FR3008546A1 - Photodetecteur semi-transparent a jonction p-n structuree - Google Patents

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Abstract

Photodétecteur (100) comportant : - une première couche (102) de semi-conducteur dopé p et une deuxième couche (104) de semi-conducteur dopé n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ; - un matériau diélectrique (109) transparent vis-à-vis de la deuxième partie des longueurs d'ondes, traversant la première couche et la deuxième couche ; dans lequel plusieurs portions (110) semi-conductrices ou diélectriques disjointes sont telles qu'une distance moyenne entre les centres de deux portions adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.

Description

PHOTODETECTEUR SEMI-TRANSPARENT A JONCTION P-N STRUCTUREE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR L'invention concerne le domaine des photodétecteurs, notamment celui des photodétecteurs semi-transparents. L'invention concerne également le domaine des capteurs d'images ainsi que celui des dispositifs photovoltaïques faisant appel à de tels photodétecteurs. Un photodétecteur est qualifié de semi-transparent lorsqu'il laisse passer par transparence une partie de la lumière reçue par le photodétecteur et convertit une autre partie de la lumière reçue en un signal électrique. La conversion de la lumière reçue en un signal électrique réalisée par le photodétecteur est proportionnelle à l'absorption de la lumière réalisée par le photodétecteur. Un photodétecteur semitransparent est généralement formé d'un empilement d'au moins deux couches de matériau semi-conducteur, formant une photodiode grâce à une jonction métallurgique (jonction p-n) réalisée entre les matériaux semi-conducteurs. Ces couches de matériau semi-conducteur sont disposées entre des électrodes, généralement transparentes. Du fait que les matériaux semi-conducteurs ont un certain coefficient d'absorption de la lumière, il existe une gamme d'épaisseurs des couches de matériau semi-conducteur pour lesquelles une partie de la lumière traverse le photodétecteur, une autre partie de la lumière étant absorbée par le photodétecteur et le reste de la lumière étant réfléchi. En général, ce type photodétecteur semi-transparent est réalisé tel qu'il soit le moins réflecteur possible. La partie de la lumière qui est absorbée va générer des charges dans les matériaux semi-conducteurs. La jonction métallurgique va alors engendrer un champ électrique dans une zone de ces matériaux semi-conducteurs. Ce champ électrique va être capable de séparer les charges créées par l'absorption de la lumière, et un potentiel électrique ou un courant électrique sera alors obtenu en sortie du photodétecteur semitransparent.
La figure 1 représente schématiquement une partie d'un pixel d'un capteur d'images 10 comportant trois photodétecteurs semi-transparents 14, 16 et 18 superposés les uns au-dessus des autres et disposés au-dessus d'un circuit intégré 20 de lecture des pixels (disposition « above IC ») réalisé par exemple en silicium cristallin.
Chacun des photodétecteurs semi-transparents 14, 16 et 18 est destiné à réaliser une détection d'une des couleurs bleu, vert ou rouge de la lumière reçue par le pixel. Le premier photodétecteur semi-transparent 14 est disposé au sommet du pixel et comporte deux couches 22 et 24 de silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H) respectivement dopées p et n. Le niveau de dopage de la couche 22 est supérieur à celui de la couche 24. Ces deux couches 22 et 24 sont disposées entre une première électrode 26 et une deuxième électrode 28, toutes deux transparentes et composées d'ITO (oxyde d'indium et d'étain). L'électrode supérieure 26 forme ici la couche par laquelle entre la lumière reçue par le pixel du capteur d'images 10. Le deuxième photodétecteur semi- 1 5 transparent 16 disposé sous le premier photodétecteur semi-transparent 14 comporte également deux couches 30 et 32 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées p et n. Ces deux couches 30 et 32 sont disposées entre la deuxième électrode 28, qui est commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 14 et 16, et une troisième électrode transparente 34. Le troisième photodétecteur semi-transparent 18, disposé 20 entre le deuxième photodétecteur semi-transparent 16 et le circuit intégré 20, comporte deux couches 36 et 38 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées p et n. Ces deux couches 36 et 38 sont disposées entre la troisième électrode 34 qui est commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 16 et 18, et une quatrième électrode transparente 40 disposée au-dessus du circuit intégré 20. 25 Les épaisseurs des différentes couches de semi-conducteur sont adaptées en fonction des longueurs d'ondes destinées à être absorbées par le photodétecteur et celles destinées à traversées le photodétecteur sans être absorbées. Du fait qu'au sein de chaque photodétecteur semi-transparent, la couche de semi-conducteur la plus dopée (couches 22, 30 et 36) est réalisée la plus fine 30 possible, de préférence inférieure à environ 10 nm, l'épaisseur totale de semi-conducteur au sein de chaque photodétecteur, déterminant les gammes de longueurs d'ondes absorbées et transmises, est adaptée via le choix de l'épaisseur de la couche de semiconducteur la moins dopée (couches 24, 32 et 38). Ainsi, l'épaisseur de la couche de semiconducteur 24 est adaptée pour que le premier photodétecteur semi-transparent 14 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant à la couleur bleu et soit le plus transparent possible aux longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge et verte. L'épaisseur de la couche de semi-conducteur 32 est adaptée pour que le deuxième photodétecteur semi-transparent 16, qui reçoit la lumière ayant traversé le premier photodétecteur semi-transparent 14, absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant au vert et soit le plus transparent possible aux longueurs d'ondes correspondant au rouge (les longueurs d'ondes correspondant au bleu qui arrivent dans le deuxième photodétecteur semi-transparent 16 sont quasiment inexistantes en raison de l'absorption réalisée en amont par le premier photodétecteur semi-transparent 14). Enfin, l'épaisseur de la couche de semi-conducteur 38 est adaptée pour que le troisième photodétecteur semi-transparent 18, qui ne reçoit pratiquement que des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge, absorbe ces longueurs d'ondes. La lumière de couleur rouge restante ayant traversé les trois photodétecteurs semitransparents 14, 16 et 18 peut éventuellement effectuer un deuxième passage à travers ces photodétecteurs grâce à une réflexion lumineuse réalisée sur le circuit intégré 20 et ses interconnexions électriques. L'épaisseur de la couche 24 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du premier photodétecteur semi-transparent 14 est inférieure à celle de la couche 32 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du deuxième photodétecteur semi-transparent 16, elle-même inférieure à celle de la couche 38 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du troisième photodétecteur semi-transparent 18. La couche 24 a par exemple une épaisseur égale à environ 15 nm, la couche 32 a par exemple une épaisseur égale à environ 100 nm, et la couche 38 a par exemple une épaisseur égale à environ 300 nm, ces valeurs pouvant être calculées à partir des valeurs du coefficient d'absorption des matériaux de ces couches en fonction de la longueur d'onde destinée à être absorbée.
Deux pixels, référencés 42a et 42b, du capteur d'images 10 sont représentés schématiquement en perspective sur la figure 2. Chacun de ces pixels comporte trois photodétecteurs semi-transparents similaires aux photodétecteurs semitransparents 14, 16 et 18 précédemment décrits en liaison avec la figure 1. Sur cette figure 2, dans chaque photodétecteur, les deux couches semi-conductrices formant la jonction p-n du photodétecteur sont représentées sous la forme d'une seule couche de matériau, référencée 45. On voit sur cette figure 2 que des couches d'ITO 43 formant les électrodes sont discontinues, ou interrompues, d'un pixel à l'autre, isolant ainsi électriquement les pixels les uns des autres, tandis que les couches de semi-conducteur 45 disposées entre les électrodes 43 sont continues et communes d'un pixel à l'autre. Les électrodes 43 des photodétecteurs semi-transparents sont reliées électriquement au circuit intégré 20 par des vias conducteurs 44 traversant toutes les couches de semiconducteur. Les photodétecteurs semi-transparents des pixels sont recouverts par une couche de passivation 46 transparente et planarisée.
Une première difficulté de réalisation de tels photodétecteurs semi- transparents, et notamment celle d'un photodétecteur semi-transparent destiné à absorber des faibles longueurs d'ondes comme le premier photodétecteur semitransparent 14, provient du fait qu'il est nécessaire de réaliser des couches semiconductrices suffisamment minces pour n'absorber que les longueurs d'ondes souhaitées (correspondant par exemple à la couleur bleu qui a un fort coefficient d'absorption) et laisser passer les autres longueurs d'ondes qui ont des coefficients d'absorption plus faibles, tout en conservant une épaisseur de semi-conducteur suffisante pour réaliser la collection des charges électriques. Ainsi, pour le premier photodétecteur semitransparent 14, on cherche généralement à avoir une épaisseur totale de semi- conducteur inférieure à environ 15 nm. Or, une aussi faible épaisseur de semi-conducteur peut dégrader le comportement électrique du matériau semi-conducteur. Un second inconvénient de ces photodétecteurs semi-transparents provient des caractéristiques communes des matériaux utilisés. En effet, le coefficient d'absorption des semi-conducteurs n'est pas constant avec la longueur d'onde. Ces photodétecteurs semi-transparents se comportent comme des filtres colorés vis-à-vis de la lumière transmise. Il n'est donc pas possible d'utiliser de tels photodétecteurs pour des applications nécessitant d'avoir un spectre d'absorption variant peu, par exemple dans le domaine visible. De plus, la couleur du filtre obtenu n'est jamais idéale. Or, pour une épaisseur donnée de semi-conducteur, la structure des photodétecteurs semi- transparents précédemment décrits ne permet pas d'ajuster la couleur filtrée par le photodétecteur et donc le spectre d'absorption du photodétecteur, ni d'avoir une absorption réalisée de manière constante selon les longueurs d'ondes. EXPOSÉ DE L'INVENTION Un but de la présente invention est de proposer un photodétecteur semi-transparent pour lequel les contraintes de réalisation liées à l'épaisseur de ses couches de semi-conducteur soient réduites, et permettant d'ajuster aisément, au moment de la conception du photodétecteur, le spectre des longueurs d'ondes absorbées et converties par le photodétecteur et le spectre des longueurs d'ondes transmises sans être absorbées par le photodétecteur.
Pour cela, la présente invention propose un photodétecteur comportant au moins : - une première couche de semi-conducteur dopé p et une deuxième couche de semi-conducteur dopé n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ; - un matériau diélectrique transparent vis-à-vis d'au moins la deuxième partie des longueurs d'ondes, traversant au moins la première couche de semiconducteur et la deuxième couche de semi-conducteur ; dans lequel le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi- conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semiconducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi-conducteur, une distance moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou dans lequel le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
Ainsi, en structurant les couches de semi-conducteur du photodétecteur en formant de telles portions semi-conductrices ou de telles portions diélectriques transparentes, on modifie les propriétés électroniques et optiques de la structure photodétectrice, ce qui permet de paramétrer les gammes de longueurs d'ondes absorbées et transmises par le photodétecteur via le choix des caractéristiques (forme, dimensions, pas, etc.) de ces portions semi-conductrices ou diélectriques. Avec une telle structure photodétectrice, il est donc possible de réaliser par exemple un photodétecteur semi-transparent apte à absorber les longueurs d'ondes correspondant au bleu à partir de couches de semi-conducteur dont l'épaisseur totale est supérieure à environ 15 nm, et par exemple comprise entre environ 20 nm et 60 nm.
De plus, avec une telle structure photodétectrice, il est également possible de réaliser des photodétecteurs semi-transparents présentant un spectre d'absorption qui soit beaucoup plus régulier, c'est-à-dire présentant un coefficient d'absorption dont la valeur varie moins, par exemple dans la gamme des longueurs d'ondes du domaine visible (par exemple dans la gamme 400 nm - 650 nm) que pour un photodétecteur semi-transparent de l'art antérieur comprenant des couches de semi- conducteur non structurées. Un tel photodétecteur peut être utilisé pour réaliser des capteurs d'images trichrome, des capteurs d'images tridimensionnelles, des capteurs d'images spectrométriques, ou encore des cellules solaires sur vitrage ou des capteurs d'ombrage disposés sur des écrans de visualisation ou des capteurs de contre-réaction (régulation) disposés sur des sources de lumière ou même une combinaison de ces différentes fonctions. Chacune des portions semi-conductrices ou chacune des portions diélectriques peut comporter une section, dans ledit plan, en forme de rectangle ou de disque ou de triangle. Il est également possible que les portions semi-conductrices ou les portions diélectriques du photodétecteur présentent des sections de formes et/ou de tailles différentes. La première couche de semi-conducteur et/ou la deuxième couche de semi-conducteur peuvent comporter du silicium amorphe, par exemple hydrogéné. Il est également possible que la première couche de semi-conducteur et/ou la deuxième couche de semi-conducteur comportent un semi-conducteur amorphe autre que le silicium, par exemple du germanium, du SiGe, du sélénium, de l'InSe sur du Sn02 amorphe, un polymère, ou bien un semi-conducteur cristallin, ou encore un matériau combinant plusieurs de ces éléments.
Le photodétecteur peut comporter en outre au moins une première électrode reliée électriquement à la première couche de semi-conducteur, et au moins une deuxième électrode reliée électriquement à la deuxième couche de semi-conducteur. La première électrode peut comporter une première couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, disposée contre une deuxième face de la première couche de semi-conducteur opposée à ladite première face, et/ou la deuxième électrode peut comporter une deuxième couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, disposée contre la deuxième couche de semi-conducteur telle que la deuxième couche de semi-conducteur soit disposée entre ladite deuxième couche de matériau électriquement conducteur et la première couche de matériau semiconducteur. Le matériau diélectrique peut traverser en outre une partie de la première électrode et/ou une partie de la deuxième électrode.
Les portions semi-conductrices ou les portions diélectriques peuvent être disposées les unes à côté des autres selon un motif répété périodiquement dans ledit plan. Les portions semi-conductrices ou les portions diélectriques peuvent être régulièrement disposées les unes à côté des autres avec un pas inférieur à ladite plus petite longueur d'onde. Toutes les portions de matériau diélectrique peuvent avoir des dimensions sensiblement similaires et/ou être de formes sensiblement similaires. Les distances entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes ou de deux portions diélectriques adjacentes peuvent être sensiblement similaires entre toutes les portions semi-conductrices ou toutes les portions diélectriques. En variantes, ces distances peuvent varier au sein du photodétecteur. Les portions semi-conductrices ou les portions diélectriques peuvent être disposées les unes à côté des autres selon un motif comportant plusieurs cercles de diamètres différents. Le photodétecteur peut comporter en outre au moins une troisième couche de semi-conducteur intrinsèque disposée entre la première couche de semiconducteur et la deuxième couche de semi-conducteur, le matériau diélectrique traversant la troisième couche de semi-conducteur intrinsèque.
Des couches transparentes ou faiblement absorbantes supplémentaires peuvent être disposées entre les électrodes et les couches de semi-conducteur afin de réduire des phénomènes de barrière de potentiels aux interfaces entre les différents matériaux, et ainsi faciliter le passage des charges du semi-conducteur vers les électrodes.
Avantageusement, ledit matériau diélectrique peut être transparent vis- à-vis de ladite première partie des longueurs d'ondes, ce qui permet de réduire les pertes optiques du photodétecteur. L'invention concerne également un capteur d'images comportant une matrice de pixels disposée au-dessus d'un circuit intégré de lecture des pixels, dans lequel chaque pixel comporte au moins deux photodétecteurs semi-transparents disposés l'un au-dessus de l'autre et tels qu'au moins un des deux photodétecteurs semi-transparents correspond à un photodétecteur selon l'invention. La première couche de semi-conducteur, la deuxième couche de semi- conducteur, le matériau diélectrique et au moins l'une d'une première et d'une deuxième électrode de deux photodétecteurs semi-transparents disposés l'un à côté de l'autre et faisant partie de deux pixels différents peuvent être isolées électriquement les unes des autres par au moins une portion de matériau diélectrique disposée entre les deux pixels. L'invention concerne également un dispositif photovoltaïque comportant un substrat transparent sur lequel sont disposés des photodétecteurs selon l'invention et reliés électriquement entre eux. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un photodétecteur, comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'au moins une première couche de semi-conducteur dopée p et une deuxième couche de semi-conducteur dopée n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ; - gravure de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, et dépôt d'un matériau diélectrique transparent vis-à- vis d'au moins ladite deuxième partie des longueurs d'ondes dans des parties gravées de la première couche de semi-conducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur, dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en oeuvre telles que le matériau diélectrique entoure plusieurs portions semi-conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche de semi-conducteur, une distance moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en oeuvre telles que le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche de semiconducteur et de la deuxième couche de semi-conducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description d'exemples de réalisation donnés à titre purement indicatif et nullement limitatif en faisant référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement un pixel d'un capteur d'images comportant des photodétecteurs semi-transparents selon l'art antérieur ; - la figure 2 représente schématiquement une partie d'un capteur d'images comportant plusieurs photodétecteurs selon l'art antérieur ; - la figure 3 représente schématiquement un photodétecteur, objet de la présente invention, selon un premier mode de réalisation ; - les figures 4A à 4C représentent schématiquement des exemples de portions semi-conductrices réalisées dans un photodétecteur, objet de la présente invention ; - la figure 5 représente des spectres d'absorption, de transmission et de réflexion d'un photodétecteur semi-transparent selon l'art antérieur ; - la figure 6 représente des spectres d'absorption, de transparence et de réflexion obtenus avec un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention ; - les figures 7A et 7B représentent schématiquement des exemples de portions semi-conductrices réalisées dans un photodétecteur, objet de la présente invention ; - la figure 8 représente schématiquement un photodétecteur, objet de la présente invention, selon un deuxième mode de réalisation ; - la figure 9 représente schématiquement un capteur d'images, objet de la présente invention, comportant des photodétecteurs également selon l'invention ; - la figure 10 représente schématiquement un dispositif photovoltaïque, objet de la présente invention, comportant des photodétecteurs également selon l'invention ; - la figure 11 représente des spectres d'absorption, de transparence et de réflexion obtenus avec un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention ; - la figure 12 représente schématiquement deux photodétecteurs semi-transparents, objet de la présente invention, isolés l'un de l'autre ; - la figure 13 représente schématiquement un dispositif comportant des photodétecteurs semi-transparents, objets de la présente invention, réalisant une mesure d'intensité lumineuse ; - les figures 14A et 14E3 représentent schématiquement un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention, selon un troisième mode de réalisation ; - la figure 14C représente schématiquement une matrice de photodétecteurs comprenant plusieurs photodétecteurs semi-transparents, objet de la présente invention, selon le troisième mode de réalisation ; - les figures 15A à 15D représentent schématiquement des étapes d'un exemple de procédé de réalisation d'un photodétecteur semi-transparent, objet de la présente invention.
Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures décrites ci-après portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.
Les différentes possibilités (variantes et modes de réalisation) doivent être comprises comme n'étant pas exclusives les unes des autres et peuvent se combiner entre elles. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS On se réfère tout d'abord à la figure 3 qui représente schématiquement un photodétecteur 100 semi-transparent selon un premier mode de réalisation. Le photodétecteur 100 comporte deux couches 102 et 104 de semi- conducteur, ici du silicium amorphe hydrogéné (a-Si:H), respectivement dopées p et n, formant ensemble une jonction p-n du photodétecteur 100. Le niveau de dopage de la couche 102 dopée p est supérieur à celui de la couche 104 dopée n, ces niveaux de dopage étant tels que la jonction p-n formée par ces deux couches puisse réaliser une conversion d'une partie de la lumière reçue en énergie électrique. Ces deux couches 102 et 104 sont disposées entre une première électrode 106 et une deuxième électrode 108 transparentes, toutes deux comprenant de l'ITO. La première électrode 106 forme ici l'électrode par laquelle entre la lumière reçue par le photodétecteur 100. Le photodétecteur 100 est semi-transparent car il est apte à laisser passer une première partie des longueurs d'ondes de la lumière reçue et à convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de cette lumière. Les électrodes 106 et 108 sont transparentes vis-à-vis d'au moins cette première partie et cette deuxième partie des longueurs d'ondes. Les couches 102 et 104 de semi-conducteur sont structurées de manière périodique par du matériau diélectrique 109, par exemple de la silice. Ce matériau diélectrique est choisi tel qu'il soit transparent au moins vis-à-vis des longueurs d'ondes destinées à être absorbées et converties électriquement par le photodétecteur 100, et de préférence également vis-à-vis des longueurs d'ondes destinées à traverser le photodétecteur 100 afin que ce matériau diélectrique n'engendre pas de pertes lumineuses. Ce matériau diélectrique 109 traverse toute l'épaisseur (dimension selon l'axe Z représenté sur la figure 3) des couches de semi-conducteur 102 et 104. Les couches 102 et 104 sont donc discontinues. Sur l'exemple de la figure 3, l'épaisseur du matériau diélectrique 109 est égale à la somme des épaisseurs des couches de semiconducteur 102 et 104. La structuration des couches 102 et 104 est telle que les parties restantes des couches 102 et 104 forment des portions semi-conductrices 110 disjointes les unes des autres et entourées par le matériau diélectrique 109. Chacune de ces portions semi-conductrices 110 est formée par une partie de la couche 102 et une partie de la couche 104. Les portions 110 forment donc un pavage régulier de matériaux semiconducteurs. Les figures 4A à 4C représentent des vues en coupe, parallèlement à un plan (X,Y) parallèle aux faces des couches 102 et 104 se trouvant en contact l'une contre l'autre, d'exemples de portions semi-conductrices 110. La section de chaque portion semi-conductrice 110, dans le plan (X,Y), est, sur la figure 4A, de forme rectangulaire ou carrée, sur la figure 4B en forme de disque, et sur la figure 4C de forme triangulaire. Les sections des portions 110 peuvent également être de formes différentes de ces exemples, par exemple de forme ovale ou de polygone ou de toute autre forme. La dimension référencée « p » sur chacune de ces figures correspond au pas de répétition des portions 110, c'est-à-dire la distance séparant les centres de deux portions 110 adjacentes. Ce pas « p » est tel qu'il soit inférieur à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, c'est-à-dire inférieur à la plus petite longueur d'onde parmi celles destinées à traverser le photodétecteur et celles destinées à être absorbées et converties par le photodétecteur. Ainsi, ce pas « p » est avantageusement compris entre environ 100 nm et 350 nm pour des lumières de longueur d'onde supérieure à environ 400 nm. De manière générale, les portions semi-conductrices 110 peuvent être régulièrement disposées les unes à côté des autres (comme c'est le cas dans les exemples représentés sur les figures 4A à 4C), le pas « p » étant dans ce cas sensiblement constant entre toutes les portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100. En variante, il est possible que le pas « p » ne soit pas constant pour l'ensemble du photodétecteur 100, et donc que les distances entre les centres de deux portions semi-conductrices 110 adjacentes ne soient pas constantes entre les différentes portions 110 du photodétecteur 100. Dans tous les cas (pas « p» constant ou non), les portions semi-conductrices sont réalisées telles qu'une distance moyenne entre les centres de deux portions semiconductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
Concernant les dimensions des portions semi-conductrices 110, celles-ci peuvent être sensiblement constantes pour l'ensemble des portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100 (comme sur les exemples des figures 4A-4C) ou non. Les dimensions des portions semi-conductrices 110 dans le plan (X,Y) peuvent varier d'environ 20% jusqu'à environ 80 % du pas p selon les emplacements des portions semi- conductrices 110 et l'application envisagée. De même, les formes des portions semi- conductrices 110 peuvent être sensiblement similaires pour l'ensemble des portions semi-conductrices 110 du photodétecteur 100 (comme sur les exemples des figures 4A-4C) ou non. Les courbes 112, 114 et 116 représentées sur la figure 5 représentent respectivement les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion (c'est-à-dire les valeurs des coefficients d'absorption, de transmission et de réflexion, en fonction de la longueur d'onde) d'un photodétecteur semi-transparent de l'art antérieur similaire aux photodétecteurs du capteur d'images 10 précédemment décrit et comportant des couches pleines, c'est-à-dire non structurées par du matériau diélectrique, de silicium amorphe et d'épaisseur totale (somme des épaisseurs des couches de semi-conducteurs du photodétecteur) égale à environ 40 nm. Les courbes 118, 120 et 122 représentées sur la figure 6 représentent respectivement les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion du photodétecteur 100, comportant des couches de silicium amorphe hydrogéné dont l'épaisseur totale (somme des épaisseurs des couches 102 et 104) est égale à environ 50 nm, et structurées par du Si02 entourant des portions semi- conductrices 110 de sections carrées (sections considérées dans le plan (X,Y)) régulièrement espacées d'un pas p (selon l'axe X et l'axe Y) égal à environ 300 nm et de dimension égale à environ 200 nm, cette dimension correspondant à la longueur d'un des côtés des sections carrées. On voit sur ces figures que le photodétecteur 100 présente un coefficient d'absorption de valeur plus importante aux grandes longueurs d'ondes (par exemple à environ 600 nm) que celui du photodétecteur de l'art antérieur et de valeur plus faible au courtes longueurs d'ondes (par exemple à environ 400 nm) que celui du photodétecteur de l'art antérieur. La nano-structuration des couches de semi-conducteur du photodétecteur 100 par le matériau diélectrique transparent formant les portions semi- conductrices 110 offre donc une plus grande liberté de réalisation et un meilleur compromis en ce qui concerne l'absorption, la transmission et la réflexion lumineuse du photodétecteur, et permet de faire appel, pour des propriétés optiques données (absorption, réflexion, transmission), à des couches de semi-conducteur plus épaisses grâce à la structuration de ces couches par le matériau diélectrique, tout en conservant ses caractéristiques électriques et optiques. On voit sur la figure 6 que les spectres résultant définissent des pics de transmission (et de réflexion) par résonnance des ondes. Si le pavage réalisé par les portions semi-conductrices 110 est choisi moins périodique, alors les pics de résonnance obtenus sont plus larges et les spectres d'absorption, de réflexion et de transmission se lissent, c'est-à-dire varie moins en fonction de la longueur d'onde. Ainsi, il est possible de réaliser au sein d'un photodétecteur semi-transparent, une structuration des couches de semi-conducteur par des portions diélectriques espacées différemment les unes des autres et/ou présentant des dimensions différentes et/ou non alignées et/ou de formes différentes. Dans ce cas, les portions semi-conductrices 110 sont réalisées telles que la distance moyenne entre les centres de deux portions semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes. La figure 7A représente un exemple de réalisation de portions semi- conductrices 110 présentant des dimensions, dans le plan (X,Y), différentes. Dans cet exemple, certaines portions 110a comportent des dimensions (diamètre) supérieures à celles d'autres portions 110b, les portions 110a et 110b étant formées par des parties des couches de semi-conducteur d'un même photodétecteur. Dans l'exemple de la figure 7A, les distances entre les centres des différentes portions semi-conductrices 110 adjacentes sont sensiblement constantes pour l'ensemble du photodétecteur. Dans une autre variante représentée sur la figure 7B, il est possible que les portions 110 forment des blocs (référencés 124a, 124b, 124c, et 124d sur cette figure) répétés périodiquement dans les couches de semi-conducteur, mais au sein desquels les portions 110 présentent des irrégularités de dimensions et/ou de disposition et/ou de forme (variations des dimensions des sections des portions 110a et 110b sur l'exemple de la figure 7B). Les portions semi-conductrices 110a et 110b d'un des blocs sont sensiblement similaires à celles se trouvant dans chacun des autres blocs du photodétecteur. Par cet ensemble de paramètres à choisir (dimensions et/ou forme et/ou disposition des portions diélectriques transparentes au sein des couches de semi- conducteur du photodétecteur semi-transparent), il est possible de faire varier la réponse spectrale du photodétecteur aussi bien en absorption qu'en transmission, et par conséquent également en réflexion. De manière générale, plus la surface de semiconducteur au sein du photodétecteur semi-transparent est faible (c'est-à-dire plus le rapport entre la surface, dans le plan (X,Y) au sein des couches de semi-conducteur, de semi-conducteur et la surface des portions diélectriques transparentes est petit), plus l'absorption réalisée par le photodétecteur semi-transparent est faible. De plus, seules les parties du spectre dans lesquelles le coefficient d'absorption est non nul ou au moins égal à environ 3 % sont généralement modifiées, au niveau de l'absorption réalisée, par les portions diélectriques transparentes. Le pas de répétition des portions diélectriques transparentes, ou plus généralement la distance moyenne séparant les centres de deux portions diélectriques transparentes adjacentes, est également choisi en fonction du matériau semi-conducteur utilisé dans le photodétecteur. Ainsi, dans le cas de couche de silicium amorphe, le pas de répétition des portions diélectriques transparentes, ou cette distance moyenne, est avantageusement compris entre environ 100 nm et 300 nm. En outre, les phénomènes de résonnance se produisant dans le semi-conducteur ainsi structuré peuvent augmenter l'absorption réalisée à des niveaux supérieurs à celui du matériau non structuré, ou au contraire l'annuler. La figure 8 représente le photodétecteur 100 selon un deuxième mode de réalisation. Par rapport au photodétecteur 100 précédemment décrit en liaison avec la figure 3, le matériau diélectrique 109 du photodétecteur 100 représenté sur la figure 8 traverse également une partie de l'épaisseur des électrodes transparentes 106 et 108. Ces discontinuités réalisées dans les électrodes 106 et 108 n'interrompent pas la continuité électrique des électrodes 106 et 108. Dans une autre variante de réalisation, il est possible que seule l'une des électrodes 106 et 108 soit partiellement traversée par le matériau diélectrique 109. Dans les modes et exemples de réalisation précédemment décrits, le photodétecteur semi-transparent 100 comporte une jonction p-n formée par deux couches de semi-conducteur 102 et 104 disposées l'une contre l'autre. En variante, il est possible qu'une couche de semi-conducteur intrinsèque, par exemple du silicium amorphe intrinsèque, soit disposée entre les couches de semi-conducteur 102 et 104, formant ainsi une photodiode PIN. Dans ce cas, chacune des portions semi-conductrices 110 comportent également une partie de cette couche de semi-conducteur intrinsèque. De plus, il est également possible que le photodétecteur 100 comporte une autre couche de semi-conducteur fortement dopée n, comportant par exemple un niveau de dopage similaire ou proche de celui de la couche 102 dopée p, telle que la couche 104 faiblement dopée n soit disposée entre la couche 102 et cette autre couche de semi-conducteur fortement dopée. Dans ce cas, chacune des portions semi-conductrices 110 comportent également une partie de cette couche de semi-conducteur fortement dopée n. Enfin, il est également possible que la couche 102, comportant un niveau de dopage supérieur à celui de la couche 104, soit dopée n et la que couche 104 soit dopée p. Dans ce cas, on peut ajouter une autre couche de semi-conducteur fortement dopée p contre la couche 104, chacune des portions semi-conductrices 110 comportant alors une partie de cette couche de semi-conducteur fortement dopée p. En variante de tous les exemples et modes de réalisation précédemment décrits, il est possible que les portions 110 dont la distance moyenne entre les centres de deux portions 110 adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi les longueurs d'ondes qui traversent le photodétecteur et les longueurs d'ondes absorbées et converties par le photodétecteur ne soient pas des portions semiconductrices, mais des portions du matériau diélectrique réalisé à travers les couches de semi-conducteurs. Le photodétecteur 100 comporte dans ce cas le matériau diélectrique qui forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées au moins par les semi-conducteurs de la première couche 102 et de la deuxième couche 104 (et éventuellement des autres couches lorsque le photodétecteur 100 comporte de telles couches supplémentaires) et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes. Le matériau diélectrique forme un pavage régulier de matériau diélectrique transparent réalisé à travers les couches de semi-conducteur 102 et 104. Ainsi, dans cette configuration, la référence 110 utilisées dans les précédentes figures 3, 4, 7 et 8, ainsi que dans les figures suivantes décrites ci-dessous, désigne alors les portions diélectriques, et la référence 109 désigne les matériaux semi-conducteurs entourant les portions diélectriques. Chaque portion diélectrique forme alors une colonne de matériau diélectrique transparent réalisée à travers les couches 102 et 104. Les différentes propriétés (forme, dimensions, espacement, réguliers et non, etc.) précédemment décrites pour les portions semi-conductrices s'appliquent également pour de telles portions diélectriques réalisées à travers les couches de semi-conducteur du photodétecteur 100. La figure 9 représente un pixel d'un capteur d'images 1000 correspondant à un capteur trichrome. Le pixel du capteur d'images 1000 comporte trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 superposés les uns au-dessus des autres et disposés au-dessus d'un circuit intégré 1002 de lecture des pixels (disposition « above IC »), réalisé par exemple à partir d'un substrat de silicium cristallin. Les autres pixels du capteur d'images 1000 sont similaires au pixel décrit ici, et sont par exemple agencés les uns à côté des autres de manière analogue au capteur d'images 10 précédemment décrit en liaison avec la figure 2. Chacun des photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 est destiné à réaliser la détection de la part majoritaire d'une des couleurs bleu, vert, ou rouge respectivement. Dans le capteur d'images 1000, les photodétecteurs semi-transparents sont donc disposés en grand nombre sous forme d'une matrice de pixels au-dessus du circuit intégré 1002. Au moins une électrode de chaque photodétecteur semi-transparent est reliée électriquement au circuit intégré 1002 qui est par exemple de type CMOS, par exemple par des vias conducteurs comme décrit précédemment pour le capteur d'images 10 représenté sur la figure 2. Le circuit intégré 1002 contient notamment un système d'adressage, d'amplification et de conversion en numérique permettant d'extraire (ou de lire) l'information électrique délivrée par chacun des pixels de la matrice. Le premier photodétecteur semi-transparent 100.1 disposé au sommet du pixel comporte deux couches 102.1 et 104.1 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du premier photodétecteur semi-transparent 100.1. Ces deux couches 102.1 et 104.1 sont disposées entre une première électrode 106.1 et une deuxième électrode 108.1, toutes deux transparentes et comprenant de l'ITO. L'électrode supérieure 106.1 forme ici la couche par laquelle entre la lumière reçue par le pixel du capteur d'images 1000. Le deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 disposé sous le premier photodétecteur semitransparent 100.1 comporte deux couches 102.2 et 104.2 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2. Ces deux couches 102.2 et 104.2 sont disposées entre la deuxième électrode 108.1 (qui est donc commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2) et une troisième électrode 108.2 comprenant également de l'ITO. Le troisième photodétecteur semi-transparent 100.3, disposé entre le deuxième photodétecteur 100.2 et le circuit intégré 1002, comporte deux couches 102.3 et 104.3 de silicium amorphe hydrogéné respectivement dopées n et p, et formant ensemble une jonction p-n du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3. Ces deux couches 102.3 et 104.3 sont disposées entre la troisième électrode 108.2 (qui est donc commune aux deux photodétecteurs semi-transparents 100.2 et 100.3) et une quatrième électrode 108.3 comprenant également de l'ITO et disposée au-dessus du circuit intégré 1002. Chacun des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 comportent également un matériau diélectrique transparent respectivement référencées 109.1, 109.2 et 109.3, réalisé à travers les couches de semi-conducteurs des photodétecteurs semi-transparents, et par exemple similaire au matériau diélectrique transparent 109 précédemment décrit. Dans chacun des trois photodétecteurs semitransparents 100.1, 100.2 et 100.3, les matériaux diélectriques 109.1, 109.2 et 109.3 entourent des portions semi-conductrices 110.1, 110.2 et 110.3 similaires aux portions semi-conductrices 110 précédemment décrites. En variante, le matériau diélectrique peut former, au sein d'un ou plusieurs des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3, des portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche et de la deuxième couche de semi-conducteur du photodétecteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes. Les couches les plus fortement dopées de chaque photodétecteur 100.1, 100.2 et 100.3, correspondant ici aux couches 102.1, 102.2 et 102.3 dopées p, peuvent avoir des épaisseurs sensiblement similaires, et de préférence inférieures à environ 10 nm, ou plus généralement comprises entre environ 4 nm et 10 nm.
En variante, et pour des raisons électriques, l'une ou plusieurs des couches 102.1, 102.2 et 102.3 peuvent être disposées respectivement sous l'une ou plusieurs des couches 104.1, 104.2 ou 104.3 associées. L'épaisseur de la couche 104.1 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du premier photodétecteur semi-transparent 100.1 est inférieure à celle de la couche 104.2 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du deuxième photodétecteur semi- transparent 100.2, elle-même inférieure à celle de la couche 104.3 de silicium amorphe hydrogéné dopée n du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3. En effet, l'épaisseur de la couche 104.1 est adaptée pour que le premier photodétecteur 100.1 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes de la lumière reçue par le pixel qui correspondent à la couleur bleu (par exemple comprise entre environ 400 nm et 500 nm et soit majoritairement transparent (réalisant par exemple une transmission d'environ 80%) aux longueurs d'ondes correspondant aux couleurs rouge (par exemple comprise entre environ 600 nm et 700 nm) et vert (par exemple comprise entre environ 500 nm et 600 nm), c'est-à-dire absorbe (par exemple environ 15% d'absorption) et reflète (par exemple environ 5 % de réflexion) une partie minoritaire de ces longueurs d'ondes. En raison des portions semi-conductrices 110.1 formées par les parties des couches de semiconducteurs 102.1 et 104.1 du premier photodétecteur semi-transparent 100.1 (qui sont ici de sections carrées de côté égal à environ 80 nm et espacées les unes des autres avec un pas égal à environ 200 nm), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.1 et 104.1) du premier photodétecteur 100.1 est par exemple égale à environ 60 nm, et est plus généralement comprise entre environ 20 nm et 80 nm. L'épaisseur de la couche 104.2 est adaptée pour que le deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 absorbe la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant au vert de la lumière ayant traversée le premier photodétecteur semi- transparent 100.1 et soit majoritairement transparent aux longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge (les longueurs d'ondes correspondant au bleu arrivant dans le deuxième photodétecteur 100.2 étant quasiment nulles). En raison des portions semi-conductrices 110.2 formées par les parties des couches de semi-conducteurs 102.2 et 104.2 du deuxième photodétecteur semi-transparent 100.2 (qui sont ici de forme et de dimensions, dans le plan (X,Y), sensiblement similaires à celles des portions 110.1 du premier photodétecteur 110.1), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.2 et 104.2) du deuxième photodétecteur 100.2 est par exemple comprise entre environ 100 nm et 300 nm. Enfin, le troisième photodétecteur semi-transparent 100.3 ne reçoit pratiquement que des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge qu'il absorbera. En raison des portions semi-conductrices 110.3 réalisées dans les couches de semi-conducteurs 102.3 et 104.3 du troisième photodétecteur semi-transparent 100.3 (qui sont ici de forme et de dimensions, dans le plan (X,Y), sensiblement similaires à celles des portions 110.1 du premier photodétecteur 110.1), l'épaisseur de semi-conducteur (somme des épaisseurs des couches 102.3 et 104.3) du troisième photodétecteur 100.3 est adaptée pour absorber la majeure partie des longueurs d'ondes correspondant à la couleur rouge. La lumière peut éventuellement réaliser un deuxième passage à travers les photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 par réflexion sur le circuit intégré 1002 et ses interconnexions électriques.
Dans le capteur d'images 1000, les spectres d'absorption, de transmission et de réflexion des trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont finement ajustés grâce à la présence des portions semi-conductrices 110.1, 110.2 et 110.3 formées par les couches de semi-conducteur de ces photodétecteurs. En variante, il est possible qu'un seul des photodétecteurs (avantageusement le photodétecteur destiné à réaliser une absorption des plus faibles longueurs d'ondes, par exemple celui destiné à réaliser une absorption de la couleur bleu, du fait que ce photodétecteur est destiné à avoir les couches de semi-conducteur les plus fines parmi les trois photodétecteurs semi-transparents du pixel) ou que deux des photodétecteurs (par exemple les photodétecteurs 100.1 et 100.2) soient réalisés avec de telles portions semi-conductrices. De plus, il est également possible que les portions semi-conductrices 110 des différents photodétecteurs du capteur d'images 1000 soient de forme et/ou de dimensions différentes, et/ou agencées de manière différente dans les photodétecteurs.
II est également possible que le matériau diélectrique réalisé dans un ou plusieurs des photodétecteurs du capteur d'images 1000 forme des portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs des couches du ou des photodétecteurs, comme précédemment décrit pour le photodétecteur 100. De manière générales, les différents modes de réalisation et exemples de réalisation précédemment décrits pour le photodétecteur 100 peuvent s'appliquer pour l'une ou plusieurs des photodétecteurs 100.1, 100.2 et 100.3. Le photodétecteur semi-transparent 100 précédemment décrit peut également être utilisé pour réaliser un dispositif photovoltaïque comprenant des cellules solaires sur vitrage. En effet, pour la réalisation d'un tel dispositif photovoltaïque par exemple destiné à être utilisé pour des vitrages de maisons ou d'immeubles, on cherche généralement à réaliser des cellules photovoltaïques présentant un spectre d'absorption le moins variable possible dans le domaine des longueurs d'ondes visibles, afin que la couleur obtenue à travers les cellules et le vitrage corresponde sensiblement à une couleur neutre, par exemple gris. Un tel dispositif photovoltaïque 2000 est partiellement représenté sur la figure 10. Dans ce dispositif, plusieurs photodétecteurs semi- transparents (trois photodétecteurs semi-transparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont représentés sur la figure 10) sont disposés les uns à côté des autres sur une surface vitrée 2002, par exemple un substrat de verre, et reliés électriquement en eux, en série et/ou en parallèle, afin de pouvoir collecter sur des bornes de sortie du dispositif 2000 l'énergie électrique générée par les photodétecteurs semi-transparents 100. Les portions semi- conductrices (par exemple similaires aux portions 110 précédemment décrites) réalisées dans ces photodétecteurs semi-transparents comportent par exemple chacune une section en forme de disque de diamètre égal à environ 150 nm, et disposées les unes à côté des autres avec un pas égal à environ 300 nm, les couches semi-conductrices ayant par exemple une épaisseur totale, dans chaque photodétecteur, égale à environ 50 nm. Les électrodes supérieures des photodétecteurs sont ici recouvertes par des couches de passivation 136 permettant de protéger les photodétecteurs 100.1, 100.2 et 100.3. Les courbes 130, 132 et 134 représentées sur la figure 11 correspondent respectivement aux spectres d'absorption, de transmission et de réflexion obtenues pour l'un des photodétecteurs semi-transparents du dispositif 2000. La courbe 132 montre que la transmission obtenue avec un tel photodétecteur semi-transparent comporte moins de variations que celle obtenue avec un photodétecteur semi-transparent comprenant des couches de semi-conducteurs non structurées (voir figure 5, le spectre de transmission étant uniformément croissant du bleu au rouge). De plus, on voit sur la figure 11 que ce spectre de transmission présente trois pics, dont le pic centrale est approximativement centré sur le maximum de sensibilité de l'ceil qui correspond aux longueurs d'ondes de la couleur verte (à environ 550 nm) et les deux pics latéraux correspondent sensiblement aux longueurs d'ondes du rouge et du bleu (à environ 450 nm et 650 nm). Une telle transmission permet d'obtenir, en sortie du dispositif 2000, une lumière d'un ton gris chaud transmise à travers ces photodétecteurs semi-transparents, et donc une lumière adaptée pour une utilisation d'un tel dispositif dans le domaine de la construction. De plus, le spectre d'absorption (courbe 130) d'un tel photodétecteur semi-transparent n'est pas uniforme mais oscille dans une gamme de valeurs comprise entre +/- 20% d'une valeur moyenne sur l'intervalle spectral du domaine visible, ce qui est une valeur tout à fait acceptable. Il est possible d'optimiser les structures des photodétecteurs semi- transparents pour obtenir des variations plus faibles du spectre d'absorption des photodétecteurs. Bien que non représentés, le dispositif photovoltaïque 2000 peut comporter d'autre éléments tels que des éléments de protection (diode de roue libre, anti-foudre, etc.) couplés aux photodétecteurs.
Des photodétecteurs semi-transparents comprenant des couches de semi-conducteurs structurées peuvent également être utilisés pour réaliser des capteurs d'images spectroscopiques ou des capteurs d'images en trois dimensions ou adaptés pour réaliser des mesures de dé-focalisation (permettant de réaliser des mesures de profondeur dans une image capturée). Pour de tels capteurs d'images, les photodétecteurs semi-transparents sont par exemple similaires à ceux utilisés pour le dispositif photovoltaïque 2000 précédemment décrit, présentant par exemple un spectre d'absorption large et le plus constant possible sur toute la gamme des longueurs d'ondes capturées, tout en gardant une bonne transparence. Chaque pixel de ce type de capteur peut comporter au moins deux photodétecteurs semi-transparents superposés l'une au- dessus de l'autre afin de réaliser une capture de différentes profondeurs de champ de l'image. Par rapport au spectre d'absorption représenté sur la figure 11 (courbe 130), les photodétecteurs semi-transparents sont réalisés tels que les pics de ce spectre d'absorption soient élargis et/ou atténués, et cela via une variation du pas et de la taille des zones diélectriques, et donc également des zones photo-détectrices. Les valeurs de transmission souhaitée étant plus grande (70 à 80%) dans ce type d'application, l'épaisseur totale des couches semi-conductrices dans chaque photodétecteur est par exemple choisie plus mince (par exemple entre environ 25 nm et 35 nm). Les portions diélectriques sont par exemple réalisées avec un pas compris entre environ 250 nm et 300 nm, permettant essentiellement de s'affranchir de la caractéristique naturelle d'absorption du matériau semi-conducteur. Lorsque les photodétecteurs semi-transparents sont utilisés pour former les pixels d'un capteur d'images (tri-chrome, 3D, spectroscopiques, etc.), on cherche généralement à ce que la lumière destinée à un pixel ne déborde pas sur le pixel voisin. Pour cela, il est possible que les couches semi-conductrices de photodétecteurs appartenant à deux pixels voisins soient isolées les unes des autres par des portions diélectriques. Une telle configuration est représentée schématiquement sur la figure 12, dans laquelle les couches semi-conductrices 102.1, 102.2, 104.1 et 104.2 de deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2 sont entourées par des portions de matériau diélectrique 140 délimitant ainsi les portions de semi-conducteurs de chaque pixel. Ces portions diélectriques 140 isolent également électriquement l'une de l'autre les électrodes supérieures 106.1 et 106.2 des deux photodétecteurs semi-transparents 100.1 et 100.2. Les électrodes 108.1 et 108.2 des deux photodétecteurs 100.1 et 100.2 sont par contre formée par une couche conductrice transparente commune aux deux photodétecteurs 100.1 et 1002.2 et non interrompue par les portions diélectriques 140.
Dans une variante, il est possible que les portions de matériau diélectrique 140 ne délimitent que les électrodes des pixels (électrodes supérieures ou inférieures), et non les couches semi-conductrices. Les photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour mesurer une intensité lumineuse émise, à des fins de contre-réaction, sur une source ponctuelle. La figure 13 représente schématiquement un tel dispositif 3000 comportant un substrat 3002 comprenant des sources lumineuse 3004.1, 3004.2, 3004.3. Des dispositifs photodétecteurs semitransparents 100.1, 100.2 et 100.3 sont disposés au-dessus des sources lumineuses 3004 et permettent ainsi de laisser passer une grande partie du spectre lumineux émis tout en mesurant l'intensité lumineuse émise par les sources 3004. Les portions de matériau diélectrique transparent réalisées dans de tels photodétecteurs sont par exemple similaires à celles précédemment décrites pour le dispositif photovoltaïque 2000. Vu la forte intensité lumineuse émise et le peu de signal électrique nécessaire, les couches semi-conductrices réalisées sont fines et les largeurs des zones de semi-conducteur étroites. Sur l'exemple de la figure 13, les photodétecteurs semi-transparents 100 sont disposés directement contre les sources lumineuses 3004. Il est toutefois possible que les photodétecteurs semi-transparents 100 soient disposés à une certaine distance (par exemple une distance de focalisation) des sources lumineuses 3004, en fonction de ce qui est destiné à être mesuré par les photodétecteurs 100.
Ces photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour servir de détecteurs sur un écran d'affichage à des fins d'interaction homme/machine avec la personne visualisant l'image. Les photodétecteurs semi-transparents sont dans ce cas réalisés sur l'écran d'affichage, et permettent de détecter la présence d'un élément, par exemple un doigt, sur une zone précise de l'écran. Dans un photodétecteur semi-transparent, par exemple utilisé pour mesurer une intensité lumineuse émise ou bien pour servir de détecteur sur un écran, les portions semi-conductrices peuvent être disposées avantageusement en réseau cylindrique zoné, c'est-à-dire telles que la surface occupée par les portions semi- conductrices par rapport à la surface occupée par le matériau diélectrique (le matériau diélectrique ayant un indice optique supérieur à celui des portions semi-conductrices), dans le plan de la surface par laquelle la lumière est reçue, varie de manière croissante depuis le centre du photodétecteur vers les bords du photodétecteur, afin d'obtenir en plus un effet de lentille de type à gradient d'indice. Un exemple de réalisation d'un tel photodétecteur semi-transparent 100 est représenté schématiquement sur les figures 14A et 14B, représentant respectivement une vue en coupe et une vue de dessus de ce photodétecteur. Dans ce photodétecteur 100, les portions semi-conductrices 110 sont formées telles que les centres de ces portions 110 se trouvent sur des cercles concentriques 150 (représentés symboliquement par des traits pointillés) régulièrement espacés les uns des autres (avec toutefois ici une portion 110 disposée au centre du photodétecteur 100). Ainsi, la distance moyenne entre les centres de deux portions semiconductrices 110 adjacentes est inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles destinées à traversées le photodétecteur 100 et celles destinées à être absorbées et convertis par le photodétecteur 100. Compte tenu de l'espacement régulier entre les portions semi-conductrices 110, la variation croissante de la surface occupée par les portions semi-conductrices 110 par rapport à la surface occupée par le matériau diélectrique 109 est obtenue grâce aux dimensions des portions semi-conductrices 110 qui varient de manière croissante depuis le centre du photodétecteur 100 vers les bords du photodétecteur 100.
Ainsi, du fait que le pas avec lequel sont réalisées les portions semiconductrices 110 varie de manière continue et que les dimensions des portions semi-conductrices 110 augmentent à mesure de l'éloignement du centre du photodétecteur 100, cela induit une convergence des faisceaux lumineux reçus vers le centre du photodétecteur 100. L'indice optique moyen obtenu dans le photodétecteur 100 varie de zone en zone, d'où un comportement semblable à un gradient d'indice. Cet effet de lentille, obtenu grâce au rapport des surfaces entre le matériau diélectrique et le semi-conducteur qui varie et au fait que le pas de répétition des portions diélectriques soit inférieur à la plus petite longueur d'onde transmise ou absorbée, pourrait également être obtenu avec des portions semi-conductrices 110 de formes différentes, par exemple de section carrée, et/ou disposées selon un motif de forme différente, par exemple le long des côtés de carrés de dimensions différentes et disposés de manière concentrique. Il est également possible que l'indice optique du matériau diélectrique 109 soit inférieur à celui des portions semi-conductrices 110. Dans ce cas, le centre du photodétecteur formerait un centre de divergence, ce qui induirait une divergence des faisceaux lumineux reçus depuis le centre du photodétecteur 100. Une matrice de lentilles peut être réalisée en disposant plusieurs lentilles similaires à celle représentée sur les figures 14A et 14B les unes à côté des autres. Une partie d'une telle matrice 4000 est schématiquement représentée sur la figure 14C. Cette partie de matrice 4000 comporte ici 9 photodétecteurs 100.1 à 100.9 disposés sous la forme d'une matrice carrée 3*3. Selon les indices optiques des matériaux semi-conducteurs et du matériau diélectrique des photodétecteurs 100.1 à 100.9 selon que les portions 110 soient à base de semi-conducteur ou de diélectrique, les portions 110 se trouvant au centre de chaque photodétecteur forment des centres de convergence ou de divergence des rayons lumineux reçus par les photodétecteurs. Inversement, les portions 110 se trouvant dans les coins des photodétecteurs forment des centres de divergence ou de convergence de ces rayons lumineux. Les photodétecteurs semi-transparents à couches semi-conductrices structurées peuvent également être utilisés pour réaliser un interféromètre. Un tel interféromètre comporte plusieurs photodétecteurs semi-transparents superposés les uns au-dessus des autres et réalisés sur un miroir. Un tel dispositif permet de retrouver le spectre reçu par l'interféromètre via un calcul par transformée de Fourier, ou via un calcul dit de « problème inverse », à partir des données délivrées par les photodétecteurs. Dans les exemples de réalisation précédemment décrits, les photodétecteurs semi-transparents servent à réaliser une détection lumineuse dans la gamme des longueurs d'ondes du domaine visible. Toutefois, il est possible que ces photodétecteurs semi-transparents puissent être utilisés pour réaliser une détection dans le domaine infrarouge et/ou l'ultraviolet. Dans ce cas, les portions semi-conductrices ou diélectriques 110 sont réalisées telles que le pas « p» de ces portions 110 soit inférieur à la plus courte des longueurs d'ondes traversant ou absorbées par le photodétecteur. Les domaines de longueurs d'ondes resteront limités en largeur. Typiquement, la largeur spectrale de tels photodétecteurs est voisine de la valeur de la plus courte longueur d'onde du domaine de détection. Du germanium amorphe peut par exemple être utilisé pour la réalisation de photodétecteurs semi-transparents destinés à réaliser une détection lumineuse dans le domaine proche infrarouge (jusqu'à environ 1,4 um). Dans tous les modes et exemples de réalisation des photodétecteurs semi-transparents précédemment décrits, les électrodes sont réalisées sous la forme de couches électriquement conductrices et transparentes recouvrant les faces avant et arrière des photodétecteurs. En variante, il est possible que les couches semi- conductrices dopées des photodétecteurs soient suffisamment conductrices (c'est-à-dire quand le produit de la résistance électrique des couches semi-conductrices par le couche photo-généré dans le photodétecteur donne une chute de tension inférieure à environ 10 mV) pour ne pas provoquer de chute de tension (ou limiter le courant) sur quelques microns, ce qui permet de réaliser dans ce cas des électrodes sous la forme d'éléments conducteurs étroits, par exemple disposés sur la périphérie des photodétecteurs, ces éléments conducteurs pouvant être opaques, ce qui opacifie que très partiellement le photodétecteur semi-transparent. De plus, dans tous les modes et exemples de réalisation des photodétecteurs semi-transparents précédemment décrits, les électrodes sont disposées directement en contact avec les couches semi-conductrices. En variante, il est possible d'interposer des couches électriquement conductrices, par exemple comprenant un alliage métal - semi-conducteur tel que du siliciure, entre les électrodes et les couches semi-conductrices. Ces couches supplémentaires conductrices réduisent les phénomènes de barrière de potentiels aux interfaces entre les différents matériaux et facilitent le passage des charges du semi-conducteur vers les électrodes. On décrit maintenant en liaison avec les figures 15A à 15D un exemple de procédé de réalisation d'un photodétecteur semi-transparent 100. On dépose tout d'abord sur un substrat 160, correspondant par exemple un circuit intégré comprenant un semi-conducteur tel que du silicium, une couche d'ITO formant l'électrode inférieure 108, la couche de semi-conducteur dopée n 104, la couche de semi-conducteur dopée p 102, et une autre couche d'ITO 162 formant une partie de l'électrode supérieure (figure 15A). Une gravure des couches 162, 102 et 104 est ensuite mise en oeuvre afin de former des trous 164 correspondant aux futurs emplacements du matériau diélectrique dans ces couches, et définissant ainsi les portions semi-conductrices 110 (figure 15B). Il est également possible que l'électrode inférieure 108 soit partiellement gravée si le matériau diélectrique est destiné à traverser une partie de cette électrode. Le matériau diélectrique transparent est ensuite déposé dans ces trous 164. Le matériau diélectrique transparent dépassant de ces trous sur la couche 162 est ensuite planarisé, avec arrêt sur la couche d'ITO 162 (figure 15C). Le photodétecteur semi-transparent 100 est ensuite achevé via le dépôt d'une autre couche d'ITO formant, avec la couche 162, l'électrode 106 (figure 15D). Lorsque les portions 110 ne traversent aucune des électrodes, l'électrode 106 peut être réalisée uniquement à la fin du procédé.25

Claims (15)

  1. REVENDICATIONS1. Photodétecteur (100) comportant au moins : - une première couche (102) de semi-conducteur dopé p et une deuxième couche (104) de semi-conducteur dopé n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur (100) et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ; - un matériau diélectrique (109) transparent vis-à-vis d'au moins la deuxième partie des longueurs d'ondes, traversant au moins la première couche (102) de semi-conducteur et la deuxième couche (104) de semi-conducteur ; dans lequel le matériau diélectrique (109) entoure plusieurs portions (110) semi-conductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche (102) de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche (104) de semi-conducteur et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche (102) de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, une distance moyenne entre les centres de deux portions (110) semi-conductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou dans lequel le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche (102) de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semiconducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriques adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
  2. 2. Photodétecteur (100) selon la revendication 1, dans lequel chacune des portions (110) semi-conductrices ou chacune des portions diélectriques comporte une section, dans ledit plan, en forme de rectangle ou de disque ou de triangle.30
  3. 3. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel la première couche (102) de semi-conducteur et/ou la deuxième couche (104) de semi-conducteur comportent du silicium amorphe.
  4. 4. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une première électrode (106) reliée électriquement à la première couche (102) de semi-conducteur, et au moins une deuxième électrode (108) reliée électriquement à la deuxième couche (104) de semi-conducteur.
  5. 5. Photodétecteur (100) selon la revendication 4, dans lequel la première électrode (106) comporte une première couche de matériau électriquement conducteur et transparent vis-à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, disposée contre une deuxième face de la première couche (102) de semi-conducteur opposée à ladite première face, et/ou la deuxième électrode (108) comporte une deuxième couche de matériau électriquement conducteur transparent vis- à-vis d'au moins la première partie et la deuxième partie des longueurs d'ondes, disposée contre la deuxième couche (104) de semi-conducteur telle que la deuxième couche (104) de semi-conducteur soit disposée entre ladite deuxième couche de matériau électriquement conducteur et la première couche (102) de matériau semi-conducteur.
  6. 6. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications 4 ou 5, dans lequel le matériau diélectrique traverse en outre une partie de la première électrode (106) et/ou une partie de la deuxième électrode (108).
  7. 7. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques sont disposées les unes à côté des autres selon un motif répété périodiquement dans ledit plan.
  8. 8. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques sont régulièrement disposées les unes à côté des autres.
  9. 9. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel toutes les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques ont des dimensions sensiblement similaires et/ou sont de formes sensiblement similaires.
  10. 10. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel les portions (110) semi-conductrices ou les portions diélectriques sont disposées les unes à côté des autres selon un motif comportant plusieurs cercles de diamètres différents.
  11. 11. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, comportant en outre au moins une troisième couche de semi-conducteur intrinsèque disposée entre la première couche (102) de semi-conducteur et la deuxième couche (104) de semi-conducteur, le matériau diélectrique (109) traversant la troisième couche de semi-conducteur intrinsèque.
  12. 12. Photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit matériau diélectrique (109) est transparent vis-à-vis de ladite première partie des longueurs d'ondes.
  13. 13. Capteur d'images (1000) comportant une matrice de pixels disposée au-dessus d'un circuit intégré (1002) de lecture des pixels, dans lequel chaque pixel comporte au moins deux photodétecteurs semi-transparents (100.1 - 100.3) disposés l'un au-dessus de l'autre et tels qu'au moins un des deux photodétecteurs semitransparents (100.1 - 100.3) correspond à un photodétecteur (100) selon l'une des revendications précédentes.30
  14. 14. Dispositif photovoltaïque (2000) comportant un substrat transparent (2002) sur lequel sont disposés des photodétecteurs (100.1 - 100.3) selon l'une des revendications 1 à 12 et reliés électriquement entre eux.
  15. 15. Procédé de réalisation d'un photodétecteur (100), comportant au moins la mise en oeuvre des étapes suivantes : - réalisation d'au moins une première couche (102) de semi- conducteur dopée p et une deuxième couche (104) de semi-conducteur dopée n, formant ensemble une jonction p-n apte à être traversée par une première partie des longueurs d'ondes d'une lumière reçue par le photodétecteur (100) et à absorber et convertir une deuxième partie des longueurs d'ondes de ladite lumière en un signal électrique ; - gravure de la première couche (102) de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, et dépôt d'un matériau diélectrique (109) transparent vis-à-vis d'au moins ladite deuxième partie des longueurs d'ondes dans des parties gravées de la première couche (102) de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en oeuvre telles que le matériau diélectrique (109) entoure plusieurs portions (110) semiconductrices disjointes les unes des autres, chacune formée par une partie de la première couche (102) de semi-conducteur et une partie de la deuxième couche de semi- conducteur (104) et telles que, dans un plan parallèle à une première face de la première couche (102) de semi-conducteur disposée en regard de la deuxième couche (104) de semi-conducteur, une distance moyenne entre les centres de deux portions (110) semiconductrices adjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes, ou dans lequel les étapes de gravure et de dépôt sont mises en oeuvre telles que le matériau diélectrique forme plusieurs portions diélectriques disjointes les unes des autres, entourées par les semi-conducteurs de la première couche (102) de semi-conducteur et de la deuxième couche (104) de semi-conducteur et telles que, dans ledit plan, une distance moyenne entre les centres de deux portions diélectriquesadjacentes soit inférieure à la plus petite longueur d'onde parmi celles de la première partie et de la deuxième partie des longueurs d'ondes.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102650654B1 (ko) 2016-11-08 2024-03-25 삼성전자주식회사 높은 광전변환 효율과 낮은 암전류를 구현할 수 있는 이미지 센서
FR3084523B1 (fr) * 2018-07-27 2020-12-25 Soc Fr De Detecteurs Infrarouges Sofradir Dispositif de detection electromagnetique
US11610932B2 (en) * 2018-12-17 2023-03-21 Artilux, Inc. Photodetecting device with enhanced collection efficiency
US11355540B2 (en) * 2020-04-15 2022-06-07 Visera Technologies Company Limited Optical device

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040108564A1 (en) * 2002-12-05 2004-06-10 Lockheed Martin Corporation Multi-spectral infrared super-pixel photodetector and imager
US20040157354A1 (en) * 2002-12-13 2004-08-12 Akira Kuriyama Semiconductor device and method of manufacturing the same
US20070171120A1 (en) * 2005-12-12 2007-07-26 Ion Optics, Inc. Thin film emitter-absorber apparatus and methods
US20090189144A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Nathaniel Quitoriano Device For Absorbing Or Emitting Light And Methods Of Making The Same
US20100186809A1 (en) * 2007-06-19 2010-07-29 Lars Samuelson Nanowire- based solar cell structure
US20110299074A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-08 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device with independently controllable junctions
US20120145880A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Zena Technologies, Inc. Full color single pixel including doublet or quadruplet si nanowires for image sensors
US8357960B1 (en) * 2008-09-18 2013-01-22 Banpil Photonics, Inc. Multispectral imaging device and manufacturing thereof

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040108564A1 (en) * 2002-12-05 2004-06-10 Lockheed Martin Corporation Multi-spectral infrared super-pixel photodetector and imager
US20040157354A1 (en) * 2002-12-13 2004-08-12 Akira Kuriyama Semiconductor device and method of manufacturing the same
US20070171120A1 (en) * 2005-12-12 2007-07-26 Ion Optics, Inc. Thin film emitter-absorber apparatus and methods
US20100186809A1 (en) * 2007-06-19 2010-07-29 Lars Samuelson Nanowire- based solar cell structure
US20090189144A1 (en) * 2008-01-29 2009-07-30 Nathaniel Quitoriano Device For Absorbing Or Emitting Light And Methods Of Making The Same
US8357960B1 (en) * 2008-09-18 2013-01-22 Banpil Photonics, Inc. Multispectral imaging device and manufacturing thereof
US20110299074A1 (en) * 2010-06-08 2011-12-08 Sundiode Inc. Nanostructure optoelectronic device with independently controllable junctions
US20120145880A1 (en) * 2010-12-14 2012-06-14 Zena Technologies, Inc. Full color single pixel including doublet or quadruplet si nanowires for image sensors

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