FR3054725A1 - Dispositif optoelectronique et son procede de fabrication - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un dispositif optoélectronique (30) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40), le dispositif optoélectronique comprenant un empilement (31) de couches (32, 36, 38, 40) comprenant un bord latéral (54) et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis (42) et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.

Description

Titulaire(s) : INSTITUT POLYTECHNIQUE DE GRENOBLE Etablissement public, CNRS Etablissement public à caractère scientifique et technologique.
Demande(s) d’extension
Mandataire(s) : CABINET BEAUMONT.
Pty DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION.
FR 3 054 725 - A1 _ L'invention concerne un dispositif optoélectronique (30) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40), le dispositif optoélectronique comprenant un empilement (31 ) de couches (32, 36, 38, 40) comprenant un bord latéral (54) et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis (42) et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.
Figure FR3054725A1_D0001
Figure FR3054725A1_D0002
Figure FR3054725A1_D0003
B14643 - RT2015037
DISPOSITIF OPTOELECTRONIQUE ET SON PROCEDE DE FABRICATION
Domaine
La présente demande concerne un dispositif optoélectronique et un procédé de fabrication d'un tel dispositif. Exposé de l'art antérieur
Par dispositifs optoélectroniques, on entend des dispositifs adaptés à effectuer la conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, et notamment des dispositifs dédiés à la détection, la mesure ou l'émission d'un rayonnement électromagnétique ou des dispositifs dédiés aux applications photovoltaïques.
Il est connu de réaliser un dispositif optoélectronique par un empilement de couches sensiblement planes.
La figure 1 représente, de façon partielle et schématique, un dispositif optoélectronique 10 comprenant, du bas 15 vers le haut :
un substrat 12 ;
une couche 14 conductrice électriquement formant une électrode inférieure ;
une zone active 16 dans laquelle est réalisée la 20 majorité de la conversion rayonnement électromagnétique/signal électrique et comprenant, par exemple, l'empilement d'une couche semiconductrice 18 dopée d'un premier type de conductivité, par
B14643 - RT2015037 exemple dopée de type N, et une couche semiconductrice 20 dopée d'un deuxième type de conductivité, par exemple dopée de type P ; et une couche 22 conductrice électriquement formant une électrode supérieure.
Pour les applications photovoltaïques et les applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique, la face 24 de l'électrode 22 opposée à la zone active 16 est disposée pour recevoir le rayonnement électromagnétique, par exemple la lumière visible, représenté par une flèche 26 en figure 1. Le rayonnement électromagnétique est absorbé dans la zone active 16 et entraîne la création de porteurs de charges, électrons et trous, qui sont collectés par les électrodes 14, 22. Pour les applications relatives à l'émission d'un rayonnement électromagnétique, des porteurs de charges conduits par les électrodes 14, 22 sont convertis dans la zone active 16 en un rayonnement électromagnétique qui s'échappe du dispositif 10 par la face 24.
La conception du dispositif optoélectronique 10 peut être difficile. En effet, pour les applications photovoltaïques et les applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique, le rayonnement électromagnétique 26 traverse les couches formant le dispositif 10 parallèlement à la direction E d'empilement de ces couches. Il serait donc souhaitable d'augmenter l'épaisseur de la zone active 16 pour augmenter la part du rayonnement électromagnétique 26 qui est absorbé en traversant la zone active 16. Toutefois, il faut que les porteurs de charges, électrons et trous, qui sont créés dans la zone active 16 traversent la zone active 16 globalement selon une direction parallèle à la direction E d'empilement pour atteindre l'une des électrodes 14, 22. Il serait alors souhaitable de réduire l'épaisseur de la zone active 16 pour réduire la quantité de porteurs de charges qui se recombinent dans la zone active 16 avant d'atteindre l'une des électrodes 14, 22. Les deux contraintes décrites précédemment sont opposées et, lors de la
B14643 - RT2015037 conception du dispositif optoélectronique 10, un compromis doit être trouvé entre une bonne absorption du rayonnement électromagnétique dans la zone active 16 et une bonne collecte des porteurs de charges et ceci dépend du matériau composant la zone active.
Un autre inconvénient commun aux applications photovoltaïques, aux applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique et aux applications d'émission d'un rayonnement électromagnétique est que le rayonnement électromagnétique 26 doit traverser l'électrode 22 pour atteindre la zone active 16 ou la face 24. L'électrode 22 doit donc être au moins partiellement transparente au rayonnement électromagnétique 26 tout en assurant la conduction des porteurs de charges créés dans la zone active 16. Toutefois, il n'est pas possible de réaliser l'électrode 22 de façon parfaitement transparente de sorte qu'on observe toujours des pertes par absorption d'une partie de la lumière par l'électrode 22.
Résumé
Un objet d'un mode de réalisation vise à pallier tout ou partie des inconvénients des dispositifs optoélectroniques décrits précédemment.
Un autre objet d'un mode de réalisation est que les électrodes du dispositif optoélectronique ne sont pas transparentes au rayonnement électromagnétique émis ou capté par le dispositif optoélectronique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est d'augmenter la part du rayonnement électromagnétique qui est absorbé en traversant la zone active du dispositif optoélectronique.
Un autre objet d'un mode de réalisation est de réduire le parcours des porteurs de charges entre les électrodes et le coeur de la zone active du dispositif optoélectronique.
Ainsi, un mode de réalisation prévoit un dispositif optoélectronique de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active prise en sandwich entre des première et deuxième
B14643 - RT2015037 électrodes, le dispositif optoélectronique comprenant un empilement de couches comprenant un bord latéral et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.
Selon un mode de réalisation, les plis sont en accordéon.
Selon un mode de réalisation, chaque pli comprend successivement un premier volet dans lequel les couches de l'empilement sont planes, une zone coudée dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées et un deuxième volet dans lequel les couches de l'empilement sont planes, le deuxième volet de l'un des plis correspondant au premier volet du pli suivant de la succession de plis, les zones coudées étant orientées alternativement de chaque côté du dispositif optoélectronique.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre une première plaque conductrice électriquement au contact de la première électrode pour des premiers plis parmi lesdits plis et une deuxième plaque conductrice électriquement au contact de la deuxième électrode pour des deuxièmes plis parmi lesdits plis différents des premiers plis.
Selon un mode de réalisation, le dispositif comprend en outre un substrat isolant électriquement, la deuxième électrode étant prise en sandwich entre la zone active et le substrat, le substrat comprenant des ouvertures exposant la deuxième électrode.
Selon un mode de réalisation, la deuxième plaque est au contact de la deuxième électrode au travers des ouvertures.
Selon un mode de réalisation, l'épaisseur de la zone active est comprise entre 0,1 pm et 100 pm.
Selon un mode de réalisation, la zone active est la zone où se produit la majorité de la conversion entre le rayonnement électromagnétique et le signal électrique.
Un autre mode de réalisation prévoit un procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou
B14643 - RT2015037 inversement, le dispositif optoélectronique comprenant une zone active prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes, le procédé comprenant la formation d'un empilement de couches comprenant un bord latéral et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique par le bord latéral.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
former ledit empilement, les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et plier ledit empilement pour former les plis.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend les étapes suivantes :
prévoir un substrat ;
former des rainures dans le substrat ; et déposer les couches dudit empilement sur le substrat rainuré.
Brève description des dessins
Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles :
la figure 1, décrite précédemment, est une vue en perspective avec coupe, partielle et schématique, d'un exemple de dispositif optoélectronique conventionnel ;
les figures 2 et 3 sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de modes de réalisation d'un dispositif optoélectronique ;
la figure 4 est une vue de détail de la figure 2 illustrant le principe de fonctionnement d'une application du dispositif optoélectronique ;
les figures 5A à 5C sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des
B14643 - RT2015037 étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 2 ;
les figures 6A à 6C sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 3 ;
les figures 7A à 7D sont des vues en perspective avec coupe, partielles et schématiques, de structures obtenues à des étapes successives d'un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique de la figure 2 ; et la figure 8 est une vue perspective avec coupe, partielle et schématique, d'un mode de réalisation d'un système optoélectronique comprenant deux dispositifs optoélectroniques selon la figure 2.
Description détaillée
De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références aux différentes figures et, de plus, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Par souci de clarté, seuls les éléments qui sont utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. En particulier, les circuits de commande des dispositifs optoélectroniques, notamment les circuits de traitement du courant fourni par des cellules photovoltaïques et les circuits de traitement de signaux fournis par un dispositif de détection d'un rayonnement électromagnétique, ou les circuits d'alimentation d'un dispositif d'émission d'un rayonnement électromagnétique, sont bien connus de l'homme du métier et ne sont pas décrits par la suite.
Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position relative, tels que les termes supérieur et inférieur, il est fait référence à l'orientation des figures ou à un dispositif optoélectronique dans une position normale d'utilisation. Sauf précision contraire, les expressions approximativement, sensiblement, et de l'ordre de signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près.
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La figure 2 représente un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 30.
Le dispositif optoélectronique 30 comprend un empilement 31 de plusieurs couches.
L'empilement 31 comprend : un substrat 32 ;
une zone active 34 dans laquelle est réalisée la majorité de la conversion rayonnement électromagnétique/signal électrique et comprenant par exemple l'empilement d'une couche semiconductrice 36 dopée d'un premier type de conductivité, par exemple dopée de type N, et une couche semiconductrice 38 dopée d'un deuxième type de conductivité, par exemple dopée de type P ; et une couche conductrice électriquement 40 formant une électrode, la zone active 34 étant prise en sandwich entre le substrat 32 et l'électrode 40.
Des couches d'interface, non représentées, peuvent être prévues entre la zone active 34 et le substrat 32 et/ou entre la zone active 34 et la couche d'électrode 40.
L'empilement 31 a une structure en accordéon comprenant une succession de plis accordéon 42, également appelés plis en Z, s'étendant selon une direction A de succession de plis. Chaque pli 42 comprend successivement un premier volet 44, dans lequel les couches de l'empilement 31 sont sensiblement planes, une zone coudée 46 dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées, et un deuxième volet 48 dans lequel les couches de l'empilement 31 sont sensiblement planes. Le deuxième volet 48 d'un pli correspond au premier volet 44 du pli suivant. Les zones coudées 46 sont situées alternativement d'un côté et de l'autre de la structure en accordéon.
Le dispositif optoélectronique 30 comprend deux plaques 50, 52 conductrices électriquement. Dans le présent mode de réalisation, les deux plaques 50, 52 sont sensiblement parallèles. L'empilement 31 est pris en sandwich entre les deux plaques 50, 52, les zones coudées 46 étant au contact des plaques 50 et 52.
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En particulier, la plaque 50 est au contact de l'électrode 40 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 orientées du côté de la plaque 50 et la plaque 52 est au contact du substrat 32 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 orientées du côté de la plaque 52. Les zones coudées 46 sont alternativement orientées du côté de la plaque 50 et du côté de la plaque 52.
L'empilement 31 comprend un bord latéral 54 qui est défini par les bordures latérales des couches de l'empilement 31 disposées d'un même côté. Selon un mode de réalisation, la face 54 est sensiblement plane et perpendiculaire aux plaques 50, 52.
On appelle largeur D la distance minimale entre les deux plaques 50, 52. On appelle longueur W la dimension de l'empilement 31 mesurée selon la direction A de succession de plis. On appelle profondeur L la dimension de l'empilement 31 mesurée selon une direction perpendiculaire par rapport aux directions de mesure des dimensions D et W. De plus, on appelle P la période des plis mesurée parallèlement à la dimension W.
La longueur W peut être comprise entre quelques millimètres et quelques mètres, par exemple comprise entre 1 mm et 10 m. La longueur W n'influe pas sur le fonctionnement du dispositif optoélectronique 30.
La figure 3 représente un mode de réalisation d'un dispositif optoélectronique 60. Le dispositif optoélectronique 60 comprend l'ensemble des éléments du dispositif optoélectronique représenté en figure 2 à la différence que l'empilement 31 est remplacé par un empilement 61 qui se différencie de l'empilement par les points suivants :
l'empilement 61 comprend une couche conductrice électriquement 62, formant une électrode, interposée entre le substrat 32 et la zone active 34 ;
le substrat 32 comprend des ouvertures traversantes 64 au niveau des zones coudées 46 de l'empilement 31 situées du côté de la plaque 52, la couche d'électrode 62 étant au contact de la plaque 52 au travers de chaque ouverture 64.
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Le substrat 32 a une épaisseur pouvant être supérieure à 1 pm, de préférence comprise entre 1 pm et 800 pm, encore plus préférentiellement entre 1 pm et 100 pm. Le substrat 32 est flexible, c'est-à-dire qu'il peut, sous l'action d'une force extérieure, se déformer, notamment se plier, sans se casser ou se déchirer.
Pour le dispositif optoélectronique 30, le substrat 32 est conducteur électriquement et joue alors le rôle d'une électrode. Le substrat 32 peut être métallique. Le substrat 32 peut être du polymère composite conducteur ou du plastique conducteur.
Pour le dispositif optoélectronique 60, le substrat 32 est isolant électriquement. Le substrat 32 est, par exemple, en polymère. Des exemples de polymère sont le polyéthylène naphtalène (PEN), le polyéthylène téréphtalate (PET), le kapton, ou le polyétheréthercétone (PEEK).
La couche d'électrode 40 peut être en un oxyde conducteur, en nanotubes de carbone, en graphène, en un polymère conducteur, notamment constitué d'un réseau de nanotubes ou de nanofils, en un métal ou en un mélange ou un alliage d'au moins deux de ces composés. A titre d'exemple, la couche d'électrode 40 peut comprendre des nanofils conducteurs ou des nanoparticules conductrices, par exemple des nanofils d'argent.
Des exemples d'oxydes conducteurs adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont l'oxyde d'indiumétain (ITO, de l'anglais Indium Tin Oxide), l'oxyde d'étain dopé au fluor (FTO de l'anglais Fluor-doped Tin Oxide), l'oxyde d'aluminium-zinc (AZO, de l'anglais Aluminium Zinc Oxide) et l'oxyde de gallium-zinc (GZO, de l'anglais Gallium Zinc Oxide). Des exemples de polymères conducteurs adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont la polyaniline, également appelé PAni et le polymère connu sous la dénomination PEDOT:PSS, qui est un mélange de poly(3,4)-éthylènedioxythiophène et de polystyrène sulfonate de sodium. Des exemples de métaux adaptés à la réalisation de la couche d'électrode 40 sont l'argent (Ag), l'or
B14643 - RT2015037 (Au), le cuivre (Cu), le nickel (Ni), le titane (Ti), le chrome (Cr) . Un exemple de structure multicouche adaptée à la réalisation de la couche d'électrode 40 est une structure multicouche d'AZO et d'argent de type AZO/Ag/AZO. A titre d'exemple, la couche d'électrode 40 a une épaisseur comprise entre 5 nm et 2 pm. Selon un mode de réalisation, la couche d'électrode 40 n'est pas transparente au rayonnement émis ou capté par le dispositif optoélectronique 30 ou 60.
La couche d'électrode 62 peut avoir la même composition et la même épaisseur que la couche d'électrode 40 ou avoir une structure différente.
La zone active 34 a une épaisseur qui correspond à la distance minimale séparant le substrat 32 de l'électrode 40. L'épaisseur peut être comprise entre 0,05 pm et 100 pm. La zone active 34 peut être à base de matériaux organiques, de matériaux semiconducteurs, notamment du silicium amorphe ou du silicium cristallin, ou des matériaux du type CugO.
La zone active 34 peut comprendre des petites molécules, des oligomères ou des polymères. Il peut s'agir de matériaux organiques ou inorganiques. La zone active 34 peut comprendre un matériau semiconducteur ambipolaire, ou un mélange d'un matériau semiconducteur de type N et d'un matériau semiconducteur de type P, par exemple sous forme de couches superposées ou de mélange intime à l'échelle nanométrique de façon à former une hétérojonction en volume.
Des exemples de polymères semiconducteurs de type P adaptés à la réalisation de la zone active 34 sont le poly(3hexylthiophène) (P3HT), lepoly[N- 9'-heptadécanyl-2,7-carbazolealt-5,5-(4,7-di-2-thiényl-2',1',3'-benzothiadiazole] (PCDTBT), le poly[(4,8-bis-(2-éthylhexyloxy)-benzo[1,2-b;4,5-b']dithiophène)-2,6-diyl-alt-(4-(2-éthylhexanoyl)-thie-no[3,4-b]thiophène))2,6-diyl]; 4,5-b']dithi-ophène)-2,6-diyl-alt-(5,5'-bis(2-thiényl)-4,4,-dinonyl-2,2'-bithiazole)-5', 5''-diyl] (PBDTTT-C), le poly[2-méthoxy-5-(2-éthyl-hexyloxy)-1,4-phénylène-vinylène] (MEH-PPV) ou le poly[2,6-(4,4-bis-(2-éthylhexyl)-4H-cyclopenta
B14643 - RT2015037 [2,1-b;3,4-b' ] dithiophène) -alt-4,7(2,1, 3-benzothiadiazole) ] (PCPDTBT).
Des exemples de matériaux semiconducteurs de type N adaptés à la réalisation de la zone active 34 sont les fullerènes, notamment le C60, le [ 6, 6]-phényl-Cg]_-butanoate de méthyle ([60]PCBM), le [ 6, 6]-phényl-C7]_-butanoate de méthyle ([70]PCBM), le pérylène diimide, l'oxyde de zinc (ZnO) ou des nanocristaux permettant la formation de boîtes quantiques, en anglais quantum dots.
Dans le cas où la zone active 34 est une hétéro jonction, le dispositif optoélectronique 30, 60 peut en outre comprendre une couche supplémentaire entre la zone active 34 et l'électrode 32 et/ou l'électrode 40, que joue par exemple le rôle d'une couche de blocage d'électrons ou de trous.
La figure 4 illustre le fonctionnement du dispositif optoélectronique 30. Le fonctionnement du dispositif optoélectronique 60 est identique au fonctionnement du dispositif optoélectronique 30 à la différence que le rôle de transport de porteurs de charges joué par le substrat 32 pour le dispositif 30 est joué par la couche d'électrode 62 pour le dispositif 60.
Le dispositif optoélectronique 30 est destiné à recevoir ou à émettre un rayonnement électromagnétique par le bord latéral 54. En figure 4, on a représenté par une flèche Fl la direction de propagation du rayonnement électromagnétique dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 effectue la conversion du rayonnement électromagnétique en signal électrique. L'absorption du rayonnement dans la zone active 34 entraîne la génération d'électrons et de trous en excès dans la zone active 34 qui se déplacent jusqu'aux électrodes 32, 40 pour le dispositif 30 et jusqu'aux électrodes 40, 62 pour le dispositif 60. En figure 4, on a représenté par des flèches F2, la direction globale de propagation des porteurs de charges créés dans la zone active 34. Dans le présent mode de réalisation, les directions Fl et F2 sont sensiblement perpendiculaires. Pour le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, la direction de
B14643 - RT2015037 propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est confondue avec la direction de propagation de rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. A l'inverse, dans le présent mode de réalisation, la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est différente de la direction de propagation de rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. De ce fait, l'épaisseur de la zone active 34, qui est à prendre en compte pour la propagation des porteurs de charges dans la zone active 34, peut être choisie de façon indépendante de la profondeur L de l'empilement 31, qui est à prendre en compte pour la propagation du rayonnement électromagnétique dans la zone active 34. Au contraire, pour le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, l'épaisseur de la zone active 16 du dispositif 10 résulte d'un compromis entre une épaisseur suffisante pour absorber suffisamment le rayonnement électromagnétique mais pas trop importante pour éviter la perte des porteurs de charges. Ce compromis n'a pas lieu d'être pour le dispositif 30 ou 60.
En figure 4, on a en outre représenté par des flèches F3 la direction de propagation des porteurs de charges dans les électrodes 32, 40. La largeur D dépend notamment de la capacité des couches d'électrode 32 et 40 pour le dispositif 30, et des couches d'électrode 40, 62 pour le dispositif 60, à transporter les porteurs de charges entre la zone active 34 et les plaques 50, 52. La largeur D peut varier de 1 mm à 10 m, par exemple de quelques millimètres à quelques mètres.
Dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 ou 60 est destiné à émettre un rayonnement électromagnétique, la direction de propagation du rayonnement électromagnétique est opposée à celle de la flèche Fl, la direction de propagation des porteurs de charges dans la zone active 34 est opposée à la direction F2 et la direction de propagation des porteurs de charges dans les électrodes 32, 40 est opposée à la flèche F3. De façon avantageuse, les électrodes 32, 40 sont en un matériau réfléchissant pour le rayonnement électromagnétique créé dans la
B14643 - RT2015037 zone active 34 pour focaliser l'émission du rayonnement électromagnétique dans la même direction.
La profondeur L dépend de la nature des matériaux composant la zone active 34. Dans le cas où le dispositif optoélectronique 30 effectue la conversion du rayonnement électromagnétique en signal électrique, la profondeur L est de préférence suffisante pour permettre l'absorption sensiblement complète du rayonnement électromagnétique d'intérêt dans la zone active 34. Selon un mode de réalisation, le matériau composant les électrodes 32, 40 sont des matériaux qui diffusent le rayonnement électromagnétique d'intérêt, ce qui permet de façon avantageuse d'augmenter le chemin parcouru par le rayonnement électromagnétique dans la zone active 34 et de diminuer la profondeur L. La profondeur L peut varier de 1 pm à 10 cm, par exemple de quelques micromètres à quelques centimètres.
La valeur de P dépend notamment de l'épaisseur du substrat 32. La dimension P est sensiblement égale à la somme du double de l'épaisseur du substrat 32, du double de l'épaisseur de la zone active 34 et du double de l'épaisseur de la couche d'électrode 40.
De façon avantageuse, lorsqu'une fissure apparaît dans l'électrode 40 ou dans la zone active 34 notamment au niveau de l'une des zones coudées 46, cela ne perturbe pas le fonctionnement du dispositif optoélectronique. En effet, la circulation des porteurs de charges peut alors se faire par la zone de contact entre l'un des plis adjacents et la plaque 50.
Les figures 5A à 5C illustrent un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2.
La figure 5A représente la structure obtenue après la réalisation d'un empilement 70 de couches planes destinées à former les couches de l'empilement 31 et désignées par les mêmes références. L'empilement 70 comprend donc la même succession de couches que l'empilement 31 à la différence que les couches de l'empilement 70 sont sensiblement planes et que l'empilement 70
B14643 - RT2015037 présente une dimension L' supérieure strictement à la profondeur L souhaitée du dispositif optoélectronique 30.
L'épaisseur de l'empilement correspond sensiblement à la moitié de la dimension P décrite précédemment. Selon les matériaux composant les couches de l'empilement 70, les couches composant l'empilement 70 peuvent être déposées, par exemple, par voie liquide, pulvérisation cathodique, évaporation, dépôt à la tournette, revêtement par pulvérisation, héliographie, revêtement par filière (en anglais slot-die coating), revêtement à la lame (en anglais blade-coating), flexographie, sérigraphie, dépôt chimique en phase vapeur (ou CVD, sigle anglais pour Chemical Vapor Déposition), dépôt de couche mince atomique (ou ALD, sigle anglais pour Atomic Layer Déposition), ALD spatiale, et pulvérisation pyrolytique (en anglais spray pyrolysis). Selon le procédé de dépôt mis en oeuvre, une étape de séchage des matériaux déposés peut être prévue.
La figure 5B représente la structure obtenue après le pliage en accordéon de l'empilement 70. La zone active 34 peut comprendre les matériaux les plus fragiles mécaniquement. Dans ce cas, l'empilement 70 représentée en figure 5A est conçu de façon que la zone active 34 soit, de façon avantageuse, située au niveau du plan de fibres neutres. Ceci permet de réduire les contraintes mécaniques qui peuvent apparaître dans la zone active 34 lors de l'opération de pliage. De la colle peut être disposée sur les faces libres du substrat 32 et de la couche d'électrode 40 pour assurer le maintien en position des plis 42 après l'opération de pliage.
La figure 5C représente la structure obtenue après la découpe de la structure en accordéon représentée en figure 5B pour obtenir l'empilement 31 ayant une profondeur L.
Le procédé comprend au moins une étape ultérieure de placement des plaques conductrices 50 et 52 de part et d'autre de l'empilement 31. A titre de variante, des plaques conductrices peuvent être mises en place de part et d'autre de l'empilement 70
B14643 - RT2015037 représenté en figure 5B avant l'opération de découpe et être découpées simultanément avec l'empilement 70.
Les figures 6A à 6C illustrent un mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 60 représenté en figure 3.
La figure 6A est une figure analogue à la figure 5A et représente la structure obtenue après la réalisation d'un empilement 72 de couches planes destinées à former les couches de l'empilement 61 et désignées par les mêmes références. L'empilement 72 comprend donc la même succession de couches que l'empilement 61 à la différence que les couches de l'empilement 70 sont sensiblement planes et que l'empilement 72 présente une dimension L' supérieure strictement à la profondeur L souhaitée du dispositif optoélectronique 60.
La figure 6B représente la structure obtenue après la formation des ouvertures 64 dans le substrat 32 sur la totalité de l'épaisseur du substrat 32 pour exposer des portions de la couche d'électrode 62. Selon un mode de réalisation, chaque ouverture 64 s'étend sur la totalité de la profondeur L' de l'empilement 72. Deux ouvertures 64 adjacentes sont espacées d'environ du double de la dimension D.
La figure 6C représente la structure obtenue après le pliage en accordéon de l'empilement 72, de sorte que les ouvertures 64 se trouvent, après le pliage, au niveau de portions coudées 46 de la structure en accordéon.
Le procédé comprend des étapes ultérieures de découpe de la structure en accordéon représentée en figure 6C pour obtenir l'empilement 61 ayant une profondeur L et le placement des plaques conductrices 50 et 52.
Les figures 7A à 7D illustrent un autre mode de réalisation d'un procédé de fabrication du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2.
La figure 7A représente un substrat 80, en un matériau conducteur électriquement ou un semiconducteur, comprenant une face supérieure 82.
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La figure 7B représente la structure obtenue après la formation d'ouvertures 84, également appelées tranchées, dans le substrat 80 depuis la face supérieure 82. Les ouvertures 84 s'étendent seulement sur une partie de l'épaisseur du substrat 80. Dans le présent mode de réalisation, les ouvertures 84 correspondent à des rainures parallèles.
La figure 7C représente la structure obtenue après le dépôt sur la structure représentée en figure 7B des couches 36, 38 formant la zone active 34 et de la couche d'électrode 40. Selon la nature des matériaux formant les couches 36, 38, 40, celles-ci peuvent être déposées par exemple, par pulvérisation cathodique, évaporation, revêtement par pulvérisation, CVD, ALD, ALD spatiale, et pulvérisation pyrolytique. Selon le procédé de dépôt mis en oeuvre, une étape de séchage des matériaux déposés peut être prévue.
La figure 7D représente la structure obtenue après découpe de la structure représentée en figure 7C. Une structure en accordéon est alors obtenue. Le procédé peut comprendre des étapes ultérieures de placement des plaques conductrices 50 et 52.
En figure 7D, on a représenté par une flèche 86 la direction de propagation d'un rayonnement électromagnétique atteignant la structure en accordéon lorsque le dispositif optoélectronique est utilisé pour des applications photovoltaïques ou des applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique.
Le dispositif optoélectronique 30 ou 60 peut être disposé sur un support selon l'application envisagée. Le support est par exemple un support en verre ou en plastique, flexible ou rigide. Le dispositif optoélectronique peut être agencé sur une surface non plane.
Plusieurs exemplaires du dispositif optoélectronique peuvent être disposés les uns à côté des autres sur une même face d'un support. Chaque dispositif optoélectronique peut alors former un pixel d'un système d'affichage ou d'un système de mesure.
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La figure 8 représente un mode de réalisation d'un système optoélectronique 90 ayant une structure dite en tandem adapté aux applications photovoltaïques et aux applications de détection ou de mesure d'un rayonnement électromagnétique. Le système optoélectronique 90 comprend deux exemplaires du dispositif optoélectronique 30 représenté en figure 2. On rajoute les suffixes A et B aux références du dispositif 30 représenté en figure 2 pour différencier les deux dispositifs optoélectroniques 30A et 30B du système optoélectronique 90. A titre de variante, le système optoélectronique 90 peut comprendre deux exemplaires du dispositif optoélectronique 60 représenté en figure 3. Les deux dispositifs optoélectroniques 30A et 30B sont disposés l'un derrière l'autre selon la direction de propagation d'un rayonnement électromagnétique d'intérêt, représenté par la flèche 92, c'est-à-dire que le dispositif optoélectronique 30A, appelé dispositif optoélectronique avant, est traversé en premier par le rayonnement électromagnétique 92, et que le dispositif optoélectronique 30B, appelé dispositif optoélectronique arrière, reçoit le rayonnement qui a déjà traversé le dispositif optoélectronique avant 30A. Selon un mode de réalisation, la plage de longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique arrière 30B est au moins en partie différente de la plage de longueurs d'onde du rayonnement absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique avant 30A. De ce fait, une partie du rayonnement électromagnétique 92 atteignant le système optoélectronique 90 est absorbée par la zone active du dispositif optoélectronique avant 30A et tout ou partie du rayonnement électromagnétique qui n'a pas été absorbé par le dispositif optoélectronique avant 30A est absorbé par la zone active du dispositif optoélectronique arrière 30B. Les plaques 50A, 52A du dispositif optoélectronique avant 30A peuvent être connectées aux plaques 50B, 52B du dispositif optoélectronique arrière 30B de sorte que les deux dispositifs optoélectroniques 30A, 30B sont connectés en série ou en parallèle.
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Lorsqu'un système optoélectronique en tandem est réalisé avec le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, il faut que les couches composant du dispositif optoélectronique avant laissent passer le rayonnement électromagnétique devant être absorbé par le dispositif optoélectronique arrière. Ceci peut être obtenu en utilisant par exemple une structure d'électrodes comprenant des doigts conducteurs espacés ou en choisissant des matériaux transparents au rayonnement électromagnétique devant être absorbé par le dispositif optoélectronique arrière. La conception du dispositif optoélectronique avant peut alors être difficile. Ce problème n'est pas présent avec le système optoélectronique 90. En outre, lorsqu'un système optoélectronique en tandem est réalisé avec le dispositif optoélectronique 10 représenté en figure 1, le système optoélectronique est généralement formé par un empilement de couches de sorte que les dispositifs optoélectroniques avant et arrière sont connectés en série. Le courant traversant le système optoélectronique est alors imposé par la résistance série la plus élevée parmi le dispositif optoélectronique avant ou le dispositif optoélectronique arrière. Ce problème n'est pas présent avec le système optoélectronique 90 dans lequel la connexion électrique entre les dispositifs optoélectroniques 30A, 30B peut de façon simple être connectée en parallèle.
Selon un autre mode de réalisation, il peut aussi être envisagé d'obtenir un dispositif semblable au système optoélectronique 90 mais d'une part avec plusieurs couches et non seulement deux, mais aussi de prévoir de déposer sur un substrat des bandes séparées (et donc isolées électriquement entre elles) de couches telles que les couches 36, 38, 40. Cela permet de concevoir un dispositif semblable au système optoélectronique 90 mais avec plus de dispositifs empilés selon la direction 92 sans avoir d'étapes de découpe.
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Claims (11)

  1. REVENDICATIONS
    1. Dispositif optoélectronique (30 ; 60) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40 ; 62), le dispositif optoélectronique comprenant un empilement (31 ; 61) de couches (32, 36, 38, 40, 62) comprenant un bord latéral (54) et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis (42) et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique (86) par le bord latéral.
  2. 2. Dispositif optoélectronique selon la revendication 1, dans lequel les plis (44) sont en accordéon.
  3. 3.
    selon la
    42) comprend
    Dispositif optoélectronique revendication 2, dans lequel chaque pli successivement un premier volet (44) dans lequel les couches de l'empilement sont planes, une zone coudée (4 6) dans lequel les couches de l'empilement sont recourbées et un deuxième volet (48) dans lequel les couches de l'empilement sont planes, le deuxième volet de l'un des plis correspondant au premier volet du pli suivant de la succession de plis, les zones coudées étant orientées alternativement de chaque côté du dispositif optoélectronique.
  4. 4. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une première plaque (50) conductrice électriquement au contact de la première électrode (40) pour des premiers plis (42) parmi lesdits plis et une deuxième plaque (52) conductrice électriquement au contact de la deuxième électrode (32 ; 62) pour des deuxièmes plis parmi lesdits plis différents des premiers plis.
  5. 5. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre un substrat (32) isolant électriquement, la deuxième électrode (62) étant prise en sandwich entre la zone active (34) et le substrat,
    B14643 - RT2015037 le substrat comprenant des ouvertures (64) exposant la deuxième électrode.
  6. 6. Dispositif optoélectronique selon la revendication 5 dans son rattachement à la revendication 4, dans lequel la deuxième plaque (52) est au contact de la deuxième électrode (62) au travers des ouvertures (64).
  7. 7. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'épaisseur de la zone active (34) est comprise entre 0,1 pm et 100 pm.
  8. 8. Dispositif optoélectronique selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la zone active (34) est la zone où se produit la majorité de la conversion entre le rayonnement électromagnétique et le signal électrique.
  9. 9. Procédé de fabrication d'un dispositif optoélectronique (30 ; 60) de conversion d'un signal électrique en un rayonnement électromagnétique ou inversement, le dispositif optoélectronique comprenant une zone active (34) prise en sandwich entre des première et deuxième électrodes (32, 40 ; 62) , le procédé comprenant la formation d'un empilement (31 ; 61) de couches (32, 36, 38, 40, 62) comprenant un bord latéral (54) et formant au moins la zone active, ledit empilement comprenant une succession de plis (42) et étant destiné à recevoir ou émettre le rayonnement électromagnétique (86) par le bord latéral.
  10. 10. Procédé selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
    former ledit empilement (31), les couches dudit empilement étant plane à 10 % près ; et plier ledit empilement pour former les plis (42).
  11. 11. Procédé selon la revendication 9, comprenant les étapes suivantes :
    prévoir un substrat (80) ;
    former des rainures (84) dans le substrat ; et déposer les couches (36, 38) dudit empilement sur le substrat rainuré.
    B14643
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