du monocristal attendu.
Dans un exemple, la longueur du cristal de germination 20 est supérieure ou égale à la dimension latérale de la zone du substrat 11 à recouvrir. Cependant, comme représenté sur la figure 3, il peut également être envisagé le cas où la longueur du cristal de germination 20 est plus petite que la dimension latérale de la zone du substrat 11 à recouvrir. Dans ce cas, il est possible de ne masquer que certaines zones du cristal de germination 20 pour faire en sorte que le cristal de conversion 30 finisse par couvrir la surface du substrat 11 appropriée. Dans un exemple du procédé, l'arête supérieure 12b de l'ouverture de croissance 12a est parallèle à la face support lia du substrat 11. Cette configuration permet de contrôler la planéité du cristal de conversion 30 et donc l'homogénéité de rendement de conversion de rayonnement.
Dans un exemple illustré sur la figure 6, au cours de l'étape b), une ouverture de croissance 12a supplémentaire est agencée sur une face du cristal de germination 20 opposée à la face de croissance 20a. Il va de soi que, de ce fait, la face du cristal de germination 20 opposée à la face de croissance 20a est également une face de croissance stable. Ainsi, le cristal de conversion 30 peut croître selon deux directions opposées. Cela permet d'augmenter les cadences de production et réduire encore les coûts. De manière plus générale, plus de deux ouvertures de croissances peuvent être agencées de manière à faire croître le cristal dans plusieurs directions par rapport au germe de départ.
Selon un exemple du procédé de fabrication, au cours de l'étape b), le masque de croissance 12 est formé par une colle 60. La colle peut être inerte vis-à-vis du cristal de germination 20. Comme cela est illustré sur la figure 4, la colle 60 peut déborder du cristal de germination 20 de manière à recouvrir entièrement la face du cristal de germination 20 agencée en regard avec la face support lia du substrat 11.
Dans un exemple du procédé illustré sur la figure 5, durant l'étape d), une température du précurseur liquide 40 du cristal de conversion 30 est augmentée graduellement dans le temps. Cela permet de maintenir la solution dans un état de sursaturation le plus favorable à la croissance et ainsi de réduire la teneur en défauts cristallins dans le cristal de conversion 30 en train de croître.
Dans un exemple du procédé, durant l'étape c), le positionnement du cristal de germination 20 est réalisé de sorte que le cristal de germination 20 soit décalé par rapport à une zone 50 du substrat 11 où le cristal de conversion 30 à fabriquer est formé. Ceci est avantageux pour couvrir de façon homogène une zone déterminée du substrat 11.
Dans un exemple illustré sur la figure 3, le procédé de fabrication comprend une étape f) mise en œuvre après l'étape d). L'étape f) consiste à traiter le cristal de conversion 30 de sorte à rendre le cristal de germination 20 et le cristal de conversion 30 indépendants après la formation du cristal 30. Ainsi, en fin de croissance, le cristal de germination 20 peut être laissé sur la surface et/ou être retiré de la surface par découpe mécanique ou physique (laser) et/ou par un décollage par rapport à la surface du substrat 11. Dans un exemple illustré sur la figure 3, le procédé comprend l'étape e) qui est mise en œuvre après l'étape d). L'étape e) consiste à traiter le cristal de conversion 30 de sorte à rendre rectiligne au moins l'une de ses faces.
Dans une mise en œuvre supplémentaire de l'invention, l'étape b) de masquage peut être reproduite plusieurs fois. En d'autres termes, une fois l'étape b) réalisée une première fois, les étapes c) et d) sont mises en œuvre pour obtenir une première partie du cristal de conversion 30. La croissance est ensuite arrêtée. Le cristal de conversion 30 ainsi obtenu sert ensuite de cristal de germination 20 dans une nouvelle itération de l'étape a). Le cristal de conversion 30 est ensuite masqué dans une nouvelle étape b) puis le reste du procédé est effectué de nouveau. Il peut ainsi être envisagé de répéter le procédé plusieurs fois. Cette technique permet d'éviter le fait que sur des temps de croissance trop long, des défauts soient générés sur la facette supérieure 30a et que ces défauts induisent une croissance dans la direction normale par rapport au substrat 11 et la face support lia. Dans cette mise en œuvre, la croissance est arrêtée avant que ces défauts se forment, un nouveau masquage est formé et la croissance relancée ensuite suivant les étapes c) et d). Cette approche implique que le masquage soit enlevé de la facette supérieure 30a à la fin du procédé.
Ainsi, une fois le cristal de conversion 30 obtenu, sa surface peut être traitée mécaniquement ou mécano chimiquement, par exemple par polissage mécano- chimique, et/ou chimiquement par exemple par nettoyage au solvant, greffage chimique pour modifier l'état de surface et/ou physiquement par traitement UV-O3 ou plasma. Il est par exemple possible de repolir la face supérieure du cristal 30 pour garantir une meilleure homogénéité de l'épaisseur du cristal de conversion 30 sur toute la surface du substrat 11. Dans certains cas, les bords du cristal de conversion 30 peuvent être découpés pour obtenir les dimensions latérales désirées.
Un dispositif optoélectronique, non illustré, peut être fabriqué à partir du cristal de conversion 30 obtenu avec le procédé de fabrication précédemment décrit. Afin de fabriquer ce dispositif optoélectronique, une électrode supérieure est déposée sur le cristal de conversion 30. De préférence, l'électrode supérieure est déposée de manière continue sur au moins toute la surface de la matrice active recouverte par le cristal de conversion 30. Dans un exemple, une seule électrode supérieure est commune à tous les pixels de la matrice. Cette électrode peut avoir la même nature que l'électrode inférieure constituant la partie du substrat 11 sur laquelle le cristal de conversion 30 est obtenu ou être d'une nature différente, comme pour un dispositif photodiode. Il est possible d'utiliser des métaux (Au, Cr, Pt, Pd, Ag), des oxydes conducteurs (ITO, AZO, GZO), des matériaux organiques conducteurs (PEDOT-PSS, PANI, graphème, encre carbone) ou une superposition de ces matériaux. Il est également possible d'utiliser une ou plusieurs couches d'interfaces sur l'électrode pour fixer le travail de sortie et la compatibilité chimique avec la pérovskite (PEIE, C60, MoOs, V2O5, BCP, SPIRO). L'électrode supérieure est ensuite connectée électriquement au circuit extérieur, par exemple grâce à un fil conducteurou une ligne conductrice réalisée par impression.
Le cristal de conversion 30 peut être finalement encapsulé à l'air, ou en atmosphère inerte (N2, Ar), ou en atmosphère anhydre. Ceci peut être réalisé à l'aide d'un capot de verre collé sur une surface du substrat 11, qui n'est pas recouverte par le cristal de conversion 30, à l'aide d'un cordon de colle, ou à l'aide d'un adhésif comme une colle ou un adhésif sensible à la pression et d'un film plastique comportant des couches barrières. L'encapsulation est transparente ou opaque à la lumière visible, mais laisse passer les rayonnements à détecter.
Les plots de contact de la matrice de pixels sont ensuite connectés à une électronique de lecture à l'aide de flexibles et de colles de type ACF pour Anisostropic Conductive Film. La matrice peut être caractérisée avec les méthodes de lecture usuelles des imageurs pixellisés.

Claims

23 REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion (30) par voie liquide, le procédé comprenant les étapes suivantes : a) fournir un cristal de germination (20) permettant la croissance du cristal de conversion (30) à fabriquer ; b) former un masque de croissance (12) sur le cristal de germination (20), le masque de croissance (12) étant configuré pour empêcher la croissance du cristal de conversion (30) à fabriquer à l'emplacement où le masque de croissance (12) est formé sur le cristal de germination (20), le masque de croissance (12) étant formé de sorte à recouvrir d'une part une arête supérieure (20b) du cristal de germination (20) agencée de façon distale par rapport à une face support (lia) d'un substrat (11) sur laquelle le cristal de germination (20) est positionné à l'étape c), d'autre part sur une partie du cristal de germination (20) à l'exception d'au moins une ouverture de croissance (12a) délimitée dans le masque de croissance (12) ; c) positionner le cristal de germination (20) sur la face support (lia) du substrat (11) de sorte que le cristal de germination (20) soit orienté pour qu'un premier plan cristallin (20d), correspondant à une face d'orientation de croissance stable du cristal de germination (20), soit parallèle à la face support (lia) et pour qu'au moins une face de croissance (20a) du cristal de germination (20) soit agencée transversalement à la face support du substrat (11), l'ouverture de croissance (12a) étant agencée au niveau de la face de croissance (20a) de sorte que seule une portion plane et lisse de la face de croissance (20a) soit apte à être en contact avec un précurseur liquide (40) du cristal de conversion (30) ; d) appliquer le précurseur liquide (40) du cristal de conversion (30) configuré dans un état de sursaturation relative au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance (20a) pour obtenir une croissance libre du cristal de conversion (30), à partir de la portion plane et lisse de la face de croissance (20a), selon une épaisseur de croissance (30b) contenue entre la face support (lia) du substrat (11) et une arête supérieure (12b) de l'ouverture de croissance (12a) agencée de façon distale par rapport à la face support (lia) du substrat (11).
2. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon la revendication 1, dans lequel le procédé comporte l'étape supplémentaire suivante: dO) configurer le précurseur liquide (40) du cristal de conversion (30) de sorte qu'il soit dans un état de sous-saturation au moins au niveau de la portion plane et lisse de la face de croissance (20a), l'étape dO) étant réalisée avant l'étape d).
3. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, au cours de l'étape d), le cristal de conversion (30) en croissance comprend une facette supérieure (30a) plane, parallèle à la face support (lia), et dont les dislocations sont non-actives.
4. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, au cours de l'étape c), l'orientation du cristal de germination (20) est réalisée à au moins 0,1° près.
5. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel, au cours de l'étape b), le masque de croissance (12) est formé de sorte à recouvrir une arête inférieure (20c) du cristal de germination (20) agencée de façon proximale par rapport à la face support (lia) du substrat (11).
6. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l'arête supérieure (12b) de l'ouverture de croissance (12a) est parallèle à la face support (lia) du substrat (11).
7. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel, au cours de l'étape b), au moins une ouverture de croissance (12a) supplémentaire est agencée sur au moins une face de croissance (20a) supplémentaire du cristal de germination (20) agencée transversalement à la face support du substrat (11).
8. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le cristal de germination (20) et le cristal de conversion (30) à fabriquer ont une structure atomique cubique.
9. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le cristal de conversion (30) à fabriquer est une pérovskite de type ABX3, A'2C1+D3+Xe, A2B4+Xe ou AsB23+Xg avec A, A', C, D et B des cations et X un anion ; A, B, C, D, X étant un élément simple ou un mélange d'au moins deux éléments.
10. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le cristal de conversion (30) à fabriquer est une pérovskite hybride organique-inorganique de formule A(1)i-(y2+...+yn)A(2) y2...A(n) ynB(1)i- (z2+...+zm)B(2)z2... B(m)zmX(1)3-(x2+...+xp)X(2)x2...X(p)xp, respectant la règle de neutralité électronique, avec A(n) et B(n) des cations, X(n) un anion et n, m, p des entiers.
11. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel la face de croissance (20a) a pour orientation cristallographique un plan {1,0,0} ou un plan {1,1,0}.
12. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel, au cours de l'étape b), le masque de croissance (12) est formé par une colle (60).
13. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant l'étape suivante, mise en œuvre après l'étape d) : e) traiter le cristal de conversion (30) de sorte à rendre rectiligne au moins l'une des faces du cristal de conversion (30).
14. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le cristal de germination (20) est composé de plusieurs germes assemblés entre eux.
15. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel, durant l'étape d), une température du précurseur liquide (40) du cristal de conversion (30) est modifiée graduellement dans le temps.
16. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, dans lequel, durant l'étape c), le positionnement du cristal de germination (20) est réalisé de sorte que le cristal de germination (20) est décalé par rapport à une zone (50) du substrat (11) où le cristal de conversion (30) à fabriquer est formé.
17. Procédé de fabrication d'un cristal de conversion (30) selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, comprenant l'étape suivante mise en œuvre après l'étape d) : f) traiter le cristal de conversion (30) de sorte à rendre le cristal de germination (20) et le cristal de conversion (30) indépendants l'un de l'autre.
18. Dispositif optoélectronique comprenant un cristal de conversion obtenu par croissance dans le dispositif optoélectronique et selon l'une des revendications 1 à 17, dans lequel le cristal de conversion a une épaisseur supérieure ou égale à 100 micromètres.
EP21811417.1A 2020-11-09 2021-11-04 Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide Pending EP4241317A1 (fr)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2011486A FR3116153B1 (fr) 2020-11-09 2020-11-09 Procédé de fabrication orientée d’un cristal de conversion par voie liquide
PCT/FR2021/051942 WO2022096827A1 (fr) 2020-11-09 2021-11-04 Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4241317A1 true EP4241317A1 (fr) 2023-09-13

Family

ID=75746681

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21811417.1A Pending EP4241317A1 (fr) 2020-11-09 2021-11-04 Procédé de fabrication orientée d'un cristal de conversion par voie liquide

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4241317A1 (fr)
FR (1) FR3116153B1 (fr)
WO (1) WO2022096827A1 (fr)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6183317B2 (ja) * 2014-08-08 2017-08-23 豊田合成株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体の製造方法及びｉｉｉ族窒化物半導体ウエハ
US10103242B2 (en) * 2015-08-12 2018-10-16 International Business Machines Corporation Growing groups III-V lateral nanowire channels
CN108028263B (zh) 2015-09-17 2022-10-21 皇家飞利浦有限公司 用于制造辐射探测器的方法和辐射探测器

Also Published As

Publication number Publication date
FR3116153B1 (fr) 2026-04-10
WO2022096827A1 (fr) 2022-05-12
FR3116153A1 (fr) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2509551B1 (fr) Retine artificielle comprenant une couche en materiau photovoltaique comprenant un semiconducteur a base de dioxyde de titane
US8779413B1 (en) Optoelectronic devices with all-inorganic colloidal nanostructured films
EP2541601B1 (fr) Procédé pour la réalisation d&#39;un détecteur de rayonnement électro-magnétique
WO2010040967A1 (fr) Procede de fabrication de nanofils semiconducteurs a croissance laterale et transistors obtenus par ce procede
EP4015676A1 (fr) Procédé de dépôt d&#39;une couche de pérovskite organique ou hybride organique/inorganique
FR2548219A1 (fr) Procede de formation d&#39;une couche de matiere a constituants multiples
EP4241317A1 (fr) Procédé de fabrication orientée d&#39;un cristal de conversion par voie liquide
WO2015033291A1 (fr) Module photovoltaique semi-transparent et procédé d&#39;obtention correspondant
Bhavsar et al. Optical and structural properties of Zn-doped lead iodide thin films
RU2456710C1 (ru) Нанокомпозиционное просветляющее покрытие в виде толстой пленки и способ его получения
JP2010532306A (ja) 半導体デバイス構造及びその製造方法
EP3492892A1 (fr) Capteur de motif thermique a capacite pyroelectrique
EP4217525A1 (fr) Dispositif et procédé de fabrication d&#39;une couche cristalline de conversion à partir d&#39;une solution
EP3587343B1 (fr) Procede de realisation d&#39;un dispositif au moins partiellement transparent integrant une structure de type condensateur
EP2075845A1 (fr) Dispositif de détection de rayonnements électromagnétiques et de rayonnements ionisants à couche de transfert isotrope
EP1470622B1 (fr) Composant a absorbant saturable et procede de fabrication de composant a absorbant saturable
CN114921853A (zh) 一种具有有序畴结构的钙钛矿单晶、制备方法及辐射探测器
EP3140867A1 (fr) Dispositif matriciel de detection incorporant un maillage metallique dans une couche de detection et procede de fabrication
EP2705551B1 (fr) Procédé de cristallisation orientée de matériaux
JP5567671B2 (ja) 放射線検出器の製造方法
WO2022153087A1 (fr) Fabrication d&#39;une cellule solaire ferrophotovoltaique à très haut rendement utilisant des nanoparticules inorganiques de pérovskite ferroélectrique dans une matrice de biopolymère (ferro-opv)
EP3364461A1 (fr) Procédé de dopage de graphène
Yang et al. Epitaxial Growth of Submillimeter-Thick CH3NH3PbBr3 Perovskite Films via Nitrogen-Regulated Solvent Extraction during the Blade-Coating Process for Sensitive Direct X-ray Detection
Liu et al. Ultrafast Response and Broad Detection Range of a Ternary Cation Perovskite Single-Crystal Thin Film Photodetector for Imaging
CN116705893A (zh) Msm型光电探测器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20230505

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP3 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIESALTERNATIVES