WO2020016534A1 - Dispositif electronique comprenant une structure antireflet - Google Patents

Dispositif electronique comprenant une structure antireflet Download PDF

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WO2020016534A1
WO2020016534A1 PCT/FR2019/051809 FR2019051809W WO2020016534A1 WO 2020016534 A1 WO2020016534 A1 WO 2020016534A1 FR 2019051809 W FR2019051809 W FR 2019051809W WO 2020016534 A1 WO2020016534 A1 WO 2020016534A1
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microstructures
dielectric polymer
electronic device
electromagnetic radiation
layer
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PCT/FR2019/051809
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Abdelkader Aliane
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Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives
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    • H01L31/02366—Special surface textures of the substrate or of a layer on the substrate, e.g. textured ITO/glass substrate or superstrate, textured polymer layer on glass substrate

Definitions

  • the invention relates to an electronic device configured to receive electromagnetic radiation and comprising an antireflection structure arranged on the side of a face for receiving this radiation.
  • the invention advantageously applies to the production of a photodiode or a bolometer comprising this anti-reflection structure.
  • the invention also relates to a method for producing such an electronic device.
  • Anti-reflective layers are used in many electronic applications in order to increase the reception of certain wavelengths.
  • document US 6,926,952 B1 describes a pyroelectric type thermal detector comprising an anti-reflective structure making it possible to increase its sensitivity by increasing the absorption of the infrared radiation received by the detector.
  • the anti-reflective structure corresponds to an alternating succession of layers of polymer with a low refractive index and layers of polymer with a high refractive index.
  • the major drawback of this antireflection structure is the complexity linked to the superposition of several layers of polymers which must be carried out without degrading the uniformity of deposition of each layer.
  • Document US 2006/0097134 A1 describes an antireflection structure formed by alternating layers of SÎNX / SÎNXOY deposited on photodiodes. Such layers must however be deposited at high temperatures, for example between 350 ° C and 360 ° C, which gives rise to problems linked to the diffusion of the dopants present (in particular the phosphorus which diffuses very quickly in germanium), as well only incompatibility problems with certain materials such as PVDF which degrades at a temperature above about 170 ° C.
  • Document US 8,840,258 B2 describes another type of anti-reflective structure comprising conical microstructures. This structure is produced by dispersing particles on a layer of material, then performing selective etching such that the layer of material is etched more than the particles. Such an antireflection structure is also difficult to produce in particular because of the distribution of the particles to be produced on the surface of the layer intended to form the microstructures. In addition, it is very difficult to control the height and width of the microstructures produced.
  • Document FR 3 046 879 A1 describes a bolometer integrating an anti-reflective structure comprising on the one hand a layer of ZnS formed at the top of the bolometer and a structured layer at the level of an internal face forming a periodic network of two-dimensional patterns. Although the antireflection performance obtained is satisfactory, the difficulty in forming the structured layer within a cavity is a problem.
  • An object of the invention is to propose an electronic device configured to receive electromagnetic radiation and comprising an anti-reflection structure which does not have the drawbacks of the anti-reflection structures of the prior art, that is to say which is easily achievable and which does not imply high temperatures, for example above about 200 ° C.
  • the invention proposes an electronic device comprising at least:
  • one or more active layers configured to absorb electromagnetic radiation and / or transform electromagnetic radiation into an electrical signal
  • an antireflection structure arranged on the side of the receiving face, and comprising at least: A layer of dielectric polymer, and
  • protruding microstructures arranged on the dielectric polymer layer and such that the mean square distance between two neighboring microstructures is less than a wavelength of the electromagnetic radiation intended to be absorbed and / or transformed by the electronic device, and comprising at least a crystallized material comprising polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene or PTFE molecules, and dielectric polymer, or comprising PMMA and dielectric polymer.
  • the microstructures comprise a crystallized material comprising polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene or PTFE (polytetrafluoroethylene) molecules, and the dielectric polymer of the layer on which they are arranged, or comprising PMMA (poly ( methyl methacrylate)) and of the dielectric polymer of the layer on which the PMMA is placed, these microstructures can therefore be formed, for example by crystallization, and not by etching, thus facilitating their production.
  • no step requires reaching high temperatures, for example above about 200 ° C.
  • the material of the microstructures corresponds to a mixture of dielectric polymer with at least one of the following materials: polycyclic aromatic hydrocarbon, polystyrene, PTFE, PMMA.
  • This anti-reflection structure is formed at the level of the receiving face of the electromagnetic radiation, which facilitates the production of this structure with respect to anti-reflection structures produced at the level of the internal face of electronic devices.
  • Such an antireflection structure also has the advantage of being fine compared to those formed by an alternating succession of different layers. This is particularly advantageous when the electronic device corresponds to a bolometer because this finesse will limit the absorption of electromagnetic radiation in the anti-reflection structure.
  • the mean square distance between two neighboring microstructures is less than a wavelength of the electromagnetic radiation intended to be absorbed.
  • the anti-reflection structure fulfills its anti-reflection role at least for wavelengths less than the mean square distance between the microstructures.
  • the electronic device can be such as:
  • the dielectric polymer comprises PVDF (or poly (vinylidene fluoride)) and / or of the copolymer P (VDF-TrFe) (or poly (vinylidene fluoride) (trifluoroethylene)) and / or of the copolymer P (VDF- CFE) (or poly (vinylidene fluoride) (chlorofluroethylene)) and / or the copolymer P (VDF-CTFE) (or (poly (vinylidene fluoride) (chlorotrifluro-ethylene)) and / or the terpolymer P (VDF -TrFe-CFE) (or (poly (vinylidene fluoride) (trifluoroethylene) (chlorofluro-ethylene)) and / or terpolymer P (VDF-TrFe-CTFE) (or (poly (vinylidene fluoride) (trifluoroethylene) (chloroflu
  • the dielectric polymer comprises nanoparticles of BaTi03 and / or PZT and / or BaSrTi03, which are inorganic materials, and / or
  • the polycyclic aromatic hydrocarbon molecules comprise pyrene and / or anthracene and / or phenanthrene and / or naphthalene and / or triphenylene.
  • PVDF and / or one of the copolymer or terpolymers mentioned above are advantageously used when the electronic device corresponds to a bolometer because these materials allow good absorption of the wavelengths found in the band 8 - 14 to be achieved.
  • pm which corresponds to the wavelengths of the far infrared domain (LWIR) absorbed by the bolometer.
  • Pyrene can be advantageously used because microstructures comprising pyrene protect the polymer from the effect of UV rays received.
  • the sum of the heights of the microstructure and of the dielectric polymer layer can be equal to approximately l / (4.n), with l corresponding to a central wavelength of the electromagnetic radiation intended to be absorbed and / or transformed by the electronic device, and n corresponding to the average refractive index of the assembly formed by the layer of dielectric polymer, the microstructures and the medium in which the antireflection structure is intended to operate.
  • This advantageous configuration makes it possible to favor the non-reflection of the electromagnetic radiation received at the wavelength l.
  • the materials of the microstructures and of the dielectric polymer layer are advantageously chosen such that n is equal to approximately the square root of the product of the index of the incident medium with which the receiving face is in contact (for example of the air, and which corresponds to the medium in which the anti-reflective structure is intended to operate) by the index of the medium on which the anti-reflective structure rests (when the electronic device corresponds to a bolometer, this medium corresponds for example to a sealing layer in germanium or in amorphous silicon covering a capsule, which forms a cover, of the bolometer), which favors the non-reflection of the electromagnetic radiation received.
  • Each of the microstructures can have a substantially conical shape. Such a conical shape can in particular be obtained when the crystallized material of the microstructures comprises pyrene.
  • a ratio between a height of each of the microstructures and a thickness of the dielectric polymer layer is greater than or equal to approximately 5. This configuration is particularly advantageous when the electronic device corresponds to a bolometer because the absorption of the electromagnetic radiation received is better, in particular when the electromagnetic radiation received belongs to the far infrared domain (LWIR, that is to say wavelengths between approximately 8 pm and 14 pm).
  • LWIR far infrared domain
  • the electronic device can correspond to a photodiode or to a bolometer.
  • the anti-reflection structure can be arranged on a capsule, or a cover, of the bolometer.
  • the electronic device can be such that:
  • the mean square distance between two neighboring microstructures is less than a cut-off wavelength of the photodiode, or -
  • the mean square distance between two neighboring microstructures is less than a central wavelength of the electromagnetic radiation intended to be absorbed by the bolometer.
  • this mean square distance between the neighboring microstructures can be equal to approximately 10 ⁇ m.
  • this mean square distance between neighboring microstructures can be less than the cut-off wavelength of the photodiode, that is to say the minimum wavelength detected by the photodiode.
  • the invention also relates to a method for producing an electronic device comprising at least:
  • one or more active layers configured to absorb electromagnetic radiation and / or transform electromagnetic radiation into an electrical signal
  • an antireflection structure arranged on the side of the receiving face, and comprising at least:
  • a layer of dielectric polymer and
  • protruding microstructures arranged on the dielectric polymer layer and such that the mean square distance between two neighboring microstructures is less than a wavelength of the electromagnetic radiation intended to be absorbed and / or transformed by the electronic device, and comprising at least a crystallized material comprising polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene or PTFE molecules, and polymer dielectric, or comprising PMMA and dielectric polymer,
  • the anti-reflective structure is produced by implementing the following steps:
  • the microstructures are formed from a polymer matrix comprising an additive, which corresponds to the polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene molecules, chosen so as to have a structural transition speed under the effect of the temperature greater than that of the polymer. dielectric.
  • This additive is chosen so as to have a temperature for changing its structure lower than that of the dielectric polymer, so that when the second heat treatment is carried out (which may correspond to a crystallization heat treatment), a structural modification (for example crystallization) of the polymer matrix causes this additive to be stressed.
  • This mechanical stress brings out microstructures for example in the form of microtips, in particular of conical shape.
  • a proportion by weight of the first material in the mixture which is less than or equal to 50% makes it possible not to saturate the mixture with the molecules of the first material and to avoid the formation, after the second heat treatment, of a simple layer of dielectric polymer saturated with molecules of the first material without the formation of microstructures.
  • a proportion by weight of the first material in the mixture which is greater than or equal to 15% makes it possible to obtain microstructures with sufficient and regular density so that they can fulfill an anti-reflection function, that is to say say such that the mean square distance between two neighboring microstructures is less than the wavelengths of the electromagnetic radiation intended to be absorbed and / or transformed by the electronic device.
  • the duration and the temperature with which the second heat treatment is carried out can be chosen as a function of a desired height and spacing for each of the microstructures. These parameters are chosen in particular as a function of the wavelengths of the electromagnetic radiation which are targeted by the electronic device, that is to say those intended to be absorbed or transformed into an electrical signal.
  • the process can be such that:
  • the first heat treatment is carried out at a temperature of between approximately 70 ° C and 90 ° C for a duration of between approximately 10 min and 60 min, and / or
  • the second heat treatment is carried out at a temperature of between approximately 130 ° C. and 150 ° C. for a duration of between approximately 10 min and 60 min, or corresponds to an annealing of the UV flash type with a pulse duration included between about 1 ms and 2 ms and a fluence between about 15 d / cm 2 and 20 d / cm 2 .
  • the process can be such that:
  • the first solvent comprises acetone, and / or -
  • the second solvent comprises cyclopentanone and / or dimethylformamide and / or dimethylacetamide.
  • the process can be such that:
  • the proportion by weight of the first material in the first solution is between approximately 30% and 70%, and / or
  • the proportion by weight of the dielectric polymer in the second solution is between about 1% and 20%.
  • the proportion by weight of the first material in the mixture of the first and second solutions can be between approximately 10% and 30%.
  • the monomer composition can be chosen as a function of a desired value of the average refractive index of the assembly formed by the dielectric polymer layer, the microstructures and the medium in which the anti-reflection structure is intended to function and which is located between the microstructures, this desired value being able to be equal, to within 10%, to the square root of the product of the index of the medium in which the anti-reflection structure is intended to function by the index of the medium on which the anti-reflective structure rests.
  • the mixing of the first and second solutions can be carried out at a temperature between about 30 ° C and 45 ° C.
  • a thickness of the mixture of the first and second solutions deposited on the side of the receiving face can be between approximately 50 nm and 10 ⁇ m.
  • FIG. 1 shows an electronic device comprising an anti-reflective structure, according to a first embodiment
  • - Figure 2 shows microstructures of an anti-reflective structure of the electronic device according to the first embodiment
  • - Figure 3 shows an electronic device comprising an antireflection structure according to a second embodiment.
  • An electronic device 100 comprising an anti-reflection structure 102, produced according to a first embodiment, is described below in connection with FIG. 1.
  • This electronic device 100 corresponds to a photodiode comprising at least one p-n junction.
  • the pn junction is formed by a first layer 104 of n-doped semiconductor, a second layer 106 of intrinsic semiconductor, that is to say not intentionally doped, and a third layer 108 of p-doped semiconductor.
  • the three layers 104, 106 and 108 comprise the same semiconductor which advantageously corresponds to germanium.
  • this semiconductor may correspond to silicon, or else to another semiconductor.
  • the three layers 104, 106, 108 are surrounded by dielectric spacers 110, comprising for example Si0 2 .
  • the dielectric spacers 110 delimit the active structure of the electronic device 100, that is to say the layers 104, 106 and 108 which form active layers of the photodiode and which are configured to transform electromagnetic radiation (here infrared light ) intended to be received by the electronic device 100 in an electric current.
  • the anti-reflection structure 102 is disposed on the side of a receiving face 112 of the electronic device 100, that is to say the face of the device 100 configured for receiving the electromagnetic radiation, this radiation being intended to be detected by the device 100.
  • the anti-reflection structure 102 rests on an upper face of the third layer 108 (face opposite to that in contact with the second layer 106) and on the dielectric spacers 110 .
  • the anti-reflective structure 102 comprises a layer 114 of dielectric polymer and protruding microstructures 116 disposed on the layer 114.
  • the layer 114 of dielectric polymer is therefore disposed between the microstructures 116 and the active layers of the device electronic 100.
  • the microstructures 116 comprise a crystallized material comprising molecules of polycyclic aromatic hydrocarbon, or of polystyrene, and molecules of the dielectric polymer of layer 114.
  • the dielectric polymer can correspond to at least one of the following materials: PVDF, the copolymer P (VDF-TrFe) or the P (VDF-CFE) or the P (VDF-CTFE), the terpolymer P (VDF-TrFe- CFE) or P (VDF-TrFe-CTFE). It is also possible that the dielectric polymer comprises nanoparticles of BaTi0 3 and / or PZT and / or BaSrTi0 3 .
  • the polycyclic aromatic hydrocarbon molecules of the crystallized material of microstructures 116 advantageously comprise pyrene and / or anthracene and / or phenanthrene and / or naphthalene and / or triphenylene and / or polystyrene.
  • the polycyclic aromatic hydrocarbon molecules present in the material of microstructures 116 correspond to pyrene molecules.
  • the sum of the height h of the microstructure 116 and the height e of the layer 114 is advantageously equal to approximately l / (4.n), with l corresponding to a central wavelength of the radiation.
  • electromagnetic intended to be transformed by the electronic device 100 into electric current and n corresponding to the average refractive index of the assembly formed by the layer 114, the microstructures 116 and the medium in which the anti-reflective structure 102 is intended to operate and being the microstructures 116 (this medium corresponding for example to air)
  • n is advantageously equal to approximately the square root of the product of the index of the medium in which the anti-reflective structure 102 is intended to operate (by example of air) by the index of the medium on which the antireflection structure 102 rests, that is to say here the index of the material of the layer 108 in this first embodiment.
  • each of the microstructures 116 can be between approximately 50 nm and 1200 nm.
  • the refractive index of the crystallized material of microstructures 116 is higher than that of the dielectric polymer of layer 114 due to the crystallization of polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene molecules present in the material of microstructures 116.
  • l refractive index of the dielectric polymer of layer 114 is equal to approximately 1.6, as is the case when the dielectric polymer corresponds to PVDF, its copolymer or its terpolymer
  • the refractive index of the crystallized material of microstructures 116 is for example equal to about 2, as is the case when the crystallized material of microstructures 116 corresponds to the crystalline part of the mixture between the polycyclic aromatic hydrocarbon molecules, for example pyrene, with the dielectric polymer of PVDF type or its copolymer or its terpolymer or a mixture of the copolymer and the terpolymer.
  • the average refractive index of the anti-reflective structure by adjusting the monomer composition of the material.
  • the dielectric polymer corresponds to the copolymer P (VDF-TrFe)
  • VDF-TrFe copolymer P
  • the value of the refractive index of the dielectric polymer of the layer 114 is for example between approximately 1.3 and 1.7, and that of the refractive index crystallized material of microstructures 116 is for example between approximately 1.9 and 2.2.
  • each of the microstructures 116 forms a microtip of substantially conical shape. Such a conical shape is obtained for example when pyrene is used to form the microstructures 116. Other shapes are however possible.
  • the layer 114 of dielectric polymer has for example a thickness e of between approximately 50 nm and 3 ⁇ m.
  • the pitch of the microstructures 116 that is to say the mean square distance between two neighboring microstructures 116, is for example between approximately 40 nm and 1 ⁇ m. In general, the mean square distance between two neighboring microstructures 116 is less than part of the wavelengths of the electromagnetic radiation intended to be absorbed and / or transformed by the electronic device 100 and which are therefore not diffracted by the microstructures 116 .
  • the network formed by the microstructures 116 Thanks to the network formed by the microstructures 116, the reflection of the electromagnetic radiation on the device 100 is reduced, thus allowing the device 100, which here corresponds to a photodiode, to have better absorption and therefore better photosensitivity.
  • FIG. 2 is a photo showing numerous microstructures 116 of the anti-reflection structure 102 of the device 100.
  • Another electronic device 200 comprising the anti-reflection structure 102, and produced according to a second embodiment, is described below in connection with FIG. 3.
  • the electronic device 200 corresponds to a bolometer.
  • the device 200 comprises a membrane 202 suspended above a support substrate 204.
  • This membrane 202 forms the absorbing element and the thermometer element of the device 200.
  • the membrane 202 is suspended mechanically above the substrate 204 by the intermediate support elements 206 to which thermal insulation arms are attached (not visible in FIG. 3) which are mechanically connected to the membrane 202.
  • the substrate support 204 has an integrated electronic circuit for reading the thermometer element of device 200.
  • the device 200 also includes, on the substrate 204, a metal reflector 208 disposed opposite the membrane 202 such that this reflector 208 and the membrane 202 together form a resonant optical cavity of the Fabry-Perot type.
  • the membrane 202 is arranged in a cavity 210 formed between the substrate 204 and a capsule 212, or cover.
  • the capsule 212 comprising for example amorphous silicon, is closed by a sealing layer 214, for example made of germanium.
  • the anti-reflective structure 102 is disposed on the sealing layer 214, at the level of the receiving face 112 of the device 200.
  • the different characteristics and possibilities of realization of the structure anti-reflection 102 previously described for the first embodiment also apply to this second embodiment.
  • the anti-reflection structure 102 is advantageously produced such that the ratio between the height h of each of the microstructures 116 and the thickness e of the layer 114 of dielectric polymer is greater than or equal to approximately 5. This configuration is advantageous because it makes it possible to obtain greater absorption of the electromagnetic radiation received.
  • the various elements of the electronic device 100 or 200 other than the anti-reflection structure 102 are first of all produced.
  • a first solution is made by dissolving, in a first solvent, solid grains of a first material comprising polycyclic aromatic hydrocarbon or polystyrene molecules.
  • the first material corresponds for example to pyrene.
  • the first solvent corresponds for example to acetone.
  • the proportion by weight of the first material in the first solution is between approximately 30% and 70%.
  • a second solution is also produced by dissolving, in a second solvent, a powder of a second material corresponding to a dielectric polymer, for example one of those previously described.
  • the second solvent is chosen such that:
  • the first material is not soluble in the second solvent
  • the second solvent can contain cyclopentanone and / or dimethylformamide and / or dimethylacetamide.
  • the proportion by weight of the dielectric polymer in the second solution can be between approximately 1% and 20%.
  • the two solutions are then mixed together, for example at a temperature between about 30 ° C and 45 ° C.
  • the volumes of the two solutions are chosen such that the proportion by weight of the first material in the mixture of the first and second solutions is between approximately 15% and 50%, and advantageously between approximately 15% and 30%.
  • the mixture of the two solutions is then spread over the surface of the support on which the anti-reflection structure 102 is intended to be produced.
  • This support corresponds for example to the upper face of a photodiode (formed in particular by the upper face of the layer 108 in the example of FIG. 1) or to the upper face of the membrane 202 when the anti-reflection structure 102 is integrated into the bolometer 200.
  • the thickness of the mixture of the first and second solutions deposited on the side of the receiving face 112 is for example between approximately 50 nm and 10 ⁇ m.
  • the technique used to deposit the mixture of the two solutions is chosen in particular as a function of the viscosity of the mixture.
  • the mixture can be deposited by screen printing when the mixture has a high viscosity, generally in the presence of a high concentration of terpolymer.
  • a deposition of the mixture can be carried out by spinning deposition, or “spin coating”, when the viscosity of the mixture is much lower.
  • the mixture can be sprayed on.
  • a first heat treatment is then carried out at a temperature above the evaporation temperature of the first solvent and below the evaporation temperature of the second solvent.
  • This first heat treatment forms the layer 114 of dielectric polymer since only the dielectric polymer is dissolved in the first solvent.
  • the first heat treatment is, for example, carried out at a temperature of between approximately 70 ° C and 90 ° C for a duration of between approximately 10 min and 60 min.
  • a second heat treatment is carried out at a temperature higher than the evaporation temperature of the second solvent.
  • This second heat treatment forms, by crystallization, the microstructures 116 on the layer 114.
  • the second heat treatment can be carried out at a temperature of between approximately 130 ° C. and 150 ° C. for a period of between min and 60 min, or correspond to an annealing of the UV flash type with a pulse duration comprised between approximately 1 ms and 2 ms and a fluence comprised between approximately 15 d / cm 2 and 20 d / cm 2 , and for example equal at about 17 j / cm 2 for a layer of mixture with a thickness equal to about 2 pm.
  • the anti-reflective structure 102 obtained comprises the layer 114 of dielectric polymer and the microstructures 116.
  • microstructures 116 in particular their height h, as well as the pitch of the microstructures 116, are adjusted by the choice of the temperature and the duration of the second heat treatment.
  • microstructures 116 correspond to microtips of substantially conical shape.
  • Other forms of microstructures 116 can be obtained, such as for example spheres if, during the process described above, poly (methyl methacrylate), or PMMA, is chosen as the first material.
  • Other more complex shapes can be obtained by choosing, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE) as the first material.
  • PTFE polytetrafluoroethylene

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Abstract

Dispositif électronique (100) comprenant au moins : - une face de réception (112) configurée pour recevoir un rayonnement électromagnétique; - une ou plusieurs couches actives (104, 106, 108) configurées pour absorber le rayonnement électromagnétique et/ou transformer le rayonnement électromagnétique en un signal électrique; - une structure antireflet (102) disposée du côté de la face de réception, et comprenant au moins : • une couche(114) de polymère diélectrique, et • des microstructures(116) saillantes disposées sur la couche (114) de polymère diélectrique et telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines soit inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique, et comprenant au moins un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE, et du polymère diélectrique, ou comprenant du PMMA et du polymère diélectrique.

Description

DISPOSITIF ELECTRONIQUE COMPRENANT UNE STRUCTURE ANTIREFLET
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE
L'invention concerne un dispositif électronique configuré pour recevoir un rayonnement électromagnétique et comprenant une structure antireflet disposée du côté d'une face de réception de ce rayonnement. L'invention s'applique avantageusement à la réalisation d'une photodiode ou d'un bolomètre comprenant cette structure antireflet. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un tel dispositif électronique.
ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
Les couches antireflets sont utilisées dans de nombreuses applications électroniques dans le but d'augmenter la réception de certaines longueurs d'onde.
Par exemple, le document US 6 926 952 B1 décrit un détecteur thermique de type pyroélectrique comprenant une structure antireflet permettant d'augmenter sa sensibilité en augmentant l'absorption du rayonnement infrarouge reçu par le détecteur. La structure antireflet correspond à une succession alternée de couches de polymère à faible indice de réfraction et de couches de polymère à fort indice de réfraction. L'inconvénient majeur de cette structure antireflet est la complexité liée à la superposition de plusieurs couches de polymères qui doit être réalisée sans dégrader l'uniformité de dépôt de chaque couche.
Le document US 2006/0097134 Al décrit une structure antireflet formée par une alternance de couches de SÎNX/SÎNXOY déposées sur des photodiodes. De telles couches doivent toutefois être déposées à des températures élevées, par exemple comprises entre 350°C et 360°C, ce qui engendre des problèmes liés à la diffusion des dopants présents (notamment le phosphore qui diffuse très rapidement dans le germanium), ainsi que des problèmes d'incompatibilité avec certains matériaux comme par exemple le PVDF qui se dégrade à une température supérieure à environ 170°C. Le document US 8 840 258 B2 décrit un autre type de structure antireflet comprenant des microstructures coniques. Cette structure est réalisée en dispersant des particules sur une couche de matériau, puis en réalisant une gravure sélective telle que la couche de matériau soit gravée de manière plus importante que les particules. Une telle structure antireflet est également difficile à réaliser notamment à cause de la répartition des particules devant être réalisée sur la surface de la couche destinée à former les microstructures. De plus, il est très difficile de contrôler la hauteur et la largeur des microstructures réalisées.
Le document FR 3 046 879 Al décrit un bolomètre intégrant une structure antireflet comprenant d'une part une couche de ZnS formée au sommet du bolomètre et une couche structurée au niveau d'une face interne formant un réseau périodique de motifs bidimensionnels. Bien que les performances antireflets obtenues soient satisfaisantes, la difficulté pour former la couche structurée au sein d'une cavité est un problème.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un dispositif électronique configuré pour recevoir un rayonnement électromagnétique et comprenant une structure antireflet ne présentant pas les inconvénients des structures antireflets de l'art antérieur, c'est-à- dire qui soit aisément réalisable et qui n'implique pas des températures élevées, par exemple supérieures à environ 200°C.
Pour cela, l'invention propose un dispositif électronique comprenant au moins :
- une face de réception configurée pour recevoir un rayonnement électromagnétique ;
- une ou plusieurs couches actives configurées pour absorber le rayonnement électromagnétique et/ou transformer le rayonnement électromagnétique en un signal électrique ;
- une structure antireflet disposée du côté de la face de réception, et comprenant au moins : • une couche de polymère diélectrique, et
• des microstructures saillantes disposées sur la couche de polymère diélectrique et telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines soit inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique, et comprenant au moins un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE, et du polymère diélectrique, ou comprenant du PMMA et du polymère diélectrique.
Une telle structure antireflet, formée de la couche de polymère diélectrique et des microstructures, ne nécessite donc pas la réalisation d'une succession alternée de couches de polymère. De plus, du fait que les microstructures comprennent un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE (polytétrafluoroéthylène), et du polymère diélectrique de la couche sur laquelle elles sont disposées, ou comprenant du PMMA (poly(méthacrylate de méthyle)) et du polymère diélectrique de la couche sur laquelle le PMMA est disposé, ces microstructures peuvent donc être formées, par exemple par cristallisation, et non par gravure, facilitant ainsi leur réalisation. En outre, aucune étape ne nécessite d'atteindre des températures importantes, par exemple supérieures à environ 200°C.
Le matériau des microstructures correspond à un mélange de polymère diélectrique avec au moins l'un des matériaux suivants : hydrocarbure aromatique polycyclique, polystyrène, PTFE, PMMA.
Cette structure antireflet est formée au niveau de la face de réception du rayonnement électromagnétique, ce qui facilite la réalisation de cette structure par rapport à des structures antireflets réalisées au niveau de face internes de dispositifs électroniques.
Une telle structure antireflet a également pour avantage d'être fine par rapport à celles formées par une succession alternée de couches différentes. Cela est particulièrement avantageux lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre car cette finesse va limiter l'absorption du rayonnement électromagnétique dans la structure antireflet.
La distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée. La structure antireflet remplit son rôle antireflet au moins pour les longueurs d'onde inférieures à la distance quadratique moyenne entre les microstructures.
Le dispositif électronique peut être tel que :
- le polymère diélectrique comporte du PVDF (ou poly(fluorure de vinylidène)) et/ou du copolymère P(VDF-TrFe) (ou poly(fluorure de vinylidène)(trifluoro- éthylène)) et/ou du copolymère P(VDF-CFE) (ou poly(fluorure de vinylidène)(chlorofluro- éthylène)) et/ou du copolymère P(VDF-CTFE) (ou (poly(fluorure de vinylidène) (chlorotrifluro-éthylène)) et/ou du terpolymère P(VDF-TrFe-CFE) (ou (poly(fluorure de vinylidène)(trifluoro-éthylène)(chlorofluro-éthylène)) et/ou du terpolymère P(VDF-TrFe- CTFE) (ou (poly(fluorure de vinylidène)(trifluoro-éthylène)(chlorotrifluro-éthylène)), et/ou
- le polymère diélectrique comporte des nanoparticules de BaTi03 et/ou de PZT et/ou de BaSrTi03, qui sont des matériaux inorganiques, et/ou
- les molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique comportent du pyrène et/ou de l'anthracène et/ou du phénantrène et/ou du naphtalène et/ou du triphénylène.
Le PVDF et/ou l'un du copolymère ou des terpolymères mentionnés ci- dessus sont avantageusement utilisés lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre car ces matériaux permettent de réaliser une bonne absorption des longueurs d'onde se trouvant dans la bande 8 - 14 pm qui correspond aux longueurs d'ondes du domaine de l'infrarouge lointain (LWIR) absorbées par le bolomètre.
Le pyrène peut être avantageusement utilisé car des microstructures comprenant du pyrène protègent le polymère de l'effet des rayons UV reçus.
Pour chacune des microstructures, la somme des hauteurs de la microstructure et de la couche de polymère diélectrique peut être égale à environ l/(4.n), avec l correspondant à une longueur d'onde centrale du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique, et n correspondant à l'indice de réfraction moyen de l'ensemble formé de la couche de polymère diélectrique, des microstructures et du milieu dans lequel la structure antireflet est destinée à fonctionner. Cette configuration avantageuse permet de favoriser la non- réflexion du rayonnement électromagnétique reçu à la longueur d'onde l.
De plus, les matériaux des microstructures et de la couche de polymère diélectrique sont avantageusement choisis tels que n soit égal à environ la racine carrée du produit de l'indice du milieu incident avec lequel la face de réception est en contact (par exemple de l'air, et qui correspond au milieu dans lequel la structure antireflet est destinée à fonctionner) par l'indice du milieu sur lequel repose la structure antireflet (lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre, ce milieu correspond par exemple à une couche de scellement en germanium ou en silicium amorphe recouvrant une capsule, qui forme un capot, du bolomètre), ce qui favorise la non-réflexion du rayonnement électromagnétique reçu.
Chacune des microstructures peut avoir une forme sensiblement conique. Une telle forme conique peut notamment être obtenue lorsque le matériau cristallisé des microstructures comporte du pyrène.
Un rapport entre une hauteur de chacune des microstructures et une épaisseur de la couche de polymère diélectrique est supérieur ou égal à environ 5. Cette configuration est particulièrement avantageuse lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre car l'absorption du rayonnement électromagnétique reçu est meilleure, notamment lorsque le rayonnement électromagnétique reçu appartient au domaine l'infrarouge lointain (LWIR, c'est-à-dire des longueurs d'onde comprises entre environ 8 pm et 14 pm).
Le dispositif électronique peut correspondre à une photodiode ou à un bolomètre. Dans le cas d'un dispositif électronique correspondant à un bolomètre, la structure antireflet peut être disposée sur une capsule, ou un capot, du bolomètre.
De manière avantageuse, le dispositif électronique peut être tel que :
- lorsque le dispositif électronique correspond à une photodiode, la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure à une longueur d'onde de coupure de la photodiode, ou - lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre, la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure à une longueur d'onde centrale du rayonnement électromagnétique destiné à être absorbé par le bolomètre.
Par exemple, lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre destiné à absorber les longueurs d'onde de la gamme 8 - 14 pm, cette distance quadratique moyenne entre les microstructures voisines peut être égale à environ 10 pm. Selon un autre exemple, lorsque le dispositif électronique correspond à une photodiode, comprenant par exemple du germanium, cette distance quadratique moyenne entre microstructures voisines peut être inférieure à la longueur d'onde de coupure de la photodiode, c'est-à-dire la longueur d'onde minimale détectée par la photodiode.
L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif électronique comprenant au moins :
- une face de réception configurée pour recevoir un rayonnement électromagnétique ;
- une ou plusieurs couches actives configurées pour absorber le rayonnement électromagnétique et/ou transformer le rayonnement électromagnétique en un signal électrique ;
- une structure antireflet disposée du côté de la face de réception, et comprenant au moins :
• une couche de polymère diélectrique, et
• des microstructures saillantes disposées sur la couche de polymère diélectrique et telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines soit inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique, et comprenant au moins un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE, et du polymère diélectrique, ou comprenant du PMMA et du polymère diélectrique,
dans lequel la structure antireflet est réalisée par la mise en œuvre des étapes suivantes :
- réalisation d'une première solution par dissolution, dans un premier solvant, d'un premier matériau comprenant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PMMA ou de PTFE;
- réalisation d'une deuxième solution par dissolution, dans un deuxième solvant dont la température d'évaporation est supérieure à celle du premier solvant, de monomères aptes à former le polymère diélectrique, et telle que le premier matériau ne soit pas soluble dans le deuxième solvant et que le premier matériau comporte une densité inférieure à celle de la deuxième solution ;
- mélange des première et deuxième solutions, tel que la proportion en poids du premier matériau dans le mélange des première et deuxième solutions soit comprise entre environ 15 % et 50 % (ou incluse dans la gamme [15% ; 50%]);
- dépôt du mélange des première et deuxième solutions du côté de la face de réception ;
- premier traitement thermique à une température supérieure à la température d'évaporation du premier solvant et inférieure à la température d'évaporation du deuxième solvant, formant la couche de polymère diélectrique ;
- deuxième traitement thermique à une température supérieure à la température d'évaporation du deuxième solvant, formant les microstructures.
Les microstructures se forment à partir d'une matrice polymère comportant un additif, qui correspond aux molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène, choisi de manière à avoir une vitesse de transition structurale sous l'effet de la température supérieure à celle du polymère diélectrique. Cet additif est choisi de sorte à avoir une température de changement de sa structuration inférieure à celle du polymère diélectrique, de sorte que lorsqu'on effectue le deuxième traitement thermique (pouvant correspondre à un traitement thermique de cristallisation), une modification structurale (par exemple une cristallisation) de la matrice de polymère entraîne une mise en contrainte de cet additif. Cette contrainte mécanique fait ressortir des microstructures par exemple sous la forme de micro-pointes, en particulier de forme conique.
Une proportion en poids du premier matériau dans le mélange qui soit inférieure ou égale à 50 % permet de ne pas saturer le mélange avec les molécules du premier matériau et d'éviter la formation, après le deuxième traitement thermique, d'une simple couche de polymère diélectrique saturé en molécules du premier matériau sans la formation des microstructures. De plus, une proportion en poids du premier matériau dans le mélange qui soit supérieure ou égale à 15 % permet d'obtenir des microstructures avec une densité suffisante et régulière pour qu'elles puissent remplir une fonction d'antireflet, c'est-à-dire telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure aux longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique destinées à être absorbées et/ou transformées par le dispositif électronique.
La durée et la température avec lesquelles le deuxième traitement thermique est mis en œuvre peuvent être choisies en fonction d'une hauteur et d'un espacement souhaités pour chacune des microstructures. Ces paramètres sont notamment choisis en fonction des longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique qui sont ciblées par le dispositif électronique, c'est-à-dire celles destinées à être absorbées ou transformées en signal électrique.
Le procédé peut être tel que :
- le premier traitement thermique est mis en œuvre à une température comprise entre environ 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min, et/ou
- le deuxième traitement thermique est mis en œuvre à une température comprise entre environ 130°C et 150°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min, ou correspond à un recuit de type flash UV avec une durée d'impulsion comprise entre environ 1 ms et 2 ms et une fluence comprise entre environ 15 j/cm2 et 20 j/cm2.
Le procédé peut être tel que :
- le premier solvant comporte de l'acétone, et/ou - le deuxième solvant comporte du cyclopentanone et/ou du diméthylformamide et/ou du diméthylacétamide.
Le procédé peut être tel que :
- la proportion en poids du premier matériau dans la première solution est comprise entre environ 30 % et 70 %, et/ou
- la proportion en poids du polymère diélectrique dans la deuxième solution est comprise entre environ 1 % et 20 %.
La proportion en poids du premier matériau dans le mélange des première et deuxième solutions peut être comprise entre environ 10 % et 30 %.
Lors de la réalisation de la deuxième solution, la composition en monomères peut être choisie en fonction d'une valeur souhaitée de l'indice de réfraction moyen de l'ensemble formé de la couche de polymère diélectrique, des microstructures et du milieu dans lequel la structure antireflet est destinée à fonctionneret qui se trouve entre les microstructures, cette valeur souhaitée pouvant être égale, à 10 % près, à la racine carrée du produit de l'indice du milieu dans lequel la structure antireflet est destinée à fonctionner par l'indice du milieu sur lequel repose la structure antireflet.
Le mélange des première et deuxième solutions peut être réalisé à une température comprise entre environ 30°C et 45°C.
Une épaisseur du mélange des première et deuxième solutions déposé du côté de la face de réception peut être comprise entre environ 50 nm et 10 pm.
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 un dispositif électronique comprenant une structure antireflet, selon un premier mode de réalisation ;
- la figure 2 représente des microstructures d'une structure antireflet du dispositif électronique selon le premier mode de réalisation ; - la figure 3 représente un dispositif électronique comprenant une structure antireflet selon un deuxième mode de réalisation.
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
Un dispositif électronique 100 comportant une structure antireflet 102, réalisé selon un premier mode de réalisation, est décrit ci-dessous en lien avec la figure 1.
Ce dispositif électronique 100 correspond à une photodiode comprenant au moins une jonction p-n. Sur l'exemple de réalisation représenté sur la figure 1, la jonction p-n est formée par une première couche 104 de semi-conducteur dopé n, une deuxième couche 106 de semi-conducteur intrinsèque, c'est-à-dire non dopé intentionnellement, et une troisième couche 108 de semi-conducteur dopé p. Dans le premier mode de réalisation, les trois couches 104, 106 et 108 comportent un même semi- conducteur qui correspond avantageusement à du germanium. En variante, ce semi- conducteur peut correspondre à du silicium, ou bien à un autre semi-conducteur.
Les trois couches 104, 106, 108 sont entourées par des espaceurs diélectriques 110, comportant par exemple du Si02. Les espaceurs diélectriques 110 délimitent la structure active du dispositif électronique 100, c'est-à-dire les couches 104, 106 et 108 qui forment des couches actives de la photodiode et qui sont configurées pour transformer un rayonnement électromagnétique (ici de la lumière infrarouge) destiné à être reçu par le dispositif électronique 100 en un courant électrique.
La structure antireflet 102 est disposée du côté d'une face de réception 112 du dispositif électronique 100, c'est-à-dire la face du dispositif 100 configurée pour recevoir le rayonnement électromagnétique, ce rayonnement étant destiné à être détecté par le dispositif 100. La structure antireflet 102 repose sur une face supérieure de la troisième couche 108 (face opposée à celle en contact avec la deuxième couche 106) et sur les espaceurs diélectriques 110.
La structure antireflet 102 comporte une couche 114 de polymère diélectrique et des microstructures 116 saillantes disposées sur la couche 114. Dans la configuration représentée sur la figure 1, la couche 114 de polymère diélectrique est donc disposée entre les microstructures 116 et les couches actives du dispositif électronique 100.
Les microstructures 116 comportent un matériau cristallisé comprenant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique, ou de polystyrène, et des molécules du polymère diélectrique de la couche 114.
Le polymère diélectrique peut correspondre à au moins l'un des matériaux suivants : PVDF, le copolymère P(VDF-TrFe) ou le P(VDF-CFE) ou le P(VDF-CTFE), le terpolymère P(VDF-TrFe-CFE) ou le P(VDF-TrFe-CTFE). Il est également possible que le polymère diélectrique comporte des nanoparticules de BaTi03 et/ou de PZT et/ou de BaSrTi03. Les molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique du matériau cristallisé des microstructures 116 comportent avantageusement du pyrène et/ou de l'anthracène et/ou du phénantrène et/ou du naphtalène et/ou du triphénylène et/ou du polystyrène. De manière avantageuse, les molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique présentes dans le matériau des microstructures 116 correspondent à des molécules de pyrène.
Pour chacune des microstructures 116, la somme de la hauteur h de la microstructure 116 et de la hauteur e de la couche 114 est avantageusement égale à environ l/(4.n), avec l correspondant à une longueur d'onde centrale du rayonnement électromagnétique destinée à être transformé par le dispositif électronique 100 en courant électrique, et n correspondant à l'indice de réfraction moyen de l'ensemble formé de la couche 114, des microstructures 116 et du milieu dans lequel la structure antireflet 102 est destinée à fonctionner et se trouvant les microstructures 116 (ce milieu correspondant par exemple à de l'air), n est avantageusement égal à environ la racine carrée du produit de l'indice du milieu dans lequel la structure antireflet 102 est destinée à fonctionner (par exemple de l'air) par l'indice du milieu sur lequel repose la structure antireflet 102, c'est-à- dire ici l'indice du matériau de la couche 108 dans ce premier mode de réalisation.
De manière générale, la hauteur h de chacune des microstructures 116 peut être comprise entre environ 50 nm et 1200 nm.
L'indice de réfraction du matériau cristallisé des microstructures 116 est supérieur à celui du polymère diélectrique de la couche 114 à cause de la cristallisation des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène présentes dans le matériau des microstructures 116. Par exemple, lorsque l'indice de réfraction du polymère diélectrique de la couche 114 est égal à environ 1,6, comme c'est le cas lorsque le polymère diélectrique correspond au PVDF, son copolymère ou son terpolymère, l'indice de réfraction du matériau cristallisé des microstructures 116 est par exemple égal à environ 2, comme c'est le cas lorsque le matériau cristallisé des microstructures 116 correspond à la partie cristalline du mélange entre les molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique, par exemple du pyrène, avec le polymère diélectrique de type PVDF ou son copolymère ou son terpolymère ou un mélange du copolymère et du terpolymère.
Il est possible d'ajuster l'indice de réfraction moyen de la structure antireflet via un ajustement de la composition en monomères du matériau. Par exemple, lorsque le polymère diélectrique correspond au copolymère P(VDF-TrFe), il est possible de faire varier sa composition en VDF et en TrFe en fonction de la valeur souhaitée pour l'indice de réfraction moyen de la structure antireflet 102, qui est avantageusement égale à environ (à 10% près) la racine carrée du produit de l'indice du milieu dans lequel la structure antireflet 102 est destinée à fonctionner (par exemple de l'air) par l'indice du milieu sur lequel repose la structure antireflet 102, c'est-à-dire ici l'indice du matériau de la couche 108 dans ce premier mode de réalisation.
De manière générale, en considérant les exemples de matériaux précédemment cités, la valeur de l'indice de réfraction du polymère diélectrique de la couche 114 est par exemple comprise entre environ 1,3 et 1,7, et celle de l'indice de réfraction du matériau cristallisé des microstructures 116 est par exemple comprise entre environ 1,9 et 2,2. De manière avantageuse, chacune des microstructures 116 forme une micro-pointe de forme sensiblement conique. Une telle forme conique est obtenue par exemple lorsque du pyrène est utilisé pour former les microstructures 116. D'autres formes sont toutefois possibles.
La couche 114 de polymère diélectrique a par exemple une épaisseur e comprise entre environ 50 nm et 3 pm.
Le pas des microstructures 116, c'est-à-dire la distance quadratique moyenne entre deux microstructures 116 voisines, est par exemple compris entre environ 40 nm et 1 pm. De manière générale, la distance quadratique moyenne entre deux microstructures 116 voisines est inférieure à une partie des longueurs d'onde du rayonnement électromagnétique destinées à être absorbées et/ou transformées par le dispositif électronique 100 et qui ne sont donc pas diffractées par les microstructures 116.
Grâce au réseau formé par les microstructures 116, la réflexion du rayonnement électromagnétique sur le dispositif 100 est réduite, permettant ainsi au dispositif 100, qui correspond ici à une photodiode, d'avoir une meilleure absorption et donc une meilleure photosensibilité.
La figure 2 est une photo montrant de nombreuses microstructures 116 de la structure antireflet 102 du dispositif 100.
Un autre dispositif électronique 200 comportant la structure antireflet 102, et réalisé selon un deuxième mode de réalisation, est décrit ci-dessous en lien avec la figure 3. Dans ce deuxième mode de réalisation, le dispositif électronique 200 correspond à un bolomètre.
Le dispositif 200 comporte une membrane 202 suspendue au-dessus d'un substrat support 204. Cette membrane 202 forme l'élément absorbeur et l'élément thermomètre du dispositif 200. La membrane 202 est suspendue mécaniquement au- dessus du substrat 204 par l'intermédiaire d'éléments de support 206 auxquels sont fixés des bras d'isolation thermique (non visibles sur la figure 3) qui sont reliés mécaniquement à la membrane 202.
Sous l'effet du rayonnement incident reçu par le dispositif 200, la membrane 202 s'échauffe et sa résistance électrique varie en conséquence. Le substrat support 204 comporte un circuit électronique intégré permettant la lecture de l'élément thermomètre du dispositif 200.
Le dispositif 200 comporte également, sur le substrat 204, un réflecteur métallique 208 disposé en regard de la membrane 202 tel que ce réflecteur 208 et la membrane 202 forment ensemble une cavité optique résonante de type Fabry-Perot. La membrane 202 est disposée dans une cavité 210 formée entre le substrat 204 et une capsule 212, ou capot. La capsule 212, comprenant par exemple du silicium amorphe, est fermée par une couche de scellement 214, par exemple en germanium.
La structure antireflet 102, similaire à celle précédemment décrite en lien avec le premier mode de réalisation, est disposée sur la couche de scellement 214, au niveau de la face de réception 112 du dispositif 200. Les différentes caractéristiques et possibilités de réalisation de la structure antireflet 102 précédemment décrites pour le premier mode de réalisation s'appliquent également à ce deuxième mode de réalisation.
De plus, du fait que le dispositif 200 correspond à un bolomètre, c'est-à- dire est destiné à absorber le rayonnement électromagnétique reçu au niveau de sa face de réception, la structure antireflet 102 est avantageusement réalisée telle que le rapport entre la hauteur h de chacune des microstructures 116 et l'épaisseur e de la couche 114 de polymère diélectrique soit supérieur ou égal à environ 5. Cette configuration est avantageuse car elle permet d'obtenir une plus grande absorption du rayonnement électromagnétique reçu.
On décrit ci-dessous un procédé de réalisation de la structure antireflet 102 qui peut s'intégrer au cours d'un procédé de réalisation d'un dispositif électronique 100 ou 200 destiné à comporter la structure antireflet.
Les différents éléments du dispositif électronique 100 ou 200 autres que la structure antireflet 102 (couches actives, électrodes, etc.) sont tout d'abord réalisés.
On réalise tout d'abord une première solution par dissolution, dans un premier solvant, de grains solides d'un premier matériau comprenant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène. Le premier matériau correspond par exemple à du pyrène. Le premier solvant correspond par exemple à de l'acétone. De manière avantageuse, la proportion en poids du premier matériau dans la première solution est comprise entre environ 30 % et 70 %.
On réalise également une deuxième solution par dissolution, dans un deuxième solvant, d'une poudre d'un deuxième matériau correspondant à un polymère diélectrique, par exemple l'un de ceux précédemment décrits. Le deuxième solvant est choisi tel que :
- sa température d'évaporation est supérieure à celle du premier solvant ;
- le premier matériau ne soit pas soluble dans le deuxième solvant ;
- sa densité soit supérieure à celle du premier matériau.
A titre d'exemple, le deuxième solvant peut comporter du cyclopentanone et/ou du diméthylformamide et/ou du diméthylacétamide. De manière avantageuse, la proportion en poids du polymère diélectrique dans la deuxième solution peut être comprise entre environ 1 % et 20 %.
Les deux solutions sont ensuite mélangées l'une à l'autre, par exemple à une température comprise entre environ 30°C et 45°C. Les volumes des deux solutions sont choisis tels que la proportion en poids du premier matériau dans le mélange des première et deuxième solutions soit comprise entre environ 15 % et 50 %, et avantageusement entre environ 15 % et 30 %.
Le mélange des deux solutions est ensuite étalé sur la surface du support sur lequel la structure antireflet 102 est destinée à être réalisée. Ce support correspond par exemple à la face supérieure d'une photodiode (formée notamment par la face supérieure de la couche 108 sur l'exemple de la figure 1) ou à la face supérieure de la membrane 202 lorsque la structure antireflet 102 est intégrée au bolomètre 200. L'épaisseur du mélange des première et deuxième solutions déposé du côté de la face de réception 112 est par exemple comprise entre environ 50 nm et 10 pm.
La technique mise en œuvre pour déposer le mélange des deux solutions est choisie notamment en fonction de la viscosité du mélange. Par exemple, un dépôt du mélange peut être réalisé par sérigraphie lorsque le mélange a une forte viscosité, généralement en présence d'une forte concentration en terpolymère. Au contraire, un dépôt du mélange peut être réalisé via un dépôt à la tournette, ou « spin coating », lorsque la viscosité du mélange est beaucoup plus faible. Selon une autre variante, le mélange peut être déposé pulvérisation.
Un premier traitement thermique est ensuite mis en œuvre à une température supérieure à la température d'évaporation du premier solvant et inférieure à la température d'évaporation du deuxième solvant. Ce premier traitement thermique forme la couche 114 de polymère diélectrique puisque seul le polymère diélectrique est dissout dans le premier solvant. Le premier traitement thermique est par exemple mis en œuvre à une température comprise entre environ 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min.
Un deuxième traitement thermique est mis en œuvre à une température supérieure à la température d'évaporation du deuxième solvant. Ce deuxième traitement thermique forme par cristallisation les microstructures 116 sur la couche 114. A titre d'exemple, le deuxième traitement thermique peut être mis en œuvre à une température comprise entre environ 130°C et 150°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min, ou correspondre à un recuit de type flash UV avec une durée d'impulsion comprise entre environ 1 ms et 2 ms et une fluence comprise entre environ 15 j/cm2 et 20 j/cm2, et par exemple égale à environ 17 j/cm2 pour une couche de mélange d'épaisseur égale à environ 2 pm.
A l'issue de ces deux traitements thermique, la structure antireflet 102 obtenue comporte la couche 114 de polymère diélectrique et les microstructures 116.
Les dimensions des microstructures 116, notamment leur hauteur h, ainsi que le pas des microstructures 116, sont ajustés par le choix de la température et de la durée du deuxième traitement thermique.
Dans les modes de réalisation précédemment décrits, les microstructures 116 correspondent à des micro-pointes de forme sensiblement conique. D'autres formes de microstructures 116 peuvent être obtenues, comme par exemple des sphères si, au cours du procédé décrit ci-dessus, du poly(méthacrylate de méthyle), ou PMMA, est choisi comme premier matériau. D'autres formes plus complexes peuvent être obtenues en choisissant par exemple du polytétrafluoroéthylène (PTFE) comme premier matériau.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif électronique (100, 200) comprenant au moins :
- une face de réception (112) configurée pour recevoir un rayonnement électromagnétique ;
- une ou plusieurs couches actives (104, 106, 108, 202) configurées pour absorber le rayonnement électromagnétique et/ou transformer le rayonnement électromagnétique en un signal électrique ;
- une structure antireflet (102) disposée du côté de la face de réception, et comprenant au moins :
• une couche (114) de polymère diélectrique, et
• des microstructures (116) saillantes disposées sur la couche (114) de polymère diélectrique et telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures (116) voisines soit inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique (100, 200), et comprenant au moins un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE, et du polymère diélectrique, ou comprenant du PMMA et du polymère diélectrique.
2. Dispositif électronique (100, 200) selon la revendication 1, dans lequel :
- le polymère diélectrique comporte du PVDF et/ou du P(VDF-CFE) et/ou du P(VDF-CTFE) et/ou du P(VDF-TrFe) et/ou du P(VDF-TrFe-CFE) et/ou du P(VDF-TrFe- CTFE), et/ou
- le polymère diélectrique comporte des nanoparticules de BaTi03 et/ou de PZT et/ou de BaSrTiOs, et/ou - les molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique comportent du pyrène et/ou de l'anthracène et/ou du phénantrène et/ou du naphtalène et/ou du triphénylène.
3. Dispositif électronique (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel, pour chacune des microstructures (116), la somme des hauteurs de la microstructure (116) et de la couche (114) de polymère diélectrique est égale à environ l/(4.n), avec l correspondant à une longueur d'onde centrale du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique (100, 200), et n correspondant à l'indice de réfraction moyen de l'ensemble formé de la couche (114) de polymère diélectrique, des microstructures (116) et du milieu dans lequel la structure antireflet (102) est destinée à fonctionner.
4. Dispositif électronique (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel chacune des microstructures (116) a une forme sensiblement conique.
5. Dispositif électronique (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel un rapport entre une hauteur de chacune des microstructures (116) et une épaisseur de la couche de polymère diélectrique est supérieur ou égal à environ 5.
6. Dispositif électronique (100, 200) selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le dispositif électronique correspond à une photodiode (100) ou à un bolomètre (200).
7. Dispositif électronique (100, 200) selon la revendication 6, dans lequel : - lorsque le dispositif électronique correspond à une photodiode (100), la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure à une longueur d'onde de coupure de la photodiode (100), ou
- lorsque le dispositif électronique correspond à un bolomètre (200), la distance quadratique moyenne entre deux microstructures voisines est inférieure à une longueur d'onde centrale du rayonnement électromagnétique destiné à être absorbé par le bolomètre (200).
8. Procédé de réalisation d'un dispositif électronique (100, 200) comprenant au moins :
- une face de réception (112) configurée pour recevoir un rayonnement électromagnétique ;
- une ou plusieurs couches actives (104, 106, 108, 202) configurées pour absorber le rayonnement électromagnétique et/ou transformer le rayonnement électromagnétique en un signal électrique ;
- une structure antireflet (102) disposée du côté de la face de réception (112), et comprenant au moins :
• une couche (114) de polymère diélectrique, et
• des microstructures (116) saillantes disposées sur la couche (114) de polymère diélectrique et telles que la distance quadratique moyenne entre deux microstructures (116) voisines soit inférieure à une longueur d'onde du rayonnement électromagnétique destinée à être absorbée et/ou transformée par le dispositif électronique (100, 200), et comprenant au moins un matériau cristallisé comportant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PTFE, et du polymère diélectrique, ou comprenant du PMMA et du polymère diélectrique,
dans lequel la structure antireflet (102) est réalisée par la mise en œuvre des étapes suivantes : - réalisation d'une première solution par dissolution, dans un premier solvant, d'un premier matériau comprenant des molécules d'hydrocarbure aromatique polycyclique ou de polystyrène ou de PMMA ou de PTFE;
- réalisation d'une deuxième solution par dissolution, dans un deuxième solvant dont la température d'évaporation est supérieure à celle du premier solvant, de monomères aptes à former le polymère diélectrique, et telle que le premier matériau ne soit pas soluble dans le deuxième solvant et que le premier matériau comporte une densité inférieure à celle de la deuxième solution ;
- mélange des première et deuxième solutions, tel que la proportion en poids du premier matériau dans le mélange des première et deuxième solutions soit comprise entre environ 15 % et 50 % ;
- dépôt du mélange des première et deuxième solutions du côté de la face de réception (112) ;
- premier traitement thermique à une température supérieure à la température d'évaporation du premier solvant et inférieure à la température d'évaporation du deuxième solvant, formant la couche (114) de polymère diélectrique ;
- deuxième traitement thermique à une température supérieure à la température d'évaporation du deuxième solvant, formant les microstructures (116).
9. Procédé selon la revendication 8, dans lequel la durée et la température avec lesquelles le deuxième traitement thermique est mis en œuvre sont choisies en fonction d'une hauteur et d'un espacement souhaités pour chacune des microstructures (116).
10. Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel :
- le premier traitement thermique est mis en œuvre à une température comprise entre environ 70°C et 90°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min, et/ou
- le deuxième traitement thermique est mis en œuvre à une température comprise entre environ 130°C et 150°C pendant une durée comprise entre environ 10 min et 60 min, ou correspond à un recuit de type flash UV avec une durée d'impulsion comprise entre environ 1 ms et 2 ms et une fluence comprise entre environ 15 j/cm2 et 20 j/cm2.
11. Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel :
- le premier solvant comporte de l'acétone, et/ou
- le deuxième solvant comporte du cyclopentanone et/ou du diméthylformamide et/ou du diméthylacétamide.
12. Procédé selon l'une des revendications 8 à 11, dans lequel :
- la proportion en poids du premier matériau dans la première solution est comprise entre environ 30 % et 70 %, et/ou
- la proportion en poids du polymère diélectrique dans la deuxième solution est comprise entre environ 1 % et 20 %, et/ou
- la proportion en poids du premier matériau dans le mélange des première et deuxième solutions est comprise entre environ 10 % et 30 %.
13. Procédé selon l'une des revendications 8 à 12, dans lequel, lors de la réalisation de la deuxième solution, la composition en monomères est choisie en fonction d'une valeur souhaitée de l'indice de réfraction moyen de l'ensemble formé de la couche (114) de polymère diélectrique, des microstructures (116) et du milieu dans lequel la structure antireflet (102) est destinée à fonctionner et qui se trouve entre les microstructures (116), cette valeur souhaitée étant égale, à 10 % près, à la racine carrée du produit de l'indice du milieu dans lequel la structure antireflet (102) est destinée à fonctionner par l'indice du milieu sur lequel repose la structure antireflet (102).
14. Procédé selon l'une des revendications 8 à 13, dans lequel le mélange des première et deuxième solutions est réalisé à une température comprise entre environ 30°C et 45°C.
15. Procédé selon l'une des revendications 8 à 14, dans lequel une épaisseur du mélange des première et deuxième solutions déposé du côté de la face de réception est comprise entre environ 50 nm et 10 pm.
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