FR2834131A1

FR2834131A1 - Panneau dephaseur monolithique a diodes pin en silicium polycristallin et antenne utilisant ce panneau dephaseur

Info

Publication number: FR2834131A1
Application number: FR0116697A
Authority: FR
Inventors: Didier Pribat; Odile Huet; Jean Philippe Schnell; Frederic Lamour; Ivan Wolk
Original assignee: Thales SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 2001-12-21
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2003-06-27
Anticipated expiration: 2021-12-21
Also published as: FR2834131B1; WO2003056659A1

Abstract

L'invention conceme un panneau déphaseur monolithique à diodes PIN en silicium polycristallin, intégrées à un substrat diélectrique, pour antenne à balayage électronique.L'intérêt réside dans l'intégration des éléments de commande de type diodes (non plus hybridée selon l'art connu) en matériau performant (silicium polycristallin) permettant la conception peu coûteuse de panneaux déphaseurs à grands nombres d'éléments semiconducteurs à deux états, paramètre essentiel pour des antennes actives destinées aux applications quasi-grand public.

Description

PANNEAU DEPHASEUR MONOLITHIQUE A DIODES PIN EN SILICIUM
POLYCRISTALLIN ET ANTENNE UTILISANT CE PANNEAU
DEPHASEUR
Le domaine de l'invention est celui des antennes d'émission/réception à balayage électronique pour applications radars et télécommunications civiles et militaires qui fonctionnent dans des plages de fréquences élevées (plusieurs GHz) et qui requièrent des coûts de fabrication modérés compatibles avec des volumes de production importants.

Concernant par exemple le domaine d'application des télécommunications civiles, on peut évoquer les projets de liaisons RF pour boucles locales d'abonnés à 28 GHz, actuellement envisagées, et qui exigeraient des antennes actives en grand nombre pour équiper les stations de base, ou les liaisons RF pour télécommunications multimédia avec réseaux satellites défilants.

Par antennes à balayage électronique, on entend des antennes dont le diagramme de rayonnement peut être modifié dans sa directivité et son orientation par commande électronique, sans mouvement physique de l'antenne, et dans des temps relativement courts, de façon à assurer soit un balayage quasi-continu de l'espace, soit des pointages successifs dans des directions bien déterminées, soit des alternances faisceaux étroits/faisceaux étendus, ou tout autre combinaison de ces situations.

Parmi les différents types d'antennes à balayage électronique possibles, on considère celles qui associent une source d'onde electromagnétique à un réseau bidimensionnel de déphaseurs commandables électroniquement comportant des éléments semiconducteurs à deux états. Lesdits réseaux assurent les fonctions de lentille (collimation) et de prisme (deflection), et permettent le balayage électronique du faisceau electromagnétique.

On peut citer notamment deux variantes de ce type d'antenne :

dans la première, la propagation de l'onde entre la source et le réseau de déphaseurs est en espace libre. Selon l'état de ses éléments semiconducteurs à deux états, chaque cellule du réseau présente une susceptance et confère donc un déphasage et un retard bien déterminés à l'ondelette qu'elle selectionne. Les antennes dites à transmit array

(antenne RADANT) et à reflect array en sont des exemples. Dans la seconde, la propagation et la distribution de l'onde sont en mode guidé, et chaque cellule du réseau, selon l'état de ses éléments semiconducteurs à deux états, présente à l'onde qu'elle reçoit une longueur de ligne à retard bien déterminée. Les odelettes rayonnées sont affectées ainsi d'un déphasage également bien déterminé.

Les réseaux de déphaseurs sont actuellement réalisés à partir d'une technologie de report des éléments semiconducteurs à deux états (les diodes PIN notamment) sous forme de composants discrets et des soussystèmes (les commandes) sur les plaques de circuits imprimés qui supportent les circuits hyperfréquences.

Cette réalisation par report peut s'avérer coûteuse, voire impraticable dans les cas où un grand nombre de diodes PIN est exigé pour satisfaire les performances demandées à l'antenne. C'est le cas notamment des antennes fonctionnant à des dizaines de GHz, ce qui correspond à des pas millimétriques pour les réseaux déphaseurs et donc des centaines voire des milliers de commutateurs.

L'objet de l'invention est de permettre la réalisation peu coûteuse de panneaux déphaseurs à grand nombre d'éléments semiconducteurs à deux états et d'antennes actives bon marché, nécessaire aux applications quasi-grand public, avec des volumes de production importants, en intégrant les diodes au niveau des panneaux déphaseurs eux-mêmes.

Plus précisément l'invention a pour objet un panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique et de la rayonner dans une direction variable, comportant un ensemble de cellules élémentaires, chaque cellule comprenant au moins un circuit hyperfréquence déphaseur et des éléments rayonnants pour l'onde électromagnétique, caractérisé en ce que le circuit hyperfréquence déphaseur comprend un ensemble monolithique comportant des surfaces conductrices reliées à des éléments semiconducteurs à deux états en silicium polycristallin, à la surface d'un substrat diélectrique et des connexions conductrices desdits éléments semiconducteurs reliées à un circuit de commande.

Avantageusement les éléments semiconducteurs à deux états sont des diodes PIN.

Selon une première variante de l'invention, le panneau déphaseur peut-être adapté à des antennes de type"transmit array"ou"reflect array".

Dans ce cas l'invention a plus précisément pour objet un panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique en propagation libre polarisée linéairement selon une direction donnée, caractérisé en ce que le circuit hyperfréquence déphaseur comprend à la surface du substrat, des fils électriquement conducteurs sensiblement parallèles à la direction donnée disposés sur le substrat, lesdits fils étant connectés à des surfaces conductrices de connexion de commande des éléments semiconducteurs, sensiblement normales aux fils, lesdites surfaces conductrices étant également des iris déphaseur hyperfréquence, chaque cellule étant séparée d'une cellule adjacente par des zones de découplage hyperfréquence conductrices.

Lesdites zones de découplage hyperfréquence conductrices sur la face supérieure du substrat peuvent être associées à des surfaces conductrices identiques déposées en regard sur la face inférieure du substrat pour former, ainsi que cela est connu, des guides d'onde propres à bloquer la propagation d'ondes parasites d'une cellule aux cellules voisines. Le dispositif de découplage peut être complété avantageusement par des tranchées ou des trous métallisés pratiqués dans le substrat à l'emplacement de ceux des guides de découplage qui sont normaux à la polarisation de l'onde.

Selon un mode préférentiel de l'invention, le circuit de commande est situé sur la première face du substrat diélectrique dans le même plan que les diodes.

Avantageusement, le circuit de commande peut comprendre des éléments semiconducteurs de commutation de type transistor en silicium polycristallin, reliés aux surfaces conductrices de commande. Des éléments de type surfaces réflectrices métalliques peuvent être réalisées sur la seconde face du substrat diélectrique notamment dans le cas du reflect array.

Selon un autre mode préférentiel de l'invention les surfaces conductrices de commande peuvent être reliées électriquement à un circuit de commande par l'intermédiaire de plots conducteurs, ledit circuit de

commande étant situé sur un circuit imprimé comportant en outre des éléments conducteurs reflecteurs de type plan métallique.

Selon une seconde variante de l'invention, le panneau déphaseur peut-être adapté à des antennes de type"réseaux déphaseurs à lignes à retard commutées".

Dans ce cas l'invention a plus précisément pour objet un panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique polarisée linéairement selon une direction donnée, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de distribution de l'énergie de l'onde électromagnétique constitué de lignes métalliques de distribution à la surface d'un substrat diélectrique, lesdites lignes associées à une surface conductrice sous ledit substrat formant guide d'onde, et un réseau de cellules de déphasage, chaque cellule de déphasage étant constituée par une portion de circuit de distribution dans laquelle sont insérées notamment des lignes de déphasage sélectionnables par des éléments à semiconducteurs à deux états (notamment des diodes).

Chaque cellule élémentaire peut alors comporter, en outre, sur son arrière plan métallique des éléments rayonnants de type fente en regard de portions de circuit de distribution pouvant être couplé à un second arrière plan comportant des éléments métalliques rayonnants en regard desdites fentes.

Avantageusement les diodes PIN peuvent être réalisées sur un empilement de couches métalliques déposé sur le substrat diélectrique. Cet empilement peut notamment comprendre des couches de type TixWy et une couche de type Mo.

L'invention a encore pour objet un procédé de fabrication d'un panneau déphaseur, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - la réalisation d'un empilement de couches semiconductrices en silicium amorphe, sur au moins une couche métallique à la surface d'un substrat diélectrique, - un traitement thermique de cristallisation en phase solide de l'empilement de couches semiconductrices,

- la gravure dudit empilement pour définir les diodes de type
PIN, après cristallisation.

L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront, à la lecture de la description qui va suivre et grâce aux figures annexées, parmi lesquelles : - la Figure 1 illustre un exemple d'antenne à balayage électronique à panneau réflecteur hyperfréquence actif, -la Figure 2, illustre une vue partielle de la face avant d'un exemple de panneau réflecteur selon l'invention, - la Figure 3a et 3b, illustrent respectivement une vue de dessus et une vue en coupe d'un premier exemple de panneau réflecteur déphaseur comportant un circuit de commande intégré au niveau du subsrat diélectrique, - la Figure 4, illustre une vue partielle en coupe d'un second exemple de panneau réflecteur déphaseur selon l'invention, comportant un circuit de commande reporté au niveau du circuit imprimé, - les Figures 5a - 5j illustrent les étapes d'un procédé de réalisation d'une diode PIN sur substrat de verre, utilisée dans l'invention, la Figure 6 illustre le schéma d'une antenne de type réseaux déphaseurs à lignes à retard commutées > > , avec réseau de distribution de l'onde électromagnétique, - la Figure 7 illustre la superposition de plusieurs plans utilisés dans l'antenne de la Figure 6, - les Figures 8a-8b illustrent un circuit de distibution sur lequel sont reportés des boîtiers comportant des circuits déphaseur hyperfréquence.

Selon une première variante le panneau déphaseur est destiné à une antenne de type"transmit array"ou"reflect array"et est donc destiné à recevoir une onde électromagnétique comme illustré en Figure 1, qui schématise un exemple de réalisation d'une antenne à balayage électronique à panneau reflecteur actif.

Dans cette configuration, la distribution hyperfréquence est par exemple de type en espace libre , c'est-à-dire par exemple assurée à l'aide d'une source primaire illuminant le panneau réflecteur. A cet effet, l'antenne comporte une source primaire 1, par exemple un cornet-la source

primaire 1, émet des ondes hyperfréquences 3 vers le panneau réflecteur actif 4, disposé dans le plan Oxy. Le panneau réflecteur comporte un ensemble de cellules élémentaires, réalisant la réflexion et le déphasage des ondes qu'elles reçoivent. Ainsi, par commandes des déphasages imprimés à l'onde reçue par chaque cellule, il est possible ainsi qu'il est connu, de former un faisceau hyperfréquence dans la direction souhaitée.

La Figure 2 montre schématiquement une partie de panneau réflecteur actif 4 dans le plan Oxy, le panneau réflecteur comporte un ensemble de cellules élémentaires 10 disposées côte à côte et séparées par des zones 20, utilisées pour le découplage hyperfréquence des cellules. Les cellules 10 réalisent la réflexion et le déphasage des ondes qu'elles reçoivent. Une cellule élémentaire 10 comporte un circuit hyperfréquence déphaseur disposé devant un plan conducteur.

La figure 3 est une vue schématique d'un premier exemple de réalisation d'un panneau déphaseur réflecteur comportant un circuit de commande-intégré au niveau du substrat diélectrique
La figure 3a est une vue de dessus d'une cellule 10 dudit plan déflecteur isolée entre des parties de découplage 20 qui sont avantageusement métalliques pour réaliser des guides d'ondes d'isolement.

Des surfaces métalliques 12 sont connectées à une diode 11 par l'intermédiaire de fils conducteurs 13 disposés selon l'axe Ox parallèle à la direction de l'onde électromagnétique qui est reçue et rayonnée par le panneau. La surface métallique 12a est connectée au circuit de commande via un élément métallique 14 qui est lui même relié à un réseau de commande comportant notamment des éléments de commutation. La surface métallique 12b est également connectée au circuit de commande via un second élément métallique 14b qui est lui même connecté au réseau de commande. Les éléments 14a et 14b présentent des trous 15a et 15b. Il est ainsi possible de réaliser un adressage ligne/colonne d'un ensemble matriciel de cellules. Un tel type d'adressage est décrit en détails dans le brevet 9311838 déposé par la société Thomson-CSF.

Des tranchées 16 sont réalisées au niveau des zones de découplages 20, pour augmenter le découplage hyperfréquence, selon la direction Ox. Elles sont réalisées dans un plan inférieur et sont schématisées selon un autre type de pointillé.

La figure 3b est une vue en coupe de la cellule décrite en figure 3a. Elle met en évidence la diode 11, les deux surfaces métalliques 12a et 12b sur une première face du substrat diélectrique 17 ainsi qu'un élément de commande comportant un transistor de commutation réalisé également en silicium polycristallin. La grille est réalisée en silicium polycristallin. Le drain est dopé n+, la source est dopée n+, les différents éléments du transistor comportant des éléments isolants 18 en Si02. La grille G, le drain D et la source S sont illustrés en Figure 3b. Au niveau de la seconde face du substrat diélectrique est réalisé l'élément réflecteur rayonnant 19, les guides d'ondes 20a et 20b ainsi que les tranchées 16, dont la fonction est de découpler une cellule et une cellule adjacente au niveau des ondes hyperfréquences, selon la direction. Ces trois derniers éléments métallisés peuvent être reliés.

Selon une autre variante de l'invention le circuit de commande peut être réalisé au niveau d'un circuit imprimé associé au substrat diélectrique comme illustré en figure 4. Une cellule 10 est représentée en coupe et comporte un circuit hyperfréquence déphaseur. Le circuit déphaseur comporte des éléments semiconducteurs à deux états (un seul de ces éléments est représenté) 11 en silicium polycristallin, des surfaces conductrices 12a et 12b, reliées aux éléments semiconducteurs 11. Les éléments 11,12a et 12b étant à la surface d'un substrat diélectrique 17. La cellule 10 comporte en outre un circuit imprimé 21 comportant des éléments conducteurs 19 servant de réflecteur à l'onde électromagnétique. Le circuit imprimé 21 comporte un circuit de commande (non représenté) des éléments semiconducteurs à deux états via des plots conducteurs 23. Des éléments conducteurs 22 situés en périphérie des surfaces conductrices peuvent être des grilles permettant le découplage hyperfréquence entre deux cellules adjacentes.

Les éléments semiconducteurs 11, peuvent avantageusement être des diodes. Lorsque les diodes sont alimentées en courant, et polarisées en direct, la susceptance du circuit hyperfréquence défini au niveau des surfaces conductrices peut-être adaptée de manière à rendre le circuit transparent à l'onde hyperfréquence. L'onde hyperfréquence est alors réfléchie par l'élément conducteur 19 sans déphasage.

Lorsque les diodes sont polarisées en inverse, la susceptance du circuit hyperfréquence est modifiée, et l'on peut introduire un déphasage sur l'onde hyperfréquence. Ce type de comportement est notamment décrit plus en détail dans le brevet 93 09715 déposé par la Société THOMSON-CSF Radant.

Ces surfaces conductrices sont connectées par l'intermédiaire de plans conducteurs à des connexions du circuit imprimé, pour adresser électriquement les diodes. Les plots conducteurs peuvent avantageusement être réalisés à l'aide d'une film conducteur et notamment une film de type ACF (Anisotropic conductor film).

Selon les modes de réalisation décrits ci-dessus, les diodes sont réalisées par croissance en silicium polycristallin sur un substrat diélectrique pouvant être du verre, de l'alumine ou du nitrure d'aluminium. Sur ce même substrat 17, on réalise dans le même plan que les diodes, les surfaces conductrices 12a et 12b.

Nous allons décrire ci-après, plus en détails un exemple de la réalisation monolithique des diodes, permettant d'éviter l'hybridation desdites diodes jusqu'à maintenant présente dans les panneaux déphaseurs de l'art connu. les Figures 5a à 5j illustrent les étapes d'un exemple de procédé de fabrication d'une diode PIN en silicium polycristallin sur substrat de verre.

Le substrat diélectrique peut être un substrat par exemple une plaque de verre Corning 1737 pré-compacté d'environ 100 mm x 100 mm, nettoyer selon des techniques connues de l'homme de l'art.

Il est alors passivé sur chacune de ces deux faces par PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), d'une couche de 0, 25um de Si3N4, puis sur sa face supérieure est déposée par DECR (Distributed Electron Cyclotron Resonnance) une couche de 0, 25um de Si02 servant à protéger le substrat lors de gravures ultérieures.

Sur la couche de Si02 sont déposées ensuite par pulvérisation cathodique DC une couche de TiW (composition 0.1/0. 9) de 0. 015um servant de couche d'accrochage, une couche de Mo de 0. 3um à 0. 6um servant de conducteur électrique, et une couche de TiW de 0. 120um

d'épaisseur formant un contact métal/-Si p+ de faible résistance spécifique.

L'ensemble formera l'électrode inférieure de la structure diode.

Sont ensuite déposées par UHVCVD (Ultra High Vacuum CVD) à 5200 et au cours du même vide, 3 couches de silicium amorphe : Si p+ dopée au B d'épaisseur 0. 5um, Si i (non intentionnellement dopé) d'épaisseur 1 à 2um, Si n+ dopé au P d'épaisseur 0. 3um environ, formant la structure de diode PIN (Figure 5a).

On procède ensuite à la protection de la face supérieure par dépôt de résine, puis à la gravure par RIE-ICP (Reactive Ion Etching) en atmosphère de SF6, du silicium déposé en face arrière lors de l'étape précédente. Puis on élimine la résine de protection.

La plaque subit ensuite un traitement thermique de cristallisation en phase solide (SPC) de 24 heures à 5700 environ sous flux de N2.

On dépose ensuite, par évaporation par canon à électrons, sur la face supérieure de la plaque, une couche de Ti de 0. 1 um offrant une faible résistance spécifique de contact avec le Si n+, puis une couche d'AI de 0. 2um, l'ensemble formant l'électrode supérieure de la structure diode, et servant de plus de conducteur électrique d'évacuation des charges lors de l'étape suivante (Figure 5b).

On soumet ensuite la plaque à une implantation ionique d'hydrogène de dose totale 2 x E16 atomes/cm2 à des énergies de 100 à 300 KeV, pour passiver les liaisons non saturées des joints de grains ce qui permet d'augmenter la durée de vie des porteurs.

La plaque est ensuite soumise à un traitement thermique à 400 C sous forming gas (N2 90 %, H2 10 %) pour durcir l'AI et former le contact avec Si n+ et pour favoriser la diffusion des hydrogènes vers leurs sites finals.

On procède ensuite à la délimitation des diodes individuelles par gravure, à travers un masque de résine, des couches métalliques de l'électrode supérieure en milieu humide (HF à 50 % : 2 %, H20 : 98 %), et des couches silicium par RIE-ICP, sous atmosphère SF6 (Figure 5c).

Avant d'éliminer le masque de résine, on élimine par gravure humide (HF à 50 % : 2 % ; H20 : 98 %), la casquette métallique supérieure apparue à la suite de la sous-gravure du silicium, et on procède à un dépôt par évaporation d'AI (épaisseur 0.3 à 1um) dont le but est d'augmenter

l'épaisseur des connexions métalliques inférieures et d'en diminuer ainsi la résistance électrique, ce qui est particulièrement important pour les applications RF (Figure 5d). Le masque de résine qui était conservé pour abriter les flancs de la diode lors de l'évaporation d'AI, est alors éliminé (Figure 5e).

On procède ensuite à la délimitation de la métallisation inférieure (celle qui est en contact avec Si p+) par gravure à travers un deuxième masque, successivement de la couche d'AI avec une solution commerciale d'acide nitrique phosphorique et eau"ANPE", de la couche de TiW par RIE sous SF6, de Mo par RIE sous SF6/02, et de la dernière couche de TiW par RIE sous SF6 (Figure 5f). Puis on élimine le masque de résine. On forme ainsi les connexions inférieures.

On dépose ensuite par DECR une couche de passivation de Si02 de 0. 25) im (Figure 5g), puis par"tournette"et traitement thermique une couche planarisante de BCB polymère diélectrique à faible permittivité (Figure 5h), dont le rôle est de minimiser les capacités parasites entre les connexions inférieures et celles supérieures qui seront déposées par la suite.

On procède alors à l'ouverture de trous de contact (Figure 5i) par gravure à travers un troisième masque cette fois-ci en AI (réalisé lui-même par dépôt d'AI et gravure à travers un masque de résine) de la couche de BCB (Benzo Cyclo Butène) par RIE sous SF6/02, puis après élimination du masque d'AI, par gravure de la Si02 par RIE sous CHF3/SF6. Au fond de ces trous de contacts apparaissent alors les électrodes inférieures et supérieures des diodes.

On réalise enfin les métallisations de surface (Figure 5j), par dépôt par pulvérisation cathodique DC, de couches de TiW (0. 04m) puis d'AI (1 à 2, um), et délimitation par gravure à travers un quatrième masque de résine de l'AI par"ANPE", et TiW par RIE sous SF6. Ces métallisations de surfaces constituent les surfaces métalliques 12,13, 14,20 et vont contacter, au travers des trous de contact les électrodes inférieures et supérieures des diodes.

Selon une seconde variante de l'invention, le panneau déphaseur est destiné à une antenne de type"à réseaux déphaseurs à lignes à retard

commutées."et est donc destiné à recevoir une onde électromagnétique comme illustrée en Figure 6 qui schématise un exemple dudit panneau.

Dans cette configuration, la distribution hyperfréquence est réalisée à l'aide d'un circuit de distribution 31, comprenant un ensemble de lignes métalliques 31 a qui permettent de diviser l'onde électromagnétique en un ensemble d'ondelettes électromagnétiques qui vont parcourir des chemins différents. Ainsi le panneau déphaseur comprend à la surface d'un substrat diélectrique 17, le réseau de distribution 31, divisé en portions de réseaux de distributions 31 ij. Chaque portion 31 ij comprend des lignes métalliques 31 b de déphasage permettant la propagation des odelettes et des éléments semiconducteurs de type diode 32ijk. Une même portion pouvant comprendre plusieurs diodes 32ijk comme illustrée en Figure 6.

Le panneau déphaseur comprend ainsi des cellules élémentaires comportant des portions de circuit de distribution, et des éléments rayonnants en regard de ces portions.

La figure 7 illustre un exemple d'antenne de type"à réseaux déphaseurs à lignes à retard commutées" dans laquelle les portions de circuits de distribution sont en regard de fentes rayonnants 33ij à la surface d'un plan 33, et également en regard d'éléments rayonnants 34ij à la surface d'un plan 34.

Selon cette configuration, le réseau de distribution 31 distribue l'onde électromagnétique incidente dans chaque cellule élémentaire. Une cellule élémentaire comprend également un élément de type fente, permettant une rupture dans le guide et donc une émergence de l'ondelette considérée.

En effet l'onde électromagnétique incidente a un vecteur propagation K parallèle à l'axe Ox dans le plan du déphaseur. Après propagation et division dans le circuit de distribution, les odelettes se propagent selon tel ou tel chemin en fonction de l'état passant ou bloquant des diodes situées sur un chemin défini par les lignes de déphasages.

Chaque cellule comprend en regard des lignes de déphasage, des fentes qui permettent à l'ondelette considérée de n'être plus guidée et d'avoir ainsi une composante de propagation selon l'axe Oz, normal au plan déphaseur.

Avantageusement chaque fente 33ij est couplée à un élément rayonnant 34ij qui peut-être un pavé métallique.

On créé ainsi une onde résultante émergente ayant une direction de propagation présentant une composante variable selon l'axe Oz.

Pour une telle réalisation, les éléments semiconducteurs et les portions de circuit de distribution sont réalisés à la surface du substrat diélectrique et les éléments semiconducteurs sont en silicium polycristallin. La technologie décrite en détail précédemment s'applique également à la réalisation de ce type d'antenne. Selon l'invention, un même plan comprend les diodes et le circuit de distribution.

Le substrat diélectrique 17 pouvant être du verre ou de l'alumine peut comprendre le plan 33 porteur de fentes rayonnantes. Ce plan 33 peut être un plan métallique qui assure également la fonction de plan de masse pour le réseau de lignes 31 avec des ouvertures pour matérialiser les fentes, réalisé sur l'autre face du substrat diélectrique. Avantageusement un second plan 34 réalisé en support diélectrique avec des éléments rayonnants métalliques (patchs) déposés à la surface dudit support est superposé au plan 33. On réalise l'assemblage de l'ensemble de ces plans par un film adhésif.

Avantageusement le substrat diélectrique 17 porteur des éléments déphasants présente des via conducteurs (les substrats tels que le verre ou l'alumine peuvent être troués par laser puis métallisés) permettant de connecter les diodes.

Il est à noter que l'avantage de l'alumine, réside dans la faible permittivité relative de ce matériau, qui peut à très haute fréquence ne générer que de faibles pertes.

Par ailleurs les portions de circuit de distribution représentés en Figure 6 peuvent comprendre d'autres composants (non représentés) que les diodes et notamment des amplificateurs à faible bruit (LNA).

La Figure 6 illustre un panneau monolithique de circuits hyperfréquences déphaseurs associés à un circuit de distribution de l'onde électromagnétique.

Une autre configuration possible de panneau déphaseur utilisé dans ladite deuxième variante d'antenne, consiste à réaliser des modules déphaseurs sous forme d'un macro-fonction en boîtier CMS (composant monté en surface), contenant des diodes PIN et des portions de circuit de

distribution correspondant aux lignes de déphasage, lesdits boîtiers étant connectés au réseau de distribution RF à raison d'un boitier par cellule du réseau. La Figure 8 illustre cette configuration.

Plus précisément la Figure 8a illustre une portion du circuit de distribution RF avec ses circuits déphaseurs hyperfréquences. Le circuit déphaseur est cerclé et détaillée en Figure 8b. Sur un substrat type circuit imprimé sont élaborées les lignes de commande Le et des lignes du réseau de distribution LD, sur lequel sont reportés des boîtiers Bij, correspondant à des puces déphaseurs. Des circuits amplificateur LNAij peuvent être implantés, sur un niveau de lignes de distribution.

La Figure 8b représente une vue détaillée d'un exemple de boîtier comportant, un substrat diélectrique, supportant des diodes en silicium polycristallin 11, des lignes métalliques avec connexions reliées à des connexions Ciju prises sur les métallisations du circuit de distribution.

Une telle configuration est particulièrement adaptée pour des antennes de grande dimensions pour lesquelles il est nécessaire d'élaborer des panneaux déphaseurs de grande dimension.

Claims

REVENDICATIONS

1. Panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique et de la rayonner dans une direction variable, comportant un ensemble de cellules élémentaires (10), chaque cellule comprenant au moins un circuit hyperfréquence, déphaseur et des éléments rayonnants pour l'onde électromagnétique, caractérisé en ce que le circuit hyperfréquence déphaseur comprend un ensemble monolithique comportant des surfaces conductrices (12a, 12b) reliées à des éléments semiconducteurs (11) à deux états en silicium polycristallin à la surface d'un substrat diélectrique (17) et des connexions conductrices desdits éléments semiconducteurs reliés à un circuit de commande.

2. Panneau déphaseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les éléments semiconducteurs sont des diodes de type PIN.

3. Panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique polarisée linéairement selon une direction donnée, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit hyperfréquence déphaseur comprend des fils électriquement conducteurs sensiblement parallèlement à la direction donnée disposés sur le substrat, lesdits fils étant connectés à des surfaces conductrices de commande des éléments semiconducteurs, sensiblement normales aux fils, lesdites surfaces conductrices étant également des iris déphaseurs hyperfréquences, chaque cellule étant séparée d'une cellule adjacente par des zones de découplage hyperfréquence conductrices.

4. Panneau déphaseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le circuit de commande est situé sur la première face du substrat diélectrique dans le même plan que les éléments semiconducteurs, des réflecteurs étant situés sur la seconde face du substrat diélectrique, en regard des éléments semiconducteurs à deux états.

5. Panneau déphaseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de commande comprend des éléments de type transistor en sillicium polycristallin.

6. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les cellules élémentaires sont découplées par des guides d'ondes (20) et des trous ou des tranchées (16) réalisées au niveau de la seconde face.

7. Panneau déphaseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que les surfaces conductrices de commande sont reliées électriquement à un circuit imprimé de commande, par l'intermédiaire de plots conducteurs (23), ledit circuit imprimé comportant en outre des reflecteurs (19).

8. Panneau déphaseur susceptible de recevoir une onde électromagnétique polarisée linéairement selon une direction donnée, selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de distribution (31) de l'énergie de l'onde électromagnétique constitué de lignes métalliques de distribution à la surface d'un substrat diélectrique, lesdites lignes associées à une surface conductrice sous ledit substrat formant guide d'onde, et un réseau de cellules de déphasage, chaque cellule de déphasage étant constituée par une portion de circuit de distribution dans laquelle sont insérées notamment des lignes de déphasage sélectionnables par des éléments à semiconducteurs à deux états.

9. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de distribution de l'énergie de l'onde électromagnétique à la surface d'un second substrat comportant des lignes métalliques de distribution (31 a) et des boitiers (35) comprenant des circuits hyperfréquence de déphasage connectés en face inférieure aux lignes métalliques de distribution.

10. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque cellule comporte en outre un premier plan (33)

comportant des fentes rayonnantes (33ij) en regard des portions de circuit de distribution (31 ij).

11. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 8 ou 9, caractérisé en ce que chaque cellule comporte en outre un second plan (34) comportant des éléments rayonnants (patchs) (34ij) en regard des portions de circuit de distribution.

12. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le substrat diélectrique est du verre.

13. Panneau déphaseur selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le substrat diélectrique est en alumine.

14. Panneau déphaseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que les diodes de type PIN (11) sont réalisées sur un empilement de couches métalliques déposé sur le substrat diélectrique (17).

15. Panneau déphaseur selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'empilement de couches métalliques comprend la succession de couches suivantes : une couche en TxWy, une couche en Mo et une couche en TixWy.

16. Panneau déphaseur selon la revendication 15, caractérisé en ce que x = 0, 1 et y = 0, 9.

17. Antenne hyperfréquence à balayage électronique caractérisée en ce qu'elle comporte un panneau déphaseur selon l'une des revendications 3 à 9 et une source susceptible d'émettre une onde électromagnétique polarisée linéairement selon ladite direction, le balayage électronique étant obtenu par commande de l'état des éléments semiconducteurs.

18. Antenne hyperfréquence à balayage électronique caractérisée en ce qu'elle comporte un panneau déphaseur selon l'une des revendications

5 à 9, et une source susceptible d'alimenter le circuit de distribution avec une onde électromagnétique polarisée.

19. Procédé de fabrication d'un panneau déphaseur selon l'une des revendications 2 à 16, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les étapes suivantes : - la réalisation d'un empilement de couches semiconductrices en silicium amorphe, sur au moins une couche métallique à la surface d'un substrat diélectrique, - un traitement thermique de cristallisation en phase solide, de l'empilement de couches semiconductrices, - la gravure dudit empilement pour définir les diodes de type

PIN, après cristallisation.

20. Procédé de fabrication d'un panneau déphaseur selon la revendication 19, caractérisé en ce qu'il comprend la réalisation d'une couche métallique supplémentaire autour de chaque diode, de manière à en diminuer la résistance électrique.