L'exploitation et l'amélioration des propriétés optiques et électriques du germanium pour la conception et la réalisation de dispositifs de mesures optoélectroniques

摘要

Étant donné le contexte énergétique actuel, les exigences par rapport à l’exactitude des instruments de mesure radiométriques deviennent de plus en plus cruciales et les matériaux nécessaires aux dispositifs convertissant l’énergie en un courant électrique donnent lieu à de nombreuses recherches et développement. Tout ceci implique que ces matériaux doivent être plus performants de point du vue sensibilité au changement de la température ou du rayonnement lumineux. La sensibilité d’un instrument de mesure radiométrique est le rapport entre la sortie qui est le courant électrique et la puissance lumineuse incidente. Cette dernière s’exprime aussi en fonction du coefficient de réflexion du matériau et du rendement quantique. Ce projet a été réalisé dans le but d’améliorer ces deux paramètres en exploitant les propriétés structurales du Germanium pour l’amélioration de ses caractéristiques optiques dans un premier temps et pour l’amélioration potentielles de ses caractéristiques électriques.ududLa plus grande partie du projet a été consacrée à la réflexion optique de ce matériau. En effet, des recherches ont été réalisées dans le but d’établir une méthode originale de gravure à coût réduit qui permet de porosifier la surface active du dispositif permettant ainsi d’augmenter le ratio surface/air afin de piéger les photons incidents et de créer plus de pairs électrons-trous. Différents traitements ont été testés qui s’appuient sur des gravures autocatalytiques dans des bains de solutions chimiques. Le traitement qui a encouragé à faire plus d’investigations est le traitement à l’eau régale puisque l’observation de ses résultats sous le Microscope Électronique à Balayage (MEB) montrait un réseau de cavités en forme de V peu profond et homogène. Une analyse topographique plus précise par l’étude de l’influence de la durée du bain en utilisant un Microscope à Force Atomique (AFM), une analyse cristallographique en utilisant la technique de Diffraction des Rayons X (XRD) et une analyse de la réflexion optique à l’aide de la technique UV-VIS- NIR spectroscopie ont été menées afin de comprendre le comportement et la nature de la surface gravée. La conclusion de ces analyses a été que le traitement à l’eau régale permettait de porosifier la surface d’une façon contrôlable tout en conservant sa nature cristalline et qu’un traitement rapide de 5 min à l’eau régale pouvait diminuer la réflexion de 12-14% par rapport au Ge brut alors qu’un traitement d’une heure pouvait diminuer la réflexion sous les 14%.ududUne autre partie du projet a été concentrée sur la conception et à la réalisation d’une photodiode au Germanium à jonction PN. Cette étape a été réalisée dans le but d’identifier tous les points à considérer et à contrôler lors du processus de réalisation d’une photodiode à jonction PN et dans le but de commenter les anomalies détectées dans cette première réalisation afin de pouvoir les améliorer dans le futur. Afin de faciliter la collecte des électrons générés par le circuit extérieur et d’éviter les recombinaisons des porteurs de charge pour l’amélioration du rendement quantique, les paramètres d’implantation de la couche dopée pour la formation de la jonction PN étaient choisis sur la base de la simulation et de la bibliographie de telle sorte que la couche supérieure soit fortement dopée et proche de la surface. La qualité de l’implantation réalisée a été ensuite discutée. Aussi le choix des métaux pour le dépôt des électrodes a été effectué de telle sorte à permettre la possibilité de l’obtention de contacts ohmiques. D’un autre côté, l’électrode supérieure devrait répondre aux critères de transparence et de conductivité ce qui a conduit à mener une étude de la forme de l’électrode supérieure.udududududLa définition de la configuration de la photodiode à jonction PN au Germanium avec tous ses paramètres et la caractérisation de la couche poreuse, permettent de sélectionner les paramètres de gravure adéquats pour proposer l’intégration de cette porosité sur la face avant de la photodiode au Germanium.