Multicouche transparent et conducteur

La présente invention concerne un multicouche comportant un substrat transparent, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal.

Un oxyde transparent et conducteur, tel que par exemple l'oxyde d'indium, lorsqu'il est déposé en couche mince sur un substrat transparent, est utilisé en tant que conducteur du courant électrique et est transparent dans les domaines du visible et du proche infrarouge. Les oxydes transparents et conducteurs sont présents dans des dispositifs tels que les afficheurs à cristaux liquides, les diodes électroluminescentes organiques, les cellules solaires, les couches réfléchissantes anti-caloriques, les dispositifs électrochromes etc.

L'oxyde d'indium dopé à l'étain est un semi-conducteur dégénéré de type N. Sa large bande interdite explique sa transparence dans le visible.

La conductivité électrique de l'oxyde d'indium dopé à l'étain résulte de l'apport de porteurs de charge sur des niveaux proches de la bande de conduction, d'une part par création de lacunes d'oxygène, et d'autre part par substitution, dans le réseau cristallin, d'atomes d'indium par des atomes d'étain.

L'oxyde d'indium déposé en couche mince sur un substrat transparent, qu'il soit sous une forme amorphe ou polycristalline, présente une résistivité non négligeable pour certaines applications. Une augmentation de l'épaisseur de la couche d'oxyde d'indium ne permet pas, pour certaines applications, d'obtenir la conductance souhaitée pour l'application.

Des solutions, basées sur l'adjonction d'une couche mince métallique ont été proposées. Le document de M. Bender et al intitulé « Dependence of film composition and thickness on optical and electrical properties of ITO-metal-ITO multilayers » publié dans la revue Thin Solid Films, 326, (1998) pp. 67-71, propose un multicouche qui est composé d'au moins une couche d'oxyde d'indium polycristallin et d'une couche composée d'au moins un métal. Ce multicouche a une résistance bien moindre qu'une unique couche d'oxyde d'indium. La résistance de ce multicouche diminue en fonction de l'épaisseur de la couche composée d'au moins un métal. Electriquement, la couche composée d'au moins un métal se trouve en parallèle avec l'oxyde d'indium, sa conductance s'ajoute à celle de l'oxyde d'indium.

La transmission de la lumière visible au travers du multicouche métal oxyde décroît rapidement avec l'épaisseur de la couche de métal. L'épaisseur de la couche de métal est donc limitée à sa transparence dans le domaine optique.

La conductance de tels multicouches, si le multicouche doit être transparent, reste toujours insuffisante pour certaines applications.

L'invention a pour but de résoudre les inconvénients de l'art antérieur en proposant un multicouche comportant un substrat transparent, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal qui garantisse une bonne transmission de la lumière et une bonne conductance électrique.

A cette fin, selon un premier aspect, l'invention propose un multicouche comportant un substrat transparent, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal, une des couches étant déposée sur au moins une partie du substrat, la ou les autres couches étant superposées à la couche déposée sur le substrat pour former un conducteur électrique, caractérisé en ce que la au moins une couche constituée d'au moins un métal comporte des trous pour garantir que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique est supérieur à un seuil prédéterminé et l'épaisseur de la couche constituée d'au moins

un métal comportant des trous est telle que le conducteur électrique a une conductance supérieure à un second seuil prédéterminé. .

Corrélativement, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un multicouche comportant un substrat transparent, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal, une des couches étant déposée sur au moins une partie du substrat, la ou les autres couches étant superposées à la couche déposée sur le substrat pour former un conducteur électrique, caractérisé en ce que le procédé comporte les étapes de :

- dépôt de la couche constituée d'au moins un métal avec une épaisseur telle que le conducteur électrique a une conductance supérieure à un premier seuil prédéterminé,

- perçage de la couche constituée d'au moins un métal pour garantir que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique est supérieur à un second seuil prédéterminé.

Ainsi, il est possible de réaliser des multicouches qui ont un rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique élevé tout en ayant une conductance élevée. Des applications, telles que la réalisation d'antennes transparentes, sont ainsi envisageables.

Selon un mode particulier de l'invention, l'épaisseur de la couche constituée d'au moins un métal est telle que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant la au moins une couche constituée d'au moins un métal et l'intensité lumineuse incidente sur la au moins une couche constituée d'au moins un métal est nul dans les parties non trouées de la au moins une couche constituée d'au moins un métal.

Ainsi, il est possible d'obtenir un conducteur électrique dont la conductance est élevée.

Selon un mode particulier de l'invention, l'épaisseur de la couche constituée d'au moins un métal est telle que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant la au moins une couche constituée d'au moins un métal et l'intensité lumineuse incidente sur la au moins une couche constituée d'au moins un métal est non nul dans les parties non trouées de la au moins une couche constituée d'au moins un métal.

Ainsi, le rapport entre l'intensité lumineuse traversant la au moins une couche constituée d'au moins un métal et l'intensité lumineuse incidente sur la au moins une couche constituée d'au moins un métal est proche de l'unité.

Selon un mode particulier de l'invention, les trous sont répartis uniformément dans la couche constituée d'au moins un métal comportant des trous.

Ainsi, la conductance électrique et la transmission de la lumière sont quasiment uniformes dans le conducteur électrique.

Selon un mode particulier de l'invention, l'oxyde transparent est de l'oxyde d'indium dopé à l'étain essentiellement amorphe. Ainsi, en utilisant de l'oxyde d'indium dopé à l'étain non cristallisé, c'est-à-dire non recuit ou bien non élaboré à une température au moins supérieure à 125 degrés Celsius, le substrat n'a pas besoin d'être résistant à de telles températures.

Selon un mode particulier de l'invention, le au moins un métal fait partie du groupe de l'argent, de l'or, du cuivre, de l'aluminium, du nickel, du chrome, du titane, du tantale et du molybdène et le métal est choisi selon sa couleur.

Ainsi, il est possible d'ajuster la transmission et/ou la réflexion de la lumière dans une plage de longueurs d'ondes donnée.

Selon un mode particulier de l'invention, une couche d'oxyde transparent et conducteur comportant un évidement est disposée sur la couche constituée d'au moins un métal comportant des trous.

Ainsi, il est possible de connecter électriquement la couche constituée d'au moins un métal comportant des trous à un composant ou un système électrique.

Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ainsi que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels : les Figs. la à Ic représentent un multicouche comportant un substrat, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal ; la Fig. 2 représente une couche constituée d'au moins un métal selon la présente invention ; la Fig. 3 représente un multicouche comportant un substrat, une couche constituée d'au moins un métal et au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur dans lequel un évidement a été créé ;

la Fig. 4 représente des courbes représentatives des variations du rapport entre l'intensité lumineuse traversant un substrat sur lequel sont déposées différentes couches et l'intensité lumineuse incidente sur le substrat Subst ; la Fig. 5 décrit un procédé de réalisation d'un multicouche comportant un substrat, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal.

Les Figs. la à Ic représentent un multicouche comportant un substrat, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal. Les Figs. la à Ic représentent différents exemples de réalisation d'un multicouche selon la présente invention.

La Fig. la représente un substrat Subst sur lequel sont déposées une première une couche d'oxyde transparent et conducteur ITOl, une couche constituée d'au moins un métal 10 et une seconde une couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2. Les couches d'oxyde transparent et conducteur ITOl, ITO2 et la couche constituée d'au moins un métal 10 forment un conducteur électrique.

Le conducteur électrique occupe la totalité de la surface du substrat Subst ou assure le passage d'un courant électrique d'un premier point du substrat vers un second point du substrat. La couche constituée d'au moins un métal 10 est comprise entre les première et seconde couches d'oxyde transparent et conducteur ITOl et ITO2.

La Fig. Ib représente un substrat Subst sur lequel sont déposées une première couche d'oxyde transparent et conducteur ITOl et une couche constituée d'au moins un métal 10. La couche d'oxyde transparent et conducteur ITOl et la couche constituée d'au moins un métal 10 forment un conducteur électrique.

La couche constituée d'au moins un métal 10 est disposée sur la première couche d'oxyde transparent et conducteur ITOl.

La Fig. Ic représente un substrat Subst sur lequel sont déposées une couche constituée d'au moins un métal 10 et une couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2. La couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2 et la couche constituée d'au moins un métal 10 forment un conducteur électrique.

La couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2 est disposée sur la couche constituée d'au moins un métal 10.

La couche constituée d'au moins un métal 10 est constituée d'au moins un métal ou d'un alliage de métaux choisi pour, selon sa conductivité électrique et/ou sa couleur. Par exemple et de manière non limitative, le ou les métaux font partie du groupe comprenant l'argent, l'or, le cuivre, l'aluminium, le nickel, le chrome, le titane, le tantale ou le molybdène.

Le substrat Subst est constitué d'au moins un matériau transparent organique ou inorganique tel que du verre ou un matériau plastique présentant de faibles pertes en radiofréquences ou en hyperfréquences ou d'une combinaison de matériaux transparents. Par exemple, le substrat Subst est en polyoléfme à structure cyclique. Un matériau transparent est un matériau dont le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le matériau et l'intensité lumineuse incidente sur le matériau n'est pas nul dans au moins une plage de longueurs d'ondes.

L'oxyde transparent et conducteur est par exemple de l'oxyde d'indium ou de l'oxyde d'indium dopé à l'étain majoritairement amorphe. II est à remarquer ici que lorsque que le multicouche comporte une pluralité de couches constituées d'au moins un métal 10, le multicouche est constitué d'une superposition des couches ITOl et 10 de la Fig. Ib ou d'une superposition des couches 10 et ITO2 et de la Fig. Ic.

La Fig. 2 représente la couche constituée d'au moins un métal du conducteur électrique selon la présente invention.

Selon l'invention, la couche constituée d'au moins un métal 10 comporte des trous TRl à TRIO pour garantir que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique est supérieur à un seuil prédéterminé . La couche constituée d'au moins un métal 10 a une épaisseur d, une longueur / et une largeur w. Le au moins un métal a une résistivité p exprimée en ω.m et une conductivité γ= \lp. Sa résistance par carré est égale à R _n = p /d.

La résistance de la couche constituée d'au moins un métal 10 peut se mettre sous la forme R = p = R _n — , où / / w est le nombre de carrés de la ligne. w- d w Dans l'exemple de la Fig. 2, la couche constituée d'au moins un métal 10 est une grille carrée de pas a, dont les ouvertures ont pour côté t. a, avec 0<£<l.

Il est à remarquer ici que dans l'exemple de la Fig. 2, les trous TRl à TRIO ont une forme carrée. Bien entendu, les trous TRl à TRIO peuvent aussi avoir une forme circulaire, rectangulaire ou autre.

Les trous TRl à TRIO sont préférentiellement uniformément répartis dans la couche constituée d'au moins un métal 10.

Si la couche constituée d'au moins un métal 10 est opaque, c'est-à-dire lorsque l'épaisseur d est telle que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant la couche constituée d'au moins un métal 10 non percé et l'intensité lumineuse incidente sur la couche constituée d'au moins un métal 10 est nul, le rapport est égal à :

Pour t ≠ 0, entre deux trous, la résistance est : R _AB = — ^: — R _n = R _n . a -t. a \ -t

Autour d'un nœud N, les lignes de champ peuvent s'épanouir latéralement de sorte que, quand t est proche de 1, c'est-à-dire que le carré autour de N est petit, la résistance BC vaudra un petit peu moins qu'un carré.

La résistance totale du barreau AC est alors : La résistance par carré apparente parallèlement à un côté de la couche percée constituée d'au moins un métal 10, pour t proche de 1, est ainsi égale à :

Si l'on compare une première couche constituée d'au moins un métal 10 non opaque, par exemple d'épaisseur di de l'ordre de 10 nm dans lequel aucun trou n'est réalisé (t=0) à une seconde couche constituée d'au moins un métal 10 opaque, par exemple d'épaisseur J ₂ de l'ordre de 800 nm dans lequel des trous sont réalisés, par exemple t= 0,9, la résistance de la seconde couche est diminuée de manière très importante.

Pour la première couche : /f' _πi < = — et pour la seconde couche :

Ainsi, les limitations liées à la conductance électrique et à la transmission de la lumière dans le conducteur électrique de l'état de la technique sont repoussées grâce à la présente invention.

Il est à remarquer ici que les formules précédemment mentionnées sont données lorsque l'épaisseur d de la couche constituée d'au moins un métal 10 est telle que la

couche constituée d'au moins un métal 10 est opaque. L'homme du métier transposerait aisément ces formules lorsque l'épaisseur d de la couche constituée d'au moins un métal 10 est telle que le rapport entre l'intensité lumineuse traversant la couche constituée d'au moins un métal 10 non percé et l'intensité lumineuse incidente sur la couche constituée d'au moins un métal 10 est non nul.

La Fig. 3 représente un multicouche comportant un substrat, une couche constituée d'au moins un métal et au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur dans lequel un évidement a été créé.

La Fig. 3 représente un substrat Subst sur lequel sont déposées au moins une couche constituée d'au moins un métal 10 et une couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2.

La couche d'oxyde transparent ITO2 comporte un évidement Ev.

L'évidement Ev a pour fonction de permettre l'accès, par exemple pour réaliser une soudure ou une connexion électrique de la couche constituée d'au moins un métal 10, avec un système ou un composant électronique ou électrique dans lequel la présente invention est implémentée. La couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2, dans sa partie non évidée, a pour fonction principale de protéger mécaniquement et/ou chimiquement la couche constituée d'au moins un métal 10 et/ou de réaliser un écran antireflet. La Fig. 4 représente des courbes représentatives des variations du rapport entre l'intensité lumineuse traversant un substrat sur lequel sont déposées différentes couches et l'intensité lumineuse incidente sur le substrat Subst.

La courbe 40 représente les variations du rapport entre l'intensité lumineuse traversant le substrat Subst vierge et l'intensité lumineuse incidente sur le substrat Subst vierge.

La courbe 42 représente les variations du rapport entre de l'intensité lumineuse traversant un multicouche constitué d'un substrat Subst, de la superposition d'une première couche de 85 nm d'oxyde d'indium dopé à l'étain majoritairement amorphe, d'une couche de cuivre d'une épaisseur de 13 nm et d'une seconde couche de 85nm d'oxyde d'indium dopé à l'étain majoritairement amorphe et l'intensité lumineuse incidente sur le multicouche.

La courbe 44 représente les variations du rapport entre l'intensité lumineuse traversant un multicouche constitué d'un substrat Subst, de la superposition d'une couche de 85nm d'oxyde d'indium dopé à l'étain majoritairement amorphe et d'une

couche de cuivre d'une épaisseur de 13 nm et l'intensité lumineuse incidente sur le multicouche.

La courbe 46 représente les variations du rapport entre l'intensité lumineuse traversant un multicouche constitué d'un substrat Subst et d'une couche de cuivre d'une épaisseur de 13 nm et l'intensité lumineuse incidente sur le multicouche.

Il est à remarquer ici que l'adjonction d'au moins une couche d'oxyde d'indium dopé à l'étain majoritairement amorphe à la couche de cuivre d'une épaisseur de 13 nm augmente le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le multicouche et l'intensité lumineuse incidente sur le multicouche pour des longueurs d'ondes de l'ordre de 910nm.

Selon un aspect de l'invention, en choisissant le ou les métaux constituant la couche 10 selon leur couleur, il est possible d'ajuster le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le multicouche et l'intensité lumineuse incidente sur le multicouche dans une plage de longueurs d'ondes donnée. La Fig. 5 décrit un procédé de réalisation d'un multicouche comportant un substrat, au moins une couche d'oxyde transparent et conducteur et au moins une couche constituée d'au moins un métal.

L'étape E50 consiste à déterminer le rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique que l'on désire réaliser. Le rapport est déterminé en fonction de l'application à laquelle est destiné le conducteur électrique.

A titre d'exemple, ce rapport est supérieur à 50% voire supérieur à 70%.

L'étape E51 consiste à déterminer la conductance du conducteur électrique que l'on désire réaliser. La conductance est déterminée en fonction de l'application à laquelle est destiné le conducteur électrique. A titre d'exemple, la conductance du conducteur électrique est supérieure à 0,1 S.

L'étape E52 consiste à sélectionner un métal ou un alliage de métaux selon sa couleur appréciée en transmission et/ou en réflexion de la lumière dans une plage de longueurs d'ondes donnée de manière à ajuster le rapport entre l'intensité lumineuse traversant et/ou réfléchie sur le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique dans une plage de longueurs d'ondes donnée et/ou de manière à ajuster la conductance du conducteur électrique.

L'étape E53 consiste à déterminer le nombre et/ou la section des trous à effectuer dans la couche de métal ou d'alliage de métaux ainsi que l'épaisseur de la

couche de métal ou d'alliage de métaux à partir du rapport déterminé à l'étape E50, de la conductance déterminée à l'étape E51 et du métal ou de l'alliage sélectionné à l'étape E52.

Le nombre et/ou la section des trous à effectuer dans la couche de métal ou d'alliage de métaux permet d'obtenir un rapport entre l'intensité lumineuse traversant le conducteur électrique et l'intensité lumineuse incidente sur le conducteur électrique supérieur à un premier seuil prédéterminé.

L'épaisseur de la couche de métal ou d'alliage de métaux trouée permet d'obtenir un conducteur électrique ayant une conductance supérieure à un second seuil prédéterminé.

Il est à remarquer que ces deux déterminations sont indépendantes ou quasiment indépendantes l'une de l'autre.

L'étape E54 consiste à déposer une première couche d'oxyde transparent et conducteur ITOl sur le substrat Subst. La couche est déposée selon la technique décrite dans la publication de T. Le Guillerm, S. Vigneron, X. Castel, G. Legeay, J. Pinel, intitulée « Elaboration in situ de couches minces d'ITO par pulvérisation cathodique à température ambiante » et publiée lors des 7 ^emes Journées de Caractérisation Micro-ondes et Matériau, à Toulouse en 03/2002.

L'étape E55 consiste à graver la première couche d'oxyde transparent. La couche est par exemple gravée par lithographie ou par ablation laser pour former la première couche d'oxyde transparent ITOl du conducteur électrique. Il est à remarquer ici que si le conducteur électrique occupe la totalité de la surface du substrat Subst, cette étape n'est pas exécutée.

L'étape E56 consiste à déposer la couche constituée d'au moins un métal 10 sur la première couche d'oxyde transparent ITOl .

L'étape E57 consiste à graver la couche constituée d'au moins un métal 10. La couche est par exemple gravée par lithographie. A cette étape, la couche constituée d'au moins un métal 10 est percée de trous TRl à TRIO qui sont répartis uniformément dans la couche constituée d'au moins un métal 10. Il est à remarquer ici que si le conducteur électrique n'occupe pas la totalité de la surface du substrat Subst, les parties de la couche constituée d'au moins un métal 10 devant être enlevées pour donner la forme souhaitée au conducteur électrique sont gravées.

L'étape E58 consiste à déposer une seconde couche d'oxyde transparent et conducteur ITO2 sur la couche constituée d'au moins un métal 10 gravée. La couche est déposée selon la technique mentionnée à l'étape E54.

L'étape E59 consiste à graver la seconde couche d'oxyde transparent ITO2. La couche est par exemple gravée par lithographie ou par ablation laser pour former la seconde couche d'oxyde transparent ITO2 du conducteur électrique.

A cette même étape, une fenêtre est gravée dans la seconde couche d'oxyde transparent ITO2 du conducteur électrique.

Il est à remarquer ici que, selon l'exemple de la Fig. Ib, les étapes E58 et E59 ne sont pas exécutées, selon l'exemple de la Fig. Ic les étapes E54 et E55 ne sont pas exécutées.

Il est à remarquer ici que le multicouche est en variante constitué d'une pluralité de couches constituées d'au moins un métal séparées les unes des autres par une couche d'oxyde transparent et conducteur. Le métal ou les métaux de chaque couche constituée d'au moins un métal peut ou peuvent être différents de celui ou ceux constituant au moins une autre couche constituée d'au moins un métal.

Bien entendu, la présente invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits ici, mais englobe, bien au contraire, toute variante à la portée de l'homme du métier et particulièrement la combinaison de différents modes de réalisation de la présente invention.